光电融合网络技术与产业应用白皮书

光电融合网络技术与产业应用白皮书 版权声明 本白皮书版权属于紫金山实验室及其合作单位所有并受法律保护，任何个人或组织在转载、摘编或以其他方式引用本白皮书中的文字、数据、图片或者观点时，应注明“来源：紫金山实验室等”。否则将可能违反中国有关知识产权的相关法律法规，对此紫金山实验室有权追究侵权者的相关法律责任。 编写说明 编写单位（排序不分先后）： 江苏未来网络集团有限公司、紫金山实验室、江苏省未来网络创新研究院、中国联通设计院、中国电信股份有限公司研究院、中国移动通信有限公司研究院、新华三技术有限公司、武汉光迅科技股份有限公司、深圳瑞波光电子有限公司、南方科技大学 编写人员（排序不分先后）： 陶高峰、秦子健、李琳、尹睿、秦树鑫、任广臣、陈平平、黄韬、杨伟、刘刚、刘伯江、焦明涛、朱永庆、陈迅、胡泽华、杨冰、程伟强、阳进、姜文颖、王豪杰、田郁池、周鸣、赵红海、阮祖亮、刘建锋、喻杰奎、李恒、武毅博、郭鑫、李浩、胡海、汪漪，凌晨曦 前言 当前，以6G、云计算、人工智能、未来网络技术等为代表的新一代信息技术正加速与实体经济深度融合，推动各行业数字化转型向纵深发展。然而，传统分离的光传输与IP网络架构已难以满足数字经济时代对超高速率、超低时延、超高可靠性的严苛要求。光电融合网络技术作为新一代信息基础设施的核心支撑，通过IP层与光层的深度融合，构建起大带宽、低时延、高可靠的确定性网络能力，为智能制造、远程医疗、自动驾驶等新兴应用场景提供坚实的网络保障。 本白皮书系统阐述光电融合网络的技术特征与发展需求，深入分析长距离相干光传输技术、IP+光融合架构、光电协同的智能管控系统等关键技术，全面梳理国际国内标准进展与产业生态现状。通过剖析数据中心互联、算力网络等典型应用场景，展示了光电融合网络在降低30%以上TCO、提升50%以上能效比等方面的显著优势。同时，本白皮书提出三阶段发展路径与产业协同建议，旨在推动构建开放、融合、智能的新一代光电网络体系。 我们期待通过本白皮书的发布，吸引更多研究机构、企业和产业人员共同参与光电融合网络的技术创新与应用实践，把握光电融合网络技术带来的产业变革机遇，助力我国数字经济高质量发展，为全球信息通信产业升级贡献中国智慧和中国方案。 目录 前言.....................................................................................................4目录.....................................................................................................5 1.1光电融合网络概念和特征.........................................................71.2光电融合网络需求和意义.........................................................81.3光电融合网络发展目标...........................................................10 二、光电融合网络技术......................................................................12 2.1技术体系架构...........................................................................122.2ZRx相干光技术.......................................................................162.3IP+光融合技术.........................................................................27 三、光电融合网络技术发展趋势......................................................35 六、光电融合网络产业应用场景与案例.........................................776.1应用场景...................................................................................776.2应用案例...................................................................................78七、光电融合网络行业发展建议......................................................837.1发展面临的挑战.......................................................................837.2发展阶段划分...........................................................................847.3发展对策建议...........................................................................86八、光电融合网络未来展望..............................................................88附录A：术语与缩略语...........................................................................89参考文献...................................................................................................94 一、光电融合网络背景 1.1光电融合网络概念和特征 当前网络容量需求以超过35%的年复合增长率（CAGR）持续增长，AI、边缘计算等应用推动相干技术向网络边缘延伸。