随着家庭娱乐品质的提升和在线教育的普及，超高清8K视频、强交互云游戏和虚拟现实（VR）教育等家庭高品质业务逐步涌现，需要网络具备更大带宽、更低时延和更高稳定性。另一方面，不同企业的上云场景和诉求多样，对网络的带宽、时延、可靠性、安全性等提出较高要求。如何在以集中高效的方式管理企业网络的同时实现便捷安全的入云，是当前的网络诉求之一。
　　以千兆光纤网络与5G网络为代表的“双千兆”网络建设工作是近年来宽带网络建设的重点方向。党中央国务院高度重视该项工作，在国务院常委会上明确“大力推进5G和千兆光网建设应用”的工作任务。工业和信息化部已于2021年初下发《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》作为未来三年内指导行业发展的政策性文件，其中明确将千兆光网应用创新作为未来一段时间的行业重点任务。“双千兆”网络有力支撑制造、交通、医疗、教育、港口等垂直行业应用市场培育，给传统企业带来生产方式、经营管理的数字化变革，催生诸多新模式新生态，带动工业互联网、智能制造、智慧城市、智能家居等各个领域的创新创业，为赋能经济社会数字化转型注入新动力。
　　当前网络中接入网和传送网分段运维的体制，导致业务配置速度慢，故障定位和运维效率低，无法提供高品质的网络服务。面对家宽提质、企业入云的多样诉求，仅采用在接入侧增加带宽、设置服务质量等级（QoS）等方式无法保障业务端到端的服务体验，需要打通接入侧和传送侧，实现端到端的服务提供。
　　全光网络协同是将光接入网络和光传送网络（OTN）在设备、管控、连接协议等多个方面进行协同，利用无源光网络（PON）的低成本和广覆盖以及OTN的确定性品质承载优势，实现构建高品质的全光入云网络，满足不断涌现的新业务、新场景的多样化诉求，全面提升家庭业务服务品质、赋能企业数字化转型，进一步推动双千兆网络的发展
　　

研究报告全文：全光网络协同发展研究报告2022年中国信息通信研究院技术与标准研究所2022年12月版权声明本报告版权属于中国信息通信研究院并受法律保护转载摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的应注明来源中国信息通信研究院违反上述声明者编者将追究其相关法律责任前言随着家庭娱乐品质的提升和在线教育的普及超高清8K视频强交互云游戏和VR教育等家庭高品质业务逐步涌现更大带宽更低时延和更高稳定性的网络承载需求迫切另一方面在云计算应用快速发展以及相应政策的大力推动下企业业务迁移上云进程加速企业多样化场景和差异化诉求对承载网络的带宽时延可靠性安全性管理运维便捷性等均提出更高要求双千兆网络作为新型的网络基础设施有力的支撑了垂直行业市场应用为赋能经济社会数字化专线注入了新的动力工业和信息化部已于2021年初下发双千兆网络协同发展行动计划2021-2023年作为未来三年内指导行业发展的政策性文件为赋能经济社会数字化转型注入新动力作为双千兆业务和应用的关键承载底座光网络高品质服务的重要性日益凸显构建光接入网与光传送网多维协同的端到端全光网络借助PON接入网络的低成本广覆盖以及OTN传送网络的确定性品质承载等关键特性以助力家宽提质企业差异化承载一体化建设运维服务等全流程多样化的业务体验本研究报告在介绍全光网络协同典型应用场景的基础上从推动全光网络协同发展的角度出发提出了全光网络协同三横四纵总体架构并分析了相关的转发层连接协议层管控层等多层协同关键技术并对全光网络协同的未来发展提出建议目前全光网络协同的诸多关键技术和应用验证仍处于探索阶段在设备形态组网运营模式控制协议实现等方面仍面临挑战下一步的发展方向将由应用驱动技术创新运维支撑三个方面来定义和牵引在应用驱动方面通过新的应用需求牵引技术落地在技术创新方面聚焦网络协同技术推动标准化工作开展在运维支撑方面探索新的运维流程和模式面向行业客户实现一体化的运维服务全光网络协同未来发展需要业界产学研用的共同参与加速推动产业与生态走向成熟目录一概述1二全光网络协同应用场景1一家宽业务提质提速端到端高品质承载需求凸显2二企业用户入云加速差异化承载和一体化管控需求迫切4三全光网络协同总体架构7四全光网络协同关键技术11一设备转发协同12二连接协议协同18三管理控制协同23四策略