算力时代全光运力应用研究报告（2024年）

(2024年) 中国信息通信研究院技术与标准研究所 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，本院将追究其相关法律责任。 前言 随着我国产业数字化转型的持续深入，企业及家庭用户数字化应用对算力资源的需求快速增长，全光运力作为连接用户及算力资源的承载底座，重要性进一步凸显。全光运力需要支撑算力资源互联及调度，满足各类新应用催生的高速互联、灵活敏捷、确定低时延、算网高效协同等应用需求。如何发掘典型行业应用，探索创新融合应用方案，有效发挥全光运力大带宽、高可靠、硬隔离、低时延等优势，更好推动企业数智化转型、家庭数智体验升级，强化高品质网络运力对经济社会数字化转型的支撑作用等成为业界关注热点。 本报告立足算网融合时代下产业数字化转型升级背景，围绕智慧交通、工业仿真、数字文旅、智慧家庭等典型行业入云场景，以及分布式大模型训练场景等，深入剖析用户服务体验以及数据传输等对网络的需求，提出满足企业及用户品质联算需求的超大带宽、确定性、高可靠安全、业务感知、算网协同等全光运力关键技术，展示全光运力在智慧交通、数字云网吧、智家云电脑、智算拉远等场景下的行业创新应用案例。希望业界聚力协同推进全光运力技术、产业及应用多维创新，支撑培育新质生产力，推动我国数字经济持续高质量发展。 目录 一、概述..........................................................1二、全光运力应用需求..............................................3(一)智慧交通...................................................3(二)工业仿真...................................................6(三)数字文旅...................................................8(四)智慧家庭娱乐..............................................15(五)分布式模型训练............................................18三、全光运力关键技术.............................................21(一)超大带宽..................................................21(二)确定性承载................................................22(三)高可靠安全................................................22(四)业务感知调度..............................................23(五)算网协同控制..............................................25四、行业应用案例.................................................25(一)智慧交通案例..............................................25(二)数字云网吧案例............................................26(三)智家云电脑案例............................................28(四)智算拉远案例..............................................29五、总结与展望...................................................30 图目录 图1交叉路口通信架构图.........................................................................................5图2仿真上云设计过程..............................................................................................6图3网吧、电竞酒店算力上云场景..........................................................................9图4实景三维云建模场景........................................................................................12图5影视云制作场景................................................................................................14图6智慧家庭云游戏场景.......................................................................................16图7算力分布式部署场景示例...............................................................................19图8全光运力解决方案架构图...............................................................................21图9超大带宽连接....................................................................................................22图10业务感知流程示意.........................................................................................24图11智慧交通案例..................................................................................................26图12数字云网吧案例..............................................................................................27图13智家云电脑案例..............................................................................................28图14智算拉远案例..................................................................................................29 表目录 表1摄像头带宽需求.................................................................................................3表2不同带宽下的理论传输时间..............................................................................7表3不同分辨率、刷新率对应的带宽需求...........................................................10 一、概述 各类算力行业应用涌现对网络带来新需求和挑战。一方面，消费互联网新业态新模式竞相发展，推动数据计算需求持续增长，数字医疗、数字办公、数字娱乐、智能出行等用户规模呈普遍增长态势，智能手机、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）头显、智能网联汽车、智慧家庭网关、工业园区网关等智能终端向多元化分布式发展，驱动数据处理从集中式计算向分布式云计算发展，并逐步从云端向边侧和端侧扩散，催生数据泛在处理及云边端算力的协同调度需求。随着人工智能（AI）大模型技术的成熟，生成式AI应用呈爆发式增长，AI模型训练及推理过程对网络性能指标要求愈加严苛，要求网络满足高速互联、灵活敏捷、确定性低时延、算网高效协同等能力。另一方面，产业互联网算力需求呈指数级增长，产业互联网数据量庞大且增速迅猛，且由于产业互联网应用与工业、农业及服务业等产业领域的设计、研发、制造、经营具体环节密切相关，对数据处理的实时度及精确度要求更高，需要更为强大泛在的算力资源及高质量的网络传输配合完成数据的高效处理。 全光运力建设取得积极成效。一是全光网建设快速推进，网络传输性能大幅提升。我国已经建成全球规模最大的光纤通信网络，网络规模和网络性能均达到国际先进水平。光缆线路总长度持续增加，截至2024年7月底，我国光缆线路总长度已达到6712万公里，新型超低损光纤部署规模逐步扩大；千兆及以上接入速率的固定互联网宽带接入用户达1.9亿户，占总用户数的29%。二是传输网络系统容量及 算网调度能力不断提升，数据中心互联（DCI）能力持续增强。基础电信运营企业陆续开展骨干网速率升级和容量扩容，国干层面以及部分省市开始部署单波400G系统，系统容量进一步提升，灵活全光交叉、智能管控、网络切片等新技术加快发展应用。三是高速光传输各项关键技术攻关取得一系列标志性成果。正交相移键控（QPSK）调制格式、C+L波段扩展等400G长距骨干传输关键技术标准体系基本完善，三大基础电信运营企业均已开展400G超长距传输试点。细粒度光传送网（fgOTN）、光业务单元（OSU）等我国自主创新技术方案向国际标准的转化率显著提升，国际影响力及话语权持续增强。 全光运力行业创新应用持续探索。目前，行业应用场景与业态日益丰富，光网络对千行百业数字化转型的赋能潜力不断激发，油气、铁路、电网等国民经济关键领域，以及金融政务、汽车制造、工业生产等重点垂直行业已涌现出一批创新应用优秀案例。随着全光运力基础设施的持续建设，如何发掘典型行业应用，探索创新融合应用方案，有效发挥全光运力大带宽、高可靠、硬隔离、低时延等优势，更好推动企业数智化转型、家庭数智体验升级，强化高品质网络运力对经济社会数字化转型的牵引作用，成为现阶段的关键任务。 本报告将立足算网时代下产业数字化转型升级背景，详细分析典型垂直行业的应用场景及对网络的需求，提出满足行业应用的全光运力关键技术，展示全光运力行业创新应用案例，为我国全光运力技术创新、融合应用及市场发展提供参考。 二、全光运力应用需求 （一）智慧交通 1.智慧交通应用场景 智慧交通建设需求推动摄像头智能化升级。交通运输部发布的《数字交通“十四五”发展规划》，提出深入推进数字交通体系，交通新基建在2025年要取得重要进展。智慧交通可支撑交通行业的数字化、网络化、智能化水平提升，支撑交通运输行业高质量发展和交通强国建设。智慧交通建设推动摄像头智能化升级，把普通摄像机升级为智能摄像机，并把分布式存储在各个区域的视频、抓拍图片上传到数据中心，以引入AI系统对路口数据进行分析，实现交通态势的全局监管、信号的综合调优。 摄像头智能化带来带宽升级需求。交通路口升级使用智能摄像机，现有的通信网络的以满足远程查看视频录像为主，智能摄像机多路同时上