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算力和流量比翼双飞,光网络还承受得了吗?

2021年1月18日 07:43  中国电子报  

“从2012年到2019年,根据人工智能的需要,算力已经增长了30万倍。”中国工程院院士邬贺铨在日前召开的新一代光传送网峰会上表示,与全球水平相比,中国的算力发展也很强劲,“在全球超级计算机500强中,中国占据了45%。”与算力增长相匹配的是流量的快速增长,而光网络是流量最大的载体。面对迅猛增长的算力和流量,光网络将做何选择?

中国光纤新增市场连续5年全球第一

根据华为的预测,2020年以前,固网的流量基本是以高清视频为主,带宽并不高;2020年至2025年,固网中开始出现虚拟现实(VR)业务;到2030年,受全息业务的影响,单一业务的流量会达到1Tbps以上。从发展曲线看,2010至2020年十年中,固网流量只增长了4倍,可是从2020年到2030年的十年将增长2500倍。

据思科的预测,2021年视频业务将占全球流量的81%,中国互联网的视频业务占网络流量的94.5%。从全球流量看,固网每年增长24%,移动网络每年增长47%。

中国的宽带网络基础在过去几年得到大幅度提高。从移动网络来看,中国每万人基站数是14个,美国是4.7个;每10平方米有的基站数,中国有5个,美国只有0.4个,所以美国基站的功率都远大于中国,辐射也远大于中国。从固网宽带光纤渗透率来看,2019年中国达到了92.9%,美国是25%。而且百兆带宽的光纤到户渗透率,在2020年11月达到89.4%。

邬贺铨说,中国的光纤新增市场连续5年是全球新增市场的一半,中国光缆总线路长度已经达到4546万公里,占全球40%以上;2019年中国光纤覆盖率是美国的四倍,这说明我们的光纤部署是领先于全球的。

在覆盖水平大幅提高的同时,用户感受得到的实际网速还有提升空间。从我国宽带速率提升的纵向比较来看,从2013年到2019年,我国固网的下载速率提升了14倍;从横向比较看,据思科数据,2018年全球固网宽带的平均速率是45M,我国为28M,是全球平均水平的60%。

“在互联网国际带宽上,我们是比较低的,2017年全球网民平均国际带宽是76K,中国是28K,这个速率是欧洲的1/4,美国的1/3。”邬贺铨说,“当然这不仅是光网络建设的问题,还有国家出境流量安全管理的问题。我想说明的是,尽管国内的光纤发展很好,但带宽水平、可用宽带能力与世界水平还是有很大的差距。”

中国光模块技术跻身国际先进水平

作为宽带的底层物理承载基础,中国的光纤光缆技术发展走了引进消化吸收再创新的路。从拉光纤到做光纤预制棒,再到光纤光缆装备,我国的光纤光缆生产技术已经是国际先进水平。目前我国是全球最大的绿色光棒基地。“光纤的可用波段将从C波段向C++波段演进,能使每光纤带宽增加50%,而且未来还将向L波段扩展。未来几年,G.654.3海缆以大有效面积和低衰减等特质将登陆成为通信干线的新选择。

我国在光模块技术上也可以跻身国际先进水平。华为在2020年2月份率先实现了800Gbps超高速光模块,在此之前国际最好水平是400G。800G模块大幅提高了光网络的传输性能,进一步降低单比特传输成本。在光纤的传输距离上,中国企业在400G现网测试中创造了超过600公里的传速距离。

中国企业实现了220GBaud的超高速信号传输,借助新型大带宽IQ调制器以及神经元网络的非线性数字信号处理算法,首次突破200GBaud,为未来单波速率向超Tbit级别的技术演进奠定基础。此外,中国企业还实现了全球最大容量的光交叉平台,容量达到384T。

邬贺铨认为,光纤的潜力还有待发挥。从光通信采用的波段来看,原来只是在25GHz中发展,如果可以把传输损耗控制在一个范围,光通信采用的波段可以向C波段转换,并向L波段扩展,实现高达260Tbps的带宽。

在带宽之外,光纤网还要提供具备确定性的低时延服务。现在IPv6技术火热,IPv6不仅仅可以表达终端及身份和位置,还可以把IPv6作为路由器的节点来用。“原来只知道网络中的IP包是沿路径进入目的地地址,根本不知道IP包中承载的内容是什么,而在IPv6中可以加入应用感知,指示用户的身份,用户IP服务质量以及IP包对于带宽、延时、抖动的要求,运营商看到这个需求指标就知道应该提供什么样的服务。”邬贺铨说。

5G时代光网络面临新的挑战

与之前的移动通信技术相比,5G的能力是多方面的,如增强技术、支持移动宽带、高可靠、低时延、广覆盖、大连接等,同时结合网络层技术,可以做针对5G网络的软件定义网络切片。5G用户速率是4G的10倍,峰值速率为200bps。据业内企业分析,5G连接速率在2023年可达575Mbps,是4G速率的13倍。

但室内的移动通信通常都是卸载到WiFi然后转入光纤网络,4G有59%流量分流到WiFi,5G有70%的流量也会分到WiFi,WiFi6有希望做到10Gbps,因此移动通信的发展,很大程度上流量是走到光通信网络中,因此随着Wifi速率的提升,光网络的整个结构流量也在跟着上升。5G前传网络是基于光网络部署的。由于5G采用的MIMO技术,多达64个天线,所以无法继续使用4G的前传网络,主要是带宽没有办法支持。“中国移动提出的MWDM方案在5G前传中受到了很多关注,可以在比较简单的情况下实现容量的提升。”邬贺铨说。

无论从固网还是5G来看,光网络都有更多挑战需要解决。工信部科技委常务副主任、中国电信集团科技委主任韦乐平说,发展新一代的光通信,要纳入标准体系中。2020年12月,中国通信标准化协会成立了TC618组,专注于做光通信的承载标准。

据介绍,TC618的主要工作方向有三个:一是承载方案,研究面向综合承载光传送网需求和承载方案,研究新一代光传送网的技术演进方向;二是传输技术,包括陆地大容量WDM传输技术、海洋光纤传输、新一代光纤技术等;三是光模块。

“光模块是制约光通信发展的最后一个大屏障,这个东西不突破,系统是不可能快速发展的。”韦乐平说,“我们国内有很好的基础,但拔尖的少了点。希望通过通信标准化协会,能够推动光模块产业的大发展,特别是可调谐的激光器自主化能力实现突破。”

编 辑:值班记者
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