未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展大會(huì)-光電融合服務(wù)定制廣域網(wǎng)白皮書(shū)-2023.08

版權(quán)聲明本白皮書(shū)版權(quán)屬于網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室及其合作單位所有并受法律保護(hù)，任何個(gè)人或是組織在轉(zhuǎn)載、摘編或以其他方式引用本白皮書(shū)中的文字、數(shù)據(jù)、圖片或者觀點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注明“來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室等”。否則將可能違反中國(guó)有關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的相關(guān)法律和法規(guī)，對(duì)此網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室有權(quán)追究侵權(quán)者的相關(guān)法律責(zé)任。編寫(xiě)說(shuō)明主要編寫(xiě)單位：網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室北京郵電大學(xué)主要編寫(xiě)人員：肖玉明、黃韜、張晨、汪碩、謝人超、朱海龍、劉江、劉韻潔前

言隨著數(shù)字化經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)，互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展與新一輪工業(yè)革命形成歷史性交匯，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)由傳統(tǒng)消費(fèi)領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型，催生出如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、算力互聯(lián)網(wǎng)等新興業(yè)務(wù)場(chǎng)景，從超大帶寬、超低時(shí)延抖動(dòng)、零丟包、萬(wàn)億級(jí)連接等方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS）提出全新訴求。然而，當(dāng)前廣域網(wǎng)在應(yīng)對(duì)上述需求時(shí)面臨容量受限、質(zhì)量難承諾與資源效率不足等挑戰(zhàn)，難以提供“按需定制”的服務(wù)能力，其根本原因在于光傳送與數(shù)通領(lǐng)域長(zhǎng)期獨(dú)立發(fā)展，未能形成有效合力。因此廣域網(wǎng)技術(shù)體系應(yīng)進(jìn)一步面向光電融合演進(jìn)升級(jí)，從傳統(tǒng)帶寬驅(qū)動(dòng)的通道式網(wǎng)絡(luò)向業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的定制化網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)（NaaS）的新型承載模式。本白皮書(shū)結(jié)合廣域網(wǎng)業(yè)務(wù)與技術(shù)發(fā)展需求，提出了光電融合的服務(wù)定制廣域網(wǎng)架構(gòu)（CustomWAN），聚焦多維

QoS

量化可承諾的核心目標(biāo)，構(gòu)建光電傳送彈性化、拓?fù)淙诤峡芍貥?gòu)、分組跨層確定性等多項(xiàng)基本能力，解決光電融合組網(wǎng)與統(tǒng)一調(diào)度問(wèn)題，圍繞用戶(hù)個(gè)性化需求提供靈活的資源適配能力，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與用戶(hù)、用戶(hù)與云/邊數(shù)據(jù)中心間的高質(zhì)量互聯(lián)。本白皮書(shū)旨在通過(guò)構(gòu)建

CustomWAN

目標(biāo)架構(gòu)，推動(dòng)業(yè)界共同努力，加速推進(jìn)廣域網(wǎng)的技術(shù)演化與產(chǎn)業(yè)升級(jí)，全力建設(shè)國(guó)際領(lǐng)先的信息通信網(wǎng)絡(luò)，為網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、制造強(qiáng)國(guó)、“東數(shù)西算”等重大國(guó)家戰(zhàn)略貢獻(xiàn)力量。I目

錄前

言.....................................................................................................

I目

錄....................................................................................................

II一、背景.....................................................................................................1（一）廣域網(wǎng)發(fā)展新挑戰(zhàn)

................................................................1（二）光電融合新機(jī)遇

....................................................................2二、傳統(tǒng)廣域網(wǎng)技術(shù)綜述

........................................................................4（一）組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

................................................................................5（二）新型光/電傳送技術(shù)...............................................................7（三）數(shù)通技術(shù)

..............................................................................10三、業(yè)界光電融合技術(shù)方案

..................................................................201.

Cisco：Routed

Optical

Networking

(RON).................................202.

Juniper：Converged

Optical

Routing

Architecture

(CORA).......213.

華為：基于

NCE

的

IP+光協(xié)同

................................................224.

中興：基于

SDN

的

IP+光協(xié)同

................................................24四、CustomWAN

的技術(shù)創(chuàng)新與探索....................................................25（一）技術(shù)目標(biāo)

..............................................................................25（二）總體架構(gòu)

..............................................................................31（三）關(guān)鍵技術(shù)

..............................................................................34（四）業(yè)務(wù)調(diào)度流程

......................................................................46II五、經(jīng)濟(jì)模型與定價(jià)機(jī)制

......................................................................46（一）運(yùn)營(yíng)商傳統(tǒng)定價(jià)模型

..........................................................47（二）面向

QoS

的服務(wù)定價(jià)模型.................................................48六、總結(jié)與展望

......................................................................................50（一）CustomWAN

的優(yōu)勢(shì)............................................................51（二）CustomWAN

的不足與未來(lái)展望........................................51附錄

A：術(shù)語(yǔ)與縮略語(yǔ)...........................................................................53參考文獻(xiàn)...................................................................................................56III一、背景廣域網(wǎng)作為支撐信息時(shí)代的核心基礎(chǔ)設(shè)施，強(qiáng)力推動(dòng)了

21

世紀(jì)初消費(fèi)型互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新繁榮。但隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，廣域網(wǎng)在應(yīng)用場(chǎng)景與技術(shù)能力上面臨全新挑戰(zhàn)。本章將重點(diǎn)分析廣域網(wǎng)的新型業(yè)務(wù)需求與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。（一）廣域網(wǎng)發(fā)展新挑戰(zhàn)隨著與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的加速滲透融合，全球互聯(lián)網(wǎng)已逐步由消費(fèi)型向生產(chǎn)型轉(zhuǎn)變，并催生出諸多新型業(yè)務(wù)場(chǎng)景，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、算力互聯(lián)網(wǎng)、全息通信等。傳統(tǒng)消費(fèi)型業(yè)務(wù)對(duì)服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality

of

Service）并不敏感，而新興業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)、丟包等

QoS

指標(biāo)提出了全新訴求：（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)管理過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的新型生產(chǎn)模式，通過(guò)傳感器采集設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端進(jìn)行存儲(chǔ)、分析與處理，并由云端

PLC（Programmable

Logic

Controller）向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令，從而提升企業(yè)生產(chǎn)效率、降低成本與風(fēng)險(xiǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述愿景，廣域網(wǎng)將面臨超低時(shí)延抖動(dòng)、萬(wàn)億級(jí)連接等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)；（2）算力互聯(lián)網(wǎng)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的算力資源共享模式，其通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集群優(yōu)勢(shì)突破單點(diǎn)算力的性能極限，實(shí)現(xiàn)跨異地?cái)?shù)據(jù)中心的高1質(zhì)量互聯(lián)，從而提升算力的整體規(guī)模，支持如超算、智算等算力密集型應(yīng)用需求。然而，算力互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)要求網(wǎng)絡(luò)提供超大帶寬、超低時(shí)延、零丟包的承載能力，滿(mǎn)足業(yè)務(wù)對(duì)算力“隨需使用”與“跨異地?zé)o感知”的需求；（3）新型消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)是一種基于數(shù)字化手段的全新服務(wù)模式，以擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR，eXtended

Reality）技術(shù)為代表，通過(guò)使用計(jì)算、顯示、傳感等設(shè)備，對(duì)環(huán)境與人物進(jìn)行數(shù)字化模擬，實(shí)現(xiàn)人與虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境間的智能交互。如圖

1-1

所示，以

VR

游戲人機(jī)交互為例，其要求網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐禃r(shí)延被壓縮至

6ms

以?xún)?nèi)，從而保證終端與云端的渲染、編解碼、動(dòng)作捕捉等處理要求。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，廣域網(wǎng)將面臨超大帶寬、超低時(shí)延的承載挑戰(zhàn)。圖

1-1

VR

游戲人機(jī)交互時(shí)延預(yù)算（二）光電融合新機(jī)遇為支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、算網(wǎng)、新型消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，廣域網(wǎng)應(yīng)重點(diǎn)圍繞

QoS

質(zhì)量保證進(jìn)行演進(jìn)，以提供“按需定制”的網(wǎng)2絡(luò)承載能力。按需定制體現(xiàn)了“網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)（NaaS）”的思想，其允許應(yīng)用主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)提出定性/定量的

QoS

需求，同時(shí)要求網(wǎng)絡(luò)對(duì)于差異化需求給予服務(wù)質(zhì)量承諾。解決廣域

QoS

問(wèn)題存在兩種思路：一是提升傳輸容量，類(lèi)似于拓寬“馬路”；另一是強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)調(diào)度能力，類(lèi)似于通過(guò)路口“紅綠燈”調(diào)控各方向流量。其中，傳輸容量是保證QoS

性能的前提，因?yàn)闀r(shí)延、抖動(dòng)等指標(biāo)都是傳輸能力的附屬產(chǎn)物，若帶寬充足即可避免節(jié)點(diǎn)排隊(duì)、擁塞等問(wèn)題。運(yùn)營(yíng)商的傳統(tǒng)解決方式便是基于該思想，通過(guò)不斷拓寬?cǎi)R路來(lái)減少擁堵，卻一定程度上忽視了紅綠燈調(diào)度邏輯的重要性。事實(shí)上，網(wǎng)絡(luò)容量升級(jí)勢(shì)必增加可觀的成本投入，并且隨著業(yè)務(wù)增多，若缺乏有效的紅綠燈調(diào)度，即使馬路再寬也難以完全避免擁堵問(wèn)題。因此，廣域網(wǎng)靠單純提升速率已無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)需求，而是應(yīng)將

NaaS

作為廣域網(wǎng)演進(jìn)的新思路，使其能夠提供類(lèi)似云計(jì)算服務(wù)的彈性帶寬、確定性傳輸能力，從而定量地滿(mǎn)足用戶(hù)

QoS

需求。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度來(lái)看，光傳送技術(shù)是拓寬?cǎi)R路的重要手段，且原生具備時(shí)延、抖動(dòng)等確定性能力，但同時(shí)也面臨帶寬粒度大與資源低效等問(wèn)題；數(shù)通技術(shù)是強(qiáng)化紅綠燈邏輯的重要手段，提供分組承載與統(tǒng)計(jì)復(fù)用能力，但卻面臨非確定的承載缺陷。隨著新興業(yè)務(wù)的持續(xù)驅(qū)動(dòng)，光與數(shù)通領(lǐng)域都在不斷嘗試克服自身短板。例如，光傳送不斷向細(xì)粒度演進(jìn)，形成如

