智慧光網絡 關鍵技術應用實踐和未來演進

范志文

烽火通信科技股份有限公司副总裁，教授级高工。主管公司战略规划、系统设备及芯片开发等工作，并担任公司产品委员会主任委员。带领公司在光通信、数据通信等领域持续发展，其中光传输产品市场规模位居全球前五，产品竞争力和市场份额持续提升，整体推动光通信设备核心芯片和器件等关键领域实现自主化和国产化，极大提升了我国通信设备核心竞争力。

吴军

教授级高工。在信息通信领域的产品研发、技术管理、战略研究连续经历36年以上。承担多个国家、省部级科技研究项目，曾获国家科技进步二等奖/湖北省科技进步一等奖。编著《嵌入式Linux系统应用基础与开发范例》，发表科技论文论文40余篇，主编国家标准“MPEG-2信号在SDH网络中的传输技术规范”等。主编公司十五、十一五、十三五规划，参编湖北省/武汉市多个信息通信行业相关规划，从2016年开始致力于“数字化转型”理念的广泛传播。

马俊

高级工程师。主要研究领域为光通信，先后从事过光网络产品的产品研发、市场管理、解决方案与路标规划工作。在光网络及承载网络技术研究及网络规划领域拥有丰富经验。曾获中国通信学会科学技术奖一等奖。

朱冰

高级工程师。主要研究领域为数据通信、智能光通信、云网融合等，具有多年网络产品的研究和开发经验，主持和参与开发新产品10多项，获得国家发明专利20项。作为项目负责人主持国际科技支撑计划项目，参与多项863计划项目。入选武汉市黄鹤英才计划。

邱晨

烽火通信科技股份有限公司系统部总经理，具有多年通信系统设计和产品研发经验，主要研究领域为网络控制面、智能算法、网络规划与策略、网络数字孪生、光电器件及波分网络等。在公司内曾主持9项新产品开发及大规模商业应用，作为技术负责人主导过国内外20多个重大网络工程的规划、技术导入、产品落地工作，尤其对超大规模网络的网络规划和业务控制有深入研究。参与多项863计划项目，数次参与相关专业的国标编写工作。

