新一代光接入网助力算力网络发展-李俊玮

新一代光接入网助力算力网络发展

李俊玮

中国移动研究院基础网络技术研究所

2023年6月

算为中心，网为根基，筑牢数智化转型坚实底座

国家政策+移动战略牵引：加快新型基础设施建设，发展全新算力网络，助力国家数字经济

国家政策牵引：千兆光网助力国家数字经济发展

•十四五新基建规划：推动国家骨干网和城域网协同发展，开展千兆光网提速改造

•十四五数字经济规划：协同推进千兆光纤网络和5G网络基础设施建设

•二十大报告：加快发展数字经济，促进数字经济和实体经济深度融合，打造具有

国际竞争力的数字产业集群

•2023年政府工作报告：所有地级市实现千兆光网覆盖，所有行政村实现通宽带

--数据摘自2023年《中国数字经济发展研究报告》、中商产业研究院

移动战略驱动：网络无所不达，算力无处不在

•中国移动深化创世界一流“力量大厦”战略，全力构建基于5G+算力网络+连接+算力+能力

智慧中台的“连接+算力+能力”的新型信息服务体系

•明确了算网基础设施层，光网络作为算网基础设施层的底座

网络作为连接用户、数据和算力的桥梁，需要与算力深度融合，形成算网

一体化新型基础设施，为用户提供低时延、高可靠、端到端的算力连接

3

中国移动千兆固网发展大数据

随着宽带普及率的提高和宽带提速的深入，千兆固网需从带宽的“千兆”连接能力向带宽+体验的“千

兆”服务能力转变，满足数字化时代千兆业务发展需求

网络能力业务发展质量保障场景拓展

2.8亿+

高清视频网关软探针企宽、互联网专线

截止2023年5月

高清用户规模近亿宽带测速、业务拨测等沿街商铺、商业

中国移动有线宽带用户总数2

大屏点播业务发展迅速家庭侧网络环境感知小微企业（固定IP）

城区OLT全面千兆

已全面转向10GGPON建设

智家业务Telemetry垂直行业

ComboPON

智能组网，家庭安防秒级高精度感知网络KPI工业PON

当前Combo以两模为主语音遥控、家庭IOT21年集采PON设备全面支持

极简架构、电信级可靠性

三模Combo是归一化方向遥测能力进一步下沉到网关侧

大带宽、低时延

HDICT智家新场景

FTTH占比>99%

智慧社区FTTR

网关全智能化健康养老集中管控

2H/2B的全光千兆组网业务

千兆宽带用户>5000wFTTR原生支持

持续加大WiFi6千兆网关引入感知网络业务KPI

4

面向算力网络千兆光接入网技术发展趋势

千兆光接入网作为“连接+算力+能力”的第一跳入口，需全面提升光接入网络的带宽、时延和确定性

等网络基础能力，并融合网络感知和网络切片能力，支撑面向服务的差异化承载

OMC/RMS

（含FTTR管理模块）

EdgeONUEdgeONU管理控制分析

EdgeONU

Room1

Room2

Room3

ONU/HGW

1:4/1:8…

10GPONIP承载网

Informationbox50GPON

EdgeONU…

Home

Room4OLTCloudVR等

城域传送网算力服务

FTTR全光家庭网络/全光局PON光接入网

域网

增强全光千兆覆盖提升全光接入能力引入全光智能感知

pFTTH向FTTR演进，基于强管控维的FTTR创新架构p全面部署10GPON，未来适时向50GPON升级实现p推进构建PON+FTTR协同的新一代光接入网架构

支撑光接入网服务能力向客户侧延伸，对运营商算带宽倍增p引入Telemetry秒级采集机制，实现业务感知和网

网服务能力直达用户提供保障p创新跨层协同DBA调度、DAW、队列调度等机制构建络质量可视、分析和调优

确定性低时延光接入网

5

目录

1总体背景和趋势

2PON技术发展和应用

3FTTH向FTTR演进趋势

6

持续提升光宽带网络能力，打造“端到端千兆”固网