OSU（Optical

Service

Unit）、FGU（Fine

Granularity

Unit）等小顆粒技術(shù)；在數(shù)通方面，以

DIP、DetNet

為代表的分組確定性技術(shù)，通過(guò)結(jié)合分組交換與電路交換思想，在保證調(diào)度靈活性的3同時(shí)提升確定性能力。然而，光與數(shù)通兩者長(zhǎng)期處于獨(dú)立發(fā)展的狀態(tài)，導(dǎo)致在獨(dú)立面對(duì)按需定制要求時(shí)存在諸多問(wèn)題。一方面，光通道再細(xì)仍是剛性管道，并且無(wú)法區(qū)分同一管道內(nèi)的不同業(yè)務(wù)，因此其資源效率受限且無(wú)法解決逐業(yè)務(wù)確定性的問(wèn)題；另一方面，數(shù)通不感知底層光路的選擇與變化，而光路更改可能導(dǎo)致時(shí)延變化甚至違約，從而無(wú)法真正意義上承諾

QoS

質(zhì)量。為克服光與數(shù)通各自短板，構(gòu)建未來(lái)廣域

NaaS

能力，必須推進(jìn)光電融合進(jìn)程。光電融合并非新話題，但當(dāng)時(shí)缺乏足夠的需求驅(qū)動(dòng)，因此運(yùn)營(yíng)商只將其作為網(wǎng)絡(luò)預(yù)規(guī)劃的手段而非在線調(diào)度方式，并且主要面向選路與帶寬分配，不具備多維

QoS

量化可承諾的承載能力。然而，當(dāng)下新興業(yè)務(wù)對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求日益嚴(yán)格，同時(shí)上升至理論高度來(lái)看，NaaS與按需定制的實(shí)現(xiàn)也對(duì)光電融合提出了必然訴求，因此光電融合將迎來(lái)窗口期機(jī)遇。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，未來(lái)廣域網(wǎng)應(yīng)深入推進(jìn)光電融合進(jìn)程，強(qiáng)化光域技術(shù)實(shí)現(xiàn)大容量、長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸，融合光、電傳送特質(zhì)提供靈活組網(wǎng)與彈性資源能力，構(gòu)建廣域網(wǎng)操作系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)需求/屬性與光電資源進(jìn)行建模，支持面向路由器隊(duì)列與緩存的精準(zhǔn)調(diào)控，最終實(shí)現(xiàn)服務(wù)定制的承載愿景。二、傳統(tǒng)廣域網(wǎng)技術(shù)綜述光傳送與數(shù)通技術(shù)是實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)長(zhǎng)距離、大容量、靈活承載的基礎(chǔ)，為分析光電領(lǐng)域各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本章重點(diǎn)圍繞組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、光傳4送與數(shù)通等方面對(duì)當(dāng)前廣域網(wǎng)技術(shù)展開(kāi)討論。（一）組網(wǎng)結(jié)構(gòu)1.

IP-over-WDM

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)（IPoWDM）SDH

在上世紀(jì)

90

年代承擔(dān)了話音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸任務(wù)，但隨著業(yè)務(wù)體量的急速增長(zhǎng)，其容量受限、成本高的劣勢(shì)逐漸顯露。波分復(fù)用技術(shù)（WDM，Wavelength

Division

Multiplexing）的出現(xiàn)解決了SDH

的困境，其提供多波長(zhǎng)的共纖傳輸能力，極大拓展了單纖容量，且設(shè)備造價(jià)遠(yuǎn)低于新建光纜線路。在

IP-over-WDM

初始階段，路由器通過(guò)外部

WDM

設(shè)備實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，并且不支持光層交換，因此不具備波長(zhǎng)路由能力。光傳輸技術(shù)發(fā)展推動(dòng)了學(xué)術(shù)界對(duì)

IP-over-WDM

的研究改善，并逐步引入光層交換能力，形成如圖

2-1

所示的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。其中，IP

層由核心路由器構(gòu)成實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流量匯聚，光層由光轉(zhuǎn)發(fā)器與光線路系統(tǒng)組成，為上層提供基于波長(zhǎng)交換的光連接，光線路中需部署光放大器以保障長(zhǎng)距傳輸。在發(fā)送端，路由器與光轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備相連完成光電轉(zhuǎn)換，從而將業(yè)務(wù)流調(diào)制到對(duì)應(yīng)的光載波上，不同載波經(jīng)復(fù)用器耦合實(shí)現(xiàn)共纖傳輸；接收端基于波長(zhǎng)交換實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的下路操作，并經(jīng)光電變換傳遞至路由器不同接口。綜上所述，IPoWDM

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，支持對(duì)碼率、數(shù)據(jù)格式的透明傳輸且擴(kuò)容便捷，是一種經(jīng)濟(jì)有效的廣域承載解決方案，但面臨帶5寬粒度過(guò)大、調(diào)度靈活性不足的問(wèn)題。圖

2-1

IPoWDM

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)2.

IP-over-OTN

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)（IPoOTN）為解決傳統(tǒng)

WDM

對(duì)于子波長(zhǎng)調(diào)度能力不足、管理僵化的問(wèn)題，通過(guò)借鑒

SDH

中

TDM

與

OAM

理念，并結(jié)合

WDM

形成了

OTN（Optical

Transport

Network）技術(shù)體制。OTN

定義了多種速率等級(jí)的容器，滿(mǎn)足不同帶寬粒度的承載要求，同時(shí)引入電交叉能力以實(shí)現(xiàn)子波長(zhǎng)級(jí)的路由調(diào)度，同時(shí)保留了光交叉能力實(shí)現(xiàn)在站點(diǎn)內(nèi)各方向之間波長(zhǎng)信號(hào)的自由調(diào)度。此外，OTN

在幀結(jié)構(gòu)中引入豐富的監(jiān)控開(kāi)銷(xiāo)，提供從光層到電層的多級(jí)監(jiān)控能力。IP-over-OTN

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖

2-2所示，IP

層由核心路由器構(gòu)成，OTN

電層引入

ODU

容器提供基于子波長(zhǎng)的交叉能力，OTN

光層提供基于波長(zhǎng)的交叉能力，核心路由器與

OTN

之間通過(guò)以太網(wǎng)接口相連。對(duì)于大帶寬業(yè)務(wù)，可通過(guò)

OTN

電層或光層直通對(duì)端，回避

IP

層的轉(zhuǎn)發(fā)處理，在減少路由器過(guò)境流量的同時(shí)降低端到端時(shí)延。6相比于

IPoWDM，傳統(tǒng)

IPoOTN

具備更高的調(diào)度靈活性與資源效率，但仍存在如下不足：i）從業(yè)務(wù)角度而言，ODU

帶寬粒度仍較大（吉比特級(jí)），導(dǎo)致底層通道資源效率與連接數(shù)受限；ii）IP

與光層各自獨(dú)立算路，整體算路效率與優(yōu)化性能較低。圖

2-2

IPoOTN

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)（二）新型光/電傳送技術(shù)1.

分組切片網(wǎng)（SPN）如圖

2-3

所示，該方案采用

IP-over-FlexE-over-WDM

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)

FlexE

構(gòu)建

1.5

層時(shí)隙通道，實(shí)現(xiàn)物理層與

MAC

層速率解耦，提供類(lèi)似于

OTN

的

TDM

低時(shí)延電交叉能力，但其封裝更為簡(jiǎn)潔高效。ITU-T

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范時(shí)隙粒度為

5Gbps，與

ODU

速率處于同級(jí)別。為向下拓展

Sub-1G

速率粒度，SPN

提出了基于

GFU（Fine

Grained

Unit）的小顆粒通道能力，通過(guò)綜合考慮芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜度、大小、成本、功耗等因素，將時(shí)隙粒度定為

10Mb/s。總體而言，SPN

具備如下優(yōu)勢(shì)：i）順應(yīng)業(yè)務(wù)以太化發(fā)展趨勢(shì)，擴(kuò)展支持主流以太口，與

IP、7MPLS

等分組技術(shù)高度兼容，可保護(hù)已有技術(shù)投資；ii）提供時(shí)隙交叉能力，支持低時(shí)延承載；iii）支持多速率的端到端通道構(gòu)建，提供通道的連通性檢測(cè)與性能監(jiān)測(cè)能力；iv）支持小顆粒通道帶寬的無(wú)損調(diào)整。雖然

SPN

優(yōu)勢(shì)巨大，但仍存在如下不足：i）SPN

雖能通過(guò)構(gòu)建端到端時(shí)隙通道保證路由與帶寬的確定性，但無(wú)法解決同一時(shí)隙通道內(nèi)的逐流確定性問(wèn)題。其原因是

SPN

確定性的實(shí)現(xiàn)繞過(guò)了分組層，因此從根本上無(wú)法解決“分組”的問(wèn)題。當(dāng)然，SPN

可通過(guò)分配冗余帶寬來(lái)保證確定性，但這會(huì)導(dǎo)致資源效率下降；ii）時(shí)隙粒度的細(xì)化會(huì)增加數(shù)據(jù)在

SPN

節(jié)點(diǎn)的等待時(shí)間。因?yàn)槭苕溌穫鞑ヅc節(jié)點(diǎn)處理延遲影響，數(shù)據(jù)到達(dá)

SPN

節(jié)點(diǎn)后未必能被立刻轉(zhuǎn)發(fā)，須等待所分配的時(shí)隙到來(lái)，然而粒度細(xì)化導(dǎo)致同一時(shí)隙的兩次發(fā)送間隔變大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)等待時(shí)間延長(zhǎng)；iii）SPN

淡化了光層交叉能力，導(dǎo)致光路配置靈活性受限。圖

2-3

SPN

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖2.

