芯耀
377
目前，我們整個(gè)社會(huì)正處于第二次數(shù)字革命（數(shù)智革命）的起飛階段。
在消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)取得巨大成功的基礎(chǔ)上，我們開(kāi)辟了行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)新藍(lán)海，并據(jù)此提出了數(shù)字經(jīng)濟(jì)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。于是，無(wú)數(shù)的行業(yè)數(shù)字化場(chǎng)景（例如智慧工廠、智慧物流、智慧文旅等）涌現(xiàn)出來(lái)，加速了海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。
根據(jù)預(yù)測(cè)，人類的數(shù)據(jù)產(chǎn)量，正在以每年50%的速度迅猛增長(zhǎng)。
圍繞這些體量龐大的數(shù)據(jù)，我們急需更強(qiáng)悍的算力和通信力，進(jìn)行應(yīng)對(duì)。這就是ICT技術(shù)發(fā)展的源動(dòng)力。
我們具體該如何應(yīng)對(duì)呢？
今天這篇文章，小棗君專門講講有線，詳細(xì)分析一下有線通信里最重要的光通信技術(shù)，以及圍繞光通信技術(shù)構(gòu)建的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，看看在數(shù)智革命的巨大挑戰(zhàn)下，光通信究竟是如何應(yīng)對(duì)的。
提到光通信，我們還是要默默感恩高錕博士1966年的創(chuàng)世論文。
正是他的堅(jiān)持和不放棄，才給我們帶來(lái)了光纖這么一個(gè)幾乎完美的通信介質(zhì)。它具備大帶寬、高性能、低成本的特點(diǎn)，為后來(lái)人類社會(huì)信息化起步，奠定了基礎(chǔ)。
我們無(wú)法想象，如果沒(méi)有光纖，我們僅靠金屬介質(zhì)，建立如今覆蓋全球的龐大通信網(wǎng)絡(luò)，到底要消耗掉多少寶貴的資源，會(huì)對(duì)環(huán)境造成怎樣的損害。
更不用說(shuō)，這些成本轉(zhuǎn)嫁到我們普通用戶身上，我們將面臨怎樣高不可攀的通信資費(fèi)。
光纖
如今，光纖是我們整個(gè)數(shù)字社會(huì)的底座基石。它就像血管，不斷輸送著數(shù)以EB、ZB的數(shù)據(jù)，連接世界，創(chuàng)造價(jià)值。
光通信技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，緊密圍繞著性能和成本，歸納起來(lái)，就是三點(diǎn)：
█ 發(fā)展趨勢(shì)一：全光網(wǎng)的演進(jìn)
全光網(wǎng)，是我們非常熟悉的名詞。
光通信的首要任務(wù)，就是傳輸數(shù)據(jù)。前面小棗君也提到了，人類社會(huì)每天都在面臨數(shù)據(jù)增長(zhǎng)。為了避免擁塞，光通信必須緊跟需求發(fā)展，持續(xù)擴(kuò)增自己的帶寬和容量。
目前，光通信擴(kuò)增自身傳輸能力的方法非常明確，就是兩條：一，繼續(xù)提升單波容量，相當(dāng)于把路修寬。二，升級(jí)所有的路由交換節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高速公路的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直達(dá)（避免換乘）。
單波容量的提升
經(jīng)過(guò)數(shù)十年的苦心經(jīng)營(yíng)，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商當(dāng)前骨干網(wǎng)已經(jīng)達(dá)到了單波100Gbps的水平。
下一步的發(fā)展目標(biāo)，是單波400Gbps。而制約這一目標(biāo)的主要障礙，是成本，尤其是光模塊這樣的核心器件的成本。
除了400G之外，處于研發(fā)和試驗(yàn)階段的，是800G和1.2T。
想要實(shí)現(xiàn)單波速率提升，主要有兩個(gè)辦法：采用更高階的調(diào)制方式、提升波特率。
高階調(diào)制雖然可以成倍提速，但抗噪聲能力差。也就是，和無(wú)線空口一樣，外部環(huán)境惡化，或者傳輸距離遠(yuǎn)，就不能用高階調(diào)制，只能降階。
