未來網絡發(fā)展大會-光電融合服務定制廣域網白皮書-2023.08

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言隨著數字化經濟的強力驅動，互聯(lián)網創(chuàng)新發(fā)展與新一輪工業(yè)革命形成歷史性交匯，推動互聯(lián)網由傳統(tǒng)消費領域向生產領域轉型，催生出如工業(yè)互聯(lián)網、算力互聯(lián)網等新興業(yè)務場景，從超大帶寬、超低時延抖動、零丟包、萬億級連接等方面對網絡服務質量（QoS）提出全新訴求。然而，當前廣域網在應對上述需求時面臨容量受限、質量難承諾與資源效率不足等挑戰(zhàn)，難以提供“按需定制”的服務能力，其根本原因在于光傳送與數通領域長期獨立發(fā)展，未能形成有效合力。因此廣域網技術體系應進一步面向光電融合演進升級，從傳統(tǒng)帶寬驅動的通道式網絡向業(yè)務驅動的定制化網絡演進，構建網絡即服務（NaaS）的新型承載模式。本白皮書結合廣域網業(yè)務與技術發(fā)展需求，提出了光電融合的服務定制廣域網架構（CustomWAN），聚焦多維

QoS

量化可承諾的核心目標，構建光電傳送彈性化、拓撲融合可重構、分組跨層確定性等多項基本能力，解決光電融合組網與統(tǒng)一調度問題，圍繞用戶個性化需求提供靈活的資源適配能力，實現(xiàn)用戶與用戶、用戶與云/邊數據中心間的高質量互聯(lián)。本白皮書旨在通過構建

CustomWAN

目標架構，推動業(yè)界共同努力，加速推進廣域網的技術演化與產業(yè)升級，全力建設國際領先的信息通信網絡，為網絡強國、制造強國、“東數西算”等重大國家戰(zhàn)略貢獻力量。I目

錄前

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

I目

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

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

................................................................1（二）光電融合新機遇

....................................................................2二、傳統(tǒng)廣域網技術綜述

........................................................................4（一）組網結構

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

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

..................................................................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

的技術創(chuàng)新與探索....................................................25（一）技術目標

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

..............................................................................31（三）關鍵技術

..............................................................................34（四）業(yè)務調度流程

......................................................................46II五、經濟模型與定價機制

......................................................................46（一）運營商傳統(tǒng)定價模型

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

QoS

的服務定價模型.................................................48六、總結與展望

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

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

的不足與未來展望........................................51附錄

A：術語與縮略語...........................................................................53參考文獻...................................................................................................56III一、背景廣域網作為支撐信息時代的核心基礎設施，強力推動了

21

世紀初消費型互聯(lián)網的創(chuàng)新繁榮。但隨著數字經濟的快速發(fā)展，廣域網在應用場景與技術能力上面臨全新挑戰(zhàn)。本章將重點分析廣域網的新型業(yè)務需求與技術發(fā)展趨勢。（一）廣域網發(fā)展新挑戰(zhàn)隨著與實體經濟的加速滲透融合，全球互聯(lián)網已逐步由消費型向生產型轉變，并催生出諸多新型業(yè)務場景，如工業(yè)互聯(lián)網、算力互聯(lián)網、全息通信等。傳統(tǒng)消費型業(yè)務對服務質量（QoS，Quality

of

Service）并不敏感，而新興業(yè)務場景對時延、抖動、丟包等

QoS

指標提出了全新訴求：（1）工業(yè)互聯(lián)網是對傳統(tǒng)制造業(yè)生產管理過程實現(xiàn)數字化的新型生產模式，通過傳感器采集設備生產數據，經由網絡傳輸至云端進行存儲、分析與處理，并由云端

PLC（Programmable

Logic

Controller）向現(xiàn)場設備發(fā)送遠程控制指令，從而提升企業(yè)生產效率、降低成本與風險。為實現(xiàn)上述愿景，廣域網將面臨超低時延抖動、萬億級連接等嚴峻挑戰(zhàn)；（2）算力互聯(lián)網是一種基于互聯(lián)網的算力資源共享模式，其通過網絡集群優(yōu)勢突破單點算力的性能極限，實現(xiàn)跨異地數據中心的高1質量互聯(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用需求。然而，算力互聯(lián)的實現(xiàn)要求網絡提供超大帶寬、超低時延、零丟包的承載能力，滿足業(yè)務對算力“隨需使用”與“跨異地無感知”的需求；（3）新型消費互聯(lián)網是一種基于數字化手段的全新服務模式，以擴展現(xiàn)實（XR，eXtended

Reality）技術為代表，通過使用計算、顯示、傳感等設備，對環(huán)境與人物進行數字化模擬，實現(xiàn)人與虛擬現(xiàn)實環(huán)境間的智能交互。如圖

1-1

所示，以

VR

游戲人機交互為例，其要求網絡傳輸的往返時延被壓縮至

6ms

以內，從而保證終端與云端的渲染、編解碼、動作捕捉等處理要求。為實現(xiàn)上述目標，廣域網將面臨超大帶寬、超低時延的承載挑戰(zhàn)。圖

1-1

VR

游戲人機交互時延預算（二）光電融合新機遇為支撐工業(yè)互聯(lián)網、算網、新型消費互聯(lián)網等業(yè)務的高效運轉，廣域網應重點圍繞

QoS

質量保證進行演進，以提供“按需定制”的網2絡承載能力。按需定制體現(xiàn)了“網絡即服務（NaaS）”的思想，其允許應用主動向網絡提出定性/定量的

QoS

需求，同時要求網絡對于差異化需求給予服務質量承諾。解決廣域

QoS

問題存在兩種思路：一是提升傳輸容量，類似于拓寬“馬路”；另一是強化網絡調度能力，類似于通過路口“紅綠燈”調控各方向流量。其中，傳輸容量是保證QoS

性能的前提，因為時延、抖動等指標都是傳輸能力的附屬產物，若帶寬充足即可避免節(jié)點排隊、擁塞等問題。運營商的傳統(tǒng)解決方式便是基于該思想，通過不斷拓寬馬路來減少擁堵，卻一定程度上忽視了紅綠燈調度邏輯的重要性。事實上，網絡容量升級勢必增加可觀的成本投入，并且隨著業(yè)務增多，若缺乏有效的紅綠燈調度，即使馬路再寬也難以完全避免擁堵問題。因此，廣域網靠單純提升速率已無法滿足未來需求，而是應將

NaaS

作為廣域網演進的新思路，使其能夠提供類似云計算服務的彈性帶寬、確定性傳輸能力，從而定量地滿足用戶

QoS

需求。從技術實現(xiàn)角度來看，光傳送技術是拓寬馬路的重要手段，且原生具備時延、抖動等確定性能力，但同時也面臨帶寬粒度大與資源低效等問題；數通技術是強化紅綠燈邏輯的重要手段，提供分組承載與統(tǒng)計復用能力，但卻面臨非確定的承載缺陷。隨著新興業(yè)務的持續(xù)驅動，光與數通領域都在不斷嘗試克服自身短板。例如，光傳送不斷向細粒度演進，形成如