下一代光傳送網(wǎng)（NG-OTN）如圖

2-4

所示，NG-OTN

繼承了傳統(tǒng)

OTN

的固有能力，并向下8拓展了基于

OSU

的

Sub-1G

容器粒度，從而將

OTN

組網(wǎng)延伸至接入側(cè)。業(yè)務(wù)通過(guò)

OSU

接入網(wǎng)絡(luò)，并在城域匯聚/核心節(jié)點(diǎn)復(fù)用至

ODUk中，骨干

OTN

提供傳統(tǒng)

ODUk

交叉能力，構(gòu)建基于

OTN

單層網(wǎng)絡(luò)的端到端連接。該方案支持分組業(yè)務(wù)（具有保證帶寬要求）、及固定速率業(yè)務(wù)（STM-1/STM-4

等）的接入，并提供無(wú)損帶寬調(diào)整能力（最小調(diào)整步長(zhǎng)為

10Mbps）。此外，NG-OTN

通過(guò)簡(jiǎn)化映射層級(jí)，降低業(yè)務(wù)封裝與交換時(shí)延。NG-OTN

提供了低時(shí)延、大連接、靈活無(wú)損帶寬調(diào)整的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可顯著提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量與帶寬效率。但

NG-OTN

在面向未來(lái)業(yè)務(wù)場(chǎng)景時(shí)仍存在如下不足：i）NG-OTN

繼承了傳統(tǒng)

OTN

的固有能力，支持低階

ODU

向高階

ODU

復(fù)用，不同階

ODU

之間通過(guò)

GMP

協(xié)議封裝，然而階數(shù)過(guò)多導(dǎo)致多級(jí)重復(fù)封裝，引入額外處理時(shí)延；ii）NG-

OTN

雖然向下拓展了細(xì)粒度容器，但其本質(zhì)上仍是剛性傳輸通道，因此帶寬效率問(wèn)題仍未從根本上被解決，尤其在面對(duì)較強(qiáng)突發(fā)性的分組業(yè)務(wù)時(shí)；iii）雖然基于電路交換的

NG-OTN

可保證端到端時(shí)延與抖動(dòng)，但其對(duì)上層業(yè)務(wù)透明傳輸，難以滿(mǎn)足同一容器內(nèi)的逐流確定性要求。造成上述問(wèn)題的原因是

NG-OTN

未與分組層進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。圖

2-4

NG-OTN

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖9（三）數(shù)通技術(shù)1.

流量調(diào)節(jié)與整形技術(shù)流量調(diào)節(jié)（Policing）旨在限制進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的某一類(lèi)業(yè)務(wù)流量，通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)入口對(duì)不同類(lèi)型數(shù)據(jù)流量采取不同措施，以決定數(shù)據(jù)分組是否進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。通常采用令牌桶算法實(shí)現(xiàn)，如單速率雙色桶與雙速率三色桶。令牌桶類(lèi)似于入口閘機(jī)，獲得令牌的分組便可進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，未獲得令牌的分組則繼續(xù)等待。網(wǎng)絡(luò)可為不同類(lèi)別的業(yè)務(wù)單獨(dú)設(shè)置令牌桶，通過(guò)調(diào)節(jié)桶深與令牌發(fā)放速度進(jìn)行控制，其中桶深用于限制業(yè)務(wù)的突發(fā)量，令牌發(fā)放速度用于限制業(yè)務(wù)速率。流量整形（Shaping）用于調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中某一鏈路的業(yè)務(wù)突發(fā)，使數(shù)據(jù)分組能以相對(duì)均勻的速率發(fā)送。由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)突發(fā)性問(wèn)題的存在，若瞬時(shí)流量過(guò)大可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生擁塞。流量整形通?；诼┩八惴▽?shí)現(xiàn)，限定鏈路上各個(gè)時(shí)刻流量速率的上限。未來(lái)廣域網(wǎng)中仍需沿用流量調(diào)節(jié)與整形技術(shù)，例如，保證用戶(hù)側(cè)發(fā)送速率符合

SLA

約定，以及對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行入口整形為端到端

QoS

質(zhì)量保障提供輔助作用。2.

路徑選擇與資源預(yù)留技術(shù)（1）MPLS-TEMPLS-TE

是解決大型骨干網(wǎng)中流量工程問(wèn)題的有效方案，其通過(guò)結(jié)合

MPLS

技術(shù)與流量工程，在無(wú)連接的

IP

網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)了面向連10接的服務(wù)。MPLS-TE

具體操作如下：i）除網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑼猓泄?jié)點(diǎn)還需收集各鏈路

TE

參數(shù)及負(fù)載信息。MPLS-TE

通過(guò)擴(kuò)展

IGP

協(xié)議來(lái)發(fā)布鏈路狀態(tài)信息，包括最大鏈路帶寬、最大可預(yù)留帶寬、當(dāng)前預(yù)留帶寬、鏈路顏色等，在設(shè)備上形成鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；ii）通過(guò)

CSPF算法與鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算滿(mǎn)足帶寬、顏色、顯示路徑等約束的路由；iii）通過(guò)

RSVP-TE

或

CR-LDP

協(xié)議建立標(biāo)簽交換路徑并預(yù)留資源；iv）基于

MPLS

進(jìn)行數(shù)據(jù)面轉(zhuǎn)發(fā)。MPLS-TE

可預(yù)先確定路由并預(yù)留帶寬資源，從而為服務(wù)質(zhì)量提供保證。但其在面向未來(lái)業(yè)務(wù)場(chǎng)景時(shí)卻存在如下不足：i）路由選擇主要面向分組層，并不能對(duì)光層選路進(jìn)行決策；ii）高度依賴(lài)最新、準(zhǔn)確的鏈路

TE

狀態(tài)，若狀態(tài)信息不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致

QoS

性能下降；iii）向全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)頻繁更新鏈路

TE

狀態(tài)，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)加重；iv）受傳輸距離影響，鏈路狀態(tài)的更新同步存在延遲，影響狀態(tài)的時(shí)效性與準(zhǔn)確性，進(jìn)而限制組網(wǎng)規(guī)模；v）CSPF

能夠一定程度實(shí)現(xiàn)定制化承載，但僅限于自治域內(nèi)，無(wú)法提供跨域的定制化能力。（2）RSVPRSVP

是針對(duì)

InterServ

模型而設(shè)計(jì)的傳輸層協(xié)議，用于在沿路節(jié)點(diǎn)上傳遞資源預(yù)留的控制信息。RSVP

定義了一整套消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)QoS

請(qǐng)求、資源預(yù)留、預(yù)留路徑維護(hù)、資源釋放等功能，其中以

PATH與

RESV

消息為核心，其它消息則由其演化而來(lái)。PATH

消息由發(fā)端向收端定期發(fā)送，在途經(jīng)節(jié)點(diǎn)上建立或刷新

Path

狀態(tài)。由于預(yù)留狀態(tài)是有時(shí)間限制的軟狀態(tài)，因此需周期性刷新。RESV

消息則沿反方11向從收端向發(fā)端逐跳傳遞，在途經(jīng)節(jié)點(diǎn)上建立或刷新

Resv

狀態(tài)，執(zhí)行接納控制與資源預(yù)留操作。RSVP

事先在數(shù)據(jù)流傳輸路徑上預(yù)留了一定帶寬資源，因此可提供業(yè)務(wù)所期望的服務(wù)質(zhì)量。RSVP

解決了帶寬維度的

QoS

保障問(wèn)題，但在面對(duì)未來(lái)廣域網(wǎng)應(yīng)用時(shí)仍存在如下不足：i）雖然支持用戶(hù)提出的差異化帶寬需求，但只針對(duì)已有路徑預(yù)留帶寬，無(wú)法通過(guò)信令觸發(fā)路由的方式實(shí)現(xiàn)差異化選路；ii）RSVP

帶寬預(yù)留成功率有限；iii）不支持時(shí)延、抖動(dòng)、丟包等多維度的

QoS

定制；iv）跨域資源預(yù)留實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，導(dǎo)致業(yè)務(wù)開(kāi)通慢。（3）IPv4

源路由區(qū)別于逐跳查表轉(zhuǎn)發(fā)的路由方式，IPv4

源路由是一種無(wú)狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，通過(guò)在

IPv4

包頭攜帶完整路由信息，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)根據(jù)該信息進(jìn)行端口匹配實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而極大減少轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，降低控制面與數(shù)據(jù)面頻繁交互引入的通信開(kāi)銷(xiāo)。其實(shí)現(xiàn)方式是：源端將路由信息（如每跳的

IP

地址）添加至

IP

數(shù)據(jù)包的

Option

字段，路由器根據(jù)報(bào)頭中

IP

地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理，從而在無(wú)連接的

IP

網(wǎng)絡(luò)上提供一定程度的

QoS

保障能力。IPv4

源路由分為兩類(lèi)，即嚴(yán)格源路由與松散源路由，其中嚴(yán)格源路由要求嚴(yán)格按照IP

列表中的地址順序轉(zhuǎn)發(fā)；松散源路由則只提供必須經(jīng)過(guò)的路由器地址信息，非直連路由器間還需依靠傳統(tǒng)

IP

尋址完成路由轉(zhuǎn)發(fā)。IPv4

源路由允許發(fā)端指定數(shù)據(jù)包的完整路徑，從而具備一定程度的路由控制與網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)能力，但在面向未來(lái)廣域網(wǎng)應(yīng)用時(shí)仍存在如下12不足：i）Option

字段長(zhǎng)度不能超過(guò)

40

字節(jié)，導(dǎo)致路由跳數(shù)受限；ii）只支持指定路由，無(wú)法指定沿路的資源配置；iii）無(wú)法指定光層傳輸路徑。（4）SR-MPLS分段路由技術(shù)（SR,

Segment

Routing）解決了

MPLS

中協(xié)議種類(lèi)多、信令復(fù)雜、可擴(kuò)展性差等問(wèn)題。SR

基于源路由思想，將網(wǎng)絡(luò)路徑劃分為多段并以

SID

來(lái)標(biāo)識(shí)各段與轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)有序排列段與節(jié)點(diǎn)形成傳輸路徑，節(jié)點(diǎn)根據(jù)

SID

執(zhí)行分組轉(zhuǎn)發(fā)。SR

支持

MPLS

與IPv6

數(shù)據(jù)面，并形成

SR-MPLS

與

SRv6

兩條技術(shù)路線，其中

SR-MPLS以

MPLS

標(biāo)簽作為

SID

進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。SR-MPLS

改用

IGP

代替LDP

分發(fā)標(biāo)簽，同時(shí)集中化控制面規(guī)避

RSVP

導(dǎo)致的大量節(jié)點(diǎn)間交互過(guò)程，實(shí)現(xiàn)路徑標(biāo)簽的集中計(jì)算與下發(fā)，因此除源節(jié)點(diǎn)外其它節(jié)點(diǎn)無(wú)需維護(hù)路徑狀態(tài)。SR-MPLS

簡(jiǎn)化了設(shè)備控制平面，具備更強(qiáng)的擴(kuò)展性，但在面向未來(lái)業(yè)務(wù)需求時(shí)仍存在如下不足：i）與

IPv4

源路由類(lèi)似，只支持指定路由，無(wú)法指定沿路資源配置，因此不具備多維

QoS

定制能力；ii）不關(guān)注底層光路的選擇與變化，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的路由定制。（5）SRv6SRv6

是基于

IPv6

封裝格式的

SR

技術(shù)，在原始報(bào)文中新增了擴(kuò)展頭

SRH，并在

SRH

內(nèi)直接使用

IPv6

地址空間來(lái)編碼與表達(dá)

SID，無(wú)需額外的標(biāo)簽協(xié)議。當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，SRv6

在發(fā)端將路徑

SID

寫(xiě)入13SRH

形成

Segment

List，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)根據(jù)

SID

進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，若節(jié)點(diǎn)不支持

SRv6

則仍可沿用傳統(tǒng)

IPv6

方式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而保護(hù)現(xiàn)網(wǎng)投資。此外，SRv6

基于

IPv6

極大的地址空間提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)編程能力，例如

SID

間的靈活組合、自定義

SID

結(jié)構(gòu)與功能等，從而支持更豐富的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。相比

SR-MPLS

與

MPLS

技術(shù)，SRv6

具備協(xié)議簡(jiǎn)化、兼容性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)可編程等優(yōu)勢(shì)，但在面向未來(lái)廣域網(wǎng)應(yīng)用時(shí)存在如下不足：i）仍然不具備指定沿路資源配置的能力，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)延、抖動(dòng)、丟包等指標(biāo)的量化承諾；ii）不支持對(duì)光層路由的感知與定制。3.