高波特率的話，比高階調(diào)制更有用。它既可以提升速率，也不會(huì)影響傳輸距離。但是，高波特率對(duì)光電器件要求很高。說(shuō)白了，屬于工藝問(wèn)題。
光通信頻譜帶寬延展
除了提升單波容量之外，想要增加單根光纖的傳輸速率，就只能讓這根光纖傳輸更多的波。想要更多的波，就只能進(jìn)一步擴(kuò)展光通信的頻譜帶寬。
光通信其實(shí)和無(wú)線通信一樣的，也是依賴頻譜資源。
我們?cè)谝桓饫w中傳輸不同頻段的光，在考慮保護(hù)間隔的前提下，可用的頻譜帶寬越大，能傳的光的波數(shù)越多，容量也就越大。
一般情況下，波道采用C波段，頻譜資源是4THz。擴(kuò)展為CE波段后，頻譜資源增加20%，為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%。（延伸閱讀：鏈接）
如果按照單波400G的速率，C++波段（80個(gè)波），那么，骨干傳輸容量可以提升到400G×80個(gè)波=32Tbps。
為了進(jìn)一步提升速率，專家們也沒(méi)有放棄在光纖上做文章。
新型光纖傳輸技術(shù)，比如MCF、FMF和PCF等，現(xiàn)在正在成為行業(yè)熱點(diǎn)。光纖頭部企業(yè)，正在加緊進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。
全光交換
除了提升速率帶寬之外，另一個(gè)能力提升的手段，就是交換節(jié)點(diǎn)的升級(jí)擴(kuò)容，這也是全光網(wǎng)2.0的精髓所在。
光通信的發(fā)展目標(biāo)，是替換所有的電通路。換句話說(shuō)，所有的數(shù)據(jù)傳輸，全部應(yīng)該由光通路完成。
光纖不僅要鋪到家庭，還要鋪到每個(gè)房間，每個(gè)PC，每臺(tái)電視，每個(gè)冰箱。所有固網(wǎng)接入，全部替換為光，消滅網(wǎng)口。
此外，在設(shè)備的內(nèi)部，也要擯棄光電轉(zhuǎn)化，直接光路到元件、到芯片。芯片與芯片之間，芯片內(nèi)部之間，也全部光路。這是光通信的終極發(fā)展目標(biāo)。
對(duì)于普通人來(lái)說(shuō)，這個(gè)目標(biāo)是無(wú)法想象的，不是嗎？
用戶側(cè)，目前我們發(fā)展到了FTTR（光纖入戶）階段。在骨干側(cè)，隨著ROADM和OXC的普及，我們國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全光波長(zhǎng)交換。
未來(lái)，全光波長(zhǎng)交換的發(fā)展思路就是——向上和向下。一方面，滿足小顆粒度的交換和調(diào)度（面向行業(yè)需求、切片）。另一方面，滿足大顆粒的交換和調(diào)度（面向骨干網(wǎng)容量擴(kuò)增）。
想要實(shí)現(xiàn)ROADM調(diào)度能力的升級(jí)，離不開(kāi)對(duì)WSS技術(shù)工藝的研究。這也是目前光通信產(chǎn)業(yè)鏈最值得關(guān)注的研究方向之一。
█ 發(fā)展趨勢(shì)二：解耦&白盒化
除了通信能力的不斷精進(jìn)之外，光通信發(fā)展的第二個(gè)關(guān)注點(diǎn)，就是成本壓縮。
畢竟，企業(yè)需要生存，生存離不開(kāi)利潤(rùn)。想要利潤(rùn)，除了增加收入之外，就只能勒緊褲腰帶，減少開(kāi)支。
作為行業(yè)最大的甲方，運(yùn)營(yíng)商控制成本最有效的手段，就是扶持產(chǎn)業(yè)鏈。說(shuō)白了，一項(xiàng)技術(shù)越成熟，越開(kāi)放，做的廠商越多，就越有可能壓低價(jià)格，最終實(shí)現(xiàn)“白菜價(jià)”。
而比較悲催的是，在光通信領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)三家運(yùn)營(yíng)商互不相讓，選擇了不同的技術(shù)體系，讓產(chǎn)業(yè)鏈左右為難。
目前，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的爭(zhēng)奪日趨激烈，產(chǎn)業(yè)鏈還在觀望，舉棋不定。
在國(guó)企穩(wěn)增量、杜絕惡意競(jìng)爭(zhēng)、防止國(guó)有資產(chǎn)流失的大背景下，小棗君個(gè)人認(rèn)為，光通信技術(shù)路線的妥協(xié)歸一，是大勢(shì)所趨。
