光纖通信系統技術的發展、挑戰與機遇

崔秀國，劉翔，操時宜，周敏

（華為技術有限公司，廣東 深圳 518129）

光纖通信系統技術的發展、挑戰與機遇

崔秀國，劉翔，操時宜，周敏

（華為技術有限公司，廣東 深圳 518129）

光纖通信系統是現代互聯網時代的核心支撐系統之一。首先概述了光纖通信系統關鍵技術的發展，并分析了其在蓬勃發展的云時代中的發展驅動力及在此驅動力下未來光纖通信系統面臨的挑戰與機遇。結合這些挑戰與機遇，分別從光纖通信系統總體網絡架構、骨干網絡技術、城域網絡技術、接入網絡技術和基于軟件定義網的新型光傳送網絡技術等多個方面，綜合闡述光纖通信系統技術在云時代的演進發展趨勢，以更有效地為未來互聯網、數據中心互聯、物聯網、5G移動網絡及智慧家居和智慧城市提供強有力的技術支撐。

光纖通信；云時代；光傳送網；數據中心互聯；5G移動網絡；智慧家庭和智慧城市

1 引言

從高錕（Charles K Kao）博士在1966年發表了《Dielectricfiber surface waveguides for optical frequencies》，首次提出了低損光纖理論，為光通信產業打開了一扇希望之門，到今天光通信系統的大規模應用部署，促進了全社會的發展，給全人類的工作生活帶來了便利，光通信產業已經度過了整整50周年的風風雨雨。現如今，光通信不僅僅局限于電信業本身，實際上已經成為影響和促進社會眾多其他產業發展的中堅力量，關系到全世界的經濟發展和社會進步。站在今天，至少可以說現在取得的成就是輝煌的。展望未來，不禁要思考如何把握光通信系統技術的發展趨勢，迎接瞬息萬變的社會產業變革帶來的挑戰，構建光通信產業健康發展的美好未來。

2 光纖通信系統近期的發展

在過去的30年，光纖通信系統高速發展［1-5］。如圖1所示，光纖通信的單通道速率從1985年的2.5 Gbit／s迅猛提高到2015年的400 Gbit／s，是原來的160倍。主要技術包括高速電光調制、高速光探測、硬判決前向糾錯（HD-FEC）、差分二相位及四相位調制（DPSK／DQPSK）、相干檢測（coherent detection）、光 數 字 處 理 （ODSP）、軟 判 決 前 向 糾 錯（SD-FEC）、偏振復用（PM）、高階正交幅度調制（QAM）和超奈奎斯特調制與解調（FTN）［6-15］。隨著超通道（superchannel）技術的引入［16-18］，通道速率已超過 1 Tbit／s［19］。

同時，寬帶光纖光纖放大器 （如摻鉺光纖放大器（EDFA）及拉曼光纖放大器（Raman amplifier））的引入使得波分復用（WDM）成為現實。光纖通信的單光纖傳輸容量從 1985 年 的 2.5 Gbit／s 大 幅 提 高 到 2015 年 的 20 Tbit／s，是原來的8 000倍。

鏈路也由早期的單跨段發展到今天的多跨段、可自由切換的透明波分網絡和彈性波分網絡（flexible-grid WDM）［20］。

2.1 相干檢測及光數字處理

在光通信系統發展早期 （2.5 Gbit／s／10 Gbit／s時代），采用簡單的強度調制／直接檢測（IMDD）技術來實現光傳輸。在波分系統的40 Gbit／s時代，基于直接檢測的差分二相位及四相位調制（DPSK／DQPSK）顯示出一定的優勢。當波分系統進入100 Gbit／s時代以后，相干光技術迅速成為了高速光通信系統的主流。目前，100Gbit／s相干已經大規模部署，400Gbit／s已經商用，目前產業界正逐漸向Tbit／s量級演進，而未來助推光通信系統傳輸能力持續向前發展的主要技術趨勢有超強DSP技術、超低損光纖+拉曼放大技術、C+L傳輸波段擴展技術以及FTN傳送技術。具體如圖1所示。

ODSP技術是光通信系統傳送技術中最具劃時代意義的技術，其將光網絡從模擬光時代帶入數字光時代。ODSP技術在相干通信系統興起過程中迅速發展，不僅能夠補償色散、偏振旋轉、相位噪聲和非線性等信道損傷，也能補償發射機和接收機的器件損傷。圖2顯示了相干檢測及光數字處理在過去10年的迅猛發展。