编排协同25五总结与建议27图目录图1全光网协同架构9图2全光锚点可能的部署方式12图3入云节点与云网关对接方式13图4全光网协同架构时延分段13图5专网切片实现行业间的网络隔离15图6业务切片实现业务级的差异化承载16图7不同可靠性对应的端到端保护方案示意18图8连接协议层协同架构18图9基于日历按需调整带宽20图10端到端OAM协议协同示意图23图11管理控制层协同整体架构23图12策略控制层协同架构26表目录表1VR教育体验指标2表28K视频网络指标要求3表3云游戏网络指标要求4表4网络可靠性需求与保护模型的对应关系17全光网络协同发展研究报告2022年一概述随着家庭娱乐品质的提升和在线教育的普及超高清8K视频强交互云游戏和虚拟现实VR教育等家庭高品质业务逐步涌现需要网络具备更大带宽更低时延和更高稳定性另一方面不同企业的上云场景和诉求多样对网络的带宽时延可靠性安全性等提出较高要求如何在以集中高效的方式管理企业网络的同时实现便捷安全的入云是当前的网络诉求之一以千兆光纤网络与5G网络为代表的双千兆网络建设工作是近年来宽带网络建设的重点方向党中央国务院高度重视该项工作在国务院常委会上明确大力推进5G和千兆光网建设应用的工作任务工业和信息化部已于2021年初下发双千兆网络协同发展行动计划2021-2023年作为未来三年内指导行业发展的政策性文件其中明确将千兆光网应用创新作为未来一段时间的行业重点任务双千兆网络有力支撑制造交通医疗教育港口等垂直行业应用市场培育给传统企业带来生产方式经营管理的数字化变革催生诸多新模式新生态带动工业互联网智能制造智慧城市智能家居等各个领域的创新创业为赋能经济社会数字化转型注入新动力当前网络中接入网和传送网分段运维的体制导致业务配置速度慢故障定位和运维效率低无法提供高品质的网络服务面对家宽提质企业入云的多样诉求仅采用在接入侧增加带宽设置服务质量等级QoS等方式无法保障业务端到端的服务体验需要1全光网络协同发展研究报告2022年打通接入侧和传送侧实现端到端的服务提供全光网络协同是将光接入网络和光传送网络OTN在设备管控连接协议等多个方面进行协同利用无源光网络PON的低成本和广覆盖以及OTN的确定性品质承载优势实现构建高品质的全光入云网络满足不断涌现的新业务新场景的多样化诉求全面提升家庭业务服务品质赋能企业数字化转型进一步推动双千兆网络的发展二全光网络协同应用场景一家宽业务提质提速端到端高品质承载需求凸显家庭场景下涌现出多样的新兴品质视频类应用如VR教育8K超高清视频云游戏等这些应用不仅需要稳定的网络带宽保障还需要持续稳定的低时延和低丢包对网络提出了更高的品质承载要求1VR教育网络稳定性至关重要VR教育是家庭品质视频的典型应用场景用户可通过交互设备与虚拟教学环境进行互动虚拟空间图像需对交互行为做出实时响应从而实现流畅的交互体验VR教育的计算渲染编码均在云上业务从云上通过网络实时传送到用户终端对网络的带宽时延抖动敏感网络一旦不稳定易产生影响用户体验的卡顿迟滞黑边等情况为保障VR教育的体验效果需要网络满足如下表1所示的各指标表1VR教育体验指标2全光网络协同发展研究报告2022年终端单眼阶段带宽时延丢包率抖动分辨率当前24K80Mbps130Mbps20ms10E-515ms中期8K540Mbps10ms50E-610ms远期16K1540Mbps8ms10E-67ms来源CCSA基于电信网的云化虚拟现实网络技术要求28K视频高带宽和高可靠性2019年工业和信息化部国家广播电视总局中央广播电视总台印发超高清视频产业发展行动计划2019-2022年的通知按照4K先行兼顾8K的总体技术路线大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用业内逐步出现8K超高清应用运营商也试点提供8K超高清业务8K超高清业务对网络的带宽和可靠性提出更高要求传输每秒传输帧数FPS为60的视频需要至少百兆级带宽传输120FPS的视频需要至少千兆级带宽在卡顿或者花屏的处理上需要更低的网络丢包率8K超高清视频业务需要网络满足如下表2所示指标表28K视频网络指标要求类型带宽时延丢包率8K点播280Mbps15ms10E-58K直播150Mbps10E-6来源宽带发展联盟千兆高质量业务体验与