浅析面向算力时代全光底座的构建

摘要：随着多样化算力需求场景不断涌现，传统网络的架构、技术面临严峻挑战。面向算力时代业务需求，从承载网的基础架构、光缆网、传输系统等方面分析了高品质全光底座的部署方案，从而提供低时延、高带宽、高可靠、高智能等网络能力，实现算力业务的高质量传送。

当前新一轮科技革命和产业变革正重塑全球经济结构，数字经济的核心生产力正以算力全面展开，成为带动数字经济发展的主引擎。面对新一轮数字经济发展的浪潮，信息网络正从以网络为核心的信息交换，向以算力为核心的信息数据处理转变。充分利用我国在网络基础的领先优势，以网强算，发展算力网络，将具有很强的现实意义和战略意义。中国联通正式发布了算力时代全光底座，其可以提供超广覆盖、超大带宽、超低时延、超高可靠、智能调度等网络能力，并以公司战略规划为指引，积极响应算网融合发展的需求，构建新型算力网络。

在此战略背景下，某省联通积极落实并承接公司新战略规划，提出覆盖全省的“4+4+12+X”云网边一体化多层级算力布局，构建结构合理、运力充足、体验领先的算力网络。筑牢全光底座是为全省算力节点提供高品质运力保障的关键基础，不仅能满足自身网络发展目标，还将满足千行百业算力需求。

01 需求分析

1.1  业务分类

随着5G、物联网、云计算、边缘计算、人工智能、区块链等新一代信息通信技术在行业的广泛应用，亟需基于多样性算力构建新型信息通信基础设施平台的坚实底座，以满足广泛应用和海量数据的算力需求。不同业务类型对时延的需求可分为4类：边缘计算类、低时延类、中时延类和高时延类，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。不同类型业务需求如表1所示。

表1 不同类型业务需求表

1.2  DC化布局对网络的需求

围绕不同类型的业务需求，某省联通将构建“4+4+12+X”算力布局架构。未来DC必然是网络的核心，在网络架构设计与组网布局的过程中应以DC为中心，推动网络架构升级与演进。以DC为中心架构对承载网提出不同的需求：南北流量比例变化，东西流量显著增加，DC驱动东西流量，视频驱动南北流量成倍增长；云间共享、云化业务需要低时延，越来越多的云业务要求网络提供可保证的低时延；DC业务协同网络，统一规划、快速开通，万企业上云，而网络的快速响应和安全可靠能力是基本需求。

根据某省联通算力架构布局，DC布局将分为区域间、区域内，DC互联链路的带宽、时延需求不同：区域间DC互联带宽为400G，时延在5ms以内，区域内DC互联带宽为200G，时延在3ms以内。

02 传统网络面临的问题

面向算力时代，传统网络的架构、时延、带宽、安全等已无法满足需求，主要体现在：

a） 网络架构：传统网络主要以行政区域分层次组网，本地网有核心层、汇聚层和接入层3个层次，以环形和链型为主，难以适应东西向流量增长的需求。

b） 网络时延：受限于组网结构，业务存在绕行迂回情况，网络时延大，难以满足低时延业务诉求。

c） 网络带宽：目前省干、本地网系统速率以100G为主，难以满足未来DC互联大带宽需求。

d） 网络安全：现有网络大都以环形组网为主，最多可抗一次断纤，未来将出现更多的超高可靠性要求的业务，现有网络难以满足需求。

e） 网络成本：网络刚性根据业务的需求量来确定网络容量，扩容的成本较高，且扩容周期长，通常难以根据流量变化与业务量的变化进行动态调整。

03 全光底座部署方案

3.1  全光底座目标架构

根据某省算力支撑能力提升行动方案要求，以公司战略规划为指引，结合自身资源情况，构建算力时代省内全光底座。全光底座目标网架构包括骨干光网、枢纽内光网、省内一体化光网和城市光网4个部分。其中与省内相关的是枢纽内光网、省内一体化光网和城市光网。全光底座目标架构如图1所示。

a） 枢纽内光网：一、二干网络融合，利用OXC/ROADM技术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”算力调度需求。

b） 省内一体光网：OXC/ROADM打造省级算力节点间全光互联，打造各本地网算力网关到就近省级算力节点5ms的时延圈，网络可持续向400G演进，实现绿色节能。

c） 城市光网：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。

图1 算力时代全光底座目标架构

3.2  全光底座部署方案

某省联通将从网络架构、光缆网、传输系统3个方面构建面向算力时代全光底座，提供大带宽、低时延、高可用、一网连多云的极致体验，协同+管控、智能运维的智能管控，以及双节点+多路由、全光交换的稳定架构。

3.2.1  基础架构

某省联通“4+4+12+X”的算力资源布局，将会促使“算力数据中心”大规模建设，现有机房的面积、电源、配套等无法满足算力资源部署需求。面向算力资源布局需求，应提前做好机房及配套资源的储备，近期基础架构依然依托现有“两区三点”架构，持续完善汇聚机房节点布局，提升机房自有率；改善重点区域综合接入点机房条件，提升业务接入能力，结合算力资源部署情况，完成节点机房的DC化重构。

