未來5年光通信系統(tǒng)十大技術(shù)趨勢

瀏覽次數(shù)：發(fā)布時間：2019-06-28

一、初露鋒芒的硅光子技術(shù)

由于光和電采用分立方式，光子與電子技術(shù)遵循各自的發(fā)展路線，目前光通信系統(tǒng)在功耗、成本、集成度方面遇到提升瓶頸。

硅光子技術(shù)利用CMOS微電子工藝實現(xiàn)光子器件的集成制備，該技術(shù)結(jié)合了CMOS技術(shù)的超大規(guī)模邏輯、超高精度制造的特性和光子技術(shù)超高速率、超低功耗的優(yōu)勢。是一種能夠解決長技術(shù)演進(jìn)與成本矛盾的顛覆性技術(shù)。

目前多項硅光子關(guān)鍵技術(shù)已被相繼突破，預(yù)計在三年內(nèi)將開始商用。

二、與云、大數(shù)據(jù)技術(shù)融合，光通信SDN走進(jìn)2.0時代

SDN是公認(rèn)的光通信發(fā)展趨勢，通過引入控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的開放架構(gòu)，能夠顯著提升網(wǎng)絡(luò)能力，并已開始在現(xiàn)網(wǎng)上逐步部署。但隨著SDN的逐步部署和網(wǎng)絡(luò)流量的不斷增加，SDN控制器/應(yīng)用的部署靈活性、數(shù)據(jù)存儲、處理能力、安全性及超大流量下的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性都將受到巨大挑戰(zhàn)。

在未來3-5年，SDN技術(shù)將進(jìn)入2.0時代，SDN開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與云、大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合，以云的方式部署控制和應(yīng)用，用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析和預(yù)測流量將成為SDN2.0的主要特征。通過上述技術(shù)的引入，可以實現(xiàn)SDN解決方案的安全彈性部署，保證SDN對數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理的高要求，并多維度預(yù)測網(wǎng)絡(luò)流量趨勢，從而進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的智能化和敏捷性，在大流量環(huán)境下保證客戶體驗。

三、超越100G，單通道傳輸速率繼續(xù)提升

100G光傳輸難以滿足未來視頻、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求?，F(xiàn)網(wǎng)平滑升級超100G光收發(fā)單元可成倍提升系統(tǒng)容量，具有較高性價比和可行性。

超100G將繼承并發(fā)揚(yáng)100G光傳輸設(shè)計思想，在保持傳輸距離不變的同時提升光纖頻譜資源的利用率和頻譜效率，引入先進(jìn)的調(diào)制編碼和光電集成技術(shù)進(jìn)一步降低單位比特成本。

目前業(yè)界積極開展現(xiàn)網(wǎng)實驗，推進(jìn)超100G商用進(jìn)程，預(yù)計會在數(shù)據(jù)中心互聯(lián)率先展開應(yīng)用。

四、高速接入，多維復(fù)用和相干技術(shù)大顯身手

互聯(lián)網(wǎng)新應(yīng)用層出不窮，需要更大帶寬支撐井噴式增長的數(shù)據(jù)需求，政企大客戶、高端社區(qū)用戶將需要獨享波長入戶，以及部分場景下會有長距離高帶寬低時延接入需求。

光通信技術(shù)中的復(fù)用維度包括時分、波分、頻分、碼分、模分等。目前40G PON是采用了時分和波分兩維復(fù)用，這也是100GPON的可行方式之一。業(yè)界將探索上述更多維度的組合，為用戶提供更大的帶寬。此外，在接收端采用相干接收方式，可在一根光纖承載超過1000個波長，每波長1G/10G，無源傳輸距離達(dá)到100km，實現(xiàn)T比特接入。為用戶提供更大帶寬、更低時延的接入服務(wù)，為運營商提供高效和低運維成本的網(wǎng)絡(luò)。

40G TWDM-PON將在五年內(nèi)啟動商用之旅，更多維復(fù)用和相干技術(shù)也是研究熱點。

五、化繁為簡，IP與光網(wǎng)絡(luò)深度融合提升超大容量路由

當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)采用多層多域網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)，設(shè)備種類繁多，海量數(shù)據(jù)的分組處理能力呈指數(shù)級別提高，同時對超大容量路由運算能力提出越來越高的要求,導(dǎo)致機(jī)房空間緊張、能耗高、效率低。IP與光網(wǎng)絡(luò)的融合是解決問題的有效方式之一。

IP與光網(wǎng)絡(luò)融合可以通過統(tǒng)一交換內(nèi)核技術(shù)來實現(xiàn)，具有分組/ODUk/VC集中交換功能，從而減少網(wǎng)絡(luò)層次、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資、降低維護(hù)成本，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集約化。通過提高單槽位線卡轉(zhuǎn)發(fā)能力和采用多框集群技術(shù)，可以大幅提升單節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力;通過多核處理器、分布式軟件架構(gòu)、模塊化管理等技術(shù)，可實現(xiàn)千萬級別路由表管理。

涵蓋骨干、匯聚和接入網(wǎng)絡(luò)的IP與光融合，具有千萬級別路由表項的超大容量路由器，提供全網(wǎng)端到端解決方案，運營商已經(jīng)展開了試點。