网络优化白皮书3云游戏时延和丢包高度敏感网络游戏云游戏和移动游戏由于具备交互性强沉浸感高趣味性足等特点成为了家庭娱乐和社交的良好方式大型游戏对响应延迟敏感过大的传输延迟会影响服务器和玩家状态的同步过3全光网络协同发展研究报告2022年程游戏流畅度的下降会极大的影响用户体验此外云游戏通常采用云上渲染渲染之后的视频数据通过网络传输若传输过程中出现数据损伤或者丢失云游戏画面将出现卡顿跳帧等情况为保证玩家体验云游戏网络需要满足如下表3所示指标表3云游戏网络指标要求分辨率帧率带宽时延丢包率抖动1080P60FPS40Mbps20ms10E-516ms来源顺网科技华为云游戏白皮书综上所述面向家庭新兴的品质视频应用最迫切的需求是以较短的时延将业务从云平台传输到客户端网络在整个过程都需要保持稳定的低时延和低丢包率新兴的品质应用和传统的家宽上网业务一般采用相同的网络承载运营商在提供统一的家宽服务基础上可以通过提供增值服务的方式实现客户高品质业务的订购因此在规划网络时需要全面考虑各类家庭应用场景面向高品质的客户保障承载网络端到端的低时延低抖动高可靠性能二企业用户入云加速差异化承载和一体化管控需求迫切由于企业种类繁多且发展规模不同加之各类业务入云需求日益迫切造成企业业务诉求多样对网络的差异化承载需求明显1商务楼宇综合网络接入服务提供商务楼宇是中小企业最为聚集的场景既有大企业的分支机构也有独立的中小微企业各企业网络诉求多样包括上网高品质组网专线和入云等据电信运营企业对某商务楼宇内50家中小企业4全光网络协同发展研究报告2022年的调查显示有54以上的企业明确表示愿意为更好的体验和服务质量支付更多服务购买费用商务楼宇内网络需要提供广泛接入大带宽低时延高可靠和高安全度的网络服务商务楼宇内是一个多网融合系统办公生产类业务包括文件音视频的处理等要求大带宽和低时延网络物联网类业务包括监控安全行业应用等要求网络提供广泛的接入能力个人通信类业务包括通话游戏等要求网络全覆盖另一方面由于商务楼宇的建设年限差异大部分商务楼宇没有机房入楼光缆资源紧张运营商迫切希望提升光缆利用率减少业务开通的光缆消耗在具备机房的条件下运营商也更倾向于利用无源方式部署网络以减少机房供电等成本2直播公司差异化网络能力保障随着网红直播的兴起直播公司成为电商产业链的一环国内观看直播的网民数已经超过4亿直播类型涵盖电商游戏等随着大量的商家参与电商直播直播带货逐渐形成一种新的商业模式各种类型的直播公司蓬勃发展与传统电商不同主播对用户具有很强的影响力直播效果的好坏直接影响销售量因此直播网络性能需要得到保障直播公司内主播多活动多需要差异化的网络保障能力同一直播公司内不同主播所用网络的服务级别协议SLA保障不同一般优先保障大主播的直播体验采用专线的方式将摄像头拍摄的视频推送到直播源站对于小主播一般采用低成本接入直播源站5全光网络协同发展研究报告2022年的方式推流对于大型直播活动需要重点保障例如热点直播活动需要保障数百万用户流畅观看大型直播活动对网络的核心的诉求是稳定性从主播到直播源站需要双备份的高可靠性承载方案保证推送的视频流不受其他活动影响直播公司为了进一步优化直播的效果开始尝试自由视角等新技术对网络提出了更高的要求直播方式由平面走向立体利用多机位拍摄多角度视频信息统一注入到直播源站中再通过内容分发网络CDN推送到用户侧在这一过程中网络性能对用户体验的影响更加明显不同视角下细微的同步差距都可能影响用户体验因此需要将不同视角间的时间误差缩小到1-2帧级别网络抖动应在帧间隔以内30帧视频约30ms60帧视频约15ms3企业园区生产业务隔离和一体化运维对于园区网络传统的自建自维方式存在网络部署慢运维难效率低等问题为使企业信息技术人员的工作聚焦于业务及生产系统提升企业运行效率需要引入新的商业模式和技术企业园区网络由运营商提供一体化建设和运维服务为企业提供稳定可靠的网络环境企业园区内业务诉求多样需要大带宽低时延低丢包的入云承载方案园区业务场景包括基础办公入云业务如桌面云生产云等高清会议视频安防等不同业务场景诉求不同如4K办公会议要求30Mbps带宽保障和30ms时延保障视频监控则6全光网络协同发展研究报告2022年需要6Mbps带宽保障等企业园区网络主要诉求包括三点一是一张光纤网络承载多种业务业务类型包括互联网访问云桌面