盘点：光通信的五个发展趋势

Posted 2022-03-11 鲜枣课堂

目前，我们整个社会正处于第二次数字革命（数智革命）的起飞阶段。

在消费互联网取得巨大成功的基础上，我们开辟了行业互联网这个新蓝海，并据此提出了数字经济和数字化转型战略。

于是，无数的行业数字化场景（例如智慧工厂、智慧物流、智慧文旅等）涌现出来，加速了海量数据的产生。

根据预测，人类的数据产量，正在以每年50%的速度迅猛增长。

围绕这些体量庞大的数据，我们急需更强悍的算力和通信力，进行应对。这就是ICT技术发展的源动力。

我们具体该如何应对呢？

无线看5G，有线看光纤。

今天这篇文章，小枣君专门讲讲有线，详细分析一下有线通信里最重要的光通信技术，以及围绕光通信技术构建的光传输网络，看看在数智革命的巨大挑战下，光通信究竟是如何应对的。

提到光通信，我们还是要默默感恩高锟博士1966年的创世论文。

正是他的坚持和不放弃，才给我们带来了光纤这么一个几乎完美的通信介质。它具备大带宽、高性能、低成本的特点，为后来人类社会信息化起步，奠定了基础。

我们无法想象，如果没有光纤，我们仅靠金属介质，建立如今覆盖全球的庞大通信网络，到底要消耗掉多少宝贵的资源，会对环境造成怎样的损害。

更不用说，这些成本转嫁到我们普通用户身上，我们将面临怎样高不可攀的通信资费。

光纤

如今，光纤是我们整个数字社会的底座基石。它就像血管，不断输送着数以EB、ZB的数据，连接世界，创造价值。

光通信技术的未来发展趋势，紧密围绕着性能和成本，归纳起来，就是三点：

█ 发展趋势一：全光网的演进

全光网，是我们非常熟悉的名词。

光通信的首要任务，就是传输数据。前面小枣君也提到了，人类社会每天都在面临数据增长。为了避免拥塞，光通信必须紧跟需求发展，持续扩增自己的带宽和容量。

目前，光通信扩增自身传输能力的方法非常明确，就是两条：一，继续提升单波容量，相当于把路修宽。二，升级所有的路由交换节点，实现高速公路的点对点直达（避免换乘）。

• 单波容量的提升
  

经过数十年的苦心经营，国内运营商当前骨干网已经达到了单波100Gbps的水平。

下一步的发展目标，是单波400Gbps。而制约这一目标的主要障碍，是成本，尤其是光模块这样的核心器件的成本。

除了400G之外，处于研发和试验阶段的，是800G和1.2T。

想要实现单波速率提升，主要有两个办法：采用更高阶的调制方式、提升波特率。

高阶调制虽然可以成倍提速，但抗噪声能力差。也就是，和无线空口一样，外部环境恶化，或者传输距离远，就不能用高阶调制，只能降阶。

高波特率的话，比高阶调制更有用。它既可以提升速率，也不会影响传输距离。但是，高波特率对光电器件要求很高。说白了，属于工艺问题。

• 光通信频谱带宽延展
  

除了提升单波容量之外，想要增加单根光纤的传输速率，就只能让这根光纤传输更多的波。想要更多的波，就只能进一步扩展光通信的频谱带宽。

光通信其实和无线通信一样的，也是依赖频谱资源。

我们在一根光纤中传输不同频段的光，在考虑保护间隔的前提下，可用的频谱带宽越大，能传的光的波数越多，容量也就越大。

一般情况下，波道采用C波段，频谱资源是4THz。扩展为CE波段后，频谱资源增加20%，为4.8THz。如果采用C++波段，是6THz。如果采用C+L波段，是11THz，相比C波段提升了175%。（延伸阅读：链接）