第 1章　智慧光網絡 001

1.1　智慧光網絡產生的背景　002

1.2　光網絡的發展歷程　002

1.3　光網絡面臨的挑戰　003

1.4　光網絡演變趨勢　004

1.5　智慧光網絡的概念　007

1.5.1　智慧光網絡是什麽　007

1.5.2　智慧光網絡的特性　010

1.5.3　智慧光網絡的目標　013

1.6　小結　015

第　2章 智慧光網絡的連接層技術　017

2.1　智慧光網絡連接層的技術要求　018

2.2　光纖技術　020

2.2.1　光纖通信的發展歷程和技術特性　020

2.2.2面向傳輸容量的光纖技術的發展　022

2.2.3面向傳輸性能的光纖技術的發展　024

2.3　光模塊技術　026

2.3.1　光模塊的分類和發展歷程　026

2.3.2　直接檢測光模塊的調制技術的發展　028

2.3.3　相乾光模塊的光電器件技術的發展　030

2.3.4　相乾光模塊的DSP技術的發展　032

2.3.5　光模塊的發展趨勢　035

2.4　光放大技術　036

2.4.1　摻鉺光纖放大器和遙泵光放大器　037

2.4.2　拉曼光纖放大器　039

2.4.3　半導體放大技術　041

2.4.4　光放大領域的新技術及發展趨勢　041

2.5　無源波分復用器件　044

2.5.1　FOADM器件和AWG技術　044

2.5.2　ROADM器件和WSS技術　044

2.5.3　新技術及發展趨勢　045

2.6　光波長選擇及交叉技術　046

2.6.1　傳統波分復用技術　047

2.6.2　ROADM光交叉矩陣技術　049

2.6.3　從方向相關（Directioned）到方向無關（Directionless）　050

2.6.4　從波長相關（Colored）到波長無關（Colorless）　051

2.6.5　競爭無關（Contentionless）　052

2.6.6　靈活柵格（Flexible Grid）　055

2.6.7　OXC系統　055

2.6.8　ROADM新技術和發展趨勢　057

2.7　多業務承載的OTN及OSU技術　060

2.7.1　分組增強型OTN技術　060

2.7.2　OSU技術的關鍵功能特性　061

2.7.3　OSU演進趨勢　062

2.8　IP承載技術　064

2.8.1　高速以太網技術　064

2.8.2　MPLS技術的演進　067

2.8.3　確定性網絡技術　069

2.8.4　IPv6+　071

2.9　光接入網技術　074

2.9.1　光接入系統　074

2.9.2　EPON/10G EPON/GPON/XG-PON/XGS-PON　075

2.9.3　50G PON　076

2.9.4　WDM-PON　080

2.9.5　家庭網絡技術　081

2.9.6　光接入網SDN/NFV　083

2.9.7　光接入網的智能化　084

第3章　智慧光網絡的網絡層技術　085

3.1　智慧光網絡的協議　086

3.1.1　GMPLS　086

3.1.2　PCE　091

3.1.3　路由協議　101

3.1.4　QUIC協議　106

3.2　智慧光網絡的管控技術　107

3.2.1　管控技術概述　107

3.2.2　網絡南向驅動　109

3.2.3　融合網絡管控　111

3.2.4　跨域編排協同　117

3.2.5　數智融合分析　119

3.2.6　北向能力開放　125

3.2.7　管控架構雲化　128

第4章　智慧光網絡的計算技術　135

4.1　智慧光網絡計算技術需求概述　136

4.1.1　光網絡智慧自治的需求　136

4.1.2　光網絡前瞻預防的需求　137

4.1.3　光網絡敏捷隨需的需求　137

4.2　智慧光網絡算力與算法技術　138

4.2.1　智慧光網絡算力與算法架構　138

4.2.2　智慧光網絡的算力技術　140

4.2.3　智慧光網絡的算法技術　148

4.3　人工智能技術　169

4.3.1　人工智能技術的背景　169

4.3.2　人工智能的關鍵技術　170

4.3.3　人工智能的應用場景　176

4.4　數字孿生技術　178

4.4.1　數字孿生技術的背景　179

4.4.2　數字孿生的關鍵技術　180

4.4.3　數字孿生技術的應用場景　183

第5章　雲網協同技術　185

5.1　智慧光網絡與雲網協同　186

5.1.1　什麽是雲網協同　186

5.1.2　智慧光網絡與雲網協同的關系　186

5.1.3　趨勢和挑戰　187

5.1.4　頂層架構　189

5.1.5　運營商的雲網協同架構簡介　190

5.2　面向雲網協同的組網能力　194

5.2.1　網隨雲動　194

5.2.2　雲化使能　196

5.2.3　雲邊端協同網絡　199

5.3　雲網協同的關鍵技術　200

5.3.1　網絡可編程　201

5.3.2　網絡遙測技術　214

5.3.3　網絡切片　219

5.3.4　網絡雲化技術　224

第6章　智慧光網絡的應用實踐　233

6.1　概述　234

6.1.1　商業模式升級　234

6.1.2　技術場景升級　234

6.1.3　應用場景升級　235

6.2　跨省ROADM/OXC全光區域網　235

6.2.1　從傳統建網思路向跨省ROADM/OXC區域網絡建設思路轉變　235

6.2.2　ROADM/OXC區域組網的優勢　236

6.2.3　ROADM/OXC區域組網的實踐及思考　238

6.3　5G承載　240

6.3.1　5G承載的需求與架構　240

6.3.2　5G前傳　244

6.3.3　5G中傳和回傳　245

6.4　政企專網　249

6.4.1　差異化服務能力是政企專線業務成功的關鍵所在　250

6.4.2　專線業務承載技術及組網方案　251

6.4.3　運營商政企專線組網思路和案例　252

6.5　數據中心光網絡　256

6.5.1　數據中心網絡光互聯　256

6.5.2　開放式光傳輸系統在數據中心的應用　258

6.5.3　運營商光網絡在開放解耦方面與數據中心的差異　259

6.6　工業光網絡　261

6.6.1　工業光網絡的概念和總體架構　261

6.6.2　工業OTN　262

6.6.3　工業PON　263

6.6.4　基於無源光局域網的全光園區的構建　265

6.7　全光家庭網絡　267

6.7.1　光纖到戶（FTTH）　267

6.7.2　光纖到房間（FTTR）　269

6.8　海洋光通信網絡　270

6.8.1　海洋光通信網絡的構成　270

6.8.2　海洋光通信技術發展的趨勢　271

第7章　智慧光網絡面向未來的演進　275

7.1　未來光網絡概述　276

7.1.1　未來網絡的概念　276

7.1.2　未來網絡在國內外的研究情況　276

7.1.3　未來光網絡的概念和特徵　282

7.2　未來智慧光網絡的應用場景和需求　284

7.2.1　6G 移動承載需求　284

7.2.2　XR場景需求　286

7.2.3　全息通信需求　287

7.2.4　觸覺互聯網需求　288

7.2.5　工業互聯網需求　289

7.2.6　智能物聯網和車聯網需求　292

7.2.7　海洋信息網絡需求　294

7.2.8　天地一體化需求　296

7.2.9　全光一體化底座需求　297

7.3　未來智慧光網絡的架構演進　300

7.3.1　國內外典型網絡架構研究　301

7.3.2　全光網絡架構的演進　303

7.3.3　全光網絡的技術趨勢和挑戰　305

7.3.4　空天地海一體化網絡架構的演進　308

7.3.5　空分復用光通信技術　310

7.3.6　空間光通信技術　311

參考文獻　315

後記　319

不忘初心，砥礪前行　319