中国信息通信研究院技术与标准研究所2022年12月全光运力研究报告(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。 前言我国国民经济和社会发展“十四五”规划和2035远景目标纲要指出，要布局建设信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施等新型基础设施。以千兆光网和5G网络为代表的网络基础设施是信息基础设施的重要组成部分，其提供的强大数据运送能力，即运力，成为支撑数字经济发展的关键要素之一。以OTN技术为支撑的全光运力具备超大带宽、超低时延、安全可靠等原生技术优势，在新一轮数字经济发展中成为提供运力的坚实底座。本研究报告立足数字经济发展对运力的需求以及全光运力在其中发挥的核心作用等，研判全光运力算间互联、用户入算、运力管控等三个方面需求，探讨全光运力未来目标架构，在此基础上剖析面向超大带宽、超低时延、安全可靠、泛在覆盖、灵活敏捷、智能管控、绿色节能等七大典型特征的关键技术，初步构建全光运力评估指数。建议产业各方协同推进全光运力技术、标准化及产业多维合作，助力数字经济高质量发展。 目录一、全光运力发展背景..............................................1(一)运力协同支撑数字经济加速发展...............................1(二)OTN全光技术构筑运力坚实底座...............................2二、全光运力需求特性..............................................3(一)算间互联：超大带宽、超低时延、高效协同.....................3(二)用户入算：便捷接入、安全可靠、灵活敏捷.....................7(三)运力管控：跨域大网管控、算网协同、资源智管.................9三、全光运力目标架构.............................................10四、全光运力关键技术.............................................11(一)超大带宽..................................................11(二)超低时延..................................................14(三)安全可靠..................................................16(四)泛在覆盖..................................................18(五)灵活敏捷..................................................20(六)智能管控..................................................22(七)绿色节能..................................................24五、全光运力评估指数.............................................25六、全光运力未来展望.............................................27 图目录图1信息基础设施提供算力和运力....................................2图2“冷、温、热”数据业务时延需求................................5图3云、边数据中心互联需求........................................6图4全光运力目标架构.............................................11图5高速线路技术方案..............................................12图6频谱扩展技术线路.............................................13图7全光运力时延优化规划.........................................15图8全光交叉OXC系统.............................................16图9光电切片隔离..................................................17图10单节点光电保护协同..........................................18图11OTNP2MP组网技术架构........................................19图12波长数扩展技术..............................................20图13全光运力多维灵活感知........................................21图14光电协同调度................................................22图15多因子算路技术..............................................23图16光纤链路质量检测系统........................................24图17全光运力多层次节能技术......................................25图18全光运力指数1.0.............................................26表目录表1各省数据中心规划及出局带宽预估.................................4表2新型光纤G.654.E与G.652.D典型参数对比........................13表3全光运力指数..................................................27 全光运力研究报告（2022年）1一、全光运力发展背景(一)运力协同支撑数字经济加速发展新一轮科技革命和产业变革正在席卷全球，产业数字化深入发展，数字经济成为支撑经济增长的重要引擎。