千兆宽带已逐步普及，超200兆带宽已成为主流，中国移动已全面转向10GPON系统能力建设，并基

于“10GGPON+千兆网关+WiFi6”，实现“端到端千兆固网”能力

321

网关OLTCMnet/OTN云/管控平台

千兆网关

家庭网络侧PON接入网传送/承载网内容源

123

全千兆接入网全千兆智能网关全千兆Wi-Fi

•全网OLT具备10GGPON能力

•持续加大10GGPON千兆网关引入•Wi-Fi6频宽从80MHz向160MHz演进

•支持两模或三模Combo，平滑升级万兆

接入能力•企业网关23年首次集中采购•具备千兆Wi-Fi空口

•向三模Combo归一化演进

7

Telemetry+智能板构建接入网智能化大数据底座

面向体验经营，10GPON系统全面要求支持Telemetry，OLT按需引入智能板增强智能感知，构建针对

网络性能、业务及质量感知的大数据底座，实现网络感知能力开放

当前家宽系统难以支撑体验经营的要求，千兆体验经营需要确定性抓手

•宽带质量评估侧重于网络KPI，宽带用户•故障难识别，整治靠投诉，缺乏定位到内容源、网络、•业务多元化，但体验保障手段同质化现象严重

业务质量无法感知和测量家庭用户等环节，业务感知问题不能准确定界定位

保障诉求

家

20%•低时延

宽•低丢包

良好的良好的用有投诉记教育

离录线上实时监控

网络KPI户体验网保障诉求

80%•低时延

用•高网络速率

无投诉记录电竞

户运维人力大量被动响应

……

引入Telemetry+智能板，构建接入网智能化大数据底座

20222023

10GPON系统全面要求支持TelemetryOLT按需部署智能板，识别业务类型并实时采集及上报分段业务KPI

标准化采集接口，实现网络KPI数据秒级采集通过网络KPI与业务KPI关联分析，实现精准故障定界定位，保障多种业务

8

接入网智能化关键技术进展及后续推进

面向网络业务的体验保障，持续推动接入网智能化关键技术研究，满足全千兆业务发展及多场景应用对接

入网秒级监测和智能化演进的诉求，构建面向体验的下一代智能光接入网

控制/分析技术研究进展

OMC

Telemetry采集器立足接入网业务体验感知，推动OLTTelemetry技术能力及智能板采集上报

能力标准化：

•23年联合华为/中兴/烽火/诺基亚贝尔完成OLTTelemetry技术及智能板

UDP/GRPCNC/YANGNUDP

O

板

P实验室测试

板

能

OLT控

智

主•Telemetry数采能力、网元/光链路/业务流等数据上报格式符合要求

ODN

板ONU•智能板业务KPI分段感知功能得到验证，可实现基于应用的业务KPI采集

SNI

UNI与上报

接入网智能化技术后续推进

增强智能感知维度网络AI能力构建智能化能力向FTTR延伸

•满足接入网智能化质差分析，推动智能•借助智能板能力，构建接入网AI大模型，•Telemetry+MQTT数据协同，实现

板新增采集维度及采集指标，并定义统实现面向业务及体验的深度感知及智能分千兆光接入网端到端分段感知协同

一的YANG模型析，增强接入网智能化能力

9

中国移动下一代PON技术发展需求

p随着对称速率50GPON标准22年底在ITU-T获得通过，标志着50GPON国际标准体系基本建立

p50GPON系统除带宽提升外，还需支持低时延和网络切片功能，满足综合业务接入需求

ITU-T50GPON推进50GPON

50GPON系统要求

标准体系技术和产业成熟

速率国际标准凝聚产业共识

•非对称型25/50Gbps和对称型50/50Gbps两种速率总体要求G.9804.1•21年、22年中国移动牵头完成50GPON物

更匹配未来网络和业务发展需求理层标准G.9804.3和G.9804.3amd1制定