省下來(lái)的錢，都是國(guó)家的錢。搞那么多的技術(shù)路線，互相內(nèi)耗，確實(shí)沒(méi)有必要。
在運(yùn)營(yíng)商“開(kāi)源、解耦”的搖旗吶喊下，光通信設(shè)備走向灰盒化、白盒化，是必然的。
所有的設(shè)備開(kāi)放解耦，讓廠商淪為“低端”制造工廠。這樣的話，更多的乙方可以加入，進(jìn)一步降低設(shè)備購(gòu)買成本，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商自身利益的最大化。接入網(wǎng)那邊的Open RAN，其實(shí)也是一樣的思路。
█ 發(fā)展趨勢(shì)三：網(wǎng)絡(luò)扁平化
CAPEX（建設(shè)成本）看產(chǎn)業(yè)鏈，OPEX（維護(hù)成本）呢，只能看企業(yè)內(nèi)功。
運(yùn)營(yíng)商的維護(hù)成本一直很高，其中最主要的組成部分，是人員工資、設(shè)備維護(hù)、能耗支出（電費(fèi)）。
如何降低網(wǎng)絡(luò)的整體能耗，如何減少網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維復(fù)雜度，進(jìn)而降低人力投入，是運(yùn)營(yíng)商需要考慮的頭等問(wèn)題。站在光通信的角度，就是考慮單位比特公里傳輸能耗和單位比特交換能耗的進(jìn)一步挖潛。
光本來(lái)就是節(jié)能的技術(shù)。傳輸網(wǎng)中，光域的占比越高，整體的能耗就越低。尤其是WDM向ROADM全光交換演進(jìn)之后，能耗還能進(jìn)一步降低。
光通信技術(shù)本身的降能耗潛力有限。于是，運(yùn)營(yíng)商想到了另一個(gè)辦法，就是網(wǎng)絡(luò)至簡(jiǎn)。
也就是說(shuō)，盡可能讓整個(gè)傳輸網(wǎng)變得簡(jiǎn)單，減少設(shè)備數(shù)量，提升設(shè)備能力，以此來(lái)削減運(yùn)維成本。
網(wǎng)絡(luò)至簡(jiǎn)的最重要舉措——網(wǎng)絡(luò)扁平化。
以中國(guó)電信為例。當(dāng)前的中國(guó)電信傳輸網(wǎng)絡(luò)，從宏觀上分為四層，從上到下，分別是國(guó)干（一干）、省干（二干）、城域、接入。
電信的想法，是直接把它們干成兩層——國(guó)干和省干融合，城域和接入融合，變成“骨干+城域”的兩層架構(gòu)。
這樣一來(lái)，設(shè)備數(shù)量肯定是減少了，不僅節(jié)約了硬件成本，還減少了空間占用和電費(fèi)開(kāi)支，以及人力投入。
扁平化后的傳輸網(wǎng)，將從樹(shù)型架構(gòu)變成MESH網(wǎng)狀架構(gòu)。這是一次革命性的創(chuàng)新，也是一次艱巨的挑戰(zhàn)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，這相當(dāng)于是一次脫胎換骨的手術(shù)。
█ 發(fā)展趨勢(shì)四：城域網(wǎng)的角色轉(zhuǎn)變
提到了城域網(wǎng)，我覺(jué)得有必要專門說(shuō)一下它。
全光網(wǎng)2.0的發(fā)展路線，是先骨干全光，再城域全光。
城域全光的一個(gè)特點(diǎn)，就是OTN這種昂貴的設(shè)備下沉，從僅用于骨干，變成了城域也有。城域WDM，也將在成本進(jìn)一步下降后，下沉到城域邊緣。
城域全光網(wǎng)，包含了城域核心、匯聚、接入三層。高性能設(shè)備的下沉，意味著城域網(wǎng)的定位和服務(wù)對(duì)象，將會(huì)發(fā)生明顯的變化。
一直以來(lái)，運(yùn)營(yíng)商們都希望憑借城域接入技術(shù)（PON，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）在C端的成功，將經(jīng)驗(yàn)復(fù)制到B端，打開(kāi)新的市場(chǎng)。
換句話說(shuō)，運(yùn)營(yíng)商們認(rèn)為家庭寬帶市場(chǎng)已經(jīng)趨于飽和（現(xiàn)在在推千兆，未來(lái)推50G-PON，雖然需求不大），目前希望大力推動(dòng)針對(duì)政企用戶的寬帶接入市場(chǎng)，滿足全業(yè)務(wù)傳輸需求。
升級(jí)之后，運(yùn)營(yíng)商的城域全光網(wǎng)，將實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)（基站）、家庭寬帶、政企用戶、云業(yè)務(wù)（數(shù)據(jù)中心）的全面融合承載，也就是“一網(wǎng)通吃”。
