2022年算力时代的全光底座网白皮书.pdf

中 国 联 通 研 究 院2022年5月算力时代的全光底座白皮书算力时代的全光底座白皮书版权所有 中国联通研究院，20222022年2月，国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群，标志着“东数西算”工程正式全面启动。“东数西算”工程是我国从国家战略、技术发展、能源政策等多方面出发，在“新基建”的大背景下，启动的一项至关重要的国家工程，是国家战略的重要组成部分。首次将算力资源提升到水、电、燃气等基础资源的高度，以“联接+计算”为核心，统筹布局建设全国一体化算力网络国家枢纽节点，在助力提升国家整体算力能力的同时，全面推进我国算力基础设施的绿色发展，进一步促进我国数字经济的建设。2021年中国联通提出了CUBE-Net3.0下一代数字信息基础设施和算力网络（以下统称为C3工程）的目标架构、标准和技术体系，与“东数西算”工程中“联接+计算”的核心需求一致。随着C3工程的不断实施，网络技术与大数据、物联网、云计算等新兴技术进一步融合，中国联通在给个人用户提供服务、给政企客户提供专线服务、算力满足自身云服务基础上，将结合个人、企业以及全社会对AI服务的迫切需求，充分利用强大的网络服务能力和广泛分布的算力资源，对外输出计算能力，向全社会提供普适性的算力。使算力成为继话音、短信、专线和流量之后运营商提供的新一代普适性标准化产品，有效推动业务主要增长点由消费互联网向服务产业互联网转移。中国联通具备覆盖全国的骨干与城域网络，且能覆盖西部枢纽算力、东部枢纽算力、省级集群算力和城市边缘算力，完全满足“东数西算”工程中的高品质联接需求。中国联通下一步在政企数字化趋势下，在AI需求旺盛的背景下，在提供高品质政企专线的基础上，将结合算力资源布局，基于网络资源能力对外提供算力服务，逐步打造新时代的算力网络。中国联通在2020年10月发布了面向云时代的全光底座白皮书（称为“全光底座白皮书1.0”），提出了光网络同时具备基础网络和业务网络两个属性，构建直接面向业务的品质连接，打造云光一体的高品质网络，引起了较大的反响。随着“东数西算”战略的具体实施，在产业互联、产业数字化的大背景下，结合算力网络的关键需求和算力网络的关键特征，联通的光网络要进一步从云时代的全光底座向算力时代的全光底座演进，需要对相关的网络组织、应用技术等进行优化和细化，解决泛在灵活的接入、高速长距的骨干传送、弹性敏捷的业务感知与算网调度、安全可靠的网络和业务组织的内生安全、传送网的绿色低碳等关键问题，全光底座一体化实现联联企、和联算的多业务综合承载。部署算力时代的全光底座还需要结合算力网络需求，推动我国在光网络领域的整体技术和产业链进步，解决光网络关键技术的自主可控突破，为国家数字经济发展做出贡献。本白皮书针对算网时代的业务特点和联通的网络禀赋，提出了面向行业数字化、面向算力关键需求、具有综合承载能力的算力时代全光底座，并探讨了全光底座架构、关键技术演进方向和典型应用案例，为算力时代光网络演进与业务开展提供参考。序言目录版权所有 中国联通研究院，2022CONTENTS目录1 算力时代需要全光底座提供运力1.1 数字经济的发展依赖运力与算力1.2 算力网络是运营商新机会，全光底座需要向算力网络演进2 算力时代的全光底座关键需求与特征2.1 算力时代的全光底座关键需求2.2 算力时代的全光底座关键特征3 算力时代的全光底座目标网演进3.1 算力时代的全光底座目标网架构3.2 枢纽间：结合ROADM大网演进，打造20ms时延圈3.3 枢纽内：区域ROADM+省本一体，5ms时延圈3.4 城市内：光锚点实现泛在灵活光接入，1ms时延圈3.5 智能管控：打造智能敏捷，光算协同的管控架构3.6 目标网价值：用户一跳入算，算力间一跳直达3.7 总结：打造业界最佳的算力时代全光底座4 算力时代的全光底座关键技术4.1 全光传送4.1.1 扩展C+L4.1.2 高速率技术：400G/800G4.1.3 OSU4.1.4 OTSN4.1.5 光DCN4.1.6 新型光纤4.2 全光交换OXC4.3 全光接入4.3.1 OTN与OLT协同高品质承载4.3.2 G.Metro4.3.3 FTTR4.3.4 10G/50G PON4.3.5 工业PON4.4 全光智能4.4.1 高可靠，光电协同ASON4.4.2 光缆数字化4.4.3 自智网络4.5 