Ldquo由C114協(xié)辦，2022中國光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇最后北京郵電大學電子工程學院執(zhí)行院長Jason發(fā)表了強碳減排需求下的光網(wǎng)絡(luò)新機遇:主旨演講。

杰森表示，數(shù)字經(jīng)濟的核心需求在于計算能力，而計算能力供給的增長需要付出代價，其中最突出的就是ICT產(chǎn)業(yè)不斷增加的能源消耗在強計算和減碳的需求下，光通信技術(shù)是支撐全時全球互聯(lián)的綠色基礎(chǔ)光網(wǎng)絡(luò)的應用除了促進ICT系統(tǒng)本身的節(jié)能需求，還可以賦能其他行業(yè)進行數(shù)字減碳

數(shù)字經(jīng)濟催生對強大計算和碳減排的新需求

目前，數(shù)字經(jīng)濟已經(jīng)成為繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和工業(yè)經(jīng)濟之后的主要經(jīng)濟形態(tài)是以數(shù)據(jù)資源為關(guān)鍵要素，以現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)為主要載體，以信息通信技術(shù)融合應用和全要素數(shù)字化轉(zhuǎn)型為重要驅(qū)動力，促進公平與效率更加統(tǒng)一的新經(jīng)濟形態(tài)

數(shù)字經(jīng)濟的核心需求在于計算能力，即信息系統(tǒng)的計算能力Jason指出，數(shù)字經(jīng)濟活躍，計算需求迫切的中國東部地區(qū)，正面臨著能源，土地等資源的壓力，難以持續(xù)大規(guī)模發(fā)展數(shù)據(jù)中心等計算基礎(chǔ)設(shè)施為有效解決我國東西部計算資源供需不平衡問題，國家于2022年2月推出數(shù)東數(shù)西工程，通過構(gòu)建集數(shù)據(jù)中心，云計算，大數(shù)據(jù)于一體的新型計算網(wǎng)絡(luò)體系，將東部的計算需求有序引導到西部，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局，促進東西部協(xié)同發(fā)展

伴隨著數(shù)字經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展，能耗問題也十分突出Jason指出，計算能力供給的增長需要付出代價，最突出的一點就是ICT行業(yè)不斷增加的能源消耗據(jù)統(tǒng)計，2020年全球ICT行業(yè)用電量將占全社會用電量的5—6%左右大量用電的背后，本質(zhì)上是碳排放的問題而光網(wǎng)絡(luò)可以是帶寬轉(zhuǎn)換力提高分布式計算的性能除了增加數(shù)據(jù)中心之間的互連帶寬規(guī)模，光通信技術(shù)的發(fā)展還可以對提高數(shù)據(jù)節(jié)點的計算能力水平起到積極的作用一方面，利用大容量，低延遲的特點，光通信網(wǎng)絡(luò)可以支持廣泛分布的計算資源的協(xié)同運行，進而釋放計算設(shè)施的服務(wù)能力，另一方面，新型光計算技術(shù)可以提供低能耗，高質(zhì)量的計算資源，有望在特殊計算業(yè)務(wù)場景中實現(xiàn)大規(guī)模應用

另外，在光網(wǎng)絡(luò)中引入冷光而不是Rdquo，可以幫助雙碳實現(xiàn)目標據(jù)杰森介紹，為應對全球氣溫上升，中國已提出力爭2030年二氧化碳排放達到峰值，2060年實現(xiàn)碳中和公開數(shù)據(jù)顯示，2020年ICT行業(yè)的碳排放量將占全社會總排放量的2%左右根據(jù)國際電信聯(lián)盟的建議，ICT行業(yè)需要在2030年前將碳排放量減少45%，以達到巴黎氣候協(xié)定的目標但是目前的碳排放水平離這個目標還很遠，可以說是還有很長的路要走，

網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生光的三大綠色能效優(yōu)勢

光通信的現(xiàn)狀，職責接入+傳輸+交換=光層組網(wǎng)在杰森看來，與無線，銅纜，IP等技術(shù)相比，光網(wǎng)絡(luò)本身具有內(nèi)生的天然優(yōu)勢和節(jié)能減碳的

在接入方面，基于PON的光接入系統(tǒng)的能效比傳統(tǒng)接入方式可提高50%以上，在傳輸方面，基于OTN/OXC的光傳輸網(wǎng)絡(luò)與IP骨干網(wǎng)相比，在能耗方面也有顯著優(yōu)勢在交換方面，光電路交換的能耗水平是傳統(tǒng)電分組交換的1%左右，優(yōu)勢尤為明顯

