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烽火通信光传输网络总监、国务院津贴技术专家曹云:以光网开拓之姿,迎DCI变革之道

2020-09-15 16:20

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  各位嘉宾,大家下午好!

  烽火通信是2018年年底加入ODCC这个大家庭,至今已接近两年,今天终于有幸站在这个大舞台上,感觉非常荣幸,这里首先特别感谢ODCC委员会给予的机会。

  我今天带来的主题是“以光网开拓之姿,迎DCI变革之道”,烽火通信专注光通信领域已40余年,是国内光通信的开拓者,随着大数据、云时代的到来,万物走向互联,光通信也正在面临革新,数据中心互联网络无疑是这里面走得最为靠前的,今天在这里有幸为大家分享一下烽火的观点和相应成果。

  烽火通信坐落在武汉光谷,是中国光通信的“发源地”,在国内乃至业界创造了多个第一,包括国内第一根光纤,第一套SDH和DWDM系统,全球第一套100T系统,第一套560T系统。目前最新的成果是2019年,在国内首次实现了1.06Pb/s速率的光传输,也就是可以在1秒内传输约130块1TB硬盘所存储的数据。

  烽火的“三超”技术全球领先,超高速率,已实现单个光源3.2Tb/s速率传输;超长距离,刷新1Tb/s传输12160公里,相当于北京到华盛顿的距离;超大容量,实现C+L波段375路传输,单根光纤容量刷新至100T。

  在光通信领域,烽火通信是全球唯一一家集光传输、光纤光缆、带宽接入这三大战略技术于一体的科研与产业实体,并且市场排名全球靠前,其中光传输市场排名全球前五,光纤光缆全球前四,带宽接入全球前四。对于光通信,良好的市场有赖于掌握的技术实力,烽火掌握从芯片、DSP算法到模块核心技术,已实现单波400G以及单波600G的商用,推出全球第一套560T超大容量光传输系统,推出系列基于光传输的5G承载解决方案,并积极推动和引领5G标准和产业进展。

  今年武汉非常特殊,烽火也非常特殊。年初武汉遭受新冠疫情突袭,收到全国人民的关注与支持。深处疫情中心的烽火通信,疫情期间也在全力支持武汉抗疫。我们与省市区三级政务服务平台联动,助力火神山、雷神山、省妇幼(光谷)医院信息化,我们服务7所医院和11所方舱信息化,帮助150个社区卫生服务中心下沉,有近千名公司“逆行者”保障通信建设,保障疫情期间通信顺畅。

  疫情期间,互联网更是为抗击疫情在赋能赋智,包括大数据精准抗疫,包括通过“宅经济”来丰富广大宅居家中的人民的精神生活,包括远程教育、办公、医疗来保障正常的生产、办公、生活一切照样。根据Omdia预测,没有疫情的情况下,全球流量年均增长率为6%,疫情期间流量增长率陡增至30%,并且一直居高不下,在人们出行不便的情况下,保障网络高质量、高效率地交付以及运维将是关键,也是后续光网络演进的趋势所在。

  在后疫情时代新基建的背景下,下一代光通信网络设计有五大要素,简约化、开放化、智能化、大带宽、高安全,五点息息相关,设计目标正好迎合奥运五环精神,更快,机房风格和设备架构整体一致,有助于快速交付,以及简化运维;更高,更高的性价比,最优的TCO,流量平均每年增长40%以上,在增量不增收的大背景之下,需要寻求路径将CAPEX与OPEX的下降空间进一步加大,对于新基建来说这一点尤为重要,当然也给设备厂家带来很大挑战;更强,SDN在光传输领域提了很多年了,SDN一直是基于集中管控的思路进行设计,既然基于集中管控了,接口开放就是基础,在这个基础上可以通过设计上的加法来做开通和运维上的减法,如采用OXC来简化复杂的光层连纤,如采用AI来简化开通和运维。

  下面我基于这五个要素一一介绍:

  首先是结构简约化,这是根基,未来的通信机房一定是以数据中心为依托,那么通信设备也必须匹配数据中心架构,如盒式刀片涉及、19英寸服务器机柜安装、设备高度1-2U、满足前进风后出风散热、光电一体高集成、交流供电,在数据中心采用盒式DCI设备,与传统设备相比,容量可以提升233%以上,体积可以降低80%以上,功耗降低70%以上,响应国家节能减排号召,由于机房架构一致,设备设计简洁,大量的资产盘点以及运维工作将会大大简化,相对传统方案工作量可以减轻50%以上。