当前网络架构普遍采用“电处理+光传输”的分层方式，这一架构正面临功耗高、转发复杂、跨层协同效率低等核心瓶颈。IP流量主导的容量激增对新一代节能技术提出更高的要求。行业正推动IP业务层与光传输层融合，通过将DWDM相干光模块直接部署于路由器等分组设备，消除独立光转发设备，降低功耗与空间占用。 光电融合技术从最开始的IPoverWDM方案，已有十余年历史，近年因开放解耦架构的普及和光模块技术进步（如微型化光电集成、相干容量提升）重获关注。消除独立光转发设备不仅降低CAPEX，其扩展传输距离还可绕过汇聚节点，进一步节省成本。 光电融合网络技术是通过光层传输与IP层控制的深度协同，构建 的 统 一 网 络 架 构 体 系 。 其 核 心 是 将 传 统 分 离 的 光 传 输 系 统（DWDM/OTN）与分组交换设备（路由器/交换机）在物理设备层、协议层和网络管理层实现三重融合，形成下一代确定性、可编程、广覆盖的智能承载网络。光电融合网络技术具备如下三大关键特征： 1.“IP+光”协同引擎 采用高速相干彩光模块（如400G/800GZR+、1.6T模块）作为IP层直连接口，实现无电中继的长距离传输，构建从路由器到光层的 透明链路。 2.确定性网络增强机制 基于SRv6+ODU/OSU灵活复用，实现业务粒度切片（vlan/roce等）与路径稳定转发保障，支持微秒级时延控制，适应AI/工业/金融等场景对稳定性、低抖动的极致要求。 3.广域光电融合调度能力 结合统一控制面（如SDN控制器）实现电信级路径动态调度，完成全网粒度识别、片段级路径编排与秒级快速发放，支持广域高效算力连接。 1.2光电融合网络需求和意义 随着5G、物联网、高清视频等技术的普及，数据流量呈爆发式增长。传统通信网络在传输容量和速度上逐渐难以满足需求，光电融合网络凭借光信号高带宽的优势，能实现高速大容量数据传输，满足不断增长的数据传输需求。 算力资源的分布往往和需求不匹配，导致资源利用率不高，严重影响了数字经济高质量发展，“东数西算”工程目前还面临“算不了、算不起、算不好”的问题。要解决这些难题，需构建低成本的智算互联网，以此支撑我国人工智能、大模型的发展需求，要将数据在不同地区的算力中心间高效传输和调度。光电融合网络可实现长距离、低延迟、无损的数据传输，为算力资源的跨区域协同提供支撑。 人工智能大模型训练、工业控制、自动驾驶等新兴应用对网络延 迟要求极高。如AI大模型训练中，网络抖动与丢包会严重影响性能，光电融合网络能有效降低延迟和抖动，满足这些应用的严格要求。 数据中心等网络设施能耗巨大，传统电交换网络能耗较高。光电融合网络在光传输部分能耗较低，有助于降低网络整体能耗，符合绿色节能的发展趋势。 光电融合网络则打破这一壁垒，提升网络资源灵活调度能力、降低网络架构复杂度，实现面向智算场景的泛在连接能力，其意义主要体现在： 支撑数字经济：为AI训练、算网协同、大数据处理等业务提供高效、高可用底座；为智能制造、智慧城市、智慧能源等多个领域提供高性能网络支持，加速各行业数字化进程，提升生产效率和管理效能，促进产业升级。 突破传统网络瓶颈：突破传统网络架构中光电信号分离以及高成本、高能耗、低效率等瓶颈，实现长距离无电中继无损承载、高性能、跨层调度、业务驱动、自适应修复等高级运维能力，为网络技术发展开辟新路径。 降低部署与运营成本：统一架构减少设备种类和中继节点，显著降低CAPEX与OPEX； 促进算力与数据融合：为算力的传输、交易、应用打造优质平台，构建庞大的算力资源池，实现算力资源的高效调度和共享，推动算力与数据要素的流通，支撑人工智能等新兴技术发展。 提升国家网络竞争力：光电融合网络相关技术是未来网络发展的 关键。全球首个光电融合确定性新型算网基础设施的开通，为中国新型网络基础设施领域实现从技术突破到产业引领，迈向全球领先地位奠定了基础。同时有助于促进DSP、硅光、TFLN、控制器等关键器件与平台的自主研发与规模应用。 助力可持续发展：通过降低能耗，减少对环境的影响，有助于实现碳减排目标，促进人与自然的和谐共存，符合全球可持续发展的大趋势。 1.3光电融合网络发展目标 光电融合网络的发展目标是通过光层传输与电层计算的深度协同，构建“光电一体、融合协同”的新型信息基础设施，以解决传统网络在带宽、时延、能耗方面的根本性瓶颈。 （1）带宽升级 网络带宽演进是一个不断发展提升的过程，从早期低速拨号上网，到如今的千兆、万兆光纤入户，以及数据中心的超高带宽网络，经历了多个阶段，以太网的速率也经历了从10Mb/s，逐渐提升到400Gb/s。未来光电融合网络需要支持800Gb/s、1.6Tb/s，甚至100Tb/s，从而支撑数据的速率增长。 （2）确定性低时延 在网络通信中，确定性时延是指数据传输的时延大小可精确预测、波动范围极小（甚至趋近于零）的特性，核心在于“可预期”而非单纯“低”。它对工业控制、自动驾驶等对时间敏感的场景至关重要。 与之对应的是“不确定性时延”：时延大小随机波动，无法预测（可能很低，也可能突然增大），例如普通互联网中，视频卡顿多是因时延抖动过大导致的。确定性低时延的实现需从网络架构、调度机制、资源分配等多维度设计，消除不确定性，提升转发效率，降低时延，这些都是光电融合网络要解决的问题。 （3）能效跃进 在“双碳”战略驱动下，构建绿色、高效的网络基础设施成为