隊(duì)列調(diào)度技術(shù)隊(duì)列調(diào)度用于解決多分組競(jìng)爭(zhēng)同一出口時(shí)的發(fā)送排序問(wèn)題，尤其在待發(fā)數(shù)據(jù)速率高于出口速率上限的時(shí)候能夠發(fā)揮顯著作用。隊(duì)列調(diào)度要求既能提供高等級(jí)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)保證能力，又要兼顧低等級(jí)業(yè)務(wù)對(duì)帶寬使用的公平性。傳統(tǒng)隊(duì)列技術(shù)包括

PQ、CQ、LLQ，WFQ，CBWFQ

等：（1）PQ：優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，使用優(yōu)先級(jí)為

High、Medium、Normal、Low

的四個(gè)子隊(duì)列。PQ

機(jī)制優(yōu)先服務(wù)高優(yōu)先級(jí)子隊(duì)列，若高優(yōu)先級(jí)子隊(duì)列中無(wú)待發(fā)數(shù)據(jù)，則再服務(wù)順位優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。若

PQ

在服務(wù)中等優(yōu)先級(jí)隊(duì)列時(shí)，高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中有數(shù)據(jù)分組到達(dá)，則高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列會(huì)對(duì)中等優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的發(fā)送過(guò)程進(jìn)行搶占。PQ

中每個(gè)子隊(duì)列都對(duì)應(yīng)一個(gè)最大隊(duì)列深度，若超過(guò)該值則進(jìn)行隊(duì)尾丟棄。PQ

的優(yōu)勢(shì)在于為高14優(yōu)先級(jí)隊(duì)列數(shù)據(jù)提供了低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)能力，其缺點(diǎn)在于會(huì)導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列被餓死，并且當(dāng)大量高優(yōu)先級(jí)分組到來(lái)時(shí)，PQ

無(wú)法保證每個(gè)高優(yōu)先級(jí)分組的排隊(duì)時(shí)延。（2）CQ：用戶(hù)定制隊(duì)列，通過(guò)配置多個(gè)子隊(duì)列，并指明各隊(duì)列所適配的業(yè)務(wù)類(lèi)型、長(zhǎng)度以及每次輪詢(xún)所能連續(xù)發(fā)送的字節(jié)數(shù)等。其中，0

號(hào)子隊(duì)列優(yōu)先級(jí)最高，只有在該隊(duì)列報(bào)文發(fā)送完后才會(huì)處理其它隊(duì)列，其它隊(duì)列使用

Round-Robin（RR）機(jī)制進(jìn)行循環(huán)調(diào)度，被

RR機(jī)制調(diào)度的隊(duì)列其優(yōu)先級(jí)相同。此外，還有改進(jìn)版的

RR

機(jī)制，即WRR，其允許用戶(hù)為每個(gè)隊(duì)列分配一個(gè)權(quán)值，根據(jù)權(quán)值為各隊(duì)列分配一定接口帶寬，其中權(quán)值表征了一次輪訓(xùn)中各隊(duì)列可發(fā)送的字節(jié)數(shù)。CQ

的優(yōu)勢(shì)在于既保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)能獲得較多帶寬，又可避免非關(guān)鍵業(yè)務(wù)被餓死。但缺點(diǎn)在于

CQ

無(wú)法保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)獲得像

PQ

一樣優(yōu)質(zhì)的時(shí)延指標(biāo)。（3）WFQ：加權(quán)公平隊(duì)列，通過(guò)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)配置權(quán)重，將帶寬公平地分給不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)。WFQ

采用

IP

優(yōu)先級(jí)作為分配帶寬的權(quán)重，權(quán)重計(jì)算方式為

4096/(IP

優(yōu)先級(jí)+1)。WFQ

優(yōu)勢(shì)在于能較公平地提供帶寬服務(wù)，且配置相對(duì)簡(jiǎn)單。但缺點(diǎn)在于單純從帶寬（即平均速率）角度考慮轉(zhuǎn)發(fā)，保證不了突發(fā)情況下逐分組的時(shí)延與抖動(dòng)要求，并且對(duì)于進(jìn)入同一隊(duì)列中的流量無(wú)法再做區(qū)分，無(wú)法提供逐流的

QoS保證。（4）CBWFQ：基于類(lèi)別的加權(quán)公平隊(duì)列，允許用戶(hù)通過(guò)

ACL、入接口、DSCP

值等自主定義隊(duì)列，并且允許給每個(gè)隊(duì)列分配最小保15證帶寬，各隊(duì)列均基于

FIFO

的調(diào)度方式，默認(rèn)采用尾丟棄機(jī)制。若無(wú)擁塞發(fā)生時(shí)，各隊(duì)列所占帶寬可超過(guò)其保證帶寬，并在發(fā)生擁塞時(shí)能提供最小帶寬保證。CBWFQ

的優(yōu)勢(shì)在于支持用戶(hù)自主定義業(yè)務(wù)分類(lèi)，但由于未改變

WFQ

的公平性本質(zhì)，因此其缺點(diǎn)與

WFQ

相同。（5）LLQ：低時(shí)延隊(duì)列，在

CBWFQ

中添加一個(gè)嚴(yán)格優(yōu)先級(jí)隊(duì)列用于時(shí)延敏感流量的轉(zhuǎn)發(fā)（如語(yǔ)音業(yè)務(wù)），保證該隊(duì)列優(yōu)先級(jí)高于其它所有隊(duì)列，從而保證時(shí)延敏感型業(yè)務(wù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)。該高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列存在最小保證帶寬的約束，在擁塞發(fā)生時(shí)該隊(duì)列所占帶寬不能超過(guò)保證帶寬，否則會(huì)被丟棄。LLQ

在

CBWFQ

公平性的基礎(chǔ)上提供了低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)能力，但其缺陷在于未對(duì)最高優(yōu)先級(jí)做進(jìn)一步的定量化區(qū)分，若同時(shí)到達(dá)大量實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)（事實(shí)上不同實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的

QoS

需求在數(shù)值上存在差異性），則勢(shì)必引發(fā)

LLQ

內(nèi)超長(zhǎng)排隊(duì)，甚至導(dǎo)致隊(duì)尾業(yè)務(wù)被丟棄。上述所有隊(duì)列機(jī)制都是從帶寬角度出發(fā)解決業(yè)務(wù)

QoS

問(wèn)題，然而帶寬是一種統(tǒng)計(jì)概念，用于衡量每秒轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量，并不能刻畫(huà)業(yè)務(wù)分組的到達(dá)情況，從而導(dǎo)致業(yè)務(wù)各分組在隊(duì)列中的等待時(shí)間無(wú)法被精確控制。另一方面，上述隊(duì)列機(jī)制對(duì)于低時(shí)延需求的解決思路是采用“盡快轉(zhuǎn)發(fā)”，而“盡快轉(zhuǎn)發(fā)”只是一種模糊的定性保證手段，并不能提供定量化的QoS

承諾，因而在面向未來(lái)業(yè)務(wù)需求時(shí)存在不足。4.

確定性技術(shù)（1）確定性

IP（Deterministic

IP）16DIP

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖

2-5

所示，包括入口邊緣節(jié)點(diǎn)、核心節(jié)點(diǎn)、出口邊緣節(jié)點(diǎn)等。發(fā)送端通過(guò)

UNI

向網(wǎng)絡(luò)提出業(yè)務(wù)需求，入口邊緣節(jié)點(diǎn)為各業(yè)務(wù)流選擇發(fā)送周期，核心節(jié)點(diǎn)則執(zhí)行聚合周期調(diào)度。下文將從控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面兩個(gè)角度對(duì)

DIP

的具體技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明。圖

2-5

DIP

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（1）控制面：i）準(zhǔn)入控制。DIP

入口邊緣節(jié)點(diǎn)的控制面記錄各流的資源預(yù)留狀態(tài)，包括流標(biāo)識(shí)、預(yù)留帶寬、起始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間。入口節(jié)點(diǎn)通過(guò)資源預(yù)留結(jié)果，決定該流是否被允許入網(wǎng)。當(dāng)數(shù)據(jù)流違背

SLA

合約時(shí)（如超速），入口節(jié)點(diǎn)可直接丟棄分組或按

BE

類(lèi)型轉(zhuǎn)發(fā)；ii）路徑規(guī)劃與資源預(yù)留?；诜植际交蚣惺铰酚伤惴A(yù)先計(jì)算路徑，并沿途進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)資源預(yù)留。其中，靜態(tài)預(yù)留可通過(guò)集中控制單元為沿途轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)下發(fā)資源需求，或通過(guò)入口節(jié)點(diǎn)發(fā)送資源預(yù)留信令；動(dòng)態(tài)資源預(yù)留采用信令方式，其流程通過(guò)人工、控制單元、數(shù)據(jù)流等方式動(dòng)態(tài)觸發(fā)實(shí)現(xiàn)。（2）數(shù)據(jù)面：改進(jìn)

TSN

循環(huán)排隊(duì)轉(zhuǎn)發(fā)（CQF）技術(shù)思想，不要求所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的嚴(yán)格時(shí)間同步。DIP