圖1 光纖通信系統傳輸技術在過去30年的大發展

2.2 可軟件定義收發器及彈性波分網絡

目前的ODSP技術，可以采用靈活可變的flex調制方式，根據不同的傳輸距離和場景，選擇靈活的通道間隔（flexible grid）和調制格式（flexible format），實現更高效的大容量光傳輸。flexible grid可以將波長間隔從50 GHz降低到37.5 GHz甚至33 GHz，使得C波段波長數量增加1.6～1.8倍，最大可以支持128～145個波長。目前16 nm的ODSP 普遍可以支持100 Gbit／s QPSK、150 Gbit／s 8QAM、200 Gbit／s 16QAM、400 Gbit／s 64QAM，不同傳輸距離、不同的調制技術，兼容同一硬件，從QPSK到16QAM和64QAM，頻譜效率提升了2～3倍。因發送器及接收器均采用 ODSP，收發器可軟件定義（software-defined transceiver）。由此彈性波分網絡（flexible-grid WDM）得以實現。圖3描述了可軟件定義收發器及彈性波分網絡的廣泛應用場景。

圖2 相干檢測及光數字處理在過去10年的迅猛發展

2.3 電層及光層調度技術

進入21世紀，隨著光網絡功能的進一步增強，其系統架構也越來越復雜，出現具有多個環網或者網狀網（mesh）拓撲結構，需要多個光纖（即多個維度）之間的光交換。得益于大規模集成電路的發展，電層交換技術的發展遠遠領先光交換，由此誕生了一種基于電層交換的光網絡系統，即OTN，并很快適應了通信傳輸網的發展需求。2010年以后，光網絡趨向復雜，OTN技術也在不斷自我變革，出現了增強型OTN技術，以適應復雜環網和mesh網帶來的架構與技術變遷。2013年，CCSA牽頭制定了《分組增強型光傳送網（OTN）設備技術要求》等國家行業標準，將 SDH交叉、分組交換、ODU交換統一納入分組增強型OTN設備中，集成了 OTN／SDH／PKT3 種業務調度功能。在 100 Gbit／s光傳送技術剛剛開始成熟商用的今天，業界已全面展開對超 100 Gbit／s（beyond 100 Gbit／s）光傳送技術的研究。未來的OTN需要具備任意業務的承載能力，同時光層的flex grid技術變革也正驅動著OTN向靈活性演進，能夠根據傳送的業務流量和傳送距離靈活選擇光調制方式、光頻譜資源大小、載波數量等參數，以達到最優化高效的網絡配置。

圖3 可軟件定義收發器及彈性波分網絡的廣泛應用場景

雖然OTN在不斷自我變革以應對新興網絡發展潮流，但依舊有其難以逾越的技術瓶頸。隨著OTN交叉容量的增加，其ODSP功耗線性增加，且只能通過減小芯片納米工藝數值來降低功耗，如16 nm工藝向10 nm演進。隨著后摩爾時代的到來，集成電路的集成度提升也將達到極限，芯片散熱成為最終限制，功耗已經很難繼續降低。未來大容量電交叉的功耗勢必給運營商機房運作帶來極大壓力。此外，電交換需要O／E及E／O，帶來了相對較高的時延。因此，產業界還是希望技術允許時將交換功能從電域轉到光域，這被稱為全光交換，并希望將此作為構建全光網的基礎。全光交叉最早的實現路線是延續早期對波長的光上下路復用（OADM），繼續對光波長（光頻譜）進行功能增強的波長交換與調度，即可重配OADM（ROADM）。至2010年前后，波長交換的業界主流商用架構演進成為基于多個 1×N波長選擇交換單元 （WSS）構成的多維ROADM（MD-ROADM）［21，22］，每個WSS也與本地上下路的交換單元連接，進行波長的上下路（可重配）。根據本地上下路的不同實現方式，可以有波長無關（colorless）、方向無關（directionless）、無阻塞（contentionless）特性的一種或多種。CDC ROADM就是指具有全部3種特征的ROADM。現階段，產業界主流廠商正集中力量加快CDC ROADM的研發進程，多項核心技術已經突破，實現商用化指日可待。CDC ROADM之后，產業界希望全光交叉持續向全光網演進，但由于光緩存以及實用化的快速光交換陣列難以實現，使得全光網的核心技術光突發交換（OBS）和光分組交換 （OPS）技術在中短期內難以突破［23，24］。因 此 在 全 光 網 真正到來前，近年來產業界針對中短期實用化，探索了兩條發展路徑，其中一個趨勢是波長交換粒度的靈活化與精細化。目前，波長交換已經實現了基于50 GHz波長通道粒度的密集波分復用（DWDM）系統和基于大于50 GHz波長通道粒度的超通道（superchannel）的靈活粒度光交換。圖4描述了基于超通道的電層及光層調度，進一步提升了系統光譜利用率和系統傳輸容量。