多场景适配与开放组网4.5.1 多样化的设备型态，匹配不同场景的灵活部署4.5.2 开放组网，协同控制器统一管理4.6 光算协同4.6.1 业务感知4.6.2 光算协同4.7 OTN/WDM传递高精度同步5 算力时代的全光底座案例及应用场景探讨5.1 全国骨干网：为东数西算提供品质连接，运力换算力5.2 山东联通：打造智慧光云十六城5.3 广东联通：打造数字化的全光底座5.4 湖北联通：OSU升级，政企专线向算力网络演进5.5 算力网络全光应用场景探讨附录缩略语0133013303340435043608361137113712381539184122412541274228424244284528452946294731473248503233算力时代的全光底座白皮书1版权所有 中国联通研究院，202201算力时代需要全光底座提供运力1.1 数字经济的发展依赖运力与算力数字经济发展带来算力持续高速增长算力是数字经济的先进生产力，是推动人工智能、大数据、物联网、区块链等技术创新与应用的基础支撑，也是建设数字中国的重要保障。随着数字中国、网络强国建设的深化，云计算、大数据、人工智能等技术与行业进一步融合发展，各个传统行业的数字化和智能化将大幅度提高，我国对算力的需求迅猛增长。从云网边端融合带来的计算领域爆炸，到计算向不同产业拓展，再到新技术成果的相互融合，都体现出了与算力相互支撑、协同生长的特征。从技术融合看，人工智能、量子计算、类脑计算等新技术与计算产业相结合，拓展全方位的计算能力，OpenAI 发布的研究显示，2012年以来，人工智能应用对于算力的需求平均每年增长10倍。从领域协同看，数据的泛在分布推动计算从云端向物联网、边缘计算逐步普及，计算无处不在，不同的计算领域相互协同。从行业渗透看，计算已经跨越IT产业本身，成为数字化基础设施，为制造业、汽车行业等多领域的数字化转型提供支撑。以算力为核心融合大数据、人工智能、物联网、区块链等新兴技术，并与智能制造、智慧医疗、智能交通等领域协同联动，引领数字中国建设和数字经济发展。伴随数字经济持续发展，预计每年数据中心机架规模将以20%以上的速度快速增长。我国数据中心大多分布在东部地区，由于土地、能源等资源日趋紧张，在东部大规模发展数据中心难以为继。而西部地区资源充裕，特别是可再生能源丰富，具备发展数据中心、承接东部算力需求的潜力。东数西算，运力换算力2022年2月，国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群，标志着“东数西算”工程正式全面启动。“东数西算”工程通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系，将东部算力需求有序引导到西部，优化数据中心建设布局，促进东西部协同联动。简单地说，就是让西部的算力资源更充分地支撑东部数据的运算，更好为数字化发展赋能。实施“东数西算”工程，推动数据中心合理布局、绿色集约和互联互通，具有多方面意义。1.有利于提升国家整体算力水平：通过全国一体化的数据中心布局建设，扩大算力设施规模，提高算力使用效率，实现全国算力规模化、集约化发展。2.有利于促进绿色发展：加大数据中心在西部布局，将大幅提升绿色能源使用比例，就近消纳西部绿色能源，同时通过技术创新、以大换小、低碳发展等措施，持续优化数据中心能源使用效率。3.有利于扩大有效投资：数据中心产业链条长、投资规模大，带动效应强，通过算力枢纽和数据中心集群建设，将有力带动产业上下游投资。第 1 章 算力时代需要全光底座提供运力2版权所有 中国联通研究院，20224.有利于推动区域协调发展：算力设施由东向西布局，带动相关产业有效转移，促进东西部数据流通、价值传递，延展东部发展空间，推进西部大开发形成新格局。建设“东数西算”一体化大数据中心国家枢纽节点，可利用西部气温低，能源丰富，尤其是绿色能源丰富的优势，同等算力需求下，能耗需求减少20%以上，充分利用绿色能源碳排放可减少80%以上。数据的产生与计算需求主要在东部，存贮与计算能力在西部，东西部的骨干带宽将达到2000T+以上，需要光网络在传输与调度中发挥重要的作用，以运力换算力。数字经济算力经济*运力经济2021年11月，国家信息中心发布了全光智慧城市白皮书2.0，定义了全光智慧城市的内涵，以 F5G全光底座为基础，构建城市云网边端协同的基础设施架构，形成立体感知、全域协同、精确判断和持续进化的、开放的智慧城市系统。