第一，從電交換到光交換，降低數(shù)據(jù)中心的能耗水平圍繞數(shù)據(jù)中心交換，傳統(tǒng)電氣交換設(shè)備的能耗占數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗的40%，并且伴隨著交換速率的增加呈非線性增加，這將對未來數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的能耗構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)為了解決這樣的問題，業(yè)界對光快速交換技術(shù)進行了幾十年的研究，取得了很大的進展最新的光交換技術(shù)將交換重構(gòu)時延從毫秒級降低到亞納秒級，非常接近電分組交換的性能，但1Gbps的交換功率只有1—2mW伴隨著快速光交換技術(shù)的成熟，未來光交換系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的份額將快速增長，為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)節(jié)能做出重大貢獻

第二，從分組到OSU單元，有助于數(shù)據(jù)傳輸高效節(jié)能在骨干網(wǎng)中，目前的光傳輸技術(shù)主要是提供大容量的數(shù)據(jù)傳輸管道來實現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)傳輸，而與業(yè)務(wù)相關(guān)的連接和交換工作仍然由上層的IP路由器來完成伴隨著互聯(lián)網(wǎng)流量和連接數(shù)的增加，骨干網(wǎng)絡(luò)中與IP路由器相關(guān)的能耗問題尤為突出為了應對這一挑戰(zhàn)，光服務(wù)單元技術(shù)正在推動光傳輸網(wǎng)絡(luò)從面向管道服務(wù)的模式向面向業(yè)務(wù)服務(wù)的模式發(fā)展與傳統(tǒng)的OTN技術(shù)相比，光業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的帶寬更小，可以達到2M水平，并且具有無損調(diào)整的能力未來網(wǎng)絡(luò)的連接規(guī)模將大大擴展，同時業(yè)務(wù)連接的范圍將從骨干網(wǎng)擴展到網(wǎng)絡(luò)邊緣，從而降低IP路由器的交換要求和傳輸網(wǎng)絡(luò)的能耗

第三，光進銅退，實現(xiàn)寬帶接入的節(jié)能減碳目標在接入網(wǎng)方面，由于無源性帶來的低能耗的明顯優(yōu)勢，PON已經(jīng)廣泛應用于網(wǎng)絡(luò)邊緣的寬帶接入場景據(jù)統(tǒng)計，2018年中國FTTH/B接入普及率已達80.1%，寬帶接入呈現(xiàn)明顯進銅退趨勢PON FTTH/B場景的大規(guī)模應用為接入網(wǎng)領(lǐng)域的節(jié)能減排做出了重要貢獻此外，工業(yè)PON技術(shù)還延伸和拓展了工業(yè)領(lǐng)域新的應用場景2020年，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布工業(yè)PON 2.0白皮書，規(guī)范了PON在工業(yè)領(lǐng)域的應用需求預計未來PON技術(shù)將憑借其低時延，高可靠性的優(yōu)勢應用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，進一步降低工業(yè)領(lǐng)域信息訪問的能耗水平

賦能行業(yè)中的低碳應用

除了推動ICT系統(tǒng)本身的節(jié)能需求，Jason認為光網(wǎng)絡(luò)的應用還可以賦能其他行業(yè)數(shù)字化減碳光通信技術(shù)有潛力減少新ICT基礎(chǔ)設(shè)施周圍的碳:首先，光網(wǎng)絡(luò)可以與電力系統(tǒng)合作，如數(shù)東數(shù)西在項目中，大容量，高可靠性的光纖網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)中心伴隨著電力生產(chǎn)設(shè)施的分布而優(yōu)化，一方面可以增加清潔能源的使用比例，另一方面可以實現(xiàn)信息傳輸和電能傳輸?shù)奶娲?，減少遠距離電能傳輸?shù)膿p耗第二，光網(wǎng)絡(luò)還可以和計算力系統(tǒng)協(xié)同工作例如，在計算力網(wǎng)絡(luò)中，大容量低時延的光通信基礎(chǔ)設(shè)施可以提高數(shù)據(jù)中心的跨域協(xié)作能力，充分利用閑置的計算力設(shè)施，同時支持計算力與網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合服務(wù)，提高端到端的服務(wù)質(zhì)量，間接實現(xiàn)ICT系統(tǒng)的碳減排

比如電力行業(yè)就是典型的高碳排放行業(yè)，光網(wǎng)也可以助力電力系統(tǒng)的綠色發(fā)展杰森表示，據(jù)統(tǒng)計，2021年，全球電力系統(tǒng)碳排放量將約為120億噸，占全球溫室氣體排放量的近1/3可是，電力系統(tǒng)的能源效率只有1/3左右，這意味著僅電力行業(yè)的能源浪費就占全球碳排放的2/9這些能源浪費主要發(fā)生在三個環(huán)節(jié):mdash電力生產(chǎn)，輸配電和用電其中，超過50%的能源浪費在電力生產(chǎn)中，而超過5%的能源浪費在輸配電中如果這兩個環(huán)節(jié)能提高8%的效率，省下來的電就相當于全世界鋼鐵生產(chǎn)，照明，烹飪用電的總和可見，電網(wǎng)的碳排放有相當大的優(yōu)化空間