2.4 高速光電器件技術

光器件性能、設計水平和工藝是實現高性能光通信系統的必要保障，也是整個光通信產業鏈的硬實力和基石。傳統的光器件的不同功能必須采用不同的材料來實現，由眾多分立元件組成，生產環節多、大量依靠手工調試和校驗、生產效率低、價格昂貴。而光子集成技術，尤其是采用大規模半導體制造工藝（如CMOS）的硅光集成技術，能一舉突破器件成本、集成度和功耗的諸多瓶頸，開始引領光器件技術的新一輪產業變革。

光子集成最初源于20世紀90年代初提出的PIC（phonic integrated circuit）技術，即采用三五族材料 （如InP）實現包括光源在內的所有光器件的單片集成，并且已經實現了商用。然而基于三五族材料的集成光器件加工復雜、成本較高，光通信產業急需一種集成度更高、加工成本更低的統一平臺來實現未來的單片集成和光電集成。受到硅在集成電路中廣泛運用的啟迪，業界從20世紀80年代開始致力于利用硅材料實現光電子器件的功能，利用現有的CMOS工藝線進行加工，實現光電器件的Fabless（設計和生產分離）模式。

2004年，美國Intel公司和美國康奈爾大學的研究人員［25，26］分別在《自然》雜志上報道了基于馬赫—增德爾干涉儀結構和微環諧振腔結構的GHz高速硅光調制器，開啟了硅光研究的新紀元。2010 年，IBM［27］發布了史無前例的 40 Gbit／s的鍺波導型雪崩探測器，工作電壓低至1.5 V，對于低功耗的接收端應用具有不可估量的意義。硅光關鍵器件單點技術的陸續突破為下一步的大規模集成奠定了堅實的基礎。2015 年底，IBM［28］聯合美國幾所高校利用 45 nm CMOS 工藝將6 000萬個晶體管和850個光子器件集成在一個芯片上，達到了硅光集成領域的新高度。目前，硅光技術已經基本成熟，并開始在光通信系統上商用，典型代表是美國創新公司Acacia，其硅光子100 Gbit／s相干光模塊代表了硅光技術商用的最高水平。

硅光技術目前正悄悄引領光網絡產業的一次劃時代的技術變革，將光通信產業從分立器件時代帶入了自動化、規模化生產的集成芯片時代，其影響力不亞于從電子管時代進入晶體管集成電路時代給電子線路產業帶來的巨大震撼，但硅材料本身并不是最完美的材料。目前發現的二維材料石墨烯用于光電器件上，相比于硅材料，在理論上能夠得到更大的帶寬、更低的驅動電壓和更小的尺寸［29］。而且，由于石墨烯的生產制備可以兼容硅基CMOS工藝，因而目前的硅光技術和工藝可以進一步移植到石墨烯器件的生產制備上。此外，在目前的硅光器件中直接引入石墨烯，能夠實現兩種材料的優勢互補，構成更加強大的下一代“超硅光”技術。

未來，硅光／石墨烯技術作為一種平臺技術，將能夠實現下一代全光網絡的各種光交換、光路由、光邏輯、光存儲和光信 號處理器件［30-36］。而且，基于硅 光的量子通 信［37，38］、微波光子學［39-41］也是目前的研究熱點。一旦光電器件的加工技術能夠像微電子加工技術一樣不斷取得進步，利用光子晶體和人工介質材料的新型光電器件將在不遠的未來走向實用［42-44］。這些器件的優勢在于能夠實現新型的光學操控機理，完全有可能從物理上顛覆現有光網絡中的器件種類和網絡架構，實現光網絡的大幅度簡化和光通信產業的革命。