在数字经济时代，大数据的运送、计算、加工产生新动能，赋能行业新应用、催生新业态、推动生产力发展。数据要素的往复循环，支撑了各种不同场景的创新应用和数字化转型，带来了全新的发展模式。信息基础设施提供蓬勃的算力和运力，成为数字经济发展的坚实基础。围绕加强数字化转型，我国国民经济和社会发展“十四五”规划和2035远景目标纲要指出，要布局建设信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施等新型基础设施，其中信息基础设施包括以千兆光网、5G为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施，见图1。算力基础设施提供超强算力，通信网基础设施提供强大数据运力，算力和运力赋能千行百业，成为支撑数字经济发展的关键能力。 全光运力研究报告（2022年）2来源：中国信息通信研究院图1信息基础设施提供算力和运力(二)OTN全光技术构筑运力坚实底座政务、医疗、金融、教育等行业数字化加速转型带来算力的旺盛需求，对运力相应也提出了高效、可靠和确定性等高品质要求，以光传送网络（OTN）技术为主要支撑的全光运力具备超大带宽、超低时延、安全可靠等原生技术优势，使其在新一轮数字经济发展中的价值日益凸显，成为运力的核心和坚实底座。加快发展和建设全光运力，已成为业界多方关注焦点。2022年2月，国家发改委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点，“东数西算”工程正式全面启动，优化东西部间互联网络和枢纽节点间直连网络是其中一项重要的任务。国家“十四五”规划提出发展“千兆光网”，工业和信息化部《信息通信业十四五规划》进一步对全光运 全光运力研究报告（2022年）3力的发展提出了明确的要求和目标，“部署骨干网200G/400G超大容量光传输系统，打造P比特级骨干网传输能力，引导100G及更高速率光传输系统向城域网下沉，加快光传送网（OTN）设备向综合接入节点和用户侧延伸部署。”地方政府也高度重视OTN全光运力的发展，山东、湖北、陕西、广西、云南、安徽等地的双千兆协同发展行动计划中，相继提出“推广部署全光交叉（OXC）”、“加速100G/200Gbps及以上超高速光传输系统向城域网下沉，光传送（OTN）节点进一步向网络边缘延伸”等要求。2021年11月，中国电信发布《全光网2.0技术白皮书》，指出建设云网融合的新型信息基础设施，全光网是新型信息基础设施的基石。2021年11月，中国移动发布《算力网络白皮书》，提出网络基于全光底座和统一IP承载技术，实现云边端高速互联，满足数据高效、无损传输需求。2022年5月，中国联通发布《算力时代的全光底座白皮书》，提出数字经济的发展依赖运力和算力，对全光底座的发展进行了系统阐述。二、全光运力需求分析产业数字化正在成为数字经济发展的重要引擎，千行百业加速上云，其中具备大带宽、低时延、安全可靠等内生特性的全光运力不可或缺，同时在算间互联、用户入算、运力管控等方面提出了新的需求。(一)算间互联：超大带宽、超低时延、高效协同1.枢纽间互联提升超大带宽需求 全光运力研究报告（2022年）4数据中心带宽大幅增长，对运力枢纽出口带宽带来巨大挑战。“东数西算”工程将在全国设立8个算力枢纽、十大数据中心集群，将东部算力需求有序引导到西部，促进东西部之间算力高效互补和协同联动。受新基建、数字化转型等国家政策推动以及企业降本增效需求驱动，我国数据中心近年来发展迅速，截至2022年6月底，全国在用数据中心机架总规模超过590万，服务器规模近2000万台，近五年年均复合增速超过30%。其中，大型数据中心机架规模增长更为迅速，占比达到80%1。根据部分省市发布的枢纽集群建设规划，预计十大集群节点规划规模总计超500万机架，到2025年单个枢纽节点的出局带宽将超过百T（见表1）。2021年各省市互联网省际出口带宽统计中广东达到100Tbps量级，其余省市均为几十Tbps量级，西部地区的宁夏则仅有9.62Tbps，各省市现有省际出口带宽无法满足未来运力枢纽节点的出局带宽需求。另一方面，西部枢纽以服务全国算力需求为主，出省带宽预计超70%，当完成规划的机架数时，预计骨干网带宽将增加1000T以上，对枢纽之间运力带宽同样提出了巨大挑战。表1各省数据中心规划及出局带宽预估枢纽2025年机架规划（万架）每机架带宽（Mbps）2025年出局带宽预估（Tbps）2021年互联网省际出口带宽现状（Tbps）广东韶关50~50018097.1（广东）长三角上海28~50010067.2（上海）宁夏中卫66~5002309.62（宁夏）甘肃庆阳30~50011023.4（甘肃）贵州贵安80~50028031.5（贵州）1数据来源：中国信息通信研究院《数据中心白皮书2022》 全光运力研究报告（2022年）5来源：工业和信息化部《2021年通信业年度统计数据》2.算间互联催生确定性低时延需求数据中心互联需要稳定与可靠的低时延。按照业务对时延的敏感性差异，可划分为热业务、温业务和冷业务，三类业务调度需求不同，如数据中心双活的热业务时延要求1ms~2ms，而AI训练、异地灾备等冷业务时延需求不敏感，见图2。网络时延越低，可牵引更多的业务到西部集群。《全国一体