OSU（Optical

Service

Unit）、FGU（Fine

Granularity

Unit）等小顆粒技術；在數通方面，以

DIP、DetNet

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

QoS

質量。為克服光與數通各自短板，構建未來廣域

NaaS

能力，必須推進光電融合進程。光電融合并非新話題，但當時缺乏足夠的需求驅動，因此運營商只將其作為網絡預規(guī)劃的手段而非在線調度方式，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，當下新興業(yè)務對服務質量的要求日益嚴格，同時上升至理論高度來看，NaaS與按需定制的實現(xiàn)也對光電融合提出了必然訴求，因此光電融合將迎來窗口期機遇。為實現(xiàn)上述目標，未來廣域網應深入推進光電融合進程，強化光域技術實現(xiàn)大容量、長距離的數據傳輸，融合光、電傳送特質提供靈活組網與彈性資源能力，構建廣域網操作系統(tǒng)對業(yè)務需求/屬性與光電資源進行建模，支持面向路由器隊列與緩存的精準調控，最終實現(xiàn)服務定制的承載愿景。二、傳統(tǒng)廣域網技術綜述光傳送與數通技術是實現(xiàn)廣域網長距離、大容量、靈活承載的基礎，為分析光電領域各自的技術優(yōu)勢，本章重點圍繞組網結構、光傳4送與數通等方面對當前廣域網技術展開討論。（一）組網結構1.

IP-over-WDM

組網結構（IPoWDM）SDH

在上世紀

90

年代承擔了話音與數據業(yè)務的傳輸任務，但隨著業(yè)務體量的急速增長，其容量受限、成本高的劣勢逐漸顯露。波分復用技術（WDM，Wavelength

Division

Multiplexing）的出現(xiàn)解決了SDH

的困境，其提供多波長的共纖傳輸能力，極大拓展了單纖容量，且設備造價遠低于新建光纜線路。在

IP-over-WDM

初始階段，路由器通過外部

WDM

設備實現(xiàn)光電轉換，并且不支持光層交換，因此不具備波長路由能力。光傳輸技術發(fā)展推動了學術界對

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

所示的組網結構。其中，IP

層由核心路由器構成實現(xiàn)業(yè)務流量匯聚，光層由光轉發(fā)器與光線路系統(tǒng)組成，為上層提供基于波長交換的光連接，光線路中需部署光放大器以保障長距傳輸。在發(fā)送端，路由器與光轉發(fā)設備相連完成光電轉換，從而將業(yè)務流調制到對應的光載波上，不同載波經復用器耦合實現(xiàn)共纖傳輸；接收端基于波長交換實現(xiàn)對應波長的下路操作，并經光電變換傳遞至路由器不同接口。綜上所述，IPoWDM

系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，支持對碼率、數據格式的透明傳輸且擴容便捷，是一種經濟有效的廣域承載解決方案，但面臨帶5寬粒度過大、調度靈活性不足的問題。圖

2-1

IPoWDM

組網結構2.

IP-over-OTN

組網結構（IPoOTN）為解決傳統(tǒng)

WDM

對于子波長調度能力不足、管理僵化的問題，通過借鑒

SDH

中

TDM

與

OAM

理念，并結合

WDM

形成了

OTN（Optical

Transport

Network）技術體制。OTN

定義了多種速率等級的容器，滿足不同帶寬粒度的承載要求，同時引入電交叉能力以實現(xiàn)子波長級的路由調度，同時保留了光交叉能力實現(xiàn)在站點內各方向之間波長信號的自由調度。此外，OTN

在幀結構中引入豐富的監(jiān)控開銷，提供從光層到電層的多級監(jiān)控能力。IP-over-OTN

組網結構如圖

2-2所示，IP

層由核心路由器構成，OTN

電層引入

ODU

容器提供基于子波長的交叉能力，OTN

光層提供基于波長的交叉能力，核心路由器與

OTN

之間通過以太網接口相連。對于大帶寬業(yè)務，可通過

OTN

電層或光層直通對端，回避

IP

層的轉發(fā)處理，在減少路由器過境流量的同時降低端到端時延。6相比于

IPoWDM，傳統(tǒng)

IPoOTN

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

帶寬粒度仍較大（吉比特級），導致底層通道資源效率與連接數受限；ii）IP

與光層各自獨立算路，整體算路效率與優(yōu)化性能較低。圖

2-2

IPoOTN

組網結構（二）新型光/電傳送技術1.

分組切片網（SPN）如圖

2-3

所示，該方案采用

IP-over-FlexE-over-WDM

組網結構，通過

FlexE

構建

1.5

層時隙通道，實現(xiàn)物理層與

MAC

層速率解耦，提供類似于

OTN

的

TDM

低時延電交叉能力，但其封裝更為簡潔高效。ITU-T

標準規(guī)范時隙粒度為

5Gbps，與

ODU

速率處于同級別。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，通過綜合考慮芯片設計的復雜度、大小、成本、功耗等因素，將時隙粒度定為

10Mb/s?？傮w而言，SPN

具備如下優(yōu)勢：i）順應業(yè)務以太化發(fā)展趨勢，擴展支持主流以太口，與

IP、7MPLS

等分組技術高度兼容，可保護已有技術投資；ii）提供時隙交叉能力，支持低時延承載；iii）支持多速率的端到端通道構建，提供通道的連通性檢測與性能監(jiān)測能力；iv）支持小顆粒通道帶寬的無損調整。雖然

SPN

優(yōu)勢巨大，但仍存在如下不足：i）SPN

雖能通過構建端到端時隙通道保證路由與帶寬的確定性，但無法解決同一時隙通道內的逐流確定性問題。其原因是

SPN

確定性的實現(xiàn)繞過了分組層，因此從根本上無法解決“分組”的問題。當然，SPN

可通過分配冗余帶寬來保證確定性，但這會導致資源效率下降；ii）時隙粒度的細化會增加數據在

SPN

節(jié)點的等待時間。因為受鏈路傳播與節(jié)點處理延遲影響，數據到達

SPN

節(jié)點后未必能被立刻轉發(fā)，須等待所分配的時隙到來，然而粒度細化導致同一時隙的兩次發(fā)送間隔變大，導致數據等待時間延長；iii）SPN

淡化了光層交叉能力，導致光路配置靈活性受限。圖

2-3

SPN

網絡架構示意圖2.

下一代光傳送網（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

組網延伸至接入側。業(yè)務通過

OSU

接入網絡，并在城域匯聚/核心節(jié)點復用至

ODUk中，骨干

OTN

提供傳統(tǒng)

ODUk

交叉能力，構建基于

OTN

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

等）的接入，并提供無損帶寬調整能力（最小調整步長為

10Mbps）。此外，NG-OTN

通過簡化映射層級，降低業(yè)務封裝與交換時延。NG-OTN

提供了低時延、大連接、靈活無損帶寬調整的技術優(yōu)勢，可顯著提升網絡服務質量與帶寬效率。但

NG-OTN

在面向未來業(yè)務場景時仍存在如下不足：i）NG-OTN

繼承了傳統(tǒng)

OTN

的固有能力，支持低階

ODU

向高階

ODU

復用，不同階

ODU

之間通過

GMP

協(xié)議封裝，然而階數過多導致多級重復封裝，引入額外處理時延；ii）NG-

OTN

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

NG-OTN

可保證端到端時延與抖動，但其對上層業(yè)務透明傳輸，難以滿足同一容器內的逐流確定性要求。造成上述問題的原因是

NG-OTN

未與分組層進行聯(lián)動。圖

2-4

NG-OTN

網絡架構示意圖9（三）數通技術1.