2.5 其他新型技術

（1）超低損光纖+拉曼放大

采用超低損耗光纖及拉曼放大器技術，可以大幅度提升高速傳輸距離。兩項技術的結合可帶來4.4～6 dB的增益，使得傳輸距離可提升200%以上，大大緩解香農極限的距離限制。

（2）C+L 傳輸波段擴展

將傳輸通道從C波段擴展到L波段，通過C+L兩個波段可以覆蓋接近200個50 GHz間隔的波長通道。未來幾年，隨著L波段器件的工藝和性能（功率、增益）更加成熟，相應的抑制非線性干擾（如受激拉曼效應、交叉相位調制）的技術也更加完善，預計在光纖缺乏且很難部署新光纖的長途干線上，C+L波段傳輸方案會率先少量部署應用。

（3）非正交WDM傳送技術

所謂FTN系統是指載波頻率間隔小于調制信號的符號率，而在以往的正交頻譜系統中，載波間隔則遠大于調制符號率，并通過DSP技術對串擾損傷進行補償和消除。通過非正交信號處理技術，采用高符號率低階調制格式，可獲得高階調制相同的頻率效率和單纖容量，也能利用低階調制的OSNR優勢，實現更長的傳輸距離。

除此之外，一些其他的光傳輸技術，例如量子通信、軌道角動量（OAM）和光孤子傳輸等研究也取得了重要的進展，這些為未來光傳輸系統的探索提供了重要的信息和參考。

3 光纖通信系統未來發展的驅動力及挑戰

光通信系統技術發展的驅動力來自新興業務，具體如圖5所示。縱觀信息產業發展潮流，DC云互聯業務、超寬視頻業務、5G移動網絡業務無疑將逐漸成為未來支撐光通信發展的主要支柱，并將驅動光通信產業實現全新的架構轉型。

（1）DC 云互聯業務

互聯網的發展，導致傳統城域+干線的企業專線逐步演進為云專線接入+DCI云干線的模式。以DC為中心的網絡重構的關鍵在于干線網絡品質（時延、QoS），這要求網絡架構簡單扁平，實現大帶寬管道光層一跳直達。

（2）超寬視頻業務

目前，視頻流量已占到通信管道流量的70%以上，隨著未來虛擬現實和增強現實（VR／AR）、360°全景、高速攝影、多角度MV等新視頻技術的發展，數據帶寬將呈幾何量級增加。城域NFV是適用這一趨勢的目標架構，可以減少網絡節點規模，降低建網成本，確保CO到vBRAS間的大帶寬、低時延以及靈活可達，滿足視頻體驗的要求并確保了可靠性。

（3）5G 移動網絡業務

5G技術承載了物聯網、車聯網、語音、數據等各類業務，未來高頻200 Mbit／s下前傳單路CPRI非壓縮帶寬可達200 Gbit／s。且由于提供的業務種類繁多，業務的處理機制和網絡節點不盡相同，所以需要進行差異化處理，針對不同的業務，提供不同的網絡功能切片、不同的處理機制、不同的管道和QoS等級需求。

未來光網絡在DC云互聯、超寬視頻和5G業務驅使下向極簡化演進，其核心需求就是超帶寬、低時延，并且需要網絡具有高可靠性、業務快速發放且開放協同。這些都將成為下一代光通信網絡的典型特征。

（4）超寬帶

從光通信誕生之日起，帶寬一直是其發展最內在和最主要的驅動力。隨著歷史的發展，通信系統的傳輸容量在不斷擴大，尤其進入WDM時代，好似半導體領域的摩爾定律，高速傳輸每4年會出現一次飛躍。WDM單波傳輸速率由1996 年的 2.5Gbit／s增長到 2016 年的 400 Gbit／s，以 flex grid傳輸100波計算，單纖容量達到40 Tbit／s。然而，近10年來，光通信在傳輸帶寬方面的發展速度已經明顯放緩，落后于互聯網流量的增長速度，產業界正在探尋更加有效的突破性技術，各種形式的空分復用技術可能是最終的擴容手段。