通過(guò)在時(shí)域劃分等長(zhǎng)時(shí)隙周期，使數(shù)據(jù)包按照時(shí)隙周期進(jìn)行排隊(duì)與轉(zhuǎn)發(fā)，要求發(fā)送節(jié)點(diǎn)同一周期內(nèi)被轉(zhuǎn)發(fā)的所有分組，在接收節(jié)點(diǎn)也被調(diào)度到同一周期進(jìn)行下一跳轉(zhuǎn)發(fā)，具體實(shí)現(xiàn)包括：i）路由綁定。DIP

在沿路節(jié)點(diǎn)上預(yù)留資源，并使17各分組與對(duì)應(yīng)路徑綁定，上述綁定可通過(guò)攜帶轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)；ii）基于時(shí)隙的確定性轉(zhuǎn)發(fā)。入口節(jié)點(diǎn)將分組的發(fā)送周期編號(hào)寫(xiě)入分組頭中，中間節(jié)點(diǎn)則根據(jù)上下游節(jié)點(diǎn)間的周期映射關(guān)系選擇對(duì)應(yīng)的發(fā)送周期，并重復(fù)上述過(guò)程直到分組抵達(dá)出口節(jié)點(diǎn)。IP

網(wǎng)絡(luò)中分組的處理與鏈路傳播時(shí)延相對(duì)固定，上下游相鄰節(jié)點(diǎn)可維持穩(wěn)定的周期映射關(guān)系。DIP

是基于時(shí)隙思想的分組確定性技術(shù)代表，具備良好的可擴(kuò)展

性，但同時(shí)面臨如下不足：i）基于時(shí)隙思想的調(diào)度導(dǎo)致時(shí)間調(diào)控精度

受限，使得抖動(dòng)存在兩倍時(shí)隙寬度的理論上限；ii）基于首節(jié)點(diǎn)的時(shí)

隙規(guī)劃方式，限制了業(yè)務(wù)調(diào)度的求解空間，進(jìn)而降低了業(yè)務(wù)承載量；iii）DIP

基于底層網(wǎng)絡(luò)連接不變的設(shè)計(jì)原則，而事實(shí)上底層網(wǎng)絡(luò)連接

在光路斷裂、OSNR

劣化時(shí)都可能發(fā)生改變，但上層對(duì)其并不感知，因而可能導(dǎo)致

QoS

性能不穩(wěn)定甚至違約。（2）指定周期排隊(duì)轉(zhuǎn)發(fā)（CSQF）如圖

2-6

所示，基于

CSQF

機(jī)制的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備在其出口開(kāi)辟定長(zhǎng)時(shí)

隙周期，并設(shè)立

M

個(gè)循環(huán)隊(duì)列，各隊(duì)列按輪詢(xún)方式進(jìn)行發(fā)送。任意

時(shí)刻只能存在一個(gè)隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)，而其它隊(duì)列則執(zhí)行數(shù)據(jù)接收操作，通過(guò)多隊(duì)列機(jī)制可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)延遲發(fā)送（最多延遲

M-1

個(gè)周期）。與

DIP

出口規(guī)劃方式不同，CSQF

支持逐跳周期規(guī)劃。此外，CSQF

要求各轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)保持頻率同步并且維護(hù)與相鄰節(jié)點(diǎn)間的周期映射關(guān)系。其中，周期映射關(guān)系表征相鄰節(jié)點(diǎn)間因物理距離而導(dǎo)致的周期偏差，即明確

上游節(jié)點(diǎn)某一周期所發(fā)數(shù)據(jù)將在下游節(jié)點(diǎn)的哪一周期到達(dá)（例如節(jié)點(diǎn)

A

周期

1

的數(shù)據(jù)到達(dá)節(jié)點(diǎn)

B

時(shí)會(huì)橫跨周期

Y

與

Y+1）。CSQF

作為一18種隊(duì)列機(jī)制，通常與源路由技術(shù)配合使用，將包含路由與時(shí)隙信息的標(biāo)簽寫(xiě)入分組頭中，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)解析分組頭并查詢(xún)轉(zhuǎn)發(fā)表執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)。圖

2-6

CSQF

轉(zhuǎn)發(fā)原理示意圖CSQF

一定程度解決了

DIP

求解空間不足的問(wèn)題，但仍面臨如下挑戰(zhàn)：i）與

DIP

類(lèi)似，基于時(shí)隙思想的調(diào)度將導(dǎo)致時(shí)間調(diào)控精度受限，同周期內(nèi)分組先后順序不可控，并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)“定時(shí)定點(diǎn)”的嚴(yán)格確定性要求；ii）CSQF

支持逐跳周期規(guī)劃并提供最多

N-1

個(gè)周期的出隊(duì)延遲選擇，雖優(yōu)于

DIP

但仍限制著業(yè)務(wù)調(diào)度的求解空間，進(jìn)而降低業(yè)務(wù)承載量。綜上所述，為實(shí)現(xiàn)對(duì)新型業(yè)務(wù)場(chǎng)景的高質(zhì)量承載，廣域網(wǎng)需要進(jìn)一步深化光電融合組網(wǎng)進(jìn)程，通過(guò)光層技術(shù)創(chuàng)新，保證大容量長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸；通過(guò)提升組網(wǎng)與資源分配靈活性，構(gòu)建跨層聯(lián)合選路與資源調(diào)配機(jī)制，克服各層獨(dú)立規(guī)劃而導(dǎo)致的低效性與不可靠問(wèn)題；保留分組層統(tǒng)計(jì)復(fù)用與底層電路交換的各自?xún)?yōu)勢(shì)，在實(shí)現(xiàn)

QoS

質(zhì)量可承諾的同時(shí)強(qiáng)化綜合資源效率，降本運(yùn)維成本、提升運(yùn)營(yíng)收益與用戶(hù)體驗(yàn)。19三、業(yè)界光電融合技術(shù)方案光電融合并非新話題，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已經(jīng)形成多種不同技術(shù)體系，本章針對(duì)國(guó)內(nèi)外已有的光電融合承載方案進(jìn)行介紹，并結(jié)合未來(lái)廣域

網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景與技術(shù)需求展開(kāi)分析。1.

Cisco：Routed

Optical

Networking

(RON)如圖

3-1

所示，RON

采用

IP-over-WDM

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但將光模塊

集成入路由器從而移除外部

WDM

轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，并摒棄

L1/L0

層的時(shí)隙

與波長(zhǎng)交叉能力，依靠分組層實(shí)現(xiàn)流量匯聚與轉(zhuǎn)發(fā)，從而形成單平面

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。RON

在路由器各接口上集成大容量相干光模塊，通過(guò)復(fù)

用器耦合多波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)共纖傳輸，并在下一跳路由節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行解復(fù)用，隨后將各路波長(zhǎng)信號(hào)傳遞至對(duì)應(yīng)的路由器接口。RON

通過(guò)路由器互

聯(lián)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，基于

Hop-by-Hop

方式進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，并引入

SR-TE

優(yōu)

化網(wǎng)絡(luò)性能與資源效率。RON

有利于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、降低組網(wǎng)成本，但在面向未來(lái)廣域

應(yīng)用時(shí)卻存在如下不足：i）接口為

100G

起步，顆粒度過(guò)大，僅適用

于大帶寬互聯(lián)場(chǎng)景；ii）缺乏電層、光層交叉能力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)

L1/L0

層

穿通，難以保證超低時(shí)延傳輸；iii）長(zhǎng)距離傳輸致使跳數(shù)過(guò)多，在增

加端到端時(shí)延的同時(shí)提升了節(jié)點(diǎn)排隊(duì)的可能，加劇了時(shí)延、抖動(dòng)的不

確定性；iv）RON

將所有類(lèi)型的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)都交由路由器處理，增加了

路由器負(fù)擔(dān)；v）不具備多維

QoS

量化定制能力。20圖

3-1

RON

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖2.

Juniper：Converged

Optical

Routing

Architecture

(CORA)與

Cisco

RON

技術(shù)思想類(lèi)似，CORA

將自研

400G

相干光模塊直接插入

IP

路由器，實(shí)現(xiàn)

IPoDWDM

的扁平式組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。CORA

具備如下能力：i）簡(jiǎn)化光層結(jié)構(gòu)。CORA

通過(guò)移除外部

DWDM

轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，減少對(duì)電源與空間的需求以降低成本；ii）支持多速率長(zhǎng)距覆蓋。可提供超過(guò)

500

公里的

400G

DWDM

鏈路、900

公里的

300G

DWDM鏈路，以及

2000

公里的

200G

DWDM

鏈路能力，并支持后續(xù)向

800G容量擴(kuò)展；iii）光路監(jiān)測(cè)與重路由。CORA

利用光收發(fā)器遙測(cè)技術(shù)，支持對(duì)質(zhì)量降級(jí)的光路進(jìn)行重路由，從而避免服務(wù)中斷；iv）減少保護(hù)冗余。CORA

將

IP

作為控制平面進(jìn)行整體調(diào)度規(guī)劃，并釋放傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)用于

1:1

保護(hù)的閑置波長(zhǎng)，改由在服務(wù)層進(jìn)行保護(hù)，從而以消耗少量額外帶寬為代價(jià)保護(hù)關(guān)鍵流量。CORA

以路由器為核心并簡(jiǎn)化光層結(jié)構(gòu)，可顯著降低控制面組件與調(diào)度邏輯的復(fù)雜性，但在面向未來(lái)廣域應(yīng)用時(shí)卻存在與

RON

類(lèi)似21的不足：i）接口顆粒度過(guò)大，僅適用于大帶寬互聯(lián)場(chǎng)景，并且難以提供細(xì)粒度的硬隔離能力；ii）移除了電層&光層路由能力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)L1/L0

層穿通，難以保證超低時(shí)延傳輸；iii）長(zhǎng)距離傳輸致使跳數(shù)過(guò)多，在增加端到端時(shí)延的同時(shí)提升了節(jié)點(diǎn)排隊(duì)的可能，加劇了時(shí)延、抖動(dòng)的不確定性；iv）無(wú)法提供多維

QoS

量化定制能力。3.

