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万物智联的智慧光网及方案

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vdianwang 发表于 2023-4-23 20:56:11 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
随着5G商用的提速,万物互联的大门即将开启。多种基于云端的应用场景已经准备上线,围绕着云、5G、边缘计算,越来越多的行业和应用将获得新的发展。而不同行业和应用对网络的承载方式、业务保障和体验要求也各不相同。一方面,业务的创新和快速版本迭代需要更加智能弹性的网络服务,需要网络能够及时感知需求并实时响应;另一方面,也需要大幅降低网络的建设和运维成本。这些需求都加速推进光网络智能化转型。
因此下一代光网络的发展趋势是能够基于意图驱动的自动化、大数据和AI的智能化、开放可编程的敏捷对接,以及动态可恢复的高可靠等特性,演进到集管理、控制、分析一体化,实现全生命周期的高效自动化运维。
智慧光网涵盖四项新技术
针对未来的网络需要,智慧光网对网络进行了重新定义和布局。实现了从刚性管道到开放、柔性的网络,从单一网络到云网边协同,从封闭到解耦,从人工管理到智能运维的变革,通过其“泛在、超宽、开放、随需”的新特性,构筑未来运营商的核心竞争力。
智慧光网的构建是一项系统性创新工程,其关键是新技术的研究和应用。中国信科集团旗下的烽火认为未来智慧光网将涵盖以下四项新技术。
·泛在:智慧光网凭借大带宽、高可靠等先天优势,成为整个通信网络的基础资源。随着移动、家庭宽带和政企业务的发展,光网络已广泛覆盖了移动通信网的前传和回传网、家庭宽带的接入网、城域和骨干传输网以及数据中心内外部连接,是一张无处不在的泛在网络。未来光网络将以数据中心为核心,从骨干、城域延伸至接入侧的综合承载、云网边协同的网络,为用户提供泛在、无缝的全业务接入服务,满足用户对移动宽带应用、高清视频以及各类云服务等高带宽业务的极致体验需求。

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·超宽:智慧光网在业务层面已支持 25GE/50GE/100GE/400GE 高速接口,单波传输速率也从100G提升至400G、600G甚至800G,WDM/OTN系统容量已提升至32T以上,光网络在业务接口、传输速率和容量上已充分具备超宽特性。超宽是光网络的基石,5G、云计算和4K/8K/AR/VR 等超高清视频业务的开展均依赖于光网络超宽特性。未来通过调制、接收、线路传输等关键技术的持续创新,光网络的超宽能力将持续提升。
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·开放:智慧光网的开放体现在能力开放、网络开放和接口开放3个层面。
一张物理网络支持多业务综合承载,以及根据不同业务需求支持网络资源的灵活调配是能力开放的体现。以数据中心为中心构建扁平化网络,实现“云边网”间资源的高效配置和协同是网络开放的体现。接口开放,尤其是 SDN 南北向接口的开放推动了光网络从封闭走向解耦,接口的开放推动光网络实现从“硬管道”到“柔性、开放网络”的根本性转变。开放的光网络有利于产业链和技术的创新,同时也降低了运营商建设和运营维护成本,并可提供差异化的服务来创造新的价值。
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·随需:一直以来,网络的封闭使得用户无法根据需求获得网络资源和服务,严重限制了业务的发展和用户体验的提升。智慧光网基于SDN实现了控制面与转发面的分离和集中控制,通过网络能力的开放让用户按需获得网络的资源和服务。智能光网络的随需体现在用户可在光网络上灵活选择业务的承载方式、带宽、业务的路径和保护等级并根据需求的变化及时进行调整和改变。光网络的随需特性可为用户提供更多的定制化服务,可有效提升用户的体验和黏性,为客户创造更多价值。
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智慧光网三种建设方式
对于未来智慧光网的建设方式,烽火也提出了自己的见解。