全光智慧城市的核心是构建城市“1ms”时延圈，实现确定性的网络联接。全光智慧城市发展报告2.0结合智慧城市发展需求和城市全光网络的发展，在2020年提出全光智慧城市发展理念的基础上，进一步提出数字经济、算力经济、运力经济“三个经济”的关系，即数字经济的发展与算力经济和运力经济呈正相关，通过算力和运力的广泛协同，全面拉动数字经济的高质量增长。对应提出城市数字化强度、计算精度、OTN光节点密度“三个度”的关系，即城市数字化的强度与计算精度和OTN光节点密度呈正相关。结合东数西算运力带来的节能效果分析与智慧城市的定义，无论是骨干还是城域的运力对数字经济的发展都有密切的正向关系。1万机架算力耗电a东部DC耗电b西部DC耗电c东数西算光传输设备耗电1万机架东数西算年节能4.4亿度7亿度5.3亿度200万度1.7亿度a:每机架5KWb:东部PUE 1.5，西电东送线路损耗6.6%左右c:西部PUE 1.2表1-1 以1万机架为例，东数西算节能效果图1-1 数字经济与运力，算力的关系算力经济（算力基础设施）运力经济（城市通信网络）数字经济（数字产业化/产业数字化）X全光 智慧城 市“算力”与千兆光纤网络深度融合加速千行百业数字化转型算力时代的全光底座白皮书3版权所有 中国联通研究院，20221.2 算力网络是运营商新机会，全光底座需要向算力网络演进算力网络，运营商新机会联通算力网络白皮书与中国联通CUBE-Net3.0网络创新体系白皮书中都指出产业互联网是运营商算力网络的主要商业机会。运营商网络的核心价值从近20年运营商的发展来看，一直是业务和技术双轮驱动，且以移动通信的代际划分为标志，从2G到4G，运营商提供的业务和为提供这些业务采用的支持技术，均在不断发生变化，而这些变化也直接影响着运营商的经营状况和收入水平，体现出运营商在不同时期的价值。从业务驱动来看，面向最终个体消费者的ToC业务，特别是移动业务一直是运营商最大的收入来源。在2G时代，运营商的ToC业务体现为话音、短信等。这一类业务的特点是用户需求刚性，与网络连接能力强相关，业务即最终服务，且从连接到业务的全部环节由运营商完全掌控。因此，在2G时代，全球移动运营商均获得了丰厚的收益。但是，当经过3G时代的短暂过渡，跨入4G时代后，由于连接技术的飞速发展，网络带宽支撑一般的个人应用已经完全没有问题。同时随着云计算，智能终端的崛起，运营商ToC端主要经营的业务由话音、短信，逐渐变成了流量。虽然流量的提供也需要运营商网络的良好保障，但是由于流量不是最终的业务形态，而只是OTT提供业务的带宽资源。运营商与客户的最终业务，最直接的需求也越走越远。这就导致运营商在云时代迅速被管道化，价值变得越来越低。依靠流量经营，增量不增收，是目前全球运营商所面临的共性问题和严峻挑战。从技术驱动来看，运营商一直是全球ICT行业技术的牵引者，是电信信息行业全产业链的重要参与者。最先进的ICT技术，往往需要运营商为其快速提供网络支持，从而形成商业能力。而这些先进的ICT技术，反过来又促进电信网络的不断革新和进步，增强了运营商提供服务的能力。例如，在已经到来的云计算时代，运营商网络作为云内部和云间的总线，为云服务的正常运营提供强有力的支撑。展望未来，在大数据，物联网，云计算等新兴技术的影响下，全社会的信息化进程明显加快，企业的数字化转型愈加提速，ICT赋能信息社会发展，表现出以下几个趋势：ICT业务的主要增长点由消费互联网转移到服务产业互联网，运营商除了给个人用户提供服务，给政企客户提供专线服务外，更要向全产业赋能。电信网云化后，在满足自身云服务之外，有能力对外输出计算能力，成为全社会的ICT基础设施。运营商可以结合算力资源，结合其强大的网络提供能力对外服务；从算力资源的分布看，运营商算力包括西部枢纽算力、东部枢纽算力、省级集群算力和城市边缘算力；从网络覆盖看，覆盖全国的骨干与城域网络，提供OTN/IP等不同类型、不同品种的网络连接。针对政企提供算力，运营商的优势更加明显。从国家的双碳与东数西算战略看，企业以前大多在自己的园区部署本地DC，随DC集约化要求，企业在园区继续发展DC受限。在算力持续增长下，大部分企业在集群中心与枢纽节点租用算力资源是企业新的选择方向。同时企业通过把有限的碳指标用于主营业务生产，把算力需求转换成租用算力模式，对企业来说也更为有利。