政企行業(yè)用戶的光接入需求中，值得關(guān)注的是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。這類場(chǎng)景對(duì)傳輸帶寬、確定性時(shí)延、安全性、可靠性要求最高，場(chǎng)景復(fù)雜，挑戰(zhàn)很大。
基于OSU的M-OTN技術(shù)體系，就是基于政企用戶場(chǎng)景的需求，被提出來(lái)的。它可以支持小帶寬顆粒多業(yè)務(wù)承載，滿足行業(yè)應(yīng)用的小顆粒低成本傳輸。
城域全光網(wǎng)和云網(wǎng)融合關(guān)系密切。它不僅和數(shù)據(jù)中心有交集，更是運(yùn)營(yíng)商切入政企客戶云業(yè)務(wù)的抓手。例如，運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)提供光寬帶接入，搭配云專線業(yè)務(wù)，甚至兜售自己的云服務(wù)。
█ 發(fā)展趨勢(shì)五：AI智能運(yùn)維
除了架構(gòu)變化之外，再想要極簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)，就只能引入先進(jìn)運(yùn)維技術(shù)的支持。
SDN、SDON這些就不用說(shuō)了，運(yùn)營(yíng)商要求各廠家轉(zhuǎn)發(fā)與控制解耦，將所有設(shè)備的管理和業(yè)務(wù)調(diào)度能力集中，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管控。廠商肯定不愿意這么做，然后，雙方就處于僵持狀態(tài)。
實(shí)現(xiàn)集中管理后，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)引入AI人工智能技術(shù)，還有大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的智能運(yùn)營(yíng)。這就像是一個(gè)全國(guó)級(jí)的交通調(diào)度中心，而且，這個(gè)中心還是基于人工智能算法的，潛力極大。
小棗君相信，圍繞“AI+SDN”，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測(cè)、性能劣化預(yù)測(cè)、故障根因分析和光纖態(tài)勢(shì)感知，都將變得可行。通信工程師的飯碗，有可能被AI砸得稀碎。
借助AI，網(wǎng)絡(luò)本身將具備極強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)自愈能力。出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，AI可以進(jìn)行快速響應(yīng)和鏈路調(diào)度，減少業(yè)務(wù)的中斷時(shí)長(zhǎng)，甚至讓客戶根本感知不到故障曾經(jīng)發(fā)生過(guò)。
除了降成本之外，引入智能運(yùn)維還有一個(gè)好處，就是綠色節(jié)能。
通信網(wǎng)絡(luò)的綠色節(jié)能，不再是一句公益口號(hào)。它牽扯到運(yùn)營(yíng)商重要的政治任務(wù)——那就是服務(wù)于國(guó)家的“雙碳”戰(zhàn)略。從某種意義上來(lái)說(shuō)，它的重要性，甚至高于省錢。
█ 結(jié)語(yǔ)
好啦，以上就是小棗君對(duì)光通信未來(lái)發(fā)展方向的一些思考。
光通信是一個(gè)龐大的體系，限于篇幅，還有一些技術(shù)動(dòng)向我沒(méi)有介紹，例如DCI、WSON、ZR等。將來(lái)有機(jī)會(huì)，我再通過(guò)專題，進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
我還是那句老話，光傳輸網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)數(shù)字社會(huì)的基座，重要性極高，比5G高得多。光通信技術(shù)，是目前少數(shù)值得深入研究的通信領(lǐng)域。
希望廣大有志青年能夠加入到光通信的研究之中，參與建設(shè)更強(qiáng)大更智能的全光3.0甚至4.0，為數(shù)字智能革命夯實(shí)基礎(chǔ)。
謝謝大家的耐心閱讀，我們下期再見(jiàn)！
