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新形势下光通信网络设备发展现状及趋势研究
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  根据2015年思科研究数据,IP数据流量从2010年到2014年期间翻了5倍,未来仍将保持23%的复合增长率,而移动流量在2014年增长了69%,到2019年将为2014年的10倍,急剧增长的数据流量对底层光网络设备带宽和容量提出了更高要求。同时,随着全球信息化发展和ICT融合加剧,IT理念渗透到传统通信的各个领域,光网络架构面临变革,将深刻影响光网络设备的发展。

  产业发展现状及趋势

  (一)我国光网络设备产品体系完备,龙头企业崛起,市场份额全球领先

  我国光网络设备产品体系完备,在系统设计和整机集成方面具备较高水平,近年来产业规模不断扩大,竞争力持续提升。在技术、成本、服务等多重优势下,华为、中兴等龙头企业快速崛起,一方面在国内市场保持领先,另一方面积极拓展国际市场,抢占国外传统老牌电信设备企业的市场份额,成为全球光通信产业的中坚力量,目前光传送和光接入设备产品已在欧洲、东南亚、非洲等运营商中大量使用。

  (二)技术研发和应用与国际先进水平同步,国际标准化影响力逐步提升

  我国光网络设备关键技术研发和产品性能已达到国际先进水平,开始由跟随模仿向创新驱动转变。光传输方面,我国企业在100Gb/s光传送网(OTN)/密集波分复用(DWDM)大容量传输、城域分组传送网(PTN)核心技术领域已取得一定突破。铜缆接入方面,国内在ADSL2+/VDSL2局端和用户端设备技术达到国际一流水平,在设备种类和多样性方面具有显著优势;目前国际上正在开展超高速铜缆接入技术(G.fast)研究,我国企业率先提供样机可供现网实验。光纤接入方面,我国企业在EPON/GPON/10G EPON/XG-PON/WDM PON等技术方面与国际水平基本相当。

  我国光网络设备部署与国际同步,2000年前后开始大规模建设光传送网,目前已形成覆盖全国的WDM/OTN骨干网,100Gb/s网络规模全球领先。2009年率先实现城域PTN商用,并带动亚太、欧洲、拉美等区域几十家运营商规模部署。近期,我国运营商正开展超100Gb/s、分组增强型光传送网(POTN)等新技术测试和试点应用。接入网方面,EPON/GPON成为有线宽带接入的主流应用,10G PON也开始在部分地区开展小规模部署应用。

  我国光网络设备企业参与国际标准化活动的能力和水平不断提高,国际标准文稿数量和质量同步上升。逐步摆脱跟从地位,开始主导部分标准的编制,在PTN、OTN、下一代铜线及光纤接入、可见光接入等局部领域取得突破,成为通信国际标准化活动中的重要力量。

  (三)产业链关系持续调整,纵向一体化整合趋势明显

  光网络设备产业已进入寡头竞争阶段,随着竞争加剧,市场份额将进一步向领先者集中,中小厂商生存环境将更加恶劣。另一方面,在2000年光通信泡沫危机过后,设备商纷纷剥离光器件业务,明确的专业化分工成为光通信产业链的基本模式。然而,随着速率提升,芯片、器件和模块的技术门槛翻倍提升,出于降低成本和充足货源等考虑,主流设备商重新介入上游领域,例如华为、阿朗、思科等设备商开发与整机性能息息相关的关键芯片和模块,加大对核心环节的纵向拓展力度。未来,提高向上游渗透的一体化垂直整合能力将是全球龙头光网络设备企业的长期战略。

  (四) 光网络设备市场重心开始向IT领域延伸

  ICT融合新形势下,光网络设备商纷纷布局,技术和市场重心由传统电信向数据中心领域延伸。数据中心光互连需求强劲,国外互联网巨头开始建设自己的骨干网,成为光网络设备的重要采购力量。国内互联网企业也开始建设自有光纤网络,尽管目前市场规模不大,但增速较快,未来将深刻影响市场格局。