结合个人到企业，全社会对AI服务的迫切需求，以及运营商强大的网络服务能力和广泛分布的算力资源，完全可以向全社会提供普适性的算力，使算力成为继话音、短信、专线、流量之后运营商提供的新一代普适性标准化产品，且该产品的价值比流量更高，可以结合用户的时延需求，计算能力与计算位置需求，充分结合运营商网络的接入优势，边缘机房和网络覆盖优势，以及算力资源优势，包装成面向不同用户层级，不同需求的多等级、多种类算力服务，为AI社会提供强大的能源与养料。结合上述分析，运营商算力与网络优势明显，在政企数字化趋势下，在AI需求旺盛的背景下，运营商更适合为广大政企客户提供算力及网络服务，因此，运营商下一代网络也必须按照提供算力服务的要求建设，打造新时代的算力网络。第 2 章 算力时代的全光底座关键需求与特征4版权所有 中国联通研究院，2022全光底座，在支持ToC、ToB、ToH业务的同时，还需要支持向算力网络演进。算力时代的全光底座关键需求与特征在全光云网时代，全光底座的关键需求如下：1.架构稳定，极简、大带宽、可扩展：全光组网，一跳直达，稳定低时延。2.全光锚点，全业务接入：支持ETH/SDH/PON/OTN/WDM等多种接入技术。3.光电协同，确定性承载，安全隔离。4.端到端分片，一网多业务差异化SLA服务。5.云光协同，业务灵活入云。结合东数西算的规划，以下展开算力时代的全光底座关键需求分析。2.1 算力时代的全光底座关键需求优化网络架构“全国一体化大数据”对传输的一个关键需求是建设数据中心集群之间以及集群和主要城市之间的高速数据传输网络，优化通信网络结构，扩展通信网络带宽，减少数据绕转时延；并建立数据中心网络监测体系，推动数据中心与网络高效供给对接与协同发展。结合“全国一体化大数据”的规划，全光底座的一个关键需求是优化网络架构。网络规划与建设打破行政区划，减少数据的绕行，优化时延。任意两点间的连接方向可参考高速公路导航，就近选直连路由，而不是通过省会城市绕行。通过架构优化，任意DC间，任意用户-DC间都可大幅优化时延，提升业务品质。腾讯云阿里云联通云算网一体MECMEC边缘云边缘云5G精品网政企精品网千兆宽带精品网ToCToBToHCloud BBU全光锚点（算力锚点）汇聚节点核心节点全光云网/算网全光智能全光接入全光城市全光骨干图1-2 全光底座支持向云网/算网演进02算力时代的全光底座白皮书5版权所有 中国联通研究院，2022光算协同服务一体化东数西计算将形成东部国家枢纽节点与西部国家枢纽节点算力资源的有效互补，充分将东西部数据中心需求与供给进行统筹调度，推动全国数据中心整体算力的一体化协同发展。数据中心的协同发展，需要光网络与算力协同提供一体化服务。“东西部”算力调度：需要结合“算力位置、成本、负载”与“光网络时延、带宽、负载等”灵活选择最佳西部算力满足东部需求。“云边”算力调度：城市边缘DC规模小、算力成本高，数据中心集群DC规模大、算力成本低；云边需要结合业务的诉求，算力地图与光网络运力地图，灵活选择最佳算力满足需求，实现体验满足情况下算力成本最优。大带宽结合东数西算规划来看，10大集群节点共计规划600万+机架（标准机架），西部集群规划机架数达到200万架以上，东部集群规划机架数达400万架以上。东部DC以服务本地及周边算力需求为主，西部DC以服务全国算力需求为主，西部DC预计出省带宽在70%以上。东数西算将带来骨干网带宽大幅增长，当完成规划的机架数时，预计骨干带宽将增加3000T以上，是现有运营商骨干带宽的3倍左右，骨干网络需要向400G演进，减少对光纤、机房等基础设施的占用。低时延时延越低，结合算力资源与网络优势，运营商能发展的算力业务就越多。运营商在城市内提供1ms时延圈，基本上所有的超低时延业务就可以牵移到运营商的地市级DC中。如果运营商的省级DC提供5ms时延圈，基本上所有的低时延业务可以牵移到运营商省级DC中。针对时延不敏感的业务，通过低时延网络，都可以迁移到西部集群DC中。同时通过低时延网络实现多级算力协同，在不影响用户体验的前提下，实现算力成本与碳排放最优。（累积完成比例）10%30%50%80%100%枢纽间骨干带宽（T）3501050175028003500表2-1东数西算带来的骨干带宽预测社交备份存储门户Web电商云桌面HPC即时游戏云会议高交互类游戏高清直播金融高频交易医疗PACSDC双活工业控制时延不敏感业务时延相对敏感业务低时延业务超低时延业务1005020100(ms)业务空间大小网络时延（用户-DC，DC-DC）图2-1 不同业务对时延的要求，时延越低，牵引到集群的业务就越多第 2 章 算力时代的全光底座关键需求与特征6版权所有 中国联通研究院，2022弹性敏捷算力网络时代，需要网络弹性敏捷，如针对HPC场景，渲染等场景，网络带宽的需求并不固定，在需要传输文件时，需要大带宽，但在大部分时间，带宽需求有限。