（5）低時延

未來的網絡將圍繞數據中心組網，對時延的要求非常苛刻，比如對一家華爾街交易公司來說，交易過程中1 ms的改進可能意味著一年1億美元進賬，此外，網絡游戲對時延非常敏感，根據3GPP標準，良好的網游體驗需要少于10 ms的時延。因此，未來網絡需要光波長一跳直達，由此避免了百倍的帶寬增長需要百倍電層處理的惡性循環，極大地降低了時延。

（6）高可靠性

目前，電信網絡的安全保障建立在多種保護和恢復技術之上，包括每個功能模塊的高度可靠、1+1／1：1系統備份、網絡層面的恢復機制等。任何一種保護和恢復機制的失效都會引起對網絡和業務的不同程度的影響。未來網絡無疑將更深地滲入社會生產生活中，網絡業務的中斷將造成更加重大的影響，因此要求網絡具備更加可靠的保護和預防措施，“秒級中斷恢復”將成為網絡的必備功能。

（7）業務快速發放

目前，WDM端到端發放一條波長業務，需要到站點現場做大量的手工操作，開通的時間為幾周到幾個月不等。在云時代，人們普遍追求實時按需提供帶寬，“分鐘級業務開通”，實現近乎實時的業務開通體驗，將是下一代光網絡的關鍵特征之一。

（8）開放協同

未來網絡向云數據中心演進，以提供越來越多的有競爭力的云服務，對中間的承載網絡提出了更高的開放、協同的要求。不同的光網絡系統間需要更多的互聯互通，進行多點多域協同，以實現業務的快速匹配，并通過共享硬件資源來降低網絡建設成本。

4 光纖通信系統未來發展的演進趨勢

DC云互聯、超寬視頻及5G業務將引領光通信系統朝超帶寬、低時延、高可靠性、業務快速發放和開放協同五大網絡特性演進，而未來光通信系統的技術發展也必然與之相匹配。光通信系統的技術發展主要有4根主線：網絡調度、器件、傳輸和管控。圖6描述了光纖通信系統未來發展的演進趨勢。

圖6 光纖通信系統未來發展的演進趨勢

4.1 骨干網絡

骨干網絡將在以下幾方面繼續發展：

· 單波速率繼續提高（100 Gbit／s／200 Gbit／s／400 Gbit／s／1 Tbit／s），性能進一步提升；

·高維度大容量光交換及WSS的廣泛應用；

·IP與光的協同；

·高密度光芯片集成與硅基光電子的成熟化。

4.2 城域網絡

城域網絡將在以下幾方面繼續發展：

·降低收發器的成本、功耗和體積將成為一個重點的攻關方向。比如，將100 Gbit／s相干光收發器做成CFP級乃至CFP2級是一個研發熱點；

· 結合簡單的強度調制／直接檢測（IMDD）和ODSP實現低成本單波100 Gbit／s非相干光收發器。比如，20 GHz帶寬光電器件和Poly-binary PAM-4或DMT調制的結合；

·網絡的簡化和優化；

·企業專線的普及應用；

·移動承載的進一步深入。

4.3 接入網絡

接入網絡將在以下幾方面繼續發展：

·移動前傳與回傳的低成本解決方案；

·高容量微波傳送方案；

· 高速光纖到戶（如 100 Gbit／s PON）及銅線接入的支撐；

·現代企業專線；

· 數據中心互聯（DCI）。

4.4 軟件定義傳送網絡

早期的光通信系統結構簡單、功能單一，主要依托硬件構建網絡運行機制。但經過數十年的發展，光通信網絡結構越來越復雜，不同時期、不同體系、不同功能的設備共存，同時也帶來了巨大的管理維護開銷，導致對客戶需求響應的緩慢，由此誕生了軟件管控技術，以提升運維效率。光通信管控技術的發展主要分3個階段：自動化控制、開放化協同和物聯智慧化。

4.4.1 自動控制化

2000年以前的SDH光網絡還是基于網管的人工管理配置系統。2000年后，隨著互聯網業務的迅猛增長，光網絡也開始向IP化方向演進（MSTP），網絡建設規模也越來越大。產業界開始在光網絡中引入自動交換光網絡（ASON）控制平面技術，實現了光網絡的自動資源發現、自動拓撲發現、自動業務發放和自動業務恢復這4個自動化技術，使光網絡成功實現了人工管理到自動控制的轉型和演進。