如果按照单波400G的速率，C++波段（80个波），那么，骨干传输容量可以提升到400G×80个波=32Tbps。

为了进一步提升速率，专家们也没有放弃在光纤上做文章。

新型光纤传输技术，比如MCF、FMF和PCF等，现在正在成为行业热点。光纤头部企业，正在加紧进行技术研发。

• 全光交换
  

除了提升速率带宽之外，另一个能力提升的手段，就是交换节点的升级扩容，这也是全光网2.0的精髓所在。

光通信的发展目标，是替换所有的电通路。换句话说，所有的数据传输，全部应该由光通路完成。

光纤不仅要铺到家庭，还要铺到每个房间，每个PC，每台电视，每个冰箱。所有固网接入，全部替换为光，消灭网口。

此外，在设备的内部，也要摈弃光电转化，直接光路到元件、到芯片。芯片与芯片之间，芯片内部之间，也全部光路。这是光通信的终极发展目标。

对于普通人来说，这个目标是无法想象的，不是吗？

用户侧，目前我们发展到了FTTR（光纤入户）阶段。在骨干侧，随着ROADM和OXC的普及，我们国内已经实现了全光波长交换。

未来，全光波长交换的发展思路就是——向上和向下。一方面，满足小颗粒度的交换和调度（面向行业需求、切片）。另一方面，满足大颗粒的交换和调度（面向骨干网容量扩增）。

想要实现ROADM调度能力的升级，离不开对WSS技术工艺的研究。这也是目前光通信产业链最值得关注的研究方向之一。

█ 发展趋势二：解耦&白盒化

除了通信能力的不断精进之外，光通信发展的第二个关注点，就是成本压缩。

毕竟，企业需要生存，生存离不开利润。想要利润，除了增加收入之外，就只能勒紧裤腰带，减少开支。

作为行业最大的甲方，运营商控制成本最有效的手段，就是扶持产业链。说白了，一项技术越成熟，越开放，做的厂商越多，就越有可能压低价格，最终实现“白菜价”。

而比较悲催的是，在光通信领域，国内三家运营商互不相让，选择了不同的技术体系，让产业链左右为难。

目前，技术标准的争夺日趋激烈，产业链还在观望，举棋不定。

在国企稳增量、杜绝恶意竞争、防止国有资产流失的大背景下，小枣君个人认为，光通信技术路线的妥协归一，是大势所趋。

省下来的钱，都是国家的钱。搞那么多的技术路线，互相内耗，确实没有必要。

在运营商“开源、解耦”的摇旗呐喊下，光通信设备走向灰盒化、白盒化，是必然的。

所有的设备开放解耦，让厂商沦为“低端”制造工厂。这样的话，更多的乙方可以加入，进一步降低设备购买成本，实现运营商自身利益的最大化。接入网那边的Open RAN，其实也是一样的思路。

█ 发展趋势三：网络扁平化

CAPEX（建设成本）看产业链，OPEX（维护成本）呢，只能看企业内功。

运营商的维护成本一直很高，其中最主要的组成部分，是人员工资、设备维护、能耗支出（电费）。

如何降低网络的整体能耗，如何减少网络的运维复杂度，进而降低人力投入，是运营商需要考虑的头等问题。站在光通信的角度，就是考虑单位比特公里传输能耗和单位比特交换能耗的进一步挖潜。

