新一代光接入網助力算力網絡發(fā)展-李俊瑋

新一代光接入網助力算力網絡發(fā)展

李俊瑋

中國移動研究院基礎網絡技術研究所

2023年6月

算為中心，網為根基，筑牢數(shù)智化轉型堅實底座

國家政策+移動戰(zhàn)略牽引：加快新型基礎設施建設，發(fā)展全新算力網絡，助力國家數(shù)字經濟

國家政策牽引：千兆光網助力國家數(shù)字經濟發(fā)展

?十四五新基建規(guī)劃：推動國家骨干網和城域網協(xié)同發(fā)展，開展千兆光網提速改造

?十四五數(shù)字經濟規(guī)劃：協(xié)同推進千兆光纖網絡和5G網絡基礎設施建設

?二十大報告：加快發(fā)展數(shù)字經濟，促進數(shù)字經濟和實體經濟深度融合，打造具有

國際競爭力的數(shù)字產業(yè)集群

?2023年政府工作報告：所有地級市實現(xiàn)千兆光網覆蓋，所有行政村實現(xiàn)通寬帶

--數(shù)據(jù)摘自2023年《中國數(shù)字經濟發(fā)展研究報告》、中商產業(yè)研究院

移動戰(zhàn)略驅動：網絡無所不達，算力無處不在

?中國移動深化創(chuàng)世界一流“力量大廈”戰(zhàn)略，全力構建基于5G+算力網絡+連接+算力+能力

智慧中臺的“連接+算力+能力”的新型信息服務體系

?明確了算網基礎設施層，光網絡作為算網基礎設施層的底座

網絡作為連接用戶、數(shù)據(jù)和算力的橋梁，需要與算力深度融合，形成算網

一體化新型基礎設施，為用戶提供低時延、高可靠、端到端的算力連接

3

中國移動千兆固網發(fā)展大數(shù)據(jù)

隨著寬帶普及率的提高和寬帶提速的深入，千兆固網需從帶寬的“千兆”連接能力向帶寬+體驗的“千

兆”服務能力轉變，滿足數(shù)字化時代千兆業(yè)務發(fā)展需求

網絡能力業(yè)務發(fā)展質量保障場景拓展

2.8億+

高清視頻網關軟探針企寬、互聯(lián)網專線

截止2023年5月

高清用戶規(guī)模近億寬帶測速、業(yè)務撥測等沿街商鋪、商業(yè)

中國移動有線寬帶用戶總數(shù)2

大屏點播業(yè)務發(fā)展迅速家庭側網絡環(huán)境感知小微企業(yè)（固定IP）

城區(qū)OLT全面千兆

已全面轉向10GGPON建設

智家業(yè)務Telemetry垂直行業(yè)

ComboPON

智能組網，家庭安防秒級高精度感知網絡KPI工業(yè)PON

當前Combo以兩模為主語音遙控、家庭IOT21年集采PON設備全面支持

極簡架構、電信級可靠性

三模Combo是歸一化方向遙測能力進一步下沉到網關側

大帶寬、低時延

HDICT智家新場景

FTTH占比>99%

智慧社區(qū)FTTR

網關全智能化健康養(yǎng)老集中管控

2H/2B的全光千兆組網業(yè)務

千兆寬帶用戶>5000wFTTR原生支持

持續(xù)加大WiFi6千兆網關引入感知網絡業(yè)務KPI

4

面向算力網絡千兆光接入網技術發(fā)展趨勢

千兆光接入網作為“連接+算力+能力”的第一跳入口，需全面提升光接入網絡的帶寬、時延和確定性

等網絡基礎能力，并融合網絡感知和網絡切片能力，支撐面向服務的差異化承載

OMC/RMS

（含F(xiàn)TTR管理模塊）

EdgeONUEdgeONU管理控制分析

EdgeONU

Room1

Room2

Room3

ONU/HGW

1:4/1:8…

10GPONIP承載網

Informationbox50GPON

EdgeONU…

Home

Room4OLTCloudVR等

城域傳送網算力服務

FTTR全光家庭網絡/全光局PON光接入網

域網

增強全光千兆覆蓋提升全光接入能力引入全光智能感知

pFTTH向FTTR演進，基于強管控維的FTTR創(chuàng)新架構p全面部署10GPON，未來適時向50GPON升級實現(xiàn)p推進構建PON+FTTR協(xié)同的新一代光接入網架構