六、靈活光交換，基于CDC-F特性光交叉構(gòu)建下一代光網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前隨著100G技術(shù)的規(guī)模部署，超100G技術(shù)的蓬勃發(fā)展，WDM/OTN系統(tǒng)的傳輸容量提升較快，光層的靈活調(diào)度和高效處理成為了光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的一個重要需求。

隨著WSS光模塊集成度的進(jìn)一步提升，采用WSS光模塊構(gòu)建的具備CDC-F(Colorless, Directionless, Contentionless, Flex Grid)特性的光交叉組網(wǎng)技術(shù)在超大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點應(yīng)用時，因同時擁有超大交換容量、波長及業(yè)務(wù)靈活調(diào)度、低功耗、低時延等關(guān)鍵特性，易于構(gòu)建靈活、高效的光網(wǎng)絡(luò)。

具備CDC-F特性的光交叉技術(shù)越來越受到全球運營商的重視，目前已有運營商率先部署，預(yù)計近期將會展開更大范圍的試點和商用。

七、開放創(chuàng)造價值，光通信網(wǎng)絡(luò)的APP技術(shù)普及

傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)比較封閉，缺少向外部用戶提供網(wǎng)絡(luò)管理和控制的能力。而隨著云計算、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)中心等的飛速發(fā)展，對管理、控制光網(wǎng)絡(luò)的需求越來越強(qiáng)烈。

在SDN時代，運營商和設(shè)備制造商開創(chuàng)性地向外部用戶提供自己開發(fā)的APP或者提供SDK供外部用戶開發(fā)APP。這些APP和SDK使用SDN控制器的開放式北向接口管理和控制光網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)創(chuàng)建、業(yè)務(wù)QoS調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等功能，從而創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式、簡化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、提高網(wǎng)絡(luò)使用效率和運維效率。

近年來，一部分友好互動的光網(wǎng)絡(luò)APP已經(jīng)獲得了用戶的青睞，未來開放的SDN化光網(wǎng)絡(luò)將孕育出更多更有價值的APP。

八、高效和低成本，中短距離城域高速傳輸直調(diào)直檢技術(shù)

為了滿足骨干網(wǎng)絡(luò)上千公里長距離傳輸?shù)囊?，目前主流的傳輸技術(shù)是相干傳輸技術(shù)。但是在城市之間的組網(wǎng)，往往傳輸距離在300公里以下。在這種情況下，如何避免使用相干探測的方式(系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高)，達(dá)到良好的傳輸和組網(wǎng)效果，是現(xiàn)在研究的熱門話題。

為了實現(xiàn)中短距離傳輸，當(dāng)前主要的技術(shù)主要考慮直接調(diào)制、直接探測上。調(diào)制方面，可采用的方式很多，包括：PAM-4傳輸方式、DMT傳輸方式、單邊帶傳輸方式，等等。在接收側(cè)，則采用非相干的方式，使用較少的光電子器件。以達(dá)到簡化系統(tǒng)和降低成本的效果。

近幾年，多個直調(diào)直檢技術(shù)實驗不斷進(jìn)行，通過逐步研究和持續(xù)優(yōu)化，未來3年將會開始試點。

九、走向全光網(wǎng)，從芯片間、板間到機(jī)房間的光互聯(lián)技術(shù)

伴隨著大數(shù)據(jù)和云技術(shù)的蓬勃發(fā)展，短到芯片片上和片間、長到機(jī)柜間和數(shù)據(jù)中心間的大規(guī)模數(shù)據(jù)交換處理，都渴望高速、穩(wěn)定、可靠的互聯(lián)，常規(guī)電纜連接將無法應(yīng)對。

目前看來，芯片間和板間的解決方案可以利用硅基光電集成來有效實現(xiàn)光互聯(lián)。機(jī)房間互聯(lián)、機(jī)架間互聯(lián)、機(jī)框間互聯(lián)、機(jī)盤間互聯(lián)可以利用光電轉(zhuǎn)換和光傳輸技術(shù)取代傳統(tǒng)的電纜，主要解決方案包括硅基的光電集成、高速VCSEL和直調(diào)DFB等。其中硅基光電集成方案具有CMOS工藝兼容，集成度高，成本低的優(yōu)勢。

未來幾年，光互聯(lián)技術(shù)將在芯片內(nèi)部、芯片間、板間、機(jī)柜間、機(jī)房間普及應(yīng)用。

十、綠色通信，光通信技術(shù)永遠(yuǎn)的主題

隨著人們信息消費的不斷增加，需要光通信提供的帶寬越來越大，消耗的能源越來越多。在能源日趨緊張的今天，如何實現(xiàn)綠色通信成為業(yè)界努力的主要方向之一。

為了實現(xiàn)綠色通信，一些新的技術(shù)正在或?qū)⒅饾u被采用，如新能源、高集成度芯片、高效率電源模塊、智能風(fēng)扇、液體制冷、智能流量聚合、硬件休眠、新型材料等技術(shù)。

通過上述技術(shù)的逐步引入和持續(xù)優(yōu)化，光通信設(shè)備的每比特能耗將逐漸降低，與環(huán)境更為和諧。

來源：光纖在線、戰(zhàn)略前沿技術(shù)

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