華為：基于

NCE

的

IP+光協(xié)同NCE

采用

IP-over-OTN

的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)

IP/MPLS

進(jìn)行分組層路由轉(zhuǎn)發(fā)，基于

ASON

技術(shù)提供靈活的光路調(diào)控能力。NCE

采用層次化的管控架構(gòu)，引入如圖

3-2

所示的

NCE-Super、NCE-IP

與

NCE-

T

控制面角色。其中，NCE-Super

負(fù)責(zé)全局調(diào)度、跨層管理等任務(wù)，NCE-IP

負(fù)責(zé)

IP

網(wǎng)絡(luò)配置、資源發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控、IP

集中算路等任務(wù)，NCE-T

負(fù)責(zé)光網(wǎng)絡(luò)配置、開(kāi)通光路等任務(wù)。NCE

具備如下光電協(xié)同能力：i）由

IP

層連接驅(qū)動(dòng)光層建路。先由用戶(hù)在

IP

層明確要?jiǎng)?chuàng)建的跨層連接（ML

Link），隨后由

NCE-Super

根據(jù)層間連接關(guān)系確定出待建光路的光層源宿設(shè)備，并交由

NCE-T

進(jìn)行算路，綜合考慮時(shí)延、ERO、SRLG

等約束；ii）資源池化。NCE

將路由器端口與光層資源作為資源池，支持按需的帶寬資源分配；iii）基于閾值擴(kuò)容。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

ML

Link

流量，若發(fā)現(xiàn)超過(guò)閾值則進(jìn)行擴(kuò)容，增加路由器端口或光層波長(zhǎng)等；iv）三維跨層拓?fù)淇梢暋CE

提供三維的跨層拓?fù)湟晥D，并在其上呈現(xiàn)

L0~L3

網(wǎng)元與鏈路、跨層連接、隧道信息等，并對(duì)跨層連接提供時(shí)延、資源利用率信息。22NCE

提供了基于多層結(jié)構(gòu)的光電協(xié)同解決思路，具備資源高效、自動(dòng)化運(yùn)維等優(yōu)勢(shì)，但在面向未來(lái)廣域網(wǎng)應(yīng)用時(shí)仍需進(jìn)一步強(qiáng)化

QoS能力，具體包括：i）目前只支持帶寬量化定制能力，無(wú)法嚴(yán)格保證時(shí)延、抖動(dòng)、丟包性能。雖然在創(chuàng)建

ML

Link

時(shí)考慮了時(shí)延因素，但主要針對(duì)光路傳播時(shí)延，并未對(duì)分組層排隊(duì)時(shí)延與跨層資源適配導(dǎo)致的等待時(shí)延進(jìn)行調(diào)控。事實(shí)上，多維

QoS

量化定制的實(shí)現(xiàn)要求分組層與傳送層共同參與，從路由選擇與資源分配兩個(gè)角度進(jìn)行控制，一方面保證路由的確定性，另一方面建立分組與轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間的映射關(guān)系（即用對(duì)資源）；ii）跨層連接的建立是先確定分組層連接關(guān)系，然后向光層映射需求從而開(kāi)辟光路，本質(zhì)上還是各層獨(dú)立選路并通過(guò)控制器進(jìn)行拉通（Overlay），并沒(méi)有將各層對(duì)等地融合在一起進(jìn)行聯(lián)合選路（Peer-to-Peer），從而缺乏全局調(diào)度與優(yōu)化的能力。圖

3-2

(a)基于

NCE

的

IP+光協(xié)同方案；(b)跨層連接創(chuàng)建過(guò)程234.

中興：基于

SDN

的

IP+光協(xié)同如圖

3-3

所示，該方案采用

IP-over-OTN

的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并基于層

次化管控架構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)

IP

層與光層的聯(lián)合調(diào)度。該方案創(chuàng)新性地將數(shù)據(jù)中心對(duì)計(jì)算資源的調(diào)度與管理模式引入至廣域網(wǎng)中，具備如下能力：i）資源池化。面向路由器端口與光傳輸資源，支持在單個(gè)路由器物理

端口上創(chuàng)建多個(gè)虛擬端口，實(shí)現(xiàn)路由器端口資源的池化與去方向性，并基于

ODU

容器、波長(zhǎng)等光電資源為其建立帶寬按需的傳輸通道，通道帶寬可隨業(yè)務(wù)流量變化而彈性伸縮，從而節(jié)省路由器與

OTN

端

口資源，解決網(wǎng)絡(luò)擁塞、流量不均衡等問(wèn)題；ii）基于虛實(shí)映射的光

電協(xié)同。通過(guò)將

L3

及以上層級(jí)與物理資源池解耦，支持上層協(xié)議的

靈活配置，并通過(guò)

UNI

接口實(shí)現(xiàn)

IP

層與光層的互通。具體操作為：首先為業(yè)務(wù)創(chuàng)建

IP

虛擬網(wǎng)絡(luò)，隨后將

IP

虛擬網(wǎng)絡(luò)作為業(yè)務(wù)請(qǐng)求觸發(fā)

光層建路，并綜合考慮帶寬、時(shí)延、SRLG

等約束。該方案提供了面向

IP-over-OTN

的光電協(xié)同解決思路，具備資源

彈性、按需建路的優(yōu)勢(shì)，但與

NCE

類(lèi)似還應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化多維

QoS

定

制能力：i）目前只提供了跨層連接按需創(chuàng)建、帶寬彈性分配等功能，

未解決同一跨層連接中的

QoS

定制問(wèn)題，同時(shí)未從確定性要求角度

探討跨層資源適配的方式；ii）該方案由

IP

層需求驅(qū)動(dòng)光路建立，雖

然優(yōu)于傳統(tǒng)

IP、光層獨(dú)立規(guī)劃或預(yù)先規(guī)劃的方式，但本質(zhì)上還是各層

獨(dú)立路由，缺乏全局優(yōu)化能力。24圖

3-3

(a)

SDN

IP+光方案總體架構(gòu)；(b)

基于虛實(shí)映射的光電協(xié)同四、CustomWAN

的技術(shù)創(chuàng)新與探索本白皮書(shū)提出服務(wù)定制廣域網(wǎng)（CustomWAN，Customizing

Wide

Area

Network）架構(gòu)，旨在實(shí)現(xiàn)

NaaS

的新型服務(wù)模式，提供多維

QoS可承諾的分組傳送能力，從而定量地滿(mǎn)足差異化業(yè)務(wù)需求，支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、算力互聯(lián)網(wǎng)、新型消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。本章將對(duì)

CustomWAN

技術(shù)目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)原理展開(kāi)詳細(xì)闡述。（一）技術(shù)目標(biāo)“服務(wù)定制”是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)必須攻克的核心問(wèn)題，其總體要求可概括為“需求表達(dá)差異化”與“網(wǎng)絡(luò)承載定制化”。“差異化”指支持業(yè)務(wù)定性或定量地向網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)表達(dá)自身需求與屬性。其中，需求指業(yè)務(wù)

QoS

訴求，包括帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包等；屬性指對(duì)業(yè)務(wù)流特征的刻畫(huà)，包括分組達(dá)到規(guī)律、突發(fā)長(zhǎng)度等?！岸ㄖ啤敝父鶕?jù)差異25化業(yè)務(wù)需求靈活調(diào)控承載網(wǎng)絡(luò)，從而提供個(gè)性化服務(wù)。然而，目前廣域網(wǎng)面臨容量受限、QoS

難承等挑戰(zhàn)，難以提供“按

需定制”的服務(wù)能力，其根本原因在于光傳送與數(shù)通領(lǐng)域長(zhǎng)期獨(dú)立發(fā)

展，未能形成有效合力，因此廣域網(wǎng)技術(shù)體系應(yīng)進(jìn)一步面向光電融合

演進(jìn)升級(jí)，充分發(fā)揮各層的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)。CustomWAN

重點(diǎn)解決融

合組網(wǎng)與靈活調(diào)度問(wèn)題，通過(guò)底層全光互聯(lián)實(shí)現(xiàn)大容量長(zhǎng)距離的廣域

傳輸，融合光電域的多資源維度與全顆粒調(diào)度能力，實(shí)現(xiàn)資源池化并

提供彈性化承載通道，同時(shí)構(gòu)建面向分組的端到端確定性傳輸能力，最終圍繞用戶(hù)要求提供靈活網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與資源按需適配能力，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)

與用戶(hù)、用戶(hù)與云/邊數(shù)據(jù)中心間的高質(zhì)量傳輸。1.

大容量長(zhǎng)距離傳輸根據(jù)中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)信息中心發(fā)布的《第

51

次中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)?/p>

況統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示，截至

2022

年

12

月，我國(guó)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到

10.67

億，

互聯(lián)網(wǎng)普及率突破

75%，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入流量達(dá)到

2618

億

GB，同

比增長(zhǎng)

18.1%，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入滲透零售、餐飲、金融、交通物流等

行業(yè)，從而推動(dòng)用戶(hù)流量、接入設(shè)備數(shù)量的急速增長(zhǎng)。同時(shí)隨著計(jì)算密集型應(yīng)用的鋪開(kāi)，算力互聯(lián)也進(jìn)一步加重了未來(lái)廣域網(wǎng)的帶寬壓力，例如，為支持“東數(shù)西算”八大樞紐節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)，要求承載網(wǎng)具備大

容量、長(zhǎng)距離的傳輸能力；中國(guó)天眼

Fast

每天要產(chǎn)生

500ZB

的數(shù)據(jù)

回傳至數(shù)據(jù)中心處理。因此從客觀趨勢(shì)而言，對(duì)廣域網(wǎng)進(jìn)行容量升級(jí)

是不爭(zhēng)的事實(shí)，另一方面大容量也是保證服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)。此外，廣26域網(wǎng)承擔(dān)著跨數(shù)十甚至數(shù)千公里的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，如何降低傳輸路徑

損耗也是一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題。2.