  在设备架构简约化的基础上,开放化标准化显得尤为重要,分为两个层面,1、首先是标准的网络架构,包括四个方面,标准的北向接口,标准的控制器架构,标准的南向接口Netconf/Yang,标准的盒式设备设计;2、标准的接口模型,国内基本采用Openconfig,并且根据使用场景以及用户需求有部分私有定制化,烽火DCI设备设计的模型也是基于Openconfig,并且易于扩展方便与不同厂家设备对接。当然也希望借助ODCC这个开放的舞台,将很多私有模型推进转变为公有,让所有参与成员都有一套共同的沟通语言。

  在开放化的进程上,烽火通信保持与国际大T和标准组织合作,不断推进开源迭代效率与验证,例如每年在ONF的组织下会进行北向接口TAPI的对接。在DCI南向接口,烽火2018年初即基于DCI启动白盒接口验证,配合西班牙电信在ONF组织,在马德里实验室完成了相应的验证,与其他厂家光层进行互通;并且持续关注前沿标准的制定和快速验证,例如2020 Yang-push的RFC发布之后,烽火即首家基于Yang-push实现了配置和状态化的自动化推送,和西班牙电信联名在巴塞罗那的ONDM 2020大会上发布。

  接下来是AI,这几年如何通过AI打造智慧光网是通信业界的热点,我们主要面临的问题有三点:第一是告警定位与故障排查难,出现故障一般带来海量告警,给我们的故障诊断和问题解决及时性带来很大挑战;第二是OSNR监测与精准评估难,这个是光传输系统线路特有属性,线路设计越复杂,这个方面计算的难度系数越高,误差也会更大,非线性和色散等影响难以评估;第三是流量灵活调整与拥塞防控难,目前数据中心由于大部分场景是点对点,这个问题还不突出,但是随着后续城域数据中心部署的增多,路由的增加导致调度复杂之后,怎么去检测每一段的流量、怎么去快速引流和分流将是网络设计的关键所在。

  以上难题,通过引入网络人工智能应用,可迎刃而解。加载人工智能引用主要考虑两个宗旨:一个是智能,主要是网络预测性感知和前瞻性保障;另一个是高效,人工智能引入不当,对于网络运维也会是一种灾难,所以考虑如何释放重复、低效的劳作,资源实时分配和调整是关键。

  光网络加载AI,整体实现的效果是激发光网络走向智慧自治。这里有两个应用实例:一个是辅助运维,传统运维是故障关联的告警数量非常庞大,定位故障耗人耗时,通过引入直接定位根源告警,可提供排障建议,通过引入故障智能溯源,准确度可达到90%以上,告警压缩率降低60%以上,大大增强运维效率;另一个是主动运维,我们知道,约 60% 的故障是由于光线路、光模块等劣化引起的缓变类故障,而这一部分故障是可以提前预知并防控的,主要思路就是借助AI进行挖掘规律、掌握趋势和提前预防,这一方面烽火有四大核心专利算法,包括指标序列构建方法、特征分解清洗方法、相关系数增强方法、深度拟合预测方法,同时光性能劣化智能分析之后,相应的报表还可以自动呈现出来。