流量調節(jié)與整形技術流量調節(jié)（Policing）旨在限制進入網絡的某一類業(yè)務流量，通過在網絡入口對不同類型數據流量采取不同措施，以決定數據分組是否進入網絡。通常采用令牌桶算法實現(xiàn)，如單速率雙色桶與雙速率三色桶。令牌桶類似于入口閘機，獲得令牌的分組便可進入網絡，未獲得令牌的分組則繼續(xù)等待。網絡可為不同類別的業(yè)務單獨設置令牌桶，通過調節(jié)桶深與令牌發(fā)放速度進行控制，其中桶深用于限制業(yè)務的突發(fā)量，令牌發(fā)放速度用于限制業(yè)務速率。流量整形（Shaping）用于調控網絡中某一鏈路的業(yè)務突發(fā)，使數據分組能以相對均勻的速率發(fā)送。由于數據業(yè)務突發(fā)性問題的存在，若瞬時流量過大可能導致網絡產生擁塞。流量整形通?；诼┩八惴▽崿F(xiàn)，限定鏈路上各個時刻流量速率的上限。未來廣域網中仍需沿用流量調節(jié)與整形技術，例如，保證用戶側發(fā)送速率符合

SLA

約定，以及對業(yè)務進行入口整形為端到端

QoS

質量保障提供輔助作用。2.

路徑選擇與資源預留技術（1）MPLS-TEMPLS-TE

是解決大型骨干網中流量工程問題的有效方案，其通過結合

MPLS

技術與流量工程，在無連接的

IP

網絡上實現(xiàn)了面向連10接的服務。MPLS-TE

具體操作如下：i）除網絡拓撲信息外，所有節(jié)點還需收集各鏈路

TE

參數及負載信息。MPLS-TE

通過擴展

IGP

協(xié)議來發(fā)布鏈路狀態(tài)信息，包括最大鏈路帶寬、最大可預留帶寬、當前預留帶寬、鏈路顏色等，在設備上形成鏈路狀態(tài)數據庫；ii）通過

CSPF算法與鏈路狀態(tài)數據庫，計算滿足帶寬、顏色、顯示路徑等約束的路由；iii）通過

RSVP-TE

或

CR-LDP

協(xié)議建立標簽交換路徑并預留資源；iv）基于

MPLS

進行數據面轉發(fā)。MPLS-TE

可預先確定路由并預留帶寬資源，從而為服務質量提供保證。但其在面向未來業(yè)務場景時卻存在如下不足：i）路由選擇主要面向分組層，并不能對光層選路進行決策；ii）高度依賴最新、準確的鏈路

TE

狀態(tài)，若狀態(tài)信息不準確，將導致

QoS

性能下降；iii）向全網節(jié)點頻繁更新鏈路

TE

狀態(tài)，將導致網絡傳輸負擔加重；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)的時效性與準確性，進而限制組網規(guī)模；v）CSPF

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

是針對

InterServ

模型而設計的傳輸層協(xié)議，用于在沿路節(jié)點上傳遞資源預留的控制信息。RSVP

定義了一整套消息機制實現(xiàn)QoS

請求、資源預留、預留路徑維護、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。PATH

消息由發(fā)端向收端定期發(fā)送，在途經節(jié)點上建立或刷新

Path

狀態(tài)。由于預留狀態(tài)是有時間限制的軟狀態(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，在途經節(jié)點上建立或刷新

Resv

狀態(tài)，執(zhí)行接納控制與資源預留操作。RSVP

事先在數據流傳輸路徑上預留了一定帶寬資源，因此可提供業(yè)務所期望的服務質量。RSVP

解決了帶寬維度的

QoS

保障問題，但在面對未來廣域網應用時仍存在如下不足：i）雖然支持用戶提出的差異化帶寬需求，但只針對已有路徑預留帶寬，無法通過信令觸發(fā)路由的方式實現(xiàn)差異化選路；ii）RSVP

帶寬預留成功率有限；iii）不支持時延、抖動、丟包等多維度的

QoS

定制；iv）跨域資源預留實現(xiàn)復雜度高，導致業(yè)務開通慢。（3）IPv4

源路由區(qū)別于逐跳查表轉發(fā)的路由方式，IPv4

源路由是一種無狀態(tài)轉發(fā)機制，通過在

IPv4

包頭攜帶完整路由信息，轉發(fā)節(jié)點根據該信息進行端口匹配實現(xiàn)數據轉發(fā)，從而極大減少轉發(fā)設備的轉發(fā)表項，降低控制面與數據面頻繁交互引入的通信開銷。其實現(xiàn)方式是：源端將路由信息（如每跳的

IP

地址）添加至

IP

數據包的

Option

字段，路由器根據報頭中

IP

地址進行轉發(fā)處理，從而在無連接的

IP

網絡上提供一定程度的

QoS

保障能力。IPv4

源路由分為兩類，即嚴格源路由與松散源路由，其中嚴格源路由要求嚴格按照IP

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

IP

尋址完成路由轉發(fā)。IPv4

源路由允許發(fā)端指定數據包的完整路徑，從而具備一定程度的路由控制與網絡調優(yōu)能力，但在面向未來廣域網應用時仍存在如下12不足：i）Option

字段長度不能超過

40

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

Segment

Routing）解決了

MPLS

中協(xié)議種類多、信令復雜、可擴展性差等問題。SR

基于源路由思想，將網絡路徑劃分為多段并以

SID

來標識各段與轉發(fā)節(jié)點，通過有序排列段與節(jié)點形成傳輸路徑，節(jié)點根據

SID

執(zhí)行分組轉發(fā)。SR

支持

MPLS

與IPv6

數據面，并形成

SR-MPLS

與

SRv6

兩條技術路線，其中

SR-MPLS以

MPLS

標簽作為

SID

進行數據包轉發(fā)。SR-MPLS

改用

IGP

代替LDP

分發(fā)標簽，同時集中化控制面規(guī)避

RSVP

導致的大量節(jié)點間交互過程，實現(xiàn)路徑標簽的集中計算與下發(fā)，因此除源節(jié)點外其它節(jié)點無需維護路徑狀態(tài)。SR-MPLS

簡化了設備控制平面，具備更強的擴展性，但在面向未來業(yè)務需求時仍存在如下不足：i）與

IPv4

源路由類似，只支持指定路由，無法指定沿路資源配置，因此不具備多維

QoS

定制能力；ii）不關注底層光路的選擇與變化，因此無法實現(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，在原始報文中新增了擴展頭

SRH，并在

SRH

內直接使用

IPv6

地址空間來編碼與表達

SID，無需額外的標簽協(xié)議。當傳輸數據時，SRv6

在發(fā)端將路徑

SID

寫入13SRH

形成

Segment

List，轉發(fā)節(jié)點根據

SID

進行分組轉發(fā)，若節(jié)點不支持

SRv6

則仍可沿用傳統(tǒng)

IPv6

方式進行轉發(fā)，從而保護現(xiàn)網投資。此外，SRv6

基于

IPv6

極大的地址空間提供強大的網絡編程能力，例如

SID

間的靈活組合、自定義

SID

結構與功能等，從而支持更豐富的網絡服務。相比

SR-MPLS

與

MPLS

技術，SRv6

具備協(xié)議簡化、兼容性強、網絡可編程等優(yōu)勢，但在面向未來廣域網應用時存在如下不足：i）仍然不具備指定沿路資源配置的能力，因此無法實現(xiàn)時延、抖動、丟包等指標的量化承諾；ii）不支持對光層路由的感知與定制。3.