3.2.2  光缆网

网络时延主要是指光纤时延、设备转发等时延，其中光缆时延为5μs/km，设备转发时延约为25μs/跳。网络总时延中光纤时延占比85%、设备时延占比9%。通过优化光缆网架构，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，实现MESH化组网，实现业务最优路径接入，任意DC间、任意用户到DC间的时延都可大幅优化，提升业务品质。

a）骨干光缆网。完善面向算力网络的骨干光缆网布局，打造某省至八大枢纽节点最优时延。主要从以下2个方面建设：8核8区骨干光缆网和广覆盖/多路由的高品质区域光缆网。

b）省干光缆网。省内将结合交通运输体系发展规划，一、二干统筹，丰富以高速公路为基础的骨干光缆网架构，带动全光网络的持续演进，打造地市DC间最优时延圈。充分利用高速公路等资源，补全省干光缆网路由，构建光缆网状网架构，丰富光缆路由，提升网络健壮性；优化区域光缆布局，实现算力集群区域光缆最优接入；在光纤技术方面，G.654E光纤传输性能更好，在未来骨干网中可考虑部署G.654E光纤，以进一步提升400G传输性能，减少中继。省干光缆架构演进如图2所示。

图2 省干光缆网架构演进

c）本地网光缆。根据算力规划布局，未来将实现“一县一DC”布局，边缘算力根据需求下沉至边缘云池，甚至客户机房内。通过部署全光锚点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。本地网内应提前进行光缆网资源储备，以满足算力的就近接入。核心汇聚层光缆保持架构稳定，结合高速公路走向，逐步向Mesh化演进，丰富光缆路由，提升网络健壮性、降低业务时延；接入主干层光缆，提升光缆容量，向下延伸覆盖，密集城区，加大二级主干光缆建设，提升覆盖密度，提升出局纤芯容量；接入配线层光缆，增加接入节点密度，将一般站点、配线光交、楼宇分纤箱作为5G/大客户/家宽业务接入点，将业务接入距离缩短至500m以内。本地网光缆架构如图3所示。

图3 本地光缆网架构

d）打造低时延全光网，构筑多级时延圈。省际低时延圈：骨干光缆网建设目前主要采用低时延路由方式，通过对比不同建设方式的路由长度，确定合适的路由方案，首选高速公路与高铁路由。根据某省一干节点对应各局向已开通系统的最短路径采集数据，打造5ms、10ms、15ms、22ms时延圈。省内低时延圈：基于OXC+ASON技术打造1、3、5ms超低时延全光网，时延圈定义：城市内1ms、城市群3ms、省内5ms。结合沿高速公路走向的光缆网目标架构最短路径，测算全省总体区域内可实现单向5ms最优时延圈。

3.2.3  传输系统

构筑一体化OTN全光网络，将DC中心和扁平化的全光省干实现ROADM/OXC光层互连，取消本地转接，减少传输成本，实现DC与DC之间，DC与传统网络之间光层一跳直达，降低了传输时延，提升业务传输效率。

a）省干传输系统。通过对现有省干传输系统的优化改造，实现“双平面、双节点”网络架构，进一步提升业务承载安全性。结合基础架构节点演进，打造基于OXC的长株潭超低时延圈。未来还将结合省干光缆网Mesh化覆盖，实现省会OXC+地（市）ROADM的大带宽、低时延、高可用省干传输系统。随着省干光缆网在高速公路的逐步敷设完善，地（市）至省会、地（市）至地（市）路由将更为丰富，未来也将具备省会OXC+地（市）ROADM的组网架构，对比现网环网结构，业务路径可实现时延最优，波道资源利用率更高，业务安全性也将进一步提升。

面向未来，某省省干传输系统将进一步对一、二平面进行ROADM光层对接，形成立体互联灯笼式网络结构，构筑“省干立体光网络”目标网布局。基于现网一、二平面，结合地（市）—地（市）、地（市）—省会Mesh光缆网目标架构，打通地（市）一、二平面节点之间及地（市）与地（市）之间的光层链路，并对一、二平面节点进行ROADM改造，可达到目标网结构。某省“省干立体光网络”目标网架构如图4所示。

图4 省干传输系统目标网

b）本地传输系统。本地网内城域市县融合一体化组网，推进PeOTN改造。

（a）本地核心：对原有本地核心每环路单独设置一对核心架构进行简化，采用扁平化Mesh组网，引入ROADM/OXC，实现任意节点间波长直达调度，减少层间转接，大幅降低机房空间需求和功耗。小颗粒通过OTN进行子通道调度，实现光电协同的极简架构和极致性能。

（b）本地汇聚：引入波分环组网，按需采用极简化光层或低维度ROADM，与核心组成光调度网络，实现快速组网，可便捷加减站点。大颗粒波长级业务，从CO锚点到本地核心/DC节点一跳直达，低时延、低功耗。本地核心、汇聚组网扁平化演进如图5所示。

图5 本地核心、汇聚组网扁平化演进

（c）本地接入：全光锚点、全业务接入、业务一跳入算。根据某省联通“4+4+12+X”算力布局规划，未来算力节点逐步向下延伸至综合业务接入点/客户节点。基于枢纽间、枢纽内、城市内构建E2E的算力网络全光底座，可实现各类型的业务安全一跳入云，业务高可用，稳定低时延。

04 展望

本文针对算力时代业务需求，提出全光底座目标架构，探讨了如何打造架构稳定、大带宽、低时延的全光底座。接下来将持续深耕算力时代全光底座，通过引入智能化技术，实现智能全光底座、哑资源数字化、资源可视化以及基于AI算法的网络故障预测和性能优化，以优质的网络，实现从“基础联接”到“万物智联”的新跃升，提升业务体验，节省网络运维成本，达成管道变现，实现商业价值最大化。

作者简介

刘太蔚，高级工程师，学士，主要从事传送网络的规划、技术演进研究工作。

郭祥明，工程师，学士，主要从事传送网络的规划和设计工作。