支撐光接入網服務能力向客戶側延伸，對運營商算帶寬倍增p引入Telemetry秒級采集機制，實現(xiàn)業(yè)務感知和網

網服務能力直達用戶提供保障p創(chuàng)新跨層協(xié)同DBA調度、DAW、隊列調度等機制構建絡質量可視、分析和調優(yōu)

確定性低時延光接入網

5

目錄

1總體背景和趨勢

2PON技術發(fā)展和應用

3FTTH向FTTR演進趨勢

6

持續(xù)提升光寬帶網絡能力，打造“端到端千兆”固網

千兆寬帶已逐步普及，超200兆帶寬已成為主流，中國移動已全面轉向10GPON系統(tǒng)能力建設，并基

于“10GGPON+千兆網關+WiFi6”，實現(xiàn)“端到端千兆固網”能力

321

網關OLTCMnet/OTN云/管控平臺

千兆網關

家庭網絡側PON接入網傳送/承載網內容源

123

全千兆接入網全千兆智能網關全千兆Wi-Fi

?全網OLT具備10GGPON能力

?持續(xù)加大10GGPON千兆網關引入?Wi-Fi6頻寬從80MHz向160MHz演進

?支持兩模或三模Combo，平滑升級萬兆

接入能力?企業(yè)網關23年首次集中采購?具備千兆Wi-Fi空口

?向三模Combo歸一化演進

7

Telemetry+智能板構建接入網智能化大數(shù)據(jù)底座

面向體驗經營，10GPON系統(tǒng)全面要求支持Telemetry，OLT按需引入智能板增強智能感知，構建針對

網絡性能、業(yè)務及質量感知的大數(shù)據(jù)底座，實現(xiàn)網絡感知能力開放

當前家寬系統(tǒng)難以支撐體驗經營的要求，千兆體驗經營需要確定性抓手

?寬帶質量評估側重于網絡KPI，寬帶用戶?故障難識別，整治靠投訴，缺乏定位到內容源、網絡、?業(yè)務多元化，但體驗保障手段同質化現(xiàn)象嚴重

業(yè)務質量無法感知和測量家庭用戶等環(huán)節(jié)，業(yè)務感知問題不能準確定界定位

保障訴求

家

20%?低時延

寬?低丟包

良好的良好的用有投訴記教育

離錄線上實時監(jiān)控

網絡KPI戶體驗網保障訴求

80%?低時延

用?高網絡速率

無投訴記錄電競

戶運維人力大量被動響應

……

引入Telemetry+智能板，構建接入網智能化大數(shù)據(jù)底座

20222023

10GPON系統(tǒng)全面要求支持TelemetryOLT按需部署智能板，識別業(yè)務類型并實時采集及上報分段業(yè)務KPI

標準化采集接口，實現(xiàn)網絡KPI數(shù)據(jù)秒級采集通過網絡KPI與業(yè)務KPI關聯(lián)分析，實現(xiàn)精準故障定界定位，保障多種業(yè)務

8

接入網智能化關鍵技術進展及后續(xù)推進

面向網絡業(yè)務的體驗保障，持續(xù)推動接入網智能化關鍵技術研究，滿足全千兆業(yè)務發(fā)展及多場景應用對接

入網秒級監(jiān)測和智能化演進的訴求，構建面向體驗的下一代智能光接入網

控制/分析技術研究進展

OMC

Telemetry采集器立足接入網業(yè)務體驗感知，推動OLTTelemetry技術能力及智能板采集上報

能力標準化：

?23年聯(lián)合華為/中興/烽火/諾基亞貝爾完成OLTTelemetry技術及智能板

UDP/GRPCNC/YANGNUDP

O

板

P實驗室測試

板

能

OLT控

智

主?Telemetry數(shù)采能力、網元/光鏈路/業(yè)務流等數(shù)據(jù)上報格式符合要求

ODN

板ONU?智能板業(yè)務KPI分段感知功能得到驗證，可實現(xiàn)基于應用的業(yè)務KPI采集

SNI

UNI與上報

接入網智能化技術后續(xù)推進

增強智能感知維度網絡AI能力構建智能化能力向FTTR延伸

?滿足接入網智能化質差分析，推動智能?借助智能板能力，構建接入網AI大模型，?Telemetry+MQTT數(shù)據(jù)協(xié)同，實現(xiàn)