隊列調度技術隊列調度用于解決多分組競爭同一出口時的發(fā)送排序問題，尤其在待發(fā)數據速率高于出口速率上限的時候能夠發(fā)揮顯著作用。隊列調度要求既能提供高等級業(yè)務的優(yōu)先級保證能力，又要兼顧低等級業(yè)務對帶寬使用的公平性。傳統(tǒng)隊列技術包括

PQ、CQ、LLQ，WFQ，CBWFQ

等：（1）PQ：優(yōu)先級隊列，使用優(yōu)先級為

High、Medium、Normal、Low

的四個子隊列。PQ

機制優(yōu)先服務高優(yōu)先級子隊列，若高優(yōu)先級子隊列中無待發(fā)數據，則再服務順位優(yōu)先級隊列。若

PQ

在服務中等優(yōu)先級隊列時，高優(yōu)先級隊列中有數據分組到達，則高優(yōu)先級隊列會對中等優(yōu)先級隊列的發(fā)送過程進行搶占。PQ

中每個子隊列都對應一個最大隊列深度，若超過該值則進行隊尾丟棄。PQ

的優(yōu)勢在于為高14優(yōu)先級隊列數據提供了低時延轉發(fā)能力，其缺點在于會導致低優(yōu)先級隊列被餓死，并且當大量高優(yōu)先級分組到來時，PQ

無法保證每個高優(yōu)先級分組的排隊時延。（2）CQ：用戶定制隊列，通過配置多個子隊列，并指明各隊列所適配的業(yè)務類型、長度以及每次輪詢所能連續(xù)發(fā)送的字節(jié)數等。其中，0

號子隊列優(yōu)先級最高，只有在該隊列報文發(fā)送完后才會處理其它隊列，其它隊列使用

Round-Robin（RR）機制進行循環(huán)調度，被

RR機制調度的隊列其優(yōu)先級相同。此外，還有改進版的

RR

機制，即WRR，其允許用戶為每個隊列分配一個權值，根據權值為各隊列分配一定接口帶寬，其中權值表征了一次輪訓中各隊列可發(fā)送的字節(jié)數。CQ

的優(yōu)勢在于既保證關鍵業(yè)務能獲得較多帶寬，又可避免非關鍵業(yè)務被餓死。但缺點在于

CQ

無法保證實時業(yè)務獲得像

PQ

一樣優(yōu)質的時延指標。（3）WFQ：加權公平隊列，通過業(yè)務優(yōu)先級配置權重，將帶寬公平地分給不同類型的業(yè)務。WFQ

采用

IP

優(yōu)先級作為分配帶寬的權重，權重計算方式為

4096/(IP

優(yōu)先級+1)。WFQ

優(yōu)勢在于能較公平地提供帶寬服務，且配置相對簡單。但缺點在于單純從帶寬（即平均速率）角度考慮轉發(fā)，保證不了突發(fā)情況下逐分組的時延與抖動要求，并且對于進入同一隊列中的流量無法再做區(qū)分，無法提供逐流的

QoS保證。（4）CBWFQ：基于類別的加權公平隊列，允許用戶通過

ACL、入接口、DSCP

值等自主定義隊列，并且允許給每個隊列分配最小保15證帶寬，各隊列均基于

FIFO

的調度方式，默認采用尾丟棄機制。若無擁塞發(fā)生時，各隊列所占帶寬可超過其保證帶寬，并在發(fā)生擁塞時能提供最小帶寬保證。CBWFQ

的優(yōu)勢在于支持用戶自主定義業(yè)務分類，但由于未改變

WFQ

的公平性本質，因此其缺點與

WFQ

相同。（5）LLQ：低時延隊列，在

CBWFQ

中添加一個嚴格優(yōu)先級隊列用于時延敏感流量的轉發(fā)（如語音業(yè)務），保證該隊列優(yōu)先級高于其它所有隊列，從而保證時延敏感型業(yè)務的快速轉發(fā)。該高優(yōu)先級隊列存在最小保證帶寬的約束，在擁塞發(fā)生時該隊列所占帶寬不能超過保證帶寬，否則會被丟棄。LLQ

在

CBWFQ

公平性的基礎上提供了低時延轉發(fā)能力，但其缺陷在于未對最高優(yōu)先級做進一步的定量化區(qū)分，若同時到達大量實時性業(yè)務（事實上不同實時性業(yè)務的

QoS

需求在數值上存在差異性），則勢必引發(fā)

LLQ

內超長排隊，甚至導致隊尾業(yè)務被丟棄。上述所有隊列機制都是從帶寬角度出發(fā)解決業(yè)務

QoS

問題，然而帶寬是一種統(tǒng)計概念，用于衡量每秒轉發(fā)的數據量，并不能刻畫業(yè)務分組的到達情況，從而導致業(yè)務各分組在隊列中的等待時間無法被精確控制。另一方面，上述隊列機制對于低時延需求的解決思路是采用“盡快轉發(fā)”，而“盡快轉發(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，因而在面向未來業(yè)務需求時存在不足。4.

確定性技術（1）確定性

IP（Deterministic

IP）16DIP

網絡架構如圖

2-5

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

UNI

向網絡提出業(yè)務需求，入口邊緣節(jié)點為各業(yè)務流選擇發(fā)送周期，核心節(jié)點則執(zhí)行聚合周期調度。下文將從控制面與轉發(fā)面兩個角度對

DIP

的具體技術進行說明。圖

2-5

DIP

網絡架構（1）控制面：i）準入控制。DIP

入口邊緣節(jié)點的控制面記錄各流的資源預留狀態(tài)，包括流標識、預留帶寬、起始時間與結束時間。入口節(jié)點通過資源預留結果，決定該流是否被允許入網。當數據流違背

SLA

合約時（如超速），入口節(jié)點可直接丟棄分組或按

BE

類型轉發(fā)；ii）路徑規(guī)劃與資源預留?；诜植际交蚣惺铰酚伤惴A先計算路徑，并沿途進行靜態(tài)或動態(tài)資源預留。其中，靜態(tài)預留可通過集中控制單元為沿途轉發(fā)節(jié)點下發(fā)資源需求，或通過入口節(jié)點發(fā)送資源預留信令；動態(tài)資源預留采用信令方式，其流程通過人工、控制單元、數據流等方式動態(tài)觸發(fā)實現(xiàn)。（2）數據面：改進

TSN

循環(huán)排隊轉發(fā)（CQF）技術思想，不要求所有網絡節(jié)點間的嚴格時間同步。DIP

通過在時域劃分等長時隙周期，使數據包按照時隙周期進行排隊與轉發(fā)，要求發(fā)送節(jié)點同一周期內被轉發(fā)的所有分組，在接收節(jié)點也被調度到同一周期進行下一跳轉發(fā)，具體實現(xiàn)包括：i）路由綁定。DIP