·网络解耦:光传送网高度发达的今天,无论是网络覆盖、节点数量、业务数量,还是网络功能都十分庞大和复杂;传统基于单一厂家的封闭式建网思路无论在网络的建设成本,还是后续新功能的开发和维护上都无法满足未来长期发展。通过按“层次分割”“功能分割”两个维度对网络内不同厂家设备进行解耦,通过网络功能虚拟化(NFV)将网元功能从传统CT设备中剥离,借助云化技术实现与底层硬件平台解耦的敏捷部署。由传统的“电信专用硬件+专属软件”的紧耦合架构转型为“虚拟网元+云操作系统+通用接口”的三层解耦架构,则能够有效解决其痛点。
以政企网络建设为例,运营商希望构建一张端到端的网络,以便从业务的开通、调整和运维上提升用户感知,“白光 OTU”的出现解决了异厂家 OTN 设备线路侧互通的问题,使得网络按层次或划域进行“解耦”并在逻辑层面构建一张端到端的网络具备可行性。在光网络节点因光方向数量众多、调度复杂需要采用“OXC”设备进行建设时,可将支持光方向业务调度的“OXC”节点与支持业务接入和调度的 OTN 节点进行区分,采用解耦的方式进行建设,异构兼容,通过统一的云管理平台,支持客户向基础网络云化转型,实现网络资源标准化、自动化、服务化交付,并能够不断持续演进。
·资源分片:通过虚拟化及切片技术,在一个物理网络上构建虚拟的逻辑平面,按不同客户业务的带宽、端到端时延、QoS 特性、安全等级等方面的特性需求切片成不同虚拟网络,如移动回传切片、集客切片、IoT 切片、金融切片、政企切片等,各个切片由不同的用户独立进行各自的网络管理和监控,从而方便管理、运维及业务部署。分组增强型 OTN 支持基于纤芯和 ROADM 本地组的空分方式切片、基于波长的波分方式、基于 ODUk 和 VC 的时隙方式以及基于 PW 和 LSP 以太网隧道方式下的多种类型的切片。可根据业务需求灵活实现带宽资源分配、端口隔离、弹性共享等需求,并可提供差异化服务。
·运营集约:智慧光网时代,通过SDN实现网络资源的统一规划,使得用户体验和网络服务与地域、厂家无关。光网络SDN控制器一般包括单域控制器、多域控制器和协同编排器,通常情况下,单域控制器+多域控制器或协同编排器的两层控制方式就实现了网络的解耦和端到端集约化运营。运营商通过多域控制器或协同编排器的自主开发具备了对不同地域和不同厂商网络资源的自由调用和整体编排能力,使得上层应用将不再受网络地域和厂商边界的约束,能够根据自身需要,便捷自由地对底层资源进行灵活的调用和组合。集约化运营在网络解耦、资源分片方式下,对网络的资源、网络运营中所产生的数据实现统一管理与调度,按需进行资源、功能以及服务的编排,为端到端提升用户体验、快速响应用户的定制化需求,以及后续人工智能在光网中的应用和发展奠定基础。

那么,如何才能构建智能的网络系统,帮忙更好地进行业务管理,尤其是光纤管理。既要保持光纤的安全性、可靠性、可维护性,又要在出现故障时,能够快速定界发生故障的光纤,并且通过软件的方式快速精确定位,不需要任何辅助工具或者下站点,帮忙最终快速恢复业务,最好是能够做到提前预警,将隐患消除在萌芽阶段。
1、海量数据采集
采集海量、精确的光层网络状态参数是实现智能网络管理的基础。一个典型传输系统中的相干接收机主要包括3部分:oDSP(Optical Digital Signal Processor)、发射机和接收机。其中oDSP是整个系统中最为核心的部件,通过在oDSP中集成光层神经元功能模块,能够在光层网络实现分布式全覆盖,并且在不改变网络设备形态的前提下(功能模块内嵌,无需额外设备),实时精确感知所有光层网络状态参数,用于支撑控制层的分析、运算功能,进行网络区域性或者全局的故障提前预警、业务调度、配置和优化。
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光层神经元是一个功能模块,被集成在华为最新一代oDSP中,用于感知网络中所有波长信道在L0光层上的运行状态参数。其原理是在发送端通过oDSP将光层标签加载到所有波长信道上,当该波长经过网络中任意具备检测功能的节点时,该波长信道的标签被提取,同时将其一系列光层状态数字化,实现光层网络可视化管控。
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光层神经元仅限于感知光信号在L0层传输状态参数,作为整体光网络优化的基础,包括但不限于以下状态信息:
• 光信噪比(OSNR)
• 色散(Dispersion)