板新增采集維度及采集指標，并定義統(tǒng)實現(xiàn)面向業(yè)務及體驗的深度感知及智能分千兆光接入網端到端分段感知協(xié)同

一的YANG模型析，增強接入網智能化能力

9

中國移動下一代PON技術發(fā)展需求

p隨著對稱速率50GPON標準22年底在ITU-T獲得通過，標志著50GPON國際標準體系基本建立

p50GPON系統(tǒng)除帶寬提升外，還需支持低時延和網絡切片功能，滿足綜合業(yè)務接入需求

ITU-T50GPON推進50GPON

50GPON系統(tǒng)要求

標準體系技術和產業(yè)成熟

速率國際標準凝聚產業(yè)共識

?非對稱型25/50Gbps和對稱型50/50Gbps兩種速率總體要求G.9804.1?21年、22年中國移動牽頭完成50GPON物

更匹配未來網絡和業(yè)務發(fā)展需求理層標準G.9804.3和G.9804.3amd1制定

波長和功率預算物理層要求G.9804.3白皮書牽引產業(yè)發(fā)展路徑

?兼容現(xiàn)網ODN，多速率共存下的功率預算滿足Class?22年移動全球合作伙伴大會發(fā)布《NGOAN

C+32dB要求技術發(fā)展》白皮書，系統(tǒng)闡述了50GPON的

?和10GGPON共存是基本要求，特殊場景下可能存在協(xié)議層要求G.9804.2場景需求、關鍵技術發(fā)展目標和路徑

GPON、10GPON、50GPON三代共存需求

聯(lián)合樣機研發(fā)

網絡切片?21年、22年持續(xù)聯(lián)合華為、中興、烽火完

G.sup.PONslicing成非對稱50GPON樣機研發(fā)和完善，為產

?進一步優(yōu)化調度機制，提升低時延性能，實現(xiàn)業(yè)務差業(yè)發(fā)展注入信心

異化承載

?支持高精度時間同步，滿足5GFemeto小站場景需求G.sup.PONlatency現(xiàn)網試驗

?端到端支持網絡切片，從FTTH延伸到FTTR?業(yè)界率先完成50GPON樣機現(xiàn)網試驗，研

究成果在OFC2022和OFC2023發(fā)表

10

呼吁協(xié)同50GPON關鍵技術攻關及產業(yè)推進

50GPON產業(yè)鏈已取得長足進展，但物理層指標尚無法完全滿足要求，呼吁產業(yè)界針對核心光電器件

及系統(tǒng)關鍵技術共同攻關，促進技術和產業(yè)進一步成熟

OLT側光模塊ONU側光模塊

EML50GEML/50Gb/s50G

CM-TIA

50GOLTDrv.EML+SOAAPDONU

ONU

OLTDSP/DSP/

25/50GMAC

MACCDRAPD/BMDrv.CDR

BM-TIAPIN+SOADML

25/50Gb/s

多代共存高功率預算兼容多速率

當前存在問題：當前存在問題：當前存在問題：

?部署50GPON需要考慮多代共存，當前?50Gb/s速率下行和上行信號均未達到N1等級?50GPON樣機上行僅支持25Gb/s或

樣機上行波長為1300nm波段，無法實功率預算50Gb/s單一速率信號收發(fā)

現(xiàn)三模Combo

?上行25Gb/s突發(fā)信號未達到C+等級功率預算

?暫無三模MPM共存型Combo光模塊后續(xù)要求及方案：

后續(xù)要求及方案：

?局端PON口需兼容25G/50G上行多速

后續(xù)要求及方案：?OLT發(fā)送端，進一步提升EML+SOA發(fā)送光

率的歸一化

?50GPON上行方向應采用1286±2nm功率

?研發(fā)用于多速率接收的大動態(tài)范圍、高

窄帶激光器波長?ONU發(fā)送端，提升DML激光器增益帶寬積

響應度的BM-TIA電芯片技術

?