在沿路節(jié)點上預留資源，并使17各分組與對應路徑綁定，上述綁定可通過攜帶轉發(fā)標簽實現(xiàn)；ii）基于時隙的確定性轉發(fā)。入口節(jié)點將分組的發(fā)送周期編號寫入分組頭中，中間節(jié)點則根據上下游節(jié)點間的周期映射關系選擇對應的發(fā)送周期，并重復上述過程直到分組抵達出口節(jié)點。IP

網絡中分組的處理與鏈路傳播時延相對固定，上下游相鄰節(jié)點可維持穩(wěn)定的周期映射關系。DIP

是基于時隙思想的分組確定性技術代表，具備良好的可擴展

性，但同時面臨如下不足：i）基于時隙思想的調度導致時間調控精度

受限，使得抖動存在兩倍時隙寬度的理論上限；ii）基于首節(jié)點的時

隙規(guī)劃方式，限制了業(yè)務調度的求解空間，進而降低了業(yè)務承載量；iii）DIP

基于底層網絡連接不變的設計原則，而事實上底層網絡連接

在光路斷裂、OSNR

劣化時都可能發(fā)生改變，但上層對其并不感知，因而可能導致

QoS

性能不穩(wěn)定甚至違約。（2）指定周期排隊轉發(fā)（CSQF）如圖

2-6

所示，基于

CSQF

機制的轉發(fā)設備在其出口開辟定長時

隙周期，并設立

M

個循環(huán)隊列，各隊列按輪詢方式進行發(fā)送。任意

時刻只能存在一個隊列發(fā)送數據，而其它隊列則執(zhí)行數據接收操作，通過多隊列機制可實現(xiàn)數據延遲發(fā)送（最多延遲

M-1

個周期）。與

DIP

出口規(guī)劃方式不同，CSQF

支持逐跳周期規(guī)劃。此外，CSQF

要求各轉發(fā)節(jié)點保持頻率同步并且維護與相鄰節(jié)點間的周期映射關系。其中，周期映射關系表征相鄰節(jié)點間因物理距離而導致的周期偏差，即明確

上游節(jié)點某一周期所發(fā)數據將在下游節(jié)點的哪一周期到達（例如節(jié)點

A

周期

1

的數據到達節(jié)點

B

時會橫跨周期

Y

與

Y+1）。CSQF

作為一18種隊列機制，通常與源路由技術配合使用，將包含路由與時隙信息的標簽寫入分組頭中，轉發(fā)節(jié)點解析分組頭并查詢轉發(fā)表執(zhí)行轉發(fā)。圖

2-6

CSQF

轉發(fā)原理示意圖CSQF

一定程度解決了

DIP

求解空間不足的問題，但仍面臨如下挑戰(zhàn)：i）與

DIP

類似，基于時隙思想的調度將導致時間調控精度受限，同周期內分組先后順序不可控，并且無法實現(xiàn)“定時定點”的嚴格確定性要求；ii）CSQF

支持逐跳周期規(guī)劃并提供最多

N-1

個周期的出隊延遲選擇，雖優(yōu)于

DIP

但仍限制著業(yè)務調度的求解空間，進而降低業(yè)務承載量。綜上所述，為實現(xiàn)對新型業(yè)務場景的高質量承載，廣域網需要進一步深化光電融合組網進程，通過光層技術創(chuàng)新，保證大容量長距離的數據傳輸；通過提升組網與資源分配靈活性，構建跨層聯(lián)合選路與資源調配機制，克服各層獨立規(guī)劃而導致的低效性與不可靠問題；保留分組層統(tǒng)計復用與底層電路交換的各自優(yōu)勢，在實現(xiàn)

QoS

質量可承諾的同時強化綜合資源效率，降本運維成本、提升運營收益與用戶體驗。19三、業(yè)界光電融合技術方案光電融合并非新話題，經過多年發(fā)展已經形成多種不同技術體系，本章針對國內外已有的光電融合承載方案進行介紹，并結合未來廣域

網應用場景與技術需求展開分析。1.

Cisco：Routed

Optical

Networking

(RON)如圖

3-1

所示，RON

采用

IP-over-WDM

組網結構，但將光模塊

集成入路由器從而移除外部

WDM

轉發(fā)設備，并摒棄

L1/L0

層的時隙

與波長交叉能力，依靠分組層實現(xiàn)流量匯聚與轉發(fā)，從而形成單平面

組網結構。RON

在路由器各接口上集成大容量相干光模塊，通過復

用器耦合多波長實現(xiàn)共纖傳輸，并在下一跳路由節(jié)點處進行解復用，隨后將各路波長信號傳遞至對應的路由器接口。RON

通過路由器互

聯(lián)實現(xiàn)組網，基于

Hop-by-Hop

方式進行數據轉發(fā)，并引入

SR-TE

優(yōu)

化網絡性能與資源效率。RON

有利于簡化網絡架構、降低組網成本，但在面向未來廣域

應用時卻存在如下不足：i）接口為

100G

起步，顆粒度過大，僅適用

于大帶寬互聯(lián)場景；ii）缺乏電層、光層交叉能力，無法實現(xiàn)

L1/L0

層

穿通，難以保證超低時延傳輸；iii）長距離傳輸致使跳數過多，在增

加端到端時延的同時提升了節(jié)點排隊的可能，加劇了時延、抖動的不

確定性；iv）RON

將所有類型的業(yè)務轉發(fā)都交由路由器處理，增加了

路由器負擔；v）不具備多維

QoS

量化定制能力。20圖

3-1

RON

組網結構示意圖2.

Juniper：Converged

Optical

Routing

Architecture

(CORA)與

Cisco

RON

技術思想類似，CORA

將自研

400G

相干光模塊直接插入

IP

路由器，實現(xiàn)

IPoDWDM

的扁平式組網結構。CORA

具備如下能力：i）簡化光層結構。CORA

通過移除外部

DWDM

轉發(fā)設備，減少對電源與空間的需求以降低成本；ii）支持多速率長距覆蓋。可提供超過

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容量擴展；iii）光路監(jiān)測與重路由。CORA

利用光收發(fā)器遙測技術，支持對質量降級的光路進行重路由，從而避免服務中斷；iv）減少保護冗余。CORA

將

IP

作為控制平面進行整體調度規(guī)劃，并釋放傳統(tǒng)光網絡用于

1:1

保護的閑置波長，改由在服務層進行保護，從而以消耗少量額外帶寬為代價保護關鍵流量。CORA

以路由器為核心并簡化光層結構，可顯著降低控制面組件與調度邏輯的復雜性，但在面向未來廣域應用時卻存在與

RON

類似21的不足：i）接口顆粒度過大，僅適用于大帶寬互聯(lián)場景，并且難以提供細粒度的硬隔離能力；ii）移除了電層&光層路由能力，無法實現(xiàn)L1/L0

層穿通，難以保證超低時延傳輸；iii）長距離傳輸致使跳數過多，在增加端到端時延的同時提升了節(jié)點排隊的可能，加劇了時延、抖動的不確定性；iv）無法提供多維