波长和功率预算物理层要求G.9804.3白皮书牵引产业发展路径

•兼容现网ODN，多速率共存下的功率预算满足Class•22年移动全球合作伙伴大会发布《NGOAN

C+32dB要求技术发展》白皮书，系统阐述了50GPON的

•和10GGPON共存是基本要求，特殊场景下可能存在协议层要求G.9804.2场景需求、关键技术发展目标和路径

GPON、10GPON、50GPON三代共存需求

联合样机研发

网络切片•21年、22年持续联合华为、中兴、烽火完

G.sup.PONslicing成非对称50GPON样机研发和完善，为产

•进一步优化调度机制，提升低时延性能，实现业务差业发展注入信心

异化承载

•支持高精度时间同步，满足5GFemeto小站场景需求G.sup.PONlatency现网试验

•端到端支持网络切片，从FTTH延伸到FTTR•业界率先完成50GPON样机现网试验，研

究成果在OFC2022和OFC2023发表

10

呼吁协同50GPON关键技术攻关及产业推进

50GPON产业链已取得长足进展，但物理层指标尚无法完全满足要求，呼吁产业界针对核心光电器件

及系统关键技术共同攻关，促进技术和产业进一步成熟

OLT侧光模块ONU侧光模块

EML50GEML/50Gb/s50G

CM-TIA

50GOLTDrv.EML+SOAAPDONU

ONU

OLTDSP/DSP/

25/50GMAC

MACCDRAPD/BMDrv.CDR

BM-TIAPIN+SOADML

25/50Gb/s

多代共存高功率预算兼容多速率

当前存在问题：当前存在问题：当前存在问题：

•部署50GPON需要考虑多代共存，当前•50Gb/s速率下行和上行信号均未达到N1等级•50GPON样机上行仅支持25Gb/s或

样机上行波长为1300nm波段，无法实功率预算50Gb/s单一速率信号收发

现三模Combo

•上行25Gb/s突发信号未达到C+等级功率预算

•暂无三模MPM共存型Combo光模块后续要求及方案：

后续要求及方案：

Ø局端PON口需兼容25G/50G上行多速

后续要求及方案：ØOLT发送端，进一步提升EML+SOA发送光

率的归一化

Ø50GPON上行方向应采用1286±2nm功率

Ø研发用于多速率接收的大动态范围、高

窄带激光器波长ØONU发送端，提升DML激光器增益带宽积

响应度的BM-TIA电芯片技术

Ø

优化光模块内WDM器件结构，可采用ØOLT接收侧，采用足带宽高灵敏度APD或

Ø攻关上行多速率动态自适应均衡DSP技

空间光等新方案，缩小滤波器体积SOA预放大器，进一步提升接收灵敏度

术

11

50GPON物理层关键技术：高功率预算收发技术

50GPON传输带宽提升5倍，理论上将导致灵敏度劣化7dB左右，兼容现网C+等级ODN32dB功率

预算难度较大，需进一步提升发射光功率，同时提升接收灵敏度

光接口参数国际标准要求下行50G连续

EML+SOA

下行50Gb/s上行50Gb/s上行25Gb/s

当前问题：入纤光功率无法达到8.5dBm

+14dBm

后续要求：采用波导耦合等技术，优化SOA到光纤耦合效率

+11.8dBm?+9dBm

50GAPD

+8.5dBm

+6.8dBm?当前问题：接收灵敏度无法达到-24dBm

+5dBm后续要求：通过优化锗硅APD的TO封装，进一步提升接收灵敏度

上行25/50G突发

ClassC+

ClassC+DML

32dB32dB

当前问题：50GDML输出光功率无法达到6.8dBm

ClassC+

32dB后续要求：研发DBR等新型结构DML激光器，提升增益带宽积

-22.7dBmBM-TIA

-24dBm当前问题：当前尚无50G足带宽BM-TIA样品

-25.7dBm?