如平时采用100M/GE专线就可满足需求，在向算力中心申请算力时，需要传输的文件经常达到100T规模，100T文件传输如果采用100M专线需要12天，会大大降低整体效率；如果采用100G专线，仅需要不到20分钟即可完成文件的传输。因此需要网络弹性，根据需求快速建立连接与调整带宽，以提升整体效率。高可靠，物理安全算力网络时代，主要面向的客户是政企类客户，同时业务会多级部署，这就对网络的高可靠、物理安全提出了更高的要求。图2-2 东部数据到西部进行训练与计算AI训练与计算AI数据 100TB西部枢纽东部枢纽AI训前数据搬移专线类型时间100M专线12 天GE专线28 小时10G专线2.8 小时100G专线17 分钟表2-2 100T数据搬迁时间计算图2-3 政企业务对物理安全的诉求政务业务多级云化部署网络隔离等级是高价值客户核心关切问题企业上云对安全连接关注度高，网络隔离是业务SLA基本要求数据来源：Ovum Enterprise ICTInsights Survey数据来源：信通院5G端到端切片行业SLA需求研究报告云安全广域网安全局域网安全公有云/行业云企业私有云边缘云云应用63%安全联接业务SLA安全可信S1（逻辑隔离）：共享，基于优先级隔离S2（物理隔离）：独占，基于物理通道/时隙隔离68%安全管理75%云平台管理39%云网一体服务43%网络服务54%边缘云分支总部分支公有云/行业云边缘云算力时代的全光底座白皮书7版权所有 中国联通研究院，2022高可靠、物理隔离安全技术是高价值客户典型要求，包括OTT在租用专线进行DC间连接时，经常是直接租用OTN 硬管道，同时DC间要有3条以上的不同物理路由，以确保云间连接物理安全、高可靠。总结结合典型业务场景，算力网络关键需求包括架构优化、大带宽、低时延、弹性敏捷、高可靠和物理安全。结合这些需求，光网络在带宽、低时延、高可靠和物理安全方面有天然的优势，全光底座向算力网络演进，通过全光底座打造品质算网是必然趋势。乌兰察布金融备份：99.999%视频会议：99.99%OTT连接：OTN硬管道，3出口路由金融云银行京津冀图2-4典型业务的高可靠性要求第 2 章 算力时代的全光底座关键需求与特征8版权所有 中国联通研究院，20222.2 算力时代的全光底座关键特征结合关键需求，算云时代、算网时代的新业务需要“三低四高”的品质连接，即低时延、低抖动、低丢包，高带宽、高可靠、高安全和高可用，因此承载网络应从尽力而为向确定性承载转型，开辟创新应用新蓝海。光网络因刚性管道的特性，天然具备提供高品质连接的能力，发展潜力巨大，将成为新基建和联通大联接的坚实底座，并从幕后走向前台，直接面向品质业务提供品质连接。当前光网络还存在架构复杂、适应性差、智能化程度低等问题，迫切需要从带宽驱动的管道网络，向体验驱动、业务驱动的算力网络演进，算力时代全光底座目标网应具备如下特征。联通云智能城域网IP城域网省级算力省级算力地方算力边缘算力10G PONP2P OTN/G.MetroP2MPOTN超低时延PON家庭党政军金融企业/园区工业制造地方算力边缘算力全光锚点城域政企精品网骨干枢纽算力甘肃贵州宁夏鲁豫陕内蒙珠三角川渝京津冀算力切片OSU/ODUk/区域：1020ms东数西算（枢纽间）城域：1ms省内：5ms智能网络管理系统全光传送超低时延全光锚点泛在光接入智能敏捷算网协同绿色超宽架构稳定自主可控产业安全算力管控算网大脑 枢纽直达，省本一体 1ms+5ms+20ms时延圈 全光算力锚点覆盖 ToB/ToC/ToH等多样化接入 光算协同，灵活调度 点亮光缆哑资源 E2E OXC，400G/800G，C+L 全产业链自主可控，产业安全长三角图2-5算力网络关键特征算力时代的全光底座白皮书9版权所有 中国联通研究院，2022全光传送，超低时延全光传送设备侧的时延累计不超过1ms，E2E的时延主要是光纤的时延，网络具备确定性的时延，由光纤总长度距离就能基本确定E2E网络时延。以算力为中心构筑多级时延圈，打造确定SLA体验的算网光底座。