光電傳送彈性化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的持續(xù)攀升導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力劇增，一種解決思路是

擴(kuò)容，但這代表著更多的成本投入；另一種思路是挖掘現(xiàn)網(wǎng)的資源效

率，提升工作鏈路每比特的平均業(yè)務(wù)承載量。這就要求打破傳統(tǒng)物理

接口的容量邊界，對(duì)各節(jié)點(diǎn)傳輸資源進(jìn)行池化處理，同時(shí)引入高效的

資源分配策略，實(shí)現(xiàn)資源按需彈性配置、避免閑置。具體方式包括：i）傳統(tǒng)廣域網(wǎng)光層采用

WDM

固定柵格分配頻譜資源，限制了頻譜

分配的靈活性，致使業(yè)務(wù)速率與光層帶寬顆粒難以匹配，引發(fā)頻譜資

源閑置問(wèn)題，如圖

4-1-①所示；ii）傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)以物理接口為資源調(diào)度

的基本單位，然而接口速率不能按需適配業(yè)務(wù)，加之接口存在方向性

（如固定配置去往某節(jié)點(diǎn)），從而導(dǎo)致各接口/波長(zhǎng)帶寬不能被充分利

用，如圖

4-1-②所示；iii）隨著互聯(lián)網(wǎng)與垂直行業(yè)的加速融合，不同行業(yè)提出了差異化的隔離性要求，然而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不具備資源池化能力，即無(wú)法靈活地劃分資源集合并定義其邊界，從而只能以犧牲部分資源

為代價(jià)滿(mǎn)足隔離性要求，如圖

4-1-③所示；iv）互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)波動(dòng)

特性，即其數(shù)據(jù)速率隨用戶(hù)行為（如位置移動(dòng)、操作頻率等）以及時(shí)

間推移而持續(xù)變化，因此網(wǎng)絡(luò)資源供給也應(yīng)隨業(yè)務(wù)需求變化而彈性伸

縮，進(jìn)而既保證

QoS

質(zhì)量又能提升資源效率。然而，如圖

4-1-④所

示，受物理接口額定速率所限，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)該情況下的擴(kuò)縮容。27圖

4-1

網(wǎng)絡(luò)不支持資源池化導(dǎo)致的一系列問(wèn)題對(duì)此，融合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備帶寬資源池化能力，突破物理接口的容量

邊界，實(shí)現(xiàn)承載資源池化并提供統(tǒng)一調(diào)度能力。然而，當(dāng)前光層技術(shù)

還無(wú)法提供面向逐業(yè)務(wù)的接口粒度，因此本白皮書(shū)認(rèn)為可在光層與分

組層之間引入

TDM

層，以彌補(bǔ)細(xì)粒度物理通道能力的不足，從而構(gòu)

建三層的分組傳送融合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足資源按需適配的要求。3.

拓?fù)淙诤峡芍貥?gòu)新興業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出超低時(shí)延、確定性抖動(dòng)等要求。反觀數(shù)通分

組層與光傳送層特性，分組層可提供統(tǒng)計(jì)復(fù)用能力，但其轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延相

對(duì)較高，并且無(wú)法保證底層網(wǎng)絡(luò)路由與帶寬的確定性；傳送層可通過(guò)

電路交換方式構(gòu)建光&電剛性管道保證路由與帶寬的穩(wěn)定，但缺點(diǎn)是

無(wú)統(tǒng)計(jì)復(fù)用能力，導(dǎo)致資源效率與連接數(shù)量受限。分組層與傳送層的

各自?xún)?yōu)勢(shì)，對(duì)于構(gòu)建未來(lái)廣域網(wǎng)都有極大助益，因此兩者間存在強(qiáng)烈

的融合動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。為推進(jìn)融合進(jìn)程，應(yīng)構(gòu)建多層一體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑥亩嫦蚨嘣枨筇峁┒ㄖ苹目鐚勇酚膳c資源適配能力，28具體包括：i）算路一體化?；诟鲗訉?duì)等協(xié)作的設(shè)計(jì)理念，以全局視角進(jìn)行多層一體化算路，擴(kuò)大路由規(guī)劃的求解空間，打破當(dāng)前各層獨(dú)立算路效率低、優(yōu)化不足的困境。同時(shí)提供清晰化的業(yè)務(wù)端到端跨層路由結(jié)果，提升多層統(tǒng)一排障效率；ii）多目標(biāo)優(yōu)化。支持面向用戶(hù)或運(yùn)營(yíng)者設(shè)計(jì)專(zhuān)用化鏈路權(quán)重，適配收益、能效、QoS

等多元優(yōu)化目標(biāo)，例如自動(dòng)選擇光層/TDM

層旁路以實(shí)現(xiàn)超低時(shí)延傳送；iii）靈活可重構(gòu)。由業(yè)務(wù)請(qǐng)求觸發(fā)各層網(wǎng)絡(luò)連接的建立與拆除，支持階段性調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以?xún)?yōu)化全局或局部性能。4.

分組跨層確定性未來(lái)廣域網(wǎng)將全面支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、算力互聯(lián)網(wǎng)與元宇宙等新興業(yè)務(wù)場(chǎng)景，分組確定性傳輸是服務(wù)上述業(yè)務(wù)的核心網(wǎng)絡(luò)能力。確定性技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧可擴(kuò)展性與精確性，并支持與光層、TDM

層聯(lián)動(dòng)。一方面，分組確定性實(shí)現(xiàn)的前提是路由確定，即為業(yè)務(wù)構(gòu)建明確的傳輸路徑，從而保證鏈路傳播時(shí)延穩(wěn)定，如圖

4-2（a）所示。若底層路徑頻繁改變將會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)時(shí)延變化劇烈，甚至違背

SLA

承諾。因此，分組層應(yīng)與

TDM

層、光層聯(lián)動(dòng)構(gòu)建明確的傳輸路徑，形成光層直通、光層多跳、TDM

層多跳等多種路由形式；另一方面，分組確定性的實(shí)現(xiàn)還要求資源分配確定，即將各分組與傳輸所需的時(shí)空資源進(jìn)行精確映射，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延的逐跳可控。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要從帶寬角度實(shí)行資源分配，而帶寬是一個(gè)統(tǒng)計(jì)性概念，用于衡量每秒內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸量，無(wú)法精確限定各分組的發(fā)送時(shí)刻進(jìn)而導(dǎo)致不確定性。如圖

4-2（b）29所示，若兩個(gè)連續(xù)到達(dá)的分組分別在

1

秒?yún)^(qū)間的首端與尾端發(fā)送，則

其轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延差距為秒級(jí)，進(jìn)而引發(fā)巨大抖動(dòng)；若對(duì)兩個(gè)分組的可能發(fā)

送區(qū)間進(jìn)行適當(dāng)限制，則可減少抖動(dòng)。然而，分組發(fā)送時(shí)間的調(diào)控精

度越高將導(dǎo)致規(guī)劃復(fù)雜度越高，進(jìn)而限制網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性。因此，如何平

衡精確性與擴(kuò)展性是廣域網(wǎng)應(yīng)重點(diǎn)解決的問(wèn)題。圖

4-2

路由與資源分配對(duì)分組確定性的影響此外，廣域網(wǎng)還應(yīng)具備多級(jí)確定性的承載能力，本白皮書(shū)從不同

“確定性”需求的實(shí)現(xiàn)難度出發(fā)，將其劃分為五個(gè)等級(jí)：i）不確定性，

指對(duì)所有

QoS

指標(biāo)都無(wú)要求，如

Best-effort

業(yè)務(wù)；ii）弱確定性，指

對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)無(wú)要求，但對(duì)帶寬或丟包有要求。承載該類(lèi)業(yè)務(wù)無(wú)需復(fù)

雜的規(guī)劃調(diào)度，可通過(guò)傳統(tǒng)資源預(yù)留技術(shù)予以實(shí)現(xiàn)（如

RSVP）；iii）一般確定性，指對(duì)時(shí)延有要求但對(duì)抖動(dòng)無(wú)要求（對(duì)時(shí)延有要求隱含了

對(duì)帶寬也存在要求，比如

1

bit/s

帶寬必然無(wú)法滿(mǎn)足

100

Kb/s

業(yè)務(wù)的

時(shí)延要求），該種情況要求對(duì)路由與沿路資源進(jìn)行規(guī)劃，但相較

iv~v

級(jí)而言其解空間較大，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度較小；iv）強(qiáng)確定性，指對(duì)時(shí)延、

抖動(dòng)皆有要求，該種情況在

iii

級(jí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)了資源分配的

求解約束，其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度較

iii

而言更大；v）超強(qiáng)確定性，要求分組在特定時(shí)刻到達(dá)目的端，該種情況下路由與資源分配的解空間極小，30因此對(duì)資源調(diào)控的精度要求極高。值得注意地是，iii~v

級(jí)實(shí)現(xiàn)難度高于

ii

級(jí)，是因?yàn)閹?、丟包指標(biāo)是面向業(yè)務(wù)流而言，是對(duì)一批分組傳輸成功與否的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其容錯(cuò)性較大，無(wú)需嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)逐分組調(diào)控；而為滿(mǎn)足時(shí)延、抖動(dòng)需求則須進(jìn)行逐分組調(diào)度，其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度較大。當(dāng)前

DIP、CSQF

等廣域確定性技術(shù)從原理上而言可滿(mǎn)足

i~iv

類(lèi)要求。（二）總體架構(gòu)CustomWAN

總體架構(gòu)如圖

4-3

所示，包括網(wǎng)絡(luò)控制平面與基礎(chǔ)設(shè)施平面。其中，控制平面由決策中樞與域控制器組成，承擔(dān)業(yè)務(wù)跨域跨層規(guī)劃與資源調(diào)度控制等任務(wù)；基礎(chǔ)設(shè)施平面由光電轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備與網(wǎng)關(guān)組成，形成“分組+TDM+光”的多層融合轉(zhuǎn)發(fā)模式，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)銜接不同自治域提供跨域

QoS

定制能力，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與用戶(hù)、用戶(hù)與云/邊數(shù)據(jù)中心間的高質(zhì)量傳輸控制。CustomWAN

重點(diǎn)解決光電融合組網(wǎng)與靈活調(diào)度問(wèn)題，通過(guò)底層全光互聯(lián)實(shí)現(xiàn)大容量長(zhǎng)距離的廣域傳輸，融合光電域的多資源維度與多顆粒調(diào)度能力，實(shí)現(xiàn)資源池化并提供彈性承載通道，構(gòu)建面向分組的端到端確定性傳輸能力，最終圍繞用戶(hù)要求提供多維

QoS

量化可承諾的分組傳送能力，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離大容量、確定性、彈性化的高效傳輸控制。具體包括：31圖

4-3

CustomWAN

總體架構(gòu)（1）CustomWAN

支持跨域服務(wù)定制。通過(guò)在域間引入獨(dú)立的網(wǎng)關(guān)角色銜接各域，并在物理網(wǎng)絡(luò)之上形成網(wǎng)關(guān)平面進(jìn)行全域統(tǒng)籌，從而解決各域因商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)與私密性等客觀原因?qū)е碌碾y協(xié)同問(wèn)題。CustomWAN

對(duì)各域QoS

能力進(jìn)行抽象形成“接口”向網(wǎng)關(guān)平面提供，網(wǎng)關(guān)平面根據(jù)業(yè)務(wù)需求對(duì)其進(jìn)行組合，基于指標(biāo)分解方式實(shí)現(xiàn)跨域QoS