優(yōu)化光模塊內WDM器件結構，可采用?OLT接收側，采用足帶寬高靈敏度APD或

?攻關上行多速率動態(tài)自適應均衡DSP技

空間光等新方案，縮小濾波器體積SOA預放大器，進一步提升接收靈敏度

術

11

50GPON物理層關鍵技術：高功率預算收發(fā)技術

50GPON傳輸帶寬提升5倍，理論上將導致靈敏度劣化7dB左右，兼容現(xiàn)網C+等級ODN32dB功率

預算難度較大，需進一步提升發(fā)射光功率，同時提升接收靈敏度

光接口參數(shù)國際標準要求下行50G連續(xù)

EML+SOA

下行50Gb/s上行50Gb/s上行25Gb/s

當前問題：入纖光功率無法達到8.5dBm

+14dBm

后續(xù)要求：采用波導耦合等技術，優(yōu)化SOA到光纖耦合效率

+11.8dBm?+9dBm

50GAPD

+8.5dBm

+6.8dBm?當前問題：接收靈敏度無法達到-24dBm

+5dBm后續(xù)要求：通過優(yōu)化鍺硅APD的TO封裝，進一步提升接收靈敏度

上行25/50G突發(fā)

ClassC+

ClassC+DML

32dB32dB

當前問題：50GDML輸出光功率無法達到6.8dBm

ClassC+

32dB后續(xù)要求：研發(fā)DBR等新型結構DML激光器，提升增益帶寬積

-22.7dBmBM-TIA

-24dBm當前問題：當前尚無50G足帶寬BM-TIA樣品

-25.7dBm?

后續(xù)要求：研發(fā)50G帶寬BM-TIA芯片，同時兼容25/50G多速率

-27.5dBm接收，并壓縮突發(fā)開銷至40ns以內

12

50GPON關鍵技術：oDSP技術需求

p50GPON應用至少支持25G和50G兩種上行速率，但各個ONU傳纖距離不等，需引入動態(tài)自適應的

oDSP技術，實現(xiàn)不同上行速率、不同距離ONU信號的自適應均衡，滿足C+等級32dB功率預算收發(fā)

需求分析技術可行性分析oDSP技術需求

業(yè)務需求分析

?OFC2023文獻：離線測試結果表明，采用技術需求：

?后續(xù)25G上行將主要面向傳統(tǒng)寬帶場景，50G動態(tài)自適應均衡DSP技術，可有效控制不同

面向25G和50G上行速率，不同傳纖距離

上行將主要面向高價值場景，二者均有需求規(guī)格ONU上行色散代價TDEC在3.2dB以內，?