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

的組網結構，通過

IP/MPLS

進行分組層路由轉發(fā)，基于

ASON

技術提供靈活的光路調控能力。NCE

采用層次化的管控架構，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

負責全局調度、跨層管理等任務，NCE-IP

負責

IP

網絡配置、資源發(fā)現(xiàn)、網絡流量監(jiān)控、IP

集中算路等任務，NCE-T

負責光網絡配置、開通光路等任務。NCE

具備如下光電協(xié)同能力：i）由

IP

層連接驅動光層建路。先由用戶在

IP

層明確要創(chuàng)建的跨層連接（ML

Link），隨后由

NCE-Super

根據層間連接關系確定出待建光路的光層源宿設備，并交由

NCE-T

進行算路，綜合考慮時延、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）基于閾值擴容。實時監(jiān)測

ML

Link

流量，若發(fā)現(xiàn)超過閾值則進行擴容，增加路由器端口或光層波長等；iv）三維跨層拓撲可視。NCE

提供三維的跨層拓撲視圖，并在其上呈現(xiàn)

L0~L3

網元與鏈路、跨層連接、隧道信息等，并對跨層連接提供時延、資源利用率信息。22NCE

提供了基于多層結構的光電協(xié)同解決思路，具備資源高效、自動化運維等優(yōu)勢，但在面向未來廣域網應用時仍需進一步強化

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

ML

Link

時考慮了時延因素，但主要針對光路傳播時延，并未對分組層排隊時延與跨層資源適配導致的等待時延進行調控。事實上，多維

QoS

量化定制的實現(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角度進行控制，一方面保證路由的確定性，另一方面建立分組與轉發(fā)時間的映射關系（即用對資源）；ii）跨層連接的建立是先確定分組層連接關系，然后向光層映射需求從而開辟光路，本質上還是各層獨立選路并通過控制器進行拉通（Overlay），并沒有將各層對等地融合在一起進行聯(lián)合選路（Peer-to-Peer），從而缺乏全局調度與優(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

的組網結構，并基于層

次化管控架構實現(xiàn)對

IP

層與光層的聯(lián)合調度。該方案創(chuàng)新性地將數據中心對計算資源的調度與管理模式引入至廣域網中，具備如下能力：i）資源池化。面向路由器端口與光傳輸資源，支持在單個路由器物理

端口上創(chuàng)建多個虛擬端口，實現(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，解決網絡擁塞、流量不均衡等問題；ii）基于虛實映射的光

電協(xié)同。通過將

L3

及以上層級與物理資源池解耦，支持上層協(xié)議的

靈活配置，并通過

UNI

接口實現(xiàn)

IP

層與光層的互通。具體操作為：首先為業(yè)務創(chuàng)建

IP

虛擬網絡，隨后將

IP

虛擬網絡作為業(yè)務請求觸發(fā)

光層建路，并綜合考慮帶寬、時延、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，但與

NCE

類似還應進一步強化多維

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

定制問題，同時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

層需求驅動光路建立，雖

然優(yōu)于傳統(tǒng)

IP、光層獨立規(guī)劃或預先規(guī)劃的方式，但本質上還是各層

獨立路由，缺乏全局優(yōu)化能力。24圖

3-3

(a)

SDN

IP+光方案總體架構；(b)

基于虛實映射的光電協(xié)同四、CustomWAN

的技術創(chuàng)新與探索本白皮書提出服務定制廣域網（CustomWAN，Customizing

Wide

Area

Network）架構，旨在實現(xiàn)

NaaS

的新型服務模式，提供多維

QoS可承諾的分組傳送能力，從而定量地滿足差異化業(yè)務需求，支撐工業(yè)互聯(lián)網、算力互聯(lián)網、新型消費互聯(lián)網等新興應用的高效運轉。本章將對

CustomWAN

技術目標與實現(xiàn)原理展開詳細闡述。（一）技術目標“服務定制”是未來網絡廣域網必須攻克的核心問題，其總體要求可概括為“需求表達差異化”與“網絡承載定制化”?！安町惢敝钢С謽I(yè)務定性或定量地向網絡主動表達自身需求與屬性。其中，需求指業(yè)務

QoS

訴求，包括帶寬、時延、抖動、丟包等；屬性指對業(yè)務流特征的刻畫，包括分組達到規(guī)律、突發(fā)長度等。“定制”指根據差異25化業(yè)務需求靈活調控承載網絡，從而提供個性化服務。然而，目前廣域網面臨容量受限、QoS

難承等挑戰(zhàn)，難以提供“按

需定制”的服務能力，其根本原因在于光傳送與數通領域長期獨立發(fā)

展，未能形成有效合力，因此廣域網技術體系應進一步面向光電融合

演進升級，充分發(fā)揮各層的獨特技術優(yōu)勢。CustomWAN

重點解決融

合組網與靈活調度問題，通過底層全光互聯(lián)實現(xiàn)大容量長距離的廣域

傳輸，融合光電域的多資源維度與全顆粒調度能力，實現(xiàn)資源池化并

提供彈性化承載通道，同時構建面向分組的端到端確定性傳輸能力，最終圍繞用戶要求提供靈活網絡調度與資源按需適配能力，實現(xiàn)用戶

與用戶、用戶與云/邊數據中心間的高質量傳輸。1.

大容量長距離傳輸根據中國互聯(lián)網信息中心發(fā)布的《第

51

次中國互聯(lián)網絡發(fā)展狀

況統(tǒng)計報告》顯示，截至

2022

年

12

月，我國網民規(guī)模達到

10.67

億，

互聯(lián)網普及率突破

75%，移動互聯(lián)網接入流量達到

2618

億

GB，同

比增長

18.1%，互聯(lián)網已經深入滲透零售、餐飲、金融、交通物流等

行業(yè)，從而推動用戶流量、接入設備數量的急速增長。同時隨著計算密集型應用的鋪開，算力互聯(lián)也進一步加重了未來廣域網的帶寬壓力，例如，為支持“東數西算”八大樞紐節(jié)點的互聯(lián)，要求承載網具備大

容量、長距離的傳輸能力；中國天眼

Fast

每天要產生

500ZB

的數據

回傳至數據中心處理。因此從客觀趨勢而言，對廣域網進行容量升級

是不爭的事實，另一方面大容量也是保證服務質量的基礎。此外，廣26域網承擔著跨數十甚至數千公里的數據傳輸任務，如何降低傳輸路徑

損耗也是一項關鍵問題。2.

光電傳送彈性化業(yè)務數據量的持續(xù)攀升導致網絡帶寬壓力劇增，一種解決思路是

擴容，但這代表著更多的成本投入；另一種思路是挖掘現(xiàn)網的資源效

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

接口的容量邊界，對各節(jié)點傳輸資源進行池化處理，同時引入高效的

資源分配策略，實現(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)務速率與光層帶寬顆粒難以匹配，引發(fā)頻譜資

源閑置問題，如圖

4-1-①所示；ii）傳統(tǒng)網絡以物理接口為資源調度

的基本單位，然而接口速率不能按需適配業(yè)務，加之接口存在方向性

（如固定配置去往某節(jié)點），從而導致各接口/波長帶寬不能被充分利

用，如圖

4-1-②所示；iii）隨著互聯(lián)網與垂直行業(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)網絡不具備資源池化能力，即無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

為代價滿足隔離性要求，如圖

4-1-③所示；iv）互聯(lián)網業(yè)務呈現(xiàn)波動

特性，即其數據速率隨用戶行為（如位置移動、操作頻率等）以及時

間推移而持續(xù)變化，因此網絡資源供給也應隨業(yè)務需求變化而彈性伸

縮，進而既保證

QoS

質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，當前網絡難以實現(xiàn)該情況下的擴縮容。27圖

4-1

網絡不支持資源池化導致的一系列問題對此，融合網絡應具備帶寬資源池化能力，突破物理接口的容量

邊界，實現(xiàn)承載資源池化并提供統(tǒng)一調度能力。然而，當前光層技術

還無法提供面向逐業(yè)務的接口粒度，因此本白皮書認為可在光層與分

組層之間引入

TDM

層，以彌補細粒度物理通道能力的不足，從而構

建三層的分組傳送融合網絡結構，滿足資源按需適配的要求。3.