4.4.2 開放協同化

ASON等自動管控技術的引入雖然從很大程度上緩解了運維復雜性的問題，但多域間的網絡協同依然困難重重，如跨層網絡獨立運作、網絡資源利用率等，尤其是面對OTT的挑戰時，當前的傳送網絡系統顯得更加捉襟見肘。2008年，美國斯坦福大學在產業界首次提出了SDN的概念，啟動了網絡智能化的轉型。T-SDN技術的出現給光網絡帶來了新的曙光，以控制器為核心的新一代的傳送網絡系統架構已經基本成型并被產業界認可。

在SDN技術的影響下，當前的傳送網絡正朝著虛擬化、開放化的方向發展，這些SDN技術不但給傳統業務注入了新的活力，還能很好地匹配和適應當前出現的一些新業務對網絡的需求。比如典型的虛擬傳送網絡服務（VTNS）技術，不但能夠提供點到點的虛擬專線、點到多點虛擬多播網、多點到多點虛擬專網等多種典型網絡業務，而且還能夠滿足客戶動態按需帶寬請求，分鐘級在線發放以及滿足客戶自主進行虛擬網絡運維等一系列需求。目前，T-SDN技術發展迅速、產業環境良好，很快將實現業務快速響應、資源配置優化、簡化運維和開放第三方協同等綜合網絡系統管控能力。圖7描述了一種基于軟件定義網的新型光傳送網絡技術平臺，其致力于更佳的用戶體驗（其中，*表示商用進程模型）。

4.4.3 物聯智慧化

T-SDN未來的演進需要具備對業務的深度感知。系統通過各種業務的流量數據，進行大數據分析和預測，自動調整優化承載網絡，使網絡自動適應業務變化，實現人工智能化的T-SDN解決方案。而在連接萬物的背后，承載網絡將變得更加瞬息萬變，這對其控制管理系統將提出更大的挑戰。

（1）帶寬大

對超大帶寬的調度，會對網絡資源分配的合理性造成較大的沖擊，這就要求網絡任何一處局部的變化，都需要從全局角度衡量，這對管控系統的處理能力來說是很大的考驗。

（2）變化頻

未來網絡業務瞬息萬變，考驗網絡管控系統對大量業務變化的并行處理和優化能力以及對未來網絡變化的預測能力。

（3）響應快

“零等待開通”、“零中斷倒換”將成為多數業務的普遍需求，這就要求網絡管控系統能以最快的速度對網絡事件進行響應。

（4）類型多

未來網絡面向萬物，對網絡的需求五花八門，因此要求網絡管控系統能夠按需在線加載新網絡功能，考驗軟件平臺在線編程和快速創新的能力。

（5）要求高

未來網絡將如同自來水一樣重要，因此網絡業務的中斷將造成更大的影響，因此要求網絡具備更加可靠的保護和預防措施。

巨大的挑戰意味著將孕育出更大的網絡變革。前沿的軟件技術和網絡控制管理技術的深度融合是應對這一挑戰的關鍵。云計算、大數據分析與預測、人工智能自學習等IT頂尖技術普遍應用到網絡管控系統，將使管控系統實現從執行命令式的“智能”到自主決策式的“智慧”的質變。

（6）管理與控制在軟件上深度融合

未來對下層物理設備的管理和對上層業務的控制將深度結合，形成一個“有機生命體”，實現網絡控制和管理功能的模塊化、可組裝化，各功能模塊之間通過軟件交互緊密配合。

（7）真正的網絡可編程

未來SDN將通過對基礎功能組件化設計封裝以及提供全新的“面向意圖”的傳送網編程方式，實現ICT編程的融合，從而極大地降低了編程創新門檻，方便和鼓勵運營商或第三方進行業務創新，共同繁榮傳送網絡的生態。

（8）自學習與人工智能

未來的網絡管控系統，不僅在空間維度對底層物理信息和上層網絡、業務信息深度感知，而且在時間維度上對網絡的歷史數據了若指掌，通過對這些“四維”立體數據的深入分析和不斷積累的自學習，可幫助運營商快速準確做出各種預測和決策。

（9）云計算

未來網絡網絡管控系統云化、并行存儲與計算是必然的趨勢。與此同時，“全息”軟件計算將在云化控制器中廣泛使用，保證任何服務器、存儲設備的故障均不會影響網絡管控，大大提升管控系統的可靠性。