定制，其實(shí)現(xiàn)思想為：首先，各域控制器收集本域所有鏈路及其上資源信息，構(gòu)建完整的域內(nèi)拓?fù)洳?duì)其抽象，并將抽象后的虛擬拓32撲呈報(bào)

CustomWAN

操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)收集各域虛擬拓?fù)洳?gòu)建全局虛擬拓?fù)湟晥D；其次，當(dāng)業(yè)務(wù)請(qǐng)求到達(dá)并向操作系統(tǒng)提交需求信息，操作系統(tǒng)根據(jù)虛擬拓?fù)渲械逆溌范攘恐?，選擇從源域至宿域的候選路徑集。隨后根據(jù)候選路徑的跨域情況，對(duì)業(yè)務(wù)時(shí)延、抖動(dòng)等指標(biāo)進(jìn)行逐域分解，并將分解后的指標(biāo)需求傳遞給相應(yīng)的域控制器；最后，各域控制器在域內(nèi)規(guī)劃滿(mǎn)足該分解需求的

QoS

路徑。（2）CustomWAN

支持域內(nèi)服務(wù)定制。在域內(nèi)構(gòu)建基于“分組+TDM+光”的多層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，突破傳統(tǒng)物理接口的容量邊界，實(shí)現(xiàn)承載資源池化并提供統(tǒng)一調(diào)度能力，同時(shí)結(jié)合各層提供不同的數(shù)據(jù)交換能力與資源調(diào)控粒度，實(shí)現(xiàn)跨層資源間的協(xié)同規(guī)劃及高效適配。通過(guò)發(fā)揮

TDM

層與光層的剛性通道能力，滿(mǎn)足帶寬定制化與路由確定性要求，通過(guò)在分組層引入確定性調(diào)度機(jī)制，解決分組與轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間的精準(zhǔn)映射問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)同一接口內(nèi)的各業(yè)務(wù)帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包的定制化。（3）CustomWAN

操作系統(tǒng)支持全域調(diào)度控制，向下實(shí)現(xiàn)對(duì)底層物理資源的虛擬化抽象與統(tǒng)一控制，向上提供面向多元業(yè)務(wù)的跨域跨層規(guī)劃功能，如圖

4-4

所示。操作系統(tǒng)由決策中樞與控制器兩部分構(gòu)成，控制器直接對(duì)接各域轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備下發(fā)控制指令，同時(shí)將采集到的網(wǎng)絡(luò)信息呈報(bào)決策中樞；決策中樞負(fù)責(zé)解析業(yè)務(wù)需求并提供個(gè)性化的編排策略，同時(shí)存儲(chǔ)、歸納、分析采集到的網(wǎng)絡(luò)信息，執(zhí)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)、性能評(píng)估等操作。CustomWAN

操作系統(tǒng)的關(guān)鍵功能描述如下：i）資源抽象與按需調(diào)度。通過(guò)構(gòu)建時(shí)、頻、空多維資源的統(tǒng)一抽象方法與33歸一化度量模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)元資源的抽象并構(gòu)建資源池進(jìn)行統(tǒng)一管控

與調(diào)配；ii）跨域聯(lián)合編排。基于網(wǎng)關(guān)平面所形成的全局虛擬拓?fù)渑c

虛擬鏈路

TE

參數(shù)，進(jìn)行跨域

QoS

路由與指標(biāo)分解；iii）多層聯(lián)合調(diào)

度。在域內(nèi)綜合考慮指標(biāo)分解后的帶寬、時(shí)延等需求，以及量不同網(wǎng)元的資源容與交換能力，通過(guò)多層聯(lián)合路由機(jī)制實(shí)現(xiàn)跨層一體化路由。通過(guò)一體化路由可充分發(fā)揮統(tǒng)計(jì)復(fù)用的資源效率優(yōu)勢(shì)，以及電路交換的嚴(yán)格帶寬保障與路由確定性，同時(shí)提供靈活按需的資源隔離與共享

能力，構(gòu)建域內(nèi)的

QoS

定制化通道。雖然

CustomWAN

提升了跨層

調(diào)度的靈活性與層間協(xié)調(diào)性，但也增加了控制面的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。（三）關(guān)鍵技術(shù)1.

大容量長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)CustomWAN

提升容量從三方面入手：一是提升資源維度（從時(shí)

域、頻域到空域），二是提升單維度下的資源跨度（如頻譜寬度、纖

芯數(shù)量），三是提高單位資源的比特效率（如調(diào)制格式等）。具體實(shí)現(xiàn)

方式涉及：i）在資源維度方面，可通過(guò)部署空分復(fù)用技術(shù)，包括多芯

復(fù)用、模分復(fù)用、軌道角動(dòng)量復(fù)用等，拓展物理信道的利用率；ii）

采用多波段承載技術(shù)，從傳統(tǒng)

C

波段承載向

C++、C+L

或

C+L+S

波

段擴(kuò)展以增加波道數(shù)。例如，C++頻譜寬度被拓展至

6THz，相比傳統(tǒng)

C

波段增加了

50%，使得系統(tǒng)從傳統(tǒng)

80

波道提升至

120

波道；C+L

波段頻譜寬度拓展至

9.6THz，滿(mǎn)配波道數(shù)量超過(guò)

180，傳輸容量提升341

倍；iii）突破高速光調(diào)制技術(shù)，包括引入高階QAM

調(diào)制，如128QAM、256QAM

等，以及使用更窄頻譜的調(diào)制方式，如

OFDM、超奈奎斯

特、概率整形等。此外，延伸系統(tǒng)傳輸距離可通過(guò)突破超寬放大、超

低損光纖、空芯光纖等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。2.

光電融合組網(wǎng)結(jié)構(gòu)CustomWAN

采用“分組層+TDM

層+光層”的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，力求實(shí)

現(xiàn)各層的深度融合與一體化調(diào)度，從而在滿(mǎn)足服務(wù)定制要求的同時(shí)提

升網(wǎng)絡(luò)資源效率。如圖

4-5

所示，CustomWAN

站點(diǎn)由路由器、T-box（Transport

Box）與BV-OXC（Bandwidth

Variable

Optical

Cross

Connect）設(shè)備組成，其中：i）路由器承擔(dān)分組轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，通過(guò)隊(duì)列調(diào)度機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)各分組排隊(duì)時(shí)延的精確控制。此外，考慮到光通道間隔粒度相對(duì)

業(yè)務(wù)而言較大，因此在分組層與光層間插入

TDM

層以構(gòu)建小顆粒度

的傳輸接口（TDM

層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)不唯一，本白皮書(shū)基于

FGU

方案進(jìn)

行探討，但對(duì)其幀格式進(jìn)行改進(jìn)，合并冗余項(xiàng)提升傳輸效率），同時(shí)

支持?jǐn)?shù)據(jù)基于

TDM

時(shí)隙進(jìn)行交換，從而繞過(guò)分組層實(shí)現(xiàn)低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)。路由器通過(guò)

FlexE

PHYs

接口與

T-box

對(duì)接；ii）T-box

通過(guò)讀取

FlexE

開(kāi)銷(xiāo)明確各

PHY

中的時(shí)隙使用情況，從而移除空閑時(shí)隙，并針對(duì)實(shí)

際數(shù)據(jù)量配置光收發(fā)器速率。T-box

線路側(cè)配置了可切片的帶寬可變

收發(fā)器（S-BVT，Sliceable

Bandwidth

Variable

Transponder），可虛擬

出多個(gè)子收發(fā)器支持彈性光譜分配（信道中心頻率步長(zhǎng)為

6.25GHz，頻譜寬度粒度為

12.5

GHz），從而解決頻譜效率問(wèn)題；iii）為實(shí)現(xiàn)靈35活可切片的光層路由，CustomWAN

引入帶寬可變光交叉連接器

BV-

OXC，代替?zhèn)鹘y(tǒng)

ROADM

實(shí)現(xiàn)對(duì)任意連續(xù)頻譜的上/下路與交叉調(diào)度。圖

4-5

CustomWAN

三層結(jié)構(gòu)通過(guò)將

CustomWAN

各層傳輸資源進(jìn)行池化，從而為業(yè)務(wù)構(gòu)建速率適配的傳輸接口，具體實(shí)現(xiàn)思想如下：i）為單個(gè)/多個(gè)業(yè)務(wù)流建立獨(dú)立的分組層接口，該接口是一種邏輯概念，即在物理口上虛擬出多個(gè)子接口。各分組層接口對(duì)應(yīng)一定數(shù)量的

FGU

時(shí)隙，以

FGU

為例作討論是因其屬于

Ethernet

體系，成本更低且產(chǎn)業(yè)開(kāi)放；ii）TDM

層將單個(gè)/多個(gè)

PHY

口捆綁形成一個(gè)

TDM

Group，即為

TDM

層接口；iii）T-box

通過(guò)解析時(shí)隙開(kāi)銷(xiāo)將一個(gè)

Group

內(nèi)的空閑時(shí)隙移除，隨后S-BVT

為各個(gè)

Group

分配頻隙與調(diào)制格式，形成光層接口。基于上述組網(wǎng)架構(gòu)與資源池化思想，本白皮書(shū)進(jìn)一步探討多層聯(lián)合調(diào)度機(jī)制以解決業(yè)務(wù)流的定制化路由與轉(zhuǎn)發(fā)問(wèn)題。3.

多層聯(lián)合路由機(jī)制CustomWAN

通過(guò)跨層聯(lián)合調(diào)度保證域內(nèi)

QoS

質(zhì)量與資源效率。36跨層聯(lián)合調(diào)度實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是構(gòu)建多層融合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑐鹘y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫敲嫦騿螌佣裕ㄈ绶纸M層、光層等），而

CustomWAN

要求建立橫跨三層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，能同時(shí)反應(yīng)同層節(jié)點(diǎn)間與相鄰層節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，并根據(jù)使用對(duì)象或優(yōu)化場(chǎng)景的不同設(shè)計(jì)專(zhuān)用的鏈路權(quán)重。基于上述思想，CustomWAN

跨層聯(lián)合調(diào)度機(jī)制的要點(diǎn)描述如下：（1）構(gòu)建融合拓?fù)鋫鹘y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕嫦騿螌訕?gòu)建，因此只能反映該層內(nèi)的路由情況，無(wú)法反映跨層及其它層內(nèi)的傳輸過(guò)程，從