拓撲融合可重構新興業(yè)務對網絡提出超低時延、確定性抖動等要求。反觀數通分

組層與光傳送層特性，分組層可提供統(tǒng)計復用能力，但其轉發(fā)時延相

對較高，并且無法保證底層網絡路由與帶寬的確定性；傳送層可通過

電路交換方式構建光&電剛性管道保證路由與帶寬的穩(wěn)定，但缺點是

無統(tǒng)計復用能力，導致資源效率與連接數量受限。分組層與傳送層的

各自優(yōu)勢，對于構建未來廣域網都有極大助益，因此兩者間存在強烈

的融合動力，以實現(xiàn)優(yōu)勢互補。為推進融合進程，應構建多層一體的網絡拓撲，從而面向多元需求提供定制化的跨層路由與資源適配能力，28具體包括：i）算路一體化?；诟鲗訉Φ葏f(xié)作的設計理念，以全局視角進行多層一體化算路，擴大路由規(guī)劃的求解空間，打破當前各層獨立算路效率低、優(yōu)化不足的困境。同時提供清晰化的業(yè)務端到端跨層路由結果，提升多層統(tǒng)一排障效率；ii）多目標優(yōu)化。支持面向用戶或運營者設計專用化鏈路權重，適配收益、能效、QoS

等多元優(yōu)化目標，例如自動選擇光層/TDM

層旁路以實現(xiàn)超低時延傳送；iii）靈活可重構。由業(yè)務請求觸發(fā)各層網絡連接的建立與拆除，支持階段性調整拓撲結構以優(yōu)化全局或局部性能。4.

分組跨層確定性未來廣域網將全面支持工業(yè)互聯(lián)網、算力互聯(lián)網與元宇宙等新興業(yè)務場景，分組確定性傳輸是服務上述業(yè)務的核心網絡能力。確定性技術的設計應兼顧可擴展性與精確性，并支持與光層、TDM

層聯(lián)動。一方面，分組確定性實現(xiàn)的前提是路由確定，即為業(yè)務構建明確的傳輸路徑，從而保證鏈路傳播時延穩(wěn)定，如圖

4-2（a）所示。若底層路徑頻繁改變將會導致業(yè)務時延變化劇烈，甚至違背

SLA

承諾。因此，分組層應與

TDM

層、光層聯(lián)動構建明確的傳輸路徑，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，分組確定性的實現(xiàn)還要求資源分配確定，即將各分組與傳輸所需的時空資源進行精確映射，從而實現(xiàn)轉發(fā)時延的逐跳可控。傳統(tǒng)網絡主要從帶寬角度實行資源分配，而帶寬是一個統(tǒng)計性概念，用于衡量每秒內的數據傳輸量，無法精確限定各分組的發(fā)送時刻進而導致不確定性。如圖

4-2（b）29所示，若兩個連續(xù)到達的分組分別在

1

秒區(qū)間的首端與尾端發(fā)送，則

其轉發(fā)時延差距為秒級，進而引發(fā)巨大抖動；若對兩個分組的可能發(fā)

送區(qū)間進行適當限制，則可減少抖動。然而，分組發(fā)送時間的調控精

度越高將導致規(guī)劃復雜度越高，進而限制網絡擴展性。因此，如何平

衡精確性與擴展性是廣域網應重點解決的問題。圖

4-2

路由與資源分配對分組確定性的影響此外，廣域網還應具備多級確定性的承載能力，本白皮書從不同

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

指對所有

QoS

指標都無要求，如

Best-effort

業(yè)務；ii）弱確定性，指

對時延、抖動無要求，但對帶寬或丟包有要求。承載該類業(yè)務無需復

雜的規(guī)劃調度，可通過傳統(tǒng)資源預留技術予以實現(xiàn)（如

RSVP）；iii）一般確定性，指對時延有要求但對抖動無要求（對時延有要求隱含了

對帶寬也存在要求，比如

1

bit/s

帶寬必然無法滿足

100

Kb/s

業(yè)務的

時延要求），該種情況要求對路由與沿路資源進行規(guī)劃，但相較

iv~v

級而言其解空間較大，系統(tǒng)實現(xiàn)難度較??；iv）強確定性，指對時延、

抖動皆有要求，該種情況在

iii

級的基礎上進一步加強了資源分配的

求解約束，其系統(tǒng)實現(xiàn)難度較

iii

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

級實現(xiàn)難度高于

ii

級，是因為帶寬、丟包指標是面向業(yè)務流而言，是對一批分組傳輸成功與否的統(tǒng)計結果，其容錯性較大，無需嚴格實現(xiàn)逐分組調控；而為滿足時延、抖動需求則須進行逐分組調度，其系統(tǒng)實現(xiàn)難度較大。當前

DIP、CSQF

等廣域確定性技術從原理上而言可滿足

i~iv

類要求。（二）總體架構CustomWAN

總體架構如圖

4-3

所示，包括網絡控制平面與基礎設施平面。其中，控制平面由決策中樞與域控制器組成，承擔業(yè)務跨域跨層規(guī)劃與資源調度控制等任務；基礎設施平面由光電轉發(fā)設備與網關組成，形成“分組+TDM+光”的多層融合轉發(fā)模式，并通過網關銜接不同自治域提供跨域

QoS

定制能力，實現(xiàn)用戶與用戶、用戶與云/邊數據中心間的高質量傳輸控制。CustomWAN

重點解決光電融合組網與靈活調度問題，通過底層全光互聯(lián)實現(xiàn)大容量長距離的廣域傳輸，融合光電域的多資源維度與多顆粒調度能力，實現(xiàn)資源池化并提供彈性承載通道，構建面向分組的端到端確定性傳輸能力，最終圍繞用戶要求提供多維

QoS

量化可承諾的分組傳送能力，實現(xiàn)長距離大容量、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（1）CustomWAN

支持跨域服務定制。通過在域間引入獨立的網關角色銜接各域，并在物理網絡之上形成網關平面進行全域統(tǒng)籌，從而解決各域因商業(yè)競爭與私密性等客觀原因導致的難協(xié)同問題。CustomWAN

對各域QoS

能力進行抽象形成“接口”向網關平面提供，網關平面根據業(yè)務需求對其進行組合，基于指標分解方式實現(xiàn)跨域QoS

定制，其實現(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，構建完整的域內拓撲并對其抽象，并將抽象后的虛擬拓32撲呈報