滿足標準要求（不大于5dB）下ONU，均能滿足接收靈敏度要求，從

50/50G而保證最低32dB功率預算系統(tǒng)部署要求

ONU25Gb/s上行50Gb/s上行

50G

PON50/25G

OLTONU關鍵攻關點：如何通過動態(tài)自適應oDSP優(yōu)化

每個上行突發(fā)信號的均衡收斂時間達到最短

50/25G

ONU?利用來自MAC的突發(fā)先驗信息輔助DSP內

技術需求分析?均衡模塊的收斂

?現(xiàn)網中需要解決高速信號帶來的色散代價，而光存在問題：?多模DSP中均衡器收斂應不對系統(tǒng)傳輸性

纖色散代價取決于傳輸速率和傳纖長度能帶來影響，例如吞吐量、時延/抖動等

?采用非協(xié)同DSP均衡每個突發(fā)信號收斂時間

?為滿足上述需求，需要引入多速率自適應oDSP，

g長（~40ns)，增加了額外上行突發(fā)開銷控制信號

n

g50GPONOLT

i

t

n

n

實現(xiàn)現(xiàn)網多速率信號兼容且滿足iC+功率預算

n

o

d

i

u

o

t

M

o

c

a

c

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g

e

z

D

r光模塊

i

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vNRZReceiverDSP

W

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S

l

aOLT

i

o

L

o

s

R

F

lDSPBM

D

M

CMACAPD

芯片TIA

13

50GPON關鍵技術：協(xié)議層

50GPON主要通過單幀多突發(fā)和專用注冊開窗技術來降低時延，可將時延從約600μs降到小于300μs

（降低約50%）

ONU上線時在信道上打開注冊窗口，對在線ONU造成時延和抖動，引入新波長

增加時延相關原則，DBA調度同時考慮帶寬效率和時延特性用于上線注冊

單

專下行波長上行波長注冊專用波長

幀

用

多1342±21300or1270增加第三波長

注

突

冊原方為保證新ONU上線，周期性

發(fā)無

開案開窗，在線業(yè)務時延存波動

技

窗

新方新ONU上線，不影響在線業(yè)

術用于ONU上線注冊

案務時延

p綜合考慮時延以及吞吐量特性，單幀2突發(fā)性能更優(yōu)，此時背靠背最大時延從144μs降至約85μs（降低約41%），專用注冊開窗可

降低最大時延約230μs

p引入多物理參數(shù)感知的DBA機制，優(yōu)化Guardtime和Preamble，可降低多突發(fā)引入的吞吐量代價，從而進一步提高單幀內突發(fā)數(shù)

目，需進一步研究

增加單幀內突發(fā)數(shù)目，顯著降低時延，但上行吞吐量下降專用注冊開窗可降低時延~230μs（約65%~84%）

專用注冊帶內

開窗開窗

突發(fā)最大最大改善值

數(shù)目時延時延（μs）

1120350230

263296233

446282236

14

目錄

1總體背景和趨勢

2PON技術發(fā)展和應用

3FTTH向FTTR演進趨勢

15

中國移動家庭網絡技術路標

02p終端數(shù)量增加:1—>10+

03p業(yè)務種類增多:上網,HD/4K,云VR，及其他多樣業(yè)務

O4p全千兆覆蓋：千兆無縫覆蓋向用戶終端提供極致體驗保障

O10203O4

SFUHGUiHGUFTTR

寬帶網絡入口家庭連接中心增值業(yè)務中樞千兆連接和增值業(yè)務中樞

l支持2層功能l家庭網絡中心l家庭網絡及業(yè)務管控l千兆全光無縫覆蓋

核心

l無Wi-Fil支持3層功能lWi-Fi6及演進

lWi-Fi4l支持APP

lWi-Fi4/5/6

<20132014-2015>2016>2022

16

千兆寬帶從帶寬連接向體驗保障縱深發(fā)展

p伴隨著千兆寬帶的加速普及以及4K視頻、VR等新業(yè)務的發(fā)展，寬帶用戶的千兆體驗保障需要寬帶

網絡提供電信級的千兆全屋無縫覆蓋，滿足用戶業(yè)務在屋內隨時隨地的千兆接入需求

p全千兆覆蓋：為實現(xiàn)千兆連接提速和千兆服務體驗保障，需通過延伸光網能力與Wi-Fi體驗保障并

舉，打造端到端千兆固網

千兆固網端到端面臨挑戰(zhàn)：最后10米問題技術發(fā)展需求

家庭網絡用戶投訴原因

7%從FTTH到FTTR延伸光底座

8%家庭網絡問題

?電信級光網使能基于房間的千兆Wi-Fi

光纜線路問題

12%覆蓋

傳輸鏈路問題

53%

內容源問題多點Wi-Fi協(xié)同組網提升體驗

20%其他問題?支持快速漫游切換

?基于調度增強千兆Wi-Fi體驗

根據(jù)信通院數(shù)據(jù)顯示運營商用戶投訴原因分布：

53%的投訴和家庭網絡質量相關17

FTTR網絡架構的需求

3個延伸2個開放1張網絡

p光網絡能力延伸：構建全光網算pEMS/OLT和FTTR互通：p電信級一體化網絡能力：

力服務接入錨點互通開放是快速實現(xiàn)現(xiàn)網?千兆無縫覆蓋

低時延承載

pOMC運維能力延伸：光層信息規(guī)模部署的前提