结合距离进行计算，同时考虑网络的实际情况，考虑一定系数，采用E2E的OTN传送方案，可以打造确定性时延的网络。枢纽间：结对枢纽间15ms，西部枢纽-东部远距离的枢纽时延也小于20ms。通过E2E的光传送，可确保东数西算的时延满足业务需求，为东数西算保驾护航。枢纽内：省级DC-地市级DC 一般距离在500公里内，时延基本可控制在5ms内。城市内：光锚点到城市内DC一般距离在100公里内，时延基本可控制在1ms内。全光锚点，泛在光接入以传统网络架构来说，如一个城市用户到一个集群DC业务，城市内的距离在100公里内，干线距离在1000公里左右，但由于城市内网络多次电交换与转接，时延不可控。虽然城市内距离在100公里内，但在城市内网络产生的时延有时大于干线的时延。全光锚点可以实现用户算力的就近接入，实现城市内用户到算力网关的一跳直达，并通过算力网关到集群DC直达，城市内的时延控制在1ms内，E2E的网络确定性低时延。表2-3时延计算高速公路距离（公里）理论可达时延ms（高速公路距离*5us/1公里+设备时延）网络可达时延ms（按理论可达时延1.5倍计算）枢纽间（以西部集群-东部核心城市为例进行评估）东西部重点结对贵阳-广深11006.59.8呼和浩特-北京5003.55.3庆阳-上海1600913.5西部集群-东部远距离核心城市贵阳-北京210011.517.3呼和浩特-广深250013.520庆阳-深圳20001116.5省内从省内集群-地市DC一般500公里34.5城市内城市DC-光瞄点一般100公里0.60.9图2-6全光锚点，泛在接入算力网关算力交叉节点算力锚点（核心节点）（汇聚节点）（全光锚点）企业枢纽云边缘云5ms500米10THz80波400G32T120G+128Gbaud+80波200G16T75G69Gbaud80波100G8T50G34Gbaud80波40G3.2T骨干代际单纤容量算力时代的全光底座白皮书11版权所有 中国联通研究院，2022自主可靠，产业安全中国联通CUBE-Net3.0网络创新体系白皮书指出：从国际局势看，大国间的竞争博弈将很大程度体现在科技领域，地缘政治对于通信产业发展的影响深远，给企业在技术路线和产业生态决策方面带来诸多不确定性因素。通信网络作为国家最重要的基础设施，持续安全稳定运行将永远是第一考量，核心技术自主可控的重要性和紧迫性日趋上升。光网络作为所有的业务的传输底座，同时直接为品质业务、算力业务提供品质连接，自主可靠尤为重要。目前光产业国产化程度高，整体自主可控，从产业安全的角度考虑，要优先选择国内产业链，包括管控系统、WSS器件、光模块器件、oDSP芯片、交换网芯片、CPU等关键器件。算力时代的全光底座目标网演进3.1 算力时代的全光底座目标网架构结合算力网络特征，联通全光算力目标网架构如下，包括枢纽间、枢纽内和城市内三部分。智能网络管控系统到西部算力节点20ms到枢纽算力节点5ms到城市算力网关1ms特大容量打造枢纽间直联网络特低时延构筑枢纽内超快访问和格庆阳中卫贵安天府重庆内蒙枢纽京津冀枢纽西安长沙九江合肥韶关算力枢纽节点深圳全光城市城市算力网关算力锚点长三角枢纽粤港澳枢纽甘肃枢纽宁夏枢纽贵州枢纽成渝枢纽张家口韶关算力枢纽芜湖城市边缘云青浦韶关党政军金融企业/园区工业制造家庭算力枢纽节点武汉算力交叉节点广州全光城市集群节点（代表数据中心集群）城市算力网关图3-1 算力时代全光底座目标架构03第 3 章 算力时代的全光底座目标网演进12版权所有 中国联通研究院，2022 枢纽间：OXC/ROADM 构建枢纽间全光互联，打造20ms枢纽间连接；网络架构稳定可支持400G平滑演进，支持立体多平面演进，按需平滑扩展到500T+以上能力，满足东数西算中长期业务需求。枢纽内：OXC/ROADM打造枢纽内算力全光互联，打造主要城市算力网关到枢纽内集群5ms时延圈，网络可持续向400G演进，实现绿色节能。城市内：增加光锚点覆盖，实现用户到算力网关的一跳接入，实现城市内1ms时延圈。下面结合中国联通的现网进行展开分析，实现品质政企到品质算网的演进。3.2 枢纽间：结合ROADM大网演进，打造20ms时延圈骨干全光网决定枢纽间竞争力，全光算力网络业内领先 网络覆盖：中国联通全光OXC/ROADM网架构基本形成，覆盖京津冀、长三角、粤港澳、鲁豫陕、成渝五大经济圈；实现IP169超核节点、联通沃云自有IDC（按城市统计）100%覆盖。