后续要求：研发50G带宽BM-TIA芯片，同时兼容25/50G多速率

-27.5dBm接收，并压缩突发开销至40ns以内

12

50GPON关键技术：oDSP技术需求

p50GPON应用至少支持25G和50G两种上行速率，但各个ONU传纤距离不等，需引入动态自适应的

oDSP技术，实现不同上行速率、不同距离ONU信号的自适应均衡，满足C+等级32dB功率预算收发

需求分析技术可行性分析oDSP技术需求

业务需求分析

•OFC2023文献：离线测试结果表明，采用技术需求：

•后续25G上行将主要面向传统宽带场景，50G动态自适应均衡DSP技术，可有效控制不同

面向25G和50G上行速率，不同传纤距离

上行将主要面向高价值场景，二者均有需求规格ONU上行色散代价TDEC在3.2dB以内，•

满足标准要求（不大于5dB）下ONU，均能满足接收灵敏度要求，从

50/50G而保证最低32dB功率预算系统部署要求

ONU25Gb/s上行50Gb/s上行

50G

PON50/25G

OLTONU关键攻关点：如何通过动态自适应oDSP优化

每个上行突发信号的均衡收敛时间达到最短

50/25G

ONU•利用来自MAC的突发先验信息辅助DSP内

技术需求分析⋮均衡模块的收敛

•现网中需要解决高速信号带来的色散代价，而光存在问题：•多模DSP中均衡器收敛应不对系统传输性

纤色散代价取决于传输速率和传纤长度能带来影响，例如吞吐量、时延/抖动等

•采用非协同DSP均衡每个突发信号收敛时间

•为满足上述需求，需要引入多速率自适应oDSP，

g长（~40ns)，增加了额外上行突发开销控制信号

n

g50GPONOLT

i

t

n

n

实现现网多速率信号兼容且满足iC+功率预算

n

o

d

i

u

o

t

M

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c

a

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e

z

D

r光模块

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vNRZReceiverDSP

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S

l

aOLT

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L

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s

R

F

lDSPBM

D

M

CMACAPD

芯片TIA

13

50GPON关键技术：协议层

50GPON主要通过单帧多突发和专用注册开窗技术来降低时延，可将时延从约600μs降到小于300μs

（降低约50%）

ONU上线时在信道上打开注册窗口，对在线ONU造成时延和抖动，引入新波长

增加时延相关原则，DBA调度同时考虑带宽效率和时延特性用于上线注册

单

专下行波长上行波长注册专用波长

帧

用

多1342±21300or1270增加第三波长

注

突

册原方为保证新ONU上线，周期性

发无

开案开窗，在线业务时延存波动

技

窗

新方新ONU上线，不影响在线业

术用于ONU上线注册

案务时延

p综合考虑时延以及吞吐量特性，单帧2突发性能更优，此时背靠背最大时延从144μs降至约85μs（降低约41%），专用注册开窗可

降低最大时延约230μs

p引入多物理参数感知的DBA机制，优化Guardtime和Preamble，可降低多突发引入的吞吐量代价，从而进一步提高单帧内突发数

目，需进一步研究

增加单帧内突发数目，显著降低时延，但上行吞吐量下降专用注册开窗可降低时延~230μs（约65%~84%）

专用注册带内

开窗开窗

突发最大最大改善值

数目时延时延（μs）

1120350230

263296233

446282236

14

目录

1总体背景和趋势

2PON技术发展和应用

3FTTH向FTTR演进趋势

15

中国移动家庭网络技术路标

02p终端数量增加:1—>10+

03p业务种类增多:上网,HD/4K,云VR，及其他多样业务

O4p全千兆覆盖：千兆无缝覆盖向用户终端提供极致体验保障

O10203O4

SFUHGUiHGUFTTR

宽带网络入口家庭连接中心增值业务中枢千兆连接和增值业务中枢

l支持2层功能l家庭网络中心l家庭网络及业务管控l千兆全光无缝覆盖

核心

l无Wi-Fil支持3层功能lWi-Fi6及演进

lWi-Fi4l支持APP

lWi-Fi4/5/6

<20132014-2015>2016>2022

16

千兆宽带从带宽连接向体验保障纵深发展

p伴随着千兆宽带的加速普及以及4K视频、VR等新业务的发展，宽带用户的千兆体验保障需要宽带

网络提供电信级的千兆全屋无缝覆盖，满足用户业务在屋内随时随地的千兆接入需求

p全千兆覆盖：为实现千兆连接提速和千兆服务体验保障，需通过延伸光网能力与Wi-Fi体验保障并

举，打造端到端千兆固网

千兆固网端到端面临挑战：最后10米问题技术发展需求

家庭网络用户投诉原因

7%从FTTH到FTTR延伸光底座

8%家庭网络问题

•电信级光网使能基于房间的千兆Wi-Fi

光缆线路问题

12%覆盖

传输链路问题

53%

内容源问题多点Wi-Fi协同组网提升体验

20%其他问题•支持快速漫游切换

•基于调度增强千兆Wi-Fi体验

根据信通院数据显示运营商用户投诉原因分布：

53%的投诉和家庭网络质量相关17

FTTR网络架构的需求

3个延伸2个开放1张网络

p光网络能力延伸：构建全光网算pEMS/OLT和FTTR互通：p电信级一体化网络能力：

力服务接入锚点互通开放是快速实现现网•千兆无缝覆盖

低时延承载

pOMC运维能力延伸：光层信息规模部署的前提