语音视频无线IoT等二是生产网络隔离以保障生产安全通过提供不同SLA能力的端到端切片网络保障企业网络的生产业务与普通上网业务的安全隔离互不影响三是企业园区网络运维简化企业园区网络的硬件能力软件能力和通信能力以服务的方式由运营商建设和运维运营商提供独立的客户化管理界面支持设备统一管理故障定位等功能实现企业用户对园区的轻量化管理及运维综上所述面对企业在商务楼宇网红直播企业园区等不同场景下的多样化诉求加速企业的数字化转型需要提供高品质网络承载方式同时满足企业入云和上网等场景的差异化承载实现业务的快速发放和网络低成本运维三全光网络协同总体架构随着在线教育家庭娱乐等业务的兴起使家庭业务对网络的带宽时延等提出新的要求促进家庭宽带提速提质具备高品质大带宽的承载能力与此同时随着产业数字化转型加速大量企业开启了业务上云的数字化转型为解决传统自建自维的企业园区网络部署慢运维难效率低的问题网络承载面临着技术发展的新需求当前运营商采用了多种承载技术不同技术的成本和适应场景各不相同主要技术包括PON互联网层2层3虚拟专用网络7全光网络协同发展研究报告2022年L2L3VPN专线OTN专线等其中PON互联网专线可为家庭用户提供下行带宽大上行带宽小的基础宽带服务作为访问互联网的上网通道适用于家庭上网浏览短视频等场景L2L3VPN专线适用于安全性要求低带宽要求灵活弹性时延不敏感的场景例如中小企业互联网公司部分政企的非实时类业务OTN专线可提供2M100G的全颗粒高安全大带宽的专线承载能力适用于有高品质要求的专线用户例如党政军金融大型企业互联网数据中心IDC等该方案对于中小企业成本偏高在传统承载网络技术方案中接入侧和传送侧采用分段运维技术独立演进的方式接入网具备业务感知和网络切片等技术而传送网不直接面向客户提供服务无法基于业务需求进行感知因此将传送网和接入网进行协同实现基于业务感知的端到端业务协同网络切片协同和端到端运维协同等能力为不同需求的业务提供差异化网络服务传送网和接入网协同可以具备以下功能特性快速的业务配置和调整基于业务感知及网络调度要求实现快速的业务配置满足实时性的业务需求端到端的切片协同企业的入云网络中承载多种业务需要将重要的生产业务与普通办公业务隔离保障核心业务不受普通业务流量的影响通过接入网切片和传送网络切片的对接实现端到端切片划分以满足业务隔离需求8全光网络协同发展研究报告2022年端到端的服务质量保障对于家庭业务和企业业务接入侧和入云侧的分段管理无法保障用户的端到端体验需要实现自动检测业务SLA自动进行故障定位以保障从接入到入云的端到端体验一体化建设运维企业上云对价格敏感需要在提供品质业务的同时保证入云网络建设的低成本通过运营商一体化的建设和运维可以减少网络日常运维成本企业可以聚焦自身的业务利用PON的广覆盖低成本特性和OTN的确定性承载能力可以实现构建PONOTN的高品质端到端全光网络通过全光协同的方式将流量引入到OTN确定性承载网络中为家庭品质视频企业入云园区网络等业务场景提供有品质保障的差异化承载能力同时网络具备端到端的协同能力管控能力和运维能力传接协同的全光入云解决方案将是面向云时代的网络承载解决方案之一整体架构如图1所示来源中国信息通信研究院图1全光网协同架构全光网协同架构的核心理念是为不同品质要求的业务提供差异9全光网络协同发展研究报告2022年化的承载服务为家庭和企业提供量身定制的云网融合基础设施全光网协同架构通过引入三横四纵的层次架构模型实现此核心理念三横是指在策略编排层管理控制层设备转发层实现高品质的差异化承载其中策略编排层主要为用户提供认证网络连接及入云的一体化服务一般为运营商的运营业务OB域管理控制层为不同用户提供不同SLA的网络资源提供从用户到云的光连接自动化控制实现业务灵活入多云同时为全光协同网络提供统一的业务发放和网络资源管理能力并为用户提供增值服务设备转发层主要在设备层面提供差异化服务能力并将复杂的业务处理与映射集中在边缘的全光锚点和入云节点简化中间的全光调度网四纵是指通过客户接入设备全光锚点全光调度网以及全光入云节点为家庭和企业提供定制的云网融合基础设施其中用户接入设备主要负责感知业务将用户的流量引入到网络中全光锚点是连接业务接入点和全光调度网的枢纽节点具备丰富的业务接入能力PON以太网OTN同步数字体系SDH和灵