  技术发展趋势

  目前的光通信技术面临流量快速增长、运维管控复杂、业务开通速度慢、成本和功耗高等挑战,光网络设备将适需向高速、大容量、分组、智能、绿色和低成本方向演进。

  (一)超高速大容量传输设备研发加快

  100Gb/s技术已成熟商用,在全球范围内规模部署,业界正在加快推进400Gb/s、1Tb/s超高速传输技术的研发和产业化进程,以应对未来更大容量的传输需求。目前400Gb/s国际标准正在制定,主流设备商竞相推出400Gb/s产品,中国移动在2014年已完成国内首次400Gb/s实验室及现网测试,全球运营商中已出现了成功部署案例。

  (二)业务IP化主导光网络设备向分组+光融合方向演进

  宽带、LTE业务飞速增长,对城域网传送带宽、交换容量、分组业务识别和处理等提出了更高要求,驱动光网络设备向分组化、技术融合方向发展,未来融合分组传送和光传送功能的POTN将成为城域网传输设备的重要发展趋势。

  (三)云计算、数据中心互联驱动光网络SDN化趋势显著

  云计算、数据中心互联等新兴互联网业务,对光网络提出高动态、高质量、差异化和开放可编程的需求。现有静态、刚性和封闭的光网络技术架构正逐步向智能、开放的软件定义传送网(SDTN)架构演进。2014年以来光网络SDN技术呈现快速发展态势,国际标准已经初步形成,全球运营商纷纷开展技术试验,设备商2016年将推出商用产品。

  (四)网络能耗问题日益严峻,向绿色化、低成本方向演进

  随着宽带网络快速发展,网络成本和能耗问题日益凸显,光网络设备的发展呈现集成化、低成本和低功耗发展趋势。为了实现绿色化、低成本,光子集成、光互连、新型光交换等技术将逐步引入并持续优化。

  问题与挑战

  (一)产业链上游关键环节产业化水平较低,制约我国光网络设备产业进一步发展

  我国光通信产业链发展并不均衡,位于光网络设备上游关键环节的光器件芯片,在研发能力和产业化水平方面与发达国家存在较大差距。我国中低端光器件芯片技术产品与发达国家相当,但高端产品国产化率较低,核心技术缺失,“空芯化”严重。关键器件芯片的薄弱导致相应的光器件、组件及模块受到严重制约,供应链安全没有保证,已成为制约我国光网络设备长足发展的关键瓶颈。

  (二)原创性自主创新缺乏,可持续竞争力有待提升

  我国在光网络设备领域经过多年计划部署,主流厂商已掌握部分系统环节关键技术的自主知识产权,但具有自主知识产权的主导性国际标准仍然较少,大部分基础原型技术的知识产权主要掌握在国外厂商手中,可持续竞争力有待进一步提升。此外,我国在光网络设备领域超前和基础技术研究方面重视程度不足,缺乏宏观规划和统筹考虑,研发投入有限。

  (三)光网络体系架构面临变革,急需加强技术创新力度,转变传统运营体系

  目前,业务发展正驱动着光网络架构的变革,以适应云计算、互联网、数据中心发展需求,从面向静态资源的网络架构向面向业务的动态网络架构转变,从封闭的运营商内部网络向开放网络转变,从独立的传送层网络向融合协同的承载网转变。尽管运营商、设备商积极探索相关技术创新和网络发展演进,但我国整体光网络架构智能化和开放化技术创新和体制突破进展尚不显著,急需加强技术创新力度,转变传统运营体系。

  在信息化活跃创新和ICT融合的新形势下,光网络设备作为最为重要的信息通信基础设施之一,在支撑我国社会信息化、宽带化建设方面的作用将愈加凸显。虽然我国光网络设备产业目前已取得了较好发展,但面对新型应用和竞争需求,也暴露出一些亟需解决的问题与挑战。有待进一步夯实产业基础,掌握核心技术,加强创新能力建设,方能把握宽带发展和技术革新机遇。

  

  作者信息:吴冰冰,北京邮电大学工学博士,现担任中国信息通信研究院技术与标准研究所科研工程师,主要从事传送网、光器件和光通信技术研究。

  联系地址:北京市海淀区花园北路52号中国信息通信研究院3G楼703室


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