方案特点：部署基于ASON的OXC/ROADM+OTN网络，实现大小颗粒灵活调度，大颗粒业务采用OXC/ROADM波长调度，小颗粒采用OTN/OSU调度。OXC/ROADM全国一张网的优势，如下表所示。新的ROADM/OXC架构大网可一网多用，对主要的骨干业务如“IP底座承载、跨省政企OTN专线、东数西算等业务”提供品质连接。DC规划：5+4+31+X宁夏甘肃贵州内蒙京津冀长三角珠三角川渝鲁豫陕省会城市经济发达城市地级市联通骨干ROADM京津冀经济圈鲁豫陕经济圈长三角经济圈粤港澳经济圈OTN/WDM系统OXCOTN成渝经济圈图3-2 联通骨干网络图表3-1 OXC/ROADM全国一张网优势 投资节省CAPEX节省业务在不同大区穿通，免转接。时延降低时延平均降低，骨干网时延持续领先全局算路，基于全网路由资源可直接算出最优路由。开通快速TTM缩短至分钟级一次配置，端到端开通（资源已准备好）。安全可控抗多次断纤，钻石级保护京津冀ROADM现网实测，对高价值业务可抗10次以上断纤。算力时代的全光底座白皮书13版权所有 中国联通研究院，2022IP底座承载IP的169互联网，CUII 产业互联网，云骨干总体演进趋势是省间、核心城市间全互联，一跳直达，减少跳数，优化时延。同时根据业务流向变化快速调整带宽大小，网络更加弹性。ROADM/OTN大网架构与IP网的诉求完美匹配，全国一张网模式为省间、核心城市间、不同区域DC间全互联快速提供直达波道。全国一张网模式优势如下：任意2点波长直达，E2E管理，业务发放快。无多网对接，减少对接板卡需求，时延与成本优化。大网+ASON，路由多，提升网络可靠性，资源充分利用。跨省政企专线承载与IP底座不同，政企专线业务经常需要跨越骨干与城域网，相比于互联网业务场景更复杂；同时不同业务类型大小颗粒差异也较大，2M-100G需求都存在，主要要求如下：可用性要求高：要求99.99%，重要业务需要3路由保护。时延要求高：时延要求稳定，可承诺，时延是理论可达时延的1.5倍左右（理论可达时延=5s*高速公路里程km）。快速保护倒换：倒换时间50ms。开通时间：要求从月级到天级。基于ASON的ROADM/OXC+OTN骨干网，与省内政企OTN无缝衔接，通过集团协同器实现政企业务全国一张网，与政企专线业务的诉求高度匹配。图3-3 IP底座承载云网169169云网169骨干CUII（云骨干）OTN省干ROADM/OTN底座OTN骨干云池云池云池云池图3-4 跨省政企专线承载智能网络管理系统DCNOTN省干OTN省干企业总部A 省 城市X企业分部NB省 城市Y第 3 章 算力时代的全光底座目标网演进14版权所有 中国联通研究院，2022基于ASON的ROADM/OXC+OTN大网承载政企业务的优势如下：高可靠性骨干多路由，开通ASON，可靠性可达99.99%以上；SNCP与OTN ASON保护倒换，倒换时间50ms。时延最优基于骨干网的时延地图与不同业务时延诉求，灵活选择不同链路满足业务需求，同时实现链路的负载均衡。开通时间城域+骨干+集团协同器一张网模式，通过资源预留模式，可实现跨城跨省业务小时级业务开通。东数西算算力网络承载东数西算战略带来的主要变化如下：算力位置的变化：国家发改委期望枢纽节点新增的算力占整体新增的算力比例在70%左右，东西部枢纽节点新增算力比例为2:1；整体来说就是枢纽节点算力占比提升，西部算力占比提升。新增算力位置与传统骨干节点不一致：新增的集群节点包括韶关，中卫，庆阳，张家口，芜湖等节点非重点骨干节点，这些节点是普通地市级节点，流量出口多需要通过省会城市绕转。枢纽集群节点带宽需求大：从各枢纽节点规划数据看，每枢纽规划的机架规模都超过30万架，未来会带来100T级别的DC出口带宽需求。ROADM/OXC大网结合省内政企网络对东数西算承载的优势如下：需求高度匹配：全国一张网的网络架构与东数西算跨东西部的算力调度需求高度匹配。大站快车，时延优：枢纽间，大站快车直连，ROADM/OXC大网实现枢纽间99.99%：重点地市确保三路由到集群、路由物理分离。技术演进方向包括以下几点：智能化：SD-OTN，全省业务统一调度和管控。高可靠：全网使能ASON，抗多次断纤，打造最佳网络SLA。技术优：引入OXC极简光层、200G/400G、OSU等领先技术方案，逐步演进到一张架构稳定、技术领先的全光算力网。算力网关节点部署方案：算力网关节点结合政企OTN站点，根据业务情况适度部署大容量电层子架，支持向OTN集群平滑演进，同时支持OSU。