圖7 一種基于軟件定義網的新型光傳送網絡技術平臺

5 結束語

將來網絡的應用基于DC云互聯、高清視頻和5G業務驅動，將呈現出多樣化的場景，新型應用對網絡的訴求除了帶寬，還有低時延、高可靠性、業務快速發放和開放協同等要求。比如，自動駕駛、觸覺互聯網以及新一代視頻業務對網絡時延敏感，金融和工業自動化對網絡可靠性敏感，云專線需要業務快速發放。這些都是未來電信網絡面臨的巨大挑戰，也是光網絡產業發展的良機，因為只有光通信系統技術能夠滿足這些需求。而支撐光網絡成功應對這些挑戰的主要核心技術包括基于4K+LCoS的多維多路WSS的下一代CDC ROADM，硅光集成技術推進光器件／模塊的高集成化、低成本，ODSP+高波特率器件構建的超大帶寬長距傳輸技術和基于T-SDN的超強管控技術。

展望更遠的未來，隨著科學進步以及一系列技術難點的突破，未來的光網絡將逐漸發展成為一種泛在光網——全光網。首先，“光”覆蓋的范圍將進一步加大：在設備層面，機框之間已經是光互聯了，處理板卡之間會進行光互聯，甚至芯片之間也會進行光互聯；在網絡層面，光將會用于連接網絡設備、家庭，甚至還會用于連接人和“物”。光無線將和光有線網絡融合，這會導致光網絡需要管理控制的實體增長多個數量級，未來光網絡的管理控制機制將更為高效和靈活。其次，“光”應用的功能將進一步增強。“光”邏輯處理將更加實用化，全光子波長交換將會成熟。“光”還將實現其他更多功能，例如光AD／DA轉換、光傅立葉變換、光再生、量子通信等。各類顯示技術，如各類圖片、視頻、VR／AR 等將廣泛應用，這些也是基于“光”，“光”顯示將會與“光”網絡有機地融合。物聯網將普及，各類傳感技術將逐步成熟。可以預期，光纖通信及其帶動的相關產業將在未來的50年繼續為人類文明做出更大的貢獻。

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Development，challenge and opportunity of optical fiber communication system technologies

CUI Xiuguo，LIU Xiang，CAO Shiyi，ZHOU Min
Huawei Technologies Co.，Ltd.，Shenzhen 518129，China

Optical fiber communication system is one of the core supporting systems of the modern internet age.Firstly，major recent technological advances in optical fiber communication system were summarized.Then，the driving forces for its future development in the emerging cloud era，the future challenges and opportunities that it faced were analyzed.With the consideration of these challenges and opportunities，the future evolution paths in key areas such as optical fiber communication system overall network architectures，core network technologies，metro network technologies，access network technologiesand novel software-defined optical transport network technologies in the upcoming cloud erawere described，aiming to support future generations of internet，data center interconnect，internet of things and 5G mobile network，as well as the smart home and smart city initiativesmore effectively.

optical fiber communication，cloud era，optical transport network，data center interconnect，5G mobile network，smart home and smart city

TN914

A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016129

2016-03-04；

2016-04-08

崔秀國（1974-），男，華為技術有限公司Fellow，主導華為波分 100 Gbit／s／200 bit／s／400 bit／s開發，開創同步 OTN 架構，業界率先解決大容量OTN系統可實現性問題，帶領團隊完成OTN ASIC套片研發，推進OTN產品商用化進程，主導NG SDH平臺的架構設計與規劃。

劉翔（1970-），男，博士，華為技術有限公司美國研究所光網絡高級專家，美國光學學會會士，美國光學快報副主編，2016年光纖通信會議（OFC）的技術委員會主席。曾在貝爾實驗室從事了14年的高速光纖傳輸技術研發工作，如 40 Gbit／s／100 Gbit／s／400 Gbit／s／1 Tbit／s 傳輸。 已撰寫 300 多篇學術論文，擁有60多項美國專利，曾榮獲中國國家發明獎二等獎、貝爾實驗室總裁獎兩次及華為固網總裁獎。

操時宜（1975-），男，華為技術有限公司高端專家、傳送技術研究技術負責人，主要從事光傳送網絡架構研究、光交換技術研究工作等。

周敏（1984-），男，博士，華為技術有限公司傳送產品線營銷專家，主要從事光網絡領域的技術研究與產業營銷工作，目前已發表學術論文14篇，擁有國家發明專利16項。