  在2019年,烽火通信成功在浙江移动进行AI智慧运维试点,整体的运维效率提升85%,故障率降低60%。

  下一个是大带宽,随着全球流量的飞速增长,光网络将继续向高速率、大容量发展,容量的提升主要有三个方向:1、更高的频谱效率,一个方法是高阶调制,如采用DP-QPSK、DP-8/16/32/64 QAM等不同的调制方式,目前已经可实现单波100G-800G传输,未来随着128G波特率的出现,还将向单波1.2T甚至更高的速率进行演进;当然,超高速率的出现,随之而来的就是非线性效应,这个在800G以后会尤其明显,所以另一个办法就是超级信道了,多子载波超级信道技术也是克服超高速率非线性效应的方法之一。总体来说,不管是高阶调制还是超级信道,最后我们所关注的还是实在的频谱效率带来的总体容量提升,以及相应的传输距离;2、更多信道资源,主要是通过频段扩展以及多种方式复用实现,频段扩容方面,我们目前主要使用C波段,未来随着容量的提升,C+L+S波段的扩展将是可行路径,这里主要解决的还是不同波段EDFA的噪声问题;多种复用方式包括波分复用、偏分复用、空分复用,烽火发布的单根光纤实现1.06Pb/s超高容量传输,就是各类复用技术的充分结合;3、更强的调度能力,在数据中心互联网络来说,主要是采用盒式设备进行无缝堆叠,目前已经可以实现单机框接入容量达到100T以上;随着后续城域数据中心布点的增多,光层调度也会随之而来,光交叉将是最佳解决方案,包括基于WSS的ROADM组网,以及OXC技术。

  今天在ODCC现场,我们很荣幸地在烽火的展位上展示了烽火的DCI产品FONST 1000 D2,2U高度,8个业务槽位,总容量可以达到12.8T,单波支持100-800G,光电一体设计,合分波可外置无源,也可以内置插卡,前后散热,支持AC和DC供电,这款设备在容量方面主要有四点特色:1、烽火DCI上单波600G已经商用,单波800G,我们在ODCC现场有个demo,欢迎大家前往参观,这个板卡是单槽位,兼容100GE和400GE接入,保障后续数据中心业务接入平滑升级,同时800G采用Nyquist子载波技术,传输性能提升300%;2、单槽位可以支持1.6T容量,这个板卡客户侧和线路侧全部采用QSFP-DD可插拔模块,也是国内首个兼容400G QSFP-DD的板卡;3、烽火已在盒式设备上面设计插卡式WSS板卡,最高维度可以达到32维,确保100G-800G灵活接入,800G后平滑接入,同时网络还可向CDC-G ROADM网络进行演进;4、烽火DCI可以与烽火OXC平台完美对接,传统CDC-G ROADM网络连纤复杂,给运维带来很大挑战,采用OXC之后,机房整体空间可以减少40%,整机功耗降低80%,连纤减少90%,同时还可以最大支持40维WSS,以及可以向C+L进行扩展。

  在超高速率上,烽火已经实现核心器件自主研发,包括DSP、Framer和光收发器件的设计和生产能力,目前烽火自研的200G CFP2-DCO已规模使用,400G CFP2-DCO我们今天也在展位来带来了相应的样品。这里特别要提的是硅光技术,烽火的100G/200G高速自研硅光相干收发芯片及器件已经率先量产,400G硅光芯片FS400,已具备量产条件,可支持CFP2-DCO等小尺寸模块封装。

  最后一个是高安全,早在去年的北京通信展,烽火发布了业界首个盒式量子保密系统SQKD 1000A和SQKD 1000B。烽火的盒式量子保密系统特色是采用连续变量QKD,GG02协议,可以与经典信道,也就是我们波分1550nm的业务信道进行合纤传输,这是离散变量QKD所做不到的。同时设备架构匹配盒式DCI以及整体数据中心设计架构,如盒式,支持交流供电,以及前后散热。

  近期,烽火正在DCI上做一下其他的研究,也希望能够在ODCC这个开放的平台,进一步深化网络部革新。例如在OT与OLS解耦基础之上,OT是电层部分,OLS是光层部分,实现OT与OLS链路自动发现,使解耦自动化;例如通过DSP上报SOP信息,判断光纤质量问题,实现主动运维。我们可实现9M的SOP,代价控制在2dB左右。

  最后,今年整体来说,国内国际形势非常复杂,本次ODCC的议题,“数据中心新基建,星辰大海新征程”,也是恰逢事宜,非常迫切。

  借用2018年习总书记在烽火通信考察时的嘱托,希望和大家一起共勉:

  “你们所从事的光通信行业很重要,要建设网络强国,需要你们加快脚步,更快地占领一些制高点。

  核心技术、关键技术、国之重器必须立足于自身。过去在外部封锁下,我们自力更生,勒紧裤腰带、咬紧牙关创造了“两弹一星”,这是因为我们发挥了社会主义制度优势——集中力量办大事。下一步,科技攻关也要这样做,要摒弃幻想、靠自己。”

  我的分享就是这些,谢谢大家!

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