中国信息通信研究院技术与标准研究所 2022年12月 全光网络协同发展研究报告 (2022年) 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 前 言 随着家庭娱乐品质的提升和在线教育的普及，超高清8K视频、强交互云游戏和VR教育等家庭高品质业务逐步涌现，更大带宽、更低时延和更高稳定性的网络承载需求迫切。另一方面，在云计算应用快速发展以及相应政策的大力推动下，企业业务迁移上云进程加速，企业多样化场景和差异化诉求对承载网络的带宽、时延、可靠性、安全性、管理运维便捷性等均提出更高要求。 “双千兆”网络作为新型的网络基础设施，有力的支撑了垂直行业市场应用，为赋能经济社会数字化专线注入了新的动力，工业和信息化部已于2021年初下发《“双千兆 ”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》作为未来三年内指导行业发展的政策性文件，为赋能经济社会数字化转型注入新动力。作为“双千兆”业务和应用的关键承载底座，光网络高品质服务的重要性日益凸显。构建光接入网与光传送网多维协同的端到端全光网络，借助PON接入网络的低成本、广覆盖以及OTN传送网络的确定性品质承载等关键特性，以助力家宽提质、企业差异化承载、一体化建设运维服务等全流程多样化的业务体验。 本研究报告在介绍全光网络协同典型应用场景的基础上，从推动全光网络协同发展的角度出发，提出了全光网络协同“三横四纵”总体架构并分析了相关的转发层、连接协议层、管控层等多层协同关键技术，并对全光网络协同的未来发展提出建议。 目前全光网络协同的诸多关键技术和应用验证仍处于探索阶段， 在设备形态、组网运营模式、控制协议实现等方面仍面临挑战。下一步的发展方向，将由“应用驱动、技术创新、运维支撑”三个方面来定义和牵引：在应用驱动方面，通过新的应用需求牵引技术落地；在技术创新方面，聚焦网络协同技术，推动标准化工作开展；在运维支撑方面，探索新的运维流程和模式，面向行业客户实现一体化的运维服务。全光网络协同未来发展需要业界产、学、研、用的共同参与，加速推动产业与生态走向成熟。 目 录 一、概述 ............................................................ 1 二、全光网络协同应用场景 ............................................ 1 (一) 家宽业务提质提速，端到端高品质承载需求凸显 ................. 2 (二) 企业用户入云加速，差异化承载和一体化管控需求迫切 ........... 4 三、全光网络协同总体架构 ............................................ 7 四、全光网络协同关键技术 ........................................... 11 (一) 设备转发协同 .............................................. 12 (二) 连接协议协同 .............................................. 18 (三) 管理控制协同 .............................................. 23 (四) 策略编排协同 .............................................. 25 五、总结与建议 ..................................................... 27 图 目 录 图 1 全光网协同架构 ................................................ 9 图 2 全光锚点可能的部署方式 ....................................... 12 图 3 入云节点与云网关对接方式 ..................................... 13 图 4 全光网协同架构时延分段 ....................................... 13 图 5 专网切片实现行业间的网络隔离 ................................. 15 图 6 业务切片实现业务级的差异化承载 ............................... 16 图 7 不同可靠性对应的端到端保护方案示意 ........................... 18 图 8 连接协议层协同架构 ........................................... 18 图 9 基于日历按需调整带宽 ......................................... 20 图 10 端到端OAM协议协同示意图 .................................... 23 图 11 管理控制层协同整体架构 ...................................... 23 图 12 策略控制层协同架构 .......................................... 26 表 目 录 表 1 VR教育体验指标 ................................................ 2 表 2 8K视频网络指标要求 ............................................ 3 表 3 云游戏网络指标要求 ............................................ 4 表 4 网络可靠性需求与保护模型的对应关系 ........................... 