光本来就是节能的技术。传输网中，光域的占比越高，整体的能耗就越低。尤其是WDM向ROADM全光交换演进之后，能耗还能进一步降低。

光通信技术本身的降能耗潜力有限。于是，运营商想到了另一个办法，就是网络至简。

也就是说，尽可能让整个传输网变得简单，减少设备数量，提升设备能力，以此来削减运维成本。

网络至简的最重要举措——网络扁平化。

以中国电信为例。当前的中国电信传输网络，从宏观上分为四层，从上到下，分别是国干（一干）、省干（二干）、城域、接入。

电信的想法，是直接把它们干成两层——国干和省干融合，城域和接入融合，变成“骨干+城域”的两层架构。

这样一来，设备数量肯定是减少了，不仅节约了硬件成本，还减少了空间占用和电费开支，以及人力投入。

扁平化后的传输网，将从树型架构变成MESH网状架构。这是一次革命性的创新，也是一次艰巨的挑战。对于网络来说，这相当于是一次脱胎换骨的手术。

█ 发展趋势四：城域网的角色转变

提到了城域网，我觉得有必要专门说一下它。

全光网2.0的发展路线，是先骨干全光，再城域全光。

城域全光的一个特点，就是OTN这种昂贵的设备下沉，从仅用于骨干，变成了城域也有。城域WDM，也将在成本进一步下降后，下沉到城域边缘。

城域全光网，包含了城域核心、汇聚、接入三层。高性能设备的下沉，意味着城域网的定位和服务对象，将会发生明显的变化。

一直以来，运营商们都希望凭借城域接入技术（PON，无源光网络）在C端的成功，将经验复制到B端，打开新的市场。

换句话说，运营商们认为家庭宽带市场已经趋于饱和（现在在推千兆，未来推50G-PON，虽然需求不大），目前希望大力推动针对政企用户的宽带接入市场，满足全业务传输需求。

升级之后，运营商的城域全光网，将实现对移动（基站）、家庭宽带、政企用户、云业务（数据中心）的全面融合承载，也就是“一网通吃”。

政企行业用户的光接入需求中，值得关注的是工业互联网场景。这类场景对传输带宽、确定性时延、安全性、可靠性要求最高，场景复杂，挑战很大。

基于OSU的M-OTN技术体系，就是基于政企用户场景的需求，被提出来的。它可以支持小带宽颗粒多业务承载，满足行业应用的小颗粒低成本传输。

城域全光网和云网融合关系密切。它不仅和数据中心有交集，更是运营商切入政企客户云业务的抓手。例如，运营商可以通过提供光宽带接入，搭配云专线业务，甚至兜售自己的云服务。

█ 发展趋势五：AI智能运维

除了架构变化之外，再想要极简网络，就只能引入先进运维技术的支持。

SDN、SDON这些就不用说了，运营商要求各厂家转发与控制解耦，将所有设备的管理和业务调度能力集中，实现统一管控。厂商肯定不愿意这么做，然后，双方就处于僵持状态。

实现集中管理后，运营商通过引入AI人工智能技术，还有大数据技术，可以实现对整个传输网络的智能运营。这就像是一个全国级的交通调度中心，而且，这个中心还是基于人工智能算法的，潜力极大。

小枣君相信，围绕“AI+SDN”，实现网络流量预测、性能劣化预测、故障根因分析和光纤态势感知，都将变得可行。通信工程师的饭碗，有可能被AI砸得稀碎。

借助AI，网络本身将具备极强的网络自愈能力。出现问题时，AI可以进行快速响应和链路调度，减少业务的中断时长，甚至让客户根本感知不到故障曾经发生过。

除了降成本之外，引入智能运维还有一个好处，就是绿色节能。

通信网络的绿色节能，不再是一句公益口号。它牵扯到运营商重要的政治任务——那就是服务于国家的“双碳”战略。从某种意义上来说，它的重要性，甚至高于省钱。

█ 结语

好啦，以上就是小枣君对光通信未来发展方向的一些思考。

光通信是一个庞大的体系，限于篇幅，还有一些技术动向我没有介绍，例如DCI、WSON、ZR等。将来有机会，我再通过专题，进行详细说明。

我还是那句老话，光传输网络是整个数字社会的基座，重要性极高，比5G高得多。光通信技术，是目前少数值得深入研究的通信领域。

希望广大有志青年能够加入到光通信的研究之中，参与建设更强大更智能的全光3.0甚至4.0，为数字智能革命夯实基础。

谢谢大家的耐心阅读，我们下期再见！

—— 全文完 ——