算力网关节点光层采用20维 OXC/ROADM，广深，韶关核心节点部署32维的全光OXC/ROADM设备，满足大容量波长级业务灵活调度和网络平滑扩容。3.4 城市内：光锚点实现泛在灵活光接入，1ms时延圈全光城市，从多张网演进到一张全光网，实现多业务的综合承载随着城域全光政企、千兆家宽、边缘云、算力网等新业务开展，全光城域主要有三个特征变化：品质特征变化ToH：住家办公、网上教育、云游戏等要求低时延；ToB：政企业务上云连算需要物理高安全；品质连接诉求扩展到5G/F5G千行百业。网络调度变化TDM-ETH-云化，云化导致网络从南北调度到东西调度同时存在，城域FOADM走向ROADM/OXC调度。建网模式变化从被动建网模式（多张网络、多个平面）转换为主动建网模式（一张全光网）。算力时代的全光底座白皮书19版权所有 中国联通研究院，2022基于机房的功能定位和各业务网的流量流向特点，城市内全光网络构筑稳定的三层网络架构（中小城市也可由两层网络组成），实现IP城域网/智网、政企、家宽等各类业务综合承载。三层网络结构分为核心层、汇聚层和接入层。核心层 以地市IDC、CR、MCR、省干对接节点为核心节点。光层由FOADM或ROADM组成，电层以100G/200G PeOTN组网，实现综合承载。汇聚层（城区汇聚/市县波分）以边缘云、BRAS、IPRAN骨干汇聚节点/MER为汇聚节点。光层由FOADM或ROADM组成，电层以100G/200G PeOTN组网，实现综合承载。智能管控平台城域核心骨干汇聚普通汇聚接入联通云阿里云华为云其他云管控层核心层汇聚层接入层家宽家宽政企政企COSub-COSub-COCOCOCO市县波分县乡波分图3-10 城域全光网综合承载架构第 3 章 算力时代的全光底座目标网演进20版权所有 中国联通研究院，2022 接入层（城区接入/县乡波分）以综合接入区为中心，以一张光缆网为基础。按照综合接入区设置12个OTN全光锚点，OTN实现OLT、政企专线等业务综合承载。全光综合承载带来的价值 架构稳：多层网络架构，不同网络层级演进节奏可解耦，整体网络架构稳定。投资稳：一套波分系统承载多种业务，单纤容量超过10T+，替代百对光纤的投资，带宽按需扩展，整体生命周期成本优。品质稳：光网OTN提供确定性低时延/抖动、零丢包；光网OTN提供丰富保护机制，可靠性提升。某省网络采用E2E OTN改造后，网络性能大幅提升。收益稳：围绕着全光综合业务锚点，可以发展多种品质业务，包括品质家宽，品质政企，打造差异化优势，实现收入增长，提升投资回报。表3-3某省网络改造前后性能指标对比平均RTT最大RTT抖动丢包传统方案20.11 ms644.38 ms623.78 ms2.40E-05OTN改造后11.34 ms12.07 ms1.07 ms0图3-11 全光综合承载价值边缘DC/云边缘DC/云全光综合业务锚点综合接入区OLTOTNN种业务架构“稳”接入区与汇聚区解耦一代架构十年不变投资“稳”1对纤替代N对纤OTN建设快，运维成本低品质“稳”确定性大带宽、低时延/低抖动高安全、高可靠收益“稳”支持1种-N种业务投资回报快1对纤算力时代的全光底座白皮书21版权所有 中国联通研究院，2022算力时代下全光城市网络演进方向：加大力度打造全光锚点，实现泛在光接入全光政企锚点升级为全光算力锚点，打造“五个一”算力全光底座：一公里到用户：全光锚点如同地铁站，最终用户1公里内接入。一站全光接入：全光锚点可综合承载ToH，ToB，算力业务；提升多种业务的品质。一网全光切片：一张综合网络，按不同业务类型进行波长/OSU切片，专有资源保障专有业务。一体全光交换：在汇聚及核心节点，采用OXC/ROADM全光交换，E2E时延与成本最优。一键智慧运营：城域与骨干E2E 拉通，实现E2E一键业务发放，一键智慧运营。面向城域510年当期业务及新业务承载，城域目标网络需要具备以下关键能力：1.具备510倍网络带宽扩展能力：政企专线，5G ToB、品质家宽、边缘云/算力网至少考虑5倍增长能力；同时从带宽每年20%复合增长看，也需要5倍以上的演进能力。全光城域通过波分波长扩展，单波速率100G到400G+升级，可以满足未来网络带宽扩展诉求。2.具备低时延优化能力：政企专线、5G ToB、品质家宽面向未来具备优化时延的能力；边缘云、算力云考虑灾备和多活则需要1ms的低时延能力。全光城域通过OXC/ROADM光层一跳直