17 全光网络协同发展研究报告（2022年） 1 一、概述 随着家庭娱乐品质的提升和在线教育的普及，超高清8K视频、强交互云游戏和虚拟现实（VR）教育等家庭高品质业务逐步涌现，需要网络具备更大带宽、更低时延和更高稳定性。另一方面，不同企业的上云场景和诉求多样，对网络的带宽、时延、可靠性、安全性等提出较高要求。如何在以集中高效的方式管理企业网络的同时实现便捷安全的入云，是当前的网络诉求之一。 以千兆光纤网络与5G网络为代表的“双千兆”网络建设工作是近年来宽带网络建设的重点方向。党中央国务院高度重视该项工作，在国务院常委会上明确“大力推进5G和千兆光网建设应用”的工作任务。工业和信息化部已于2021年初下发《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》作为未来三年内指导行业发展的政策性文件，其中明确将千兆光网应用创新作为未来一段时间的行业重点任务。“双千兆”网络有力支撑制造、交通、医疗、教育、港口等垂直行业应用市场培育，给传统企业带来生产方式、经营管理的数字化变革，催生诸多新模式新生态，带动工业互联网、智能制造、智慧城市、智能家居等各个领域的创新创业，为赋能经济社会数字化转型注入新动力。 当前网络中接入网和传送网分段运维的体制，导致业务配置速度慢，故障定位和运维效率低，无法提供高品质的网络服务。面对家宽提质、企业入云的多样诉求，仅采用在接入侧增加带宽、设置服务质量等级（QoS）等方式无法保障业务端到端的服务体验，需要 全光网络协同发展研究报告（2022年） 2 打通接入侧和传送侧，实现端到端的服务提供。 全光网络协同是将光接入网络和光传送网络（OTN）在设备、管控、连接协议等多个方面进行协同，利用无源光网络（PON）的低成本和广覆盖以及OTN的确定性品质承载优势，实现构建高品质的全光入云网络，满足不断涌现的新业务、新场景的多样化诉求，全面提升家庭业务服务品质、赋能企业数字化转型，进一步推动双千兆网络的发展。 二、全光网络协同应用场景 (一)家宽业务提质提速，端到端高品质承载需求凸显 家庭场景下涌现出多样的新兴品质视频类应用，如VR教育、8K超高清视频、云游戏等，这些应用不仅需要稳定的网络带宽保障，还需要持续稳定的低时延和低丢包，对网络提出了更高的品质承载要求。 1.VR教育：网络稳定性至关重要 VR教育是家庭品质视频的典型应用场景，用户可通过交互设备与虚拟教学环境进行互动，虚拟空间图像需对交互行为做出实时响应，从而实现流畅的交互体验。VR教育的计算、渲染、编码均在云上，业务从云上通过网络实时传送到用户终端，对网络的带宽、时延、抖动敏感。网络一旦不稳定，易产生影响用户体验的卡顿、迟滞、黑边等情况。为保障VR教育的体验效果，需要网络满足如下表 1所示的各指标： 表 1 VR教育体验指标 全光网络协同发展研究报告（2022年） 3 阶段 终端单眼分辨率 带宽 时延 丢包率 抖动 当前 2~4K ≥80Mbps/130Mbps ≤20ms ≤1.0E-5 ≤15ms 中期 8K ≥540Mbps ≤10ms ≤5.0E-6 ≤10ms 远期 16K ≥1540Mbps ≤8ms ≤1.0E-6 ≤7ms 来源：CCSA《基于电信网的云化虚拟现实网络技术要求》 2.8K视频：高带宽和高可靠性 2019年，工业和信息化部、国家广播电视总局、中央广播电视总台印发《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》的通知，按照“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线，大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用。业内逐步出现8K超高清应用，运营商也试点提供8K超高清业务。8K超高清业务对网络的带宽和可靠性提出更高要求：传输每秒传输帧数（FPS）为60的视频，需要至少百兆级带宽；传输120FPS的视频，需要至少千兆级带宽；在卡顿或者花屏的处理上，需要更低的网络丢包率。8K超高清视频业务需要网络满足如下表 2所示指标： 表 2 8K视频网络指标要求 类型 带宽 时延 丢包率 8K点播 ≥280Mbps ≤15ms ≤1.0E-5 8K直播 ≥150Mbps / ≤1.0E-6 来源：宽带发展联盟《千兆高质量业务体验与网络优化白皮书》 3.云游戏：时延和丢包高度敏感 网络游戏、云游戏和移动游戏由于具备交互性强、沉浸感高、趣味性足等特点，成为了家庭娱乐和社交的良好方式。大型游戏对响应延迟敏感，过大的传输延迟会影响服务器和玩家状态的同步过 全光网络协同发展研究报告（2022年） 4 程，游戏流畅度的下降会极大的影响用户体验。此外，云游戏通常采用云上渲染，渲染之后的视频数据通过网络传输，若传输过程中出现数据损伤或者丢失，云游戏画面将出现卡顿、跳帧等情况。为保证玩家体验，云游戏网络需要满足如下表 3所示指标： 表 3 云游戏网络指标要求 分辨率 帧率 带宽 时延 丢包率 抖动 1080P 60FPS >=40Mbps <20ms <1.0E-5 <16ms 来源：顺网科技、华为《云游戏白皮书》 综上所述，面向家庭新兴的品质视频应用，最迫切的需求是以较短的时延将业务从云平台传输到客户端，网络在整个过程都需要保持稳定的低时延和低丢包率。新兴的品质应用和传统的家宽上网业务一般采用相同的网络承载，运营商在提供统一的家宽服务基础上，可以通过提供增值服务的方式，实现客户高品质业务的订购。因此，在规划网络时，需要全面考虑各类家庭应用场景，面向高品质的客户保障承载网络端到端的低时延、低抖动、高可靠性能。 (二)企业用户入云加速，差异化承载和一体化管控需求迫切 由于企业种类繁多且发展规模不同，加之各类业务入云需求日益迫切，造成企业业务诉求多样，对网络的差异化承载需求明显。 1.商务楼宇：综合网络接入服务提供 商务楼宇是中小企业最为聚集的场景，既有大企业的分支机构，也有独立的中小微企业；各企业网络诉求多样，包括上网、高品质组网专线和