活的业务调度能力全光调度网提供管道及传送侧的切片能力基于光通道数据单元ODU光业务单元OSU光交叉连接OXC调度实现低时延的透传转发全光入云节点是连接网络和云池的枢纽节点负责与云网关对接实现云与网的互通三横四纵的新型全光网协同架构高效满足用户的一站式10全光网络协同发展研究报告2022年入云体验具备五个端到端关键特征业务配置端到端端到端全光组网业务建立删除修改一键式完成实现业务的快速开通网络切片端到端提供不同SLA能力的端到端网络切片实现差异化承载时延保障端到端通过全光网协同在业务接入点感知业务将业务承载在确定性的全光网络通道上在入云节点实现业务落地从而保障业务的端到端时延业务保护端到端从接入侧到入云节点建立端到端保护保障入云业务的可靠性业务运维端到端实时感知从接入侧到入云节点业务的SLA主动上报影响业务的网络故障提供端到端的故障定位功能实现端到端运维的自动化四全光网络协同关键技术从网络层次和服务能力的角度出发全光网络协同关键技术涉及设备转发协同管控协同及策略编排协同三个层面设备转发协同通过接入侧设备和传送侧设备在组网切片保护等各方面的技术协同为业务提供端到端的资源隔离低时延安全可靠入云等能力保障管控层协同包括连接协议协同和管控系统协同其中连接协议协同实现从用户到云的端到端连接自动化控制使能业务一跳入云并能够感知应用状态动态调整端到端的网络资源以11全光网络协同发展研究报告2022年保障业务的SLA需求为用户提供品质和成本双优的全光协同网络管控系统协同是从控制器层面解决全光协同网络的端到端业务发放及运维等为全光协同网络提供统一的业务发放和网络资源管理能力并为客户提供增值服务策略编排协同为用户提供一体化的认证网络资源协同及云端资源协同等功能为用户提供入网即入云的端到端服务一设备转发协同1设备协同构建全光锚点和入云节点全光锚点是连接业务接入点和全光调度网的枢纽节点全光锚点可采用共站部署方式如下图2所示OTN下沉将光线路终端OLT和OTN共同部署于综合业务接入点两台设备协同承担全光锚点职责未来可以将OTN功能融合进入OLT设备增强端到端的操作管理维护OAM维护能力来源中国信息通信研究院图2全光锚点可能的部署方式入云节点是连接网络和云池的枢纽节点用于实现网和云的协同如下图3所示每个云池的专线入口位置部署一对入云节点12全光网络协同发展研究报告2022年与云池的云网关做端口预连接并配置跨节点跨板链路聚合组LAG保护实现入云业务的快速开通缩短业务开通时间增强业务保护能力来源中国信息通信研究院图3入云节点与云网关对接方式2组网协同降低端到端时延随着全球各行业数字化转型众多行业出现了针对低时延网络的新型应用需求可承诺可保证的低时延网络成为越来越多企业用户在选择服务时的重要度量指标全光网协同架构下的分段时延如图4所示可以采用如下技术实现时延优化来源中国信息通信研究院图4全光网协同架构时延分段1全光调度降低传送时延OTN本身可以提供大带宽和低时延的网络服务对于大颗粒的13全光网络协同发展研究报告2022年业务通过端到端全光调度架构实现业务在光层上的灵活发放和调度去除中间不必要的电层处理环节一跳入云降低时延对于核心节点和较大的汇聚节点可考虑采用大型OXC设备对于一般汇聚节点和全光锚点可考虑采用小型OXC设备2OLT和OTN协同降低端到端的时延通过OLT与OTN的共站点部署可以将企业入云或家宽精品业务分流到OTN网络OLT上行通过以太网ETH接口接入OTN网络将企业入云或家宽精品业务从互联网通道引入OTN网络无需经过路由器逐跳转发通过PONOTN高品质专线的方式提供端到端入云的方案从而达到降低时延的目的3切片协同实现端到端网络隔离全光网协同的端到端切片涉及接入侧的光网络单元ONUOLT及传送侧的OTN等多种设备通过合理的划分网络中各个设备的资源构成端到端的行业专网切片实现一网多用为不同的行业用户提供差异化承载服务接入侧的切片包括三个方面管理切片主要用于对管理资源进行切片以进行准入控制在多租户场景中每个租户可以根据业务需求定制视图只有自己的网络资源才可视可管理资源切片是接入网切片的基础ONU以太网络侧端口应支持独立划分到一个专网每个专网有独立的转发域流量切片主要用于对应用进行分类实现确定性差异化的SLA传送侧切片根据切片粒度的不同可以分为OSU切片光通道14