• 偏振态(Polarization state)
• 偏振态变化(Polarization change)
• 非线性效应(Nonlinear effect)
• 链路余量(Link margin)
• 滤波特性(Filtering)
相对于业界传统方案,华为光网神经元可以实现高频率秒级采集光网物理特征参数,采集的参数种类多达400多种。这里收集是网络维护参数,不涉及到客户的业务数据,不涉及到信息安全的安全,只是为了更好地诠释出真实的光网络特性,将物理的光网络映射成为数字光网,后续结合大数据挖掘、智能算法等技术,对这些数据进行训练和建模,可以更好的在上层应用中使用,提升智能化、自动化程度,节省OPEX。
2、强大算力的智能芯片
设备内置专业智能芯片,用于海量光网络参数的大数据处理和分析。伴随着智能算法复杂度的增加,以及海量数据的处理,对算力有巨大诉求。
设备上集成了智能芯片,其极致高效计算、低功耗在配合硬件加速板卡,为大数据采集、存储、分析、训练、上报等使用,提供相对于原CPU的10倍以上的强大计算能力。由于设备广泛覆盖在网络各个节点中,可以很好的处理实时性要求高的数据和应用。
云端部署也集成了智能芯片,是业界计算密度最大的智能单芯片(256T vs 业界最佳125T),可以方便部署更加复杂的智能算法和应用,更利于集中处理实时性要求不高的数据。
3、智能算法
最后,算法是智能化关键的使能技术。智能算法可以从大量的数据中进行特征提取,结合专家经验,从已有的故障特征或者资源特征中建立模型, 快速解决已知问题;同时,基于机器学习的智能算法,可以建立知识图谱和对趋势进行预测, 以实现故障的提前规避和性能的提前优化。
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总之,基于光层神经元感知光层网络的所有状态参数,硬件构筑强大算力,配合控制层面的优化算法,实现网络智能化管控,应用到实际的场景中可以衍生出许多应用。
• 光网健康保障:由被动运维到预测式运维,节省OPEX,提升客户体验
长期以来,光网络的运维都是在故障发生乃至用户投诉之后的被动维修,无法提前识别故障发生前的缓慢劣化,只能等待“亚健康”状态的光纤或者业务持续恶化,直至引发各种故障,再进行紧急修复,既影响了业务,也增加了维护成本。据分析某网络故障数据,发现光纤故障占网络故障68%。其中OTS/OCh的缓变类故障 占比56%(占网络总故障的38%),其中弯折、摇晃、松动、纤芯故障四类占90%。
华为光网健康保障功能包,通过光网健康可视、光网健康预测、光网智能调测等Use Case,实现了对OTS/OCh的健康监控、预测、自动调优等运维自动化的闭环。
其中,光网健康预测,通过机器学习和预测算法,分析每条光纤和波道的健康情况,并根据光性能变化趋势,提前预测故障发生的风险和具体故障风险点,从而提前规避网络风险,提供修复建议,实现主动运维,减少业务中断。
• 故障根因分析:一故障一告警,快速精准排障
当数据中心网络出现故障时,业务会产生相应的告警,但是相同的故障往往会同时影响业务层OPU,电层ODU,光通道Och, 以及光线路侧OTS等,涌现出上百个衍生告警,不利于排查真实原因。但是可以通过智能计算与分析,找到根因告警,抑制其他的次要告警,做到一故障一告警,这样可以大大降低对运维人员技能的要求,帮助快速的故障定位和精准排障。
• 智慧光纤管理工具:精准光纤质量在线监测,快速指导光纤修复
当数据中心之间的长距离光纤出现故障时,传统方案智能通过管理系统上的告警来通知客户,同时需要派专业的工程人员进站,携带OTDR仪表检测光纤质量,时间长成本高。智慧光纤管理系统通过设备上内置eOTDR功能,通过软件的方式一键式精确定位光纤故障的位置,可快速通过运维人员进行维修,不仅缩短了业务恢复的时间,还减少了因为排障带来的OPEX。
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面向未来,智慧光网具有广阔的发展空间,也将引领光通信产业的发展进入新时代。烽火将携手运营商、产业合作伙伴共同探索并研究面向智慧光网的关键技术、业务场景和商业模式的创新,最大化商业价值,使能客户商业成功,一同开启万物智联的新时代。





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