CustomWAN

操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)收集各域虛擬拓撲并構建全局虛擬拓撲視圖；其次，當業(yè)務請求到達并向操作系統(tǒng)提交需求信息，操作系統(tǒng)根據虛擬拓撲中的鏈路度量值，選擇從源域至宿域的候選路徑集。隨后根據候選路徑的跨域情況，對業(yè)務時延、抖動等指標進行逐域分解，并將分解后的指標需求傳遞給相應的域控制器；最后，各域控制器在域內規(guī)劃滿足該分解需求的

QoS

路徑。（2）CustomWAN

支持域內服務定制。在域內構建基于“分組+TDM+光”的多層組網結構，突破傳統(tǒng)物理接口的容量邊界，實現(xiàn)承載資源池化并提供統(tǒng)一調度能力，同時結合各層提供不同的數據交換能力與資源調控粒度，實現(xiàn)跨層資源間的協(xié)同規(guī)劃及高效適配。通過發(fā)揮

TDM

層與光層的剛性通道能力，滿足帶寬定制化與路由確定性要求，通過在分組層引入確定性調度機制，解決分組與轉發(fā)時間的精準映射問題，實現(xiàn)同一接口內的各業(yè)務帶寬、時延、抖動、丟包的定制化。（3）CustomWAN

操作系統(tǒng)支持全域調度控制，向下實現(xiàn)對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成，控制器直接對接各域轉發(fā)設備下發(fā)控制指令，同時將采集到的網絡信息呈報決策中樞；決策中樞負責解析業(yè)務需求并提供個性化的編排策略，同時存儲、歸納、分析采集到的網絡信息，執(zhí)行趨勢預測、性能評估等操作。CustomWAN

操作系統(tǒng)的關鍵功能描述如下：i）資源抽象與按需調度。通過構建時、頻、空多維資源的統(tǒng)一抽象方法與33歸一化度量模型，實現(xiàn)對網元資源的抽象并構建資源池進行統(tǒng)一管控

與調配；ii）跨域聯(lián)合編排?；诰W關平面所形成的全局虛擬拓撲與

虛擬鏈路

TE

參數，進行跨域

QoS

路由與指標分解；iii）多層聯(lián)合調

度。在域內綜合考慮指標分解后的帶寬、時延等需求，以及量不同網元的資源容與交換能力，通過多層聯(lián)合路由機制實現(xiàn)跨層一體化路由。通過一體化路由可充分發(fā)揮統(tǒng)計復用的資源效率優(yōu)勢，以及電路交換的嚴格帶寬保障與路由確定性，同時提供靈活按需的資源隔離與共享

能力，構建域內的

QoS

定制化通道。雖然

CustomWAN

提升了跨層

調度的靈活性與層間協(xié)調性，但也增加了控制面的實現(xiàn)復雜度。（三）關鍵技術1.

大容量長距離傳輸技術CustomWAN

提升容量從三方面入手：一是提升資源維度（從時

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

芯數量），三是提高單位資源的比特效率（如調制格式等）。具體實現(xiàn)

方式涉及：i）在資源維度方面，可通過部署空分復用技術，包括多芯

復用、模分復用、軌道角動量復用等，拓展物理信道的利用率；ii）

采用多波段承載技術，從傳統(tǒng)

C

波段承載向

C++、C+L

或

C+L+S

波

段擴展以增加波道數。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，滿配波道數量超過

180，傳輸容量提升341

倍；iii）突破高速光調制技術，包括引入高階QAM

調制，如128QAM、256QAM

等，以及使用更窄頻譜的調制方式，如

OFDM、超奈奎斯

特、概率整形等。此外，延伸系統(tǒng)傳輸距離可通過突破超寬放大、超

低損光纖、空芯光纖等技術實現(xiàn)。2.

光電融合組網結構CustomWAN

采用“分組層+TDM

層+光層”的組網結構，力求實

現(xiàn)各層的深度融合與一體化調度，從而在滿足服務定制要求的同時提

升網絡資源效率。如圖

4-5

所示，CustomWAN

站點由路由器、T-box（Transport

Box）與BV-OXC（Bandwidth

Variable

Optical

Cross

Connect）設備組成，其中：i）路由器承擔分組轉發(fā)任務，通過隊列調度機制實現(xiàn)對各分組排隊時延的精確控制。此外，考慮到光通道間隔粒度相對

業(yè)務而言較大，因此在分組層與光層間插入

TDM

層以構建小顆粒度

的傳輸接口（TDM

層的實現(xiàn)技術不唯一，本白皮書基于

FGU

方案進

行探討，但對其幀格式進行改進，合并冗余項提升傳輸效率），同時

支持數據基于

TDM

時隙進行交換，從而繞過分組層實現(xiàn)低時延轉發(fā)。路由器通過

FlexE

PHYs

接口與

T-box

對接；ii）T-box

通過讀取

FlexE

開銷明確各

PHY

中的時隙使用情況，從而移除空閑時隙，并針對實

際數據量配置光收發(fā)器速率。T-box

線路側配置了可切片的帶寬可變

收發(fā)器（S-BVT，Sliceable

Bandwidth

Variable

Transponder），可虛擬

出多個子收發(fā)器支持彈性光譜分配（信道中心頻率步長為

6.25GHz，頻譜寬度粒度為

12.5

GHz），從而解決頻譜效率問題；iii）為實現(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

實現(xiàn)對任意連續(xù)頻譜的上/下路與交叉調度。圖

4-5

CustomWAN

三層結構通過將

CustomWAN

各層傳輸資源進行池化，從而為業(yè)務構建速率適配的傳輸接口，具體實現(xiàn)思想如下：i）為單個/多個業(yè)務流建立獨立的分組層接口，該接口是一種邏輯概念，即在物理口上虛擬出多個子接口。各分組層接口對應一定數量的

FGU

時隙，以

FGU

為例作討論是因其屬于

Ethernet

體系，成本更低且產業(yè)開放；ii）TDM

層將單個/多個

PHY

口捆綁形成一個

TDM

Group，即為

TDM

層接口；iii）T-box

通過解析時隙開銷將一個

Group

內的空閑時隙移除，隨后S-BVT

為各個

Group

分配頻隙與調制格式，形成光層接口?；谏鲜鼋M網架構與資源池化思想，本白皮書進一步探討多層聯(lián)合調度機制以解決業(yè)務流的定制化路由與轉發(fā)問題。3.

多層聯(lián)合路由機制CustomWAN

通過跨層聯(lián)合調度保證域內

QoS

質量與資源效率。36跨層聯(lián)合調度實現(xiàn)的基礎是構建多層融合網絡拓撲，傳統(tǒng)網絡拓撲是面向單層而言（如分組層、光層等），而

CustomWAN

要求建立橫跨三層的網絡拓撲，能同時反應同層節(jié)點間與相鄰層節(jié)點間的連接關系，并根據使用對象或優(yōu)化場景的不同設計專用的鏈路權重?；谏鲜鏊枷耄珻ustomWAN

跨層聯(lián)合調度機制的要點描述如下：（1）構建融合拓撲傳統(tǒng)網絡拓撲主要面向單層構建，因此只能反映該層內的路由情況，無法反映跨層及其它層內的傳輸過程，從