伴隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)正在改變傳統(tǒng)的現(xiàn)狀，能源倉庫敬數(shù)字互連系統(tǒng)，發(fā)展Jason指出，在需求方面，數(shù)字技術(shù)使得電力消費者的需求越來越靈活通過實時需求響應和需求聚合，終端消費者可以成為能源市場的直接參與者，并幫助電力系統(tǒng)實現(xiàn)更有效的供需平衡在供應方面，數(shù)字技術(shù)正在推動能源供應從集中式向分布式轉(zhuǎn)變依靠可靠的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)系統(tǒng)，分布式發(fā)電商可以成為電力市場的重要參與者，提高分布式能源的效率

光網(wǎng)絡(luò)是智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，為智能電網(wǎng)分布式生產(chǎn)者和消費者之間的低延遲，高可靠性控制需求提供了重要的通信保障Jason介紹了光通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應用

光通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的第一個應用是將OTN技術(shù)用于遠距離輸電和負荷分配控制系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中，伴隨著分布式小發(fā)電商和新型電力用戶的參與，輸配電網(wǎng)絡(luò)將面臨復雜的供需控制，控制系統(tǒng)的及時性和可靠性將直接影響電力的輸配效率憑借專屬管道優(yōu)勢，OTN技術(shù)可以提供高可靠性的確定性網(wǎng)絡(luò)連接，提高負荷控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，支持高精度需求響應，從而降低輸配電過程損耗

光通信技術(shù)在智能電網(wǎng)的第二個應用是:PON用于新能源并網(wǎng)負荷控制系統(tǒng)國家引導新能源并網(wǎng)政策出臺后，電網(wǎng)將面臨越來越多的分布式新能源并網(wǎng)需求由于新能源電力受自然環(huán)境影響強烈，其供電水平往往波動頻繁，對電網(wǎng)的平衡控制和差動保護提出嚴峻挑戰(zhàn)，進而影響新能源并網(wǎng)效率基于其信道的確定性特點，PON技術(shù)可以為新能源電站的并網(wǎng)控制系統(tǒng)提供低延遲，高穩(wěn)定性的網(wǎng)絡(luò)連接，進而有效協(xié)調(diào)電力生產(chǎn)，消費和存儲設(shè)施，容納更高份額的可再生能源并網(wǎng)

除了電力行業(yè)，光通信技術(shù)還可以幫助其他傳統(tǒng)行業(yè)進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以信息化的形式促進減碳減排據(jù)估計，ICT可以賦能其他行業(yè)，在2030年將全球二氧化碳排放量減少20%，并將排放量恢復到2015年的水平

探索新的節(jié)能技術(shù)和減碳應用，促進低碳未來。

雖然具有內(nèi)生綠色能效的優(yōu)勢和幫助行業(yè)減碳的潛力，但這并不是光網(wǎng)發(fā)展的終點杰森認為，光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將推動低碳未來，未來光網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)探索新的節(jié)能技術(shù)和減碳應用

Jason進一步指出，首先，未來光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能技術(shù)可以從以下四個方面進行探索:器件和設(shè)備，低能耗光器件和系統(tǒng)的研究，設(shè)備休眠和按需激活機制，高效散熱管理輔助系統(tǒng)和組件能耗監(jiān)測和報告功能，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，研究了IP和光網(wǎng)絡(luò)的深度融合，能耗感知的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)模型，以及能耗的管控架構(gòu)和協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)管控方面，研究設(shè)備休眠和動態(tài)擴容管理技術(shù)，高效資源分配和流量疏導技術(shù)，智能故障診斷和冗余管理技術(shù)等基于人工智能的優(yōu)化策略，在用戶行為方面，我們發(fā)布用戶服務(wù)效率指標，比如流千瓦時/小時，開放低碳服務(wù)用戶界面

同時，Jason認為，應用光網(wǎng)絡(luò)輔助其他行業(yè)節(jié)能減排可以從以下四個方面進行嘗試:mdash在制造業(yè)，光網(wǎng)絡(luò)可以支持數(shù)字孿生，數(shù)字供應鏈和基于云的機器控制在智慧能源方面，光網(wǎng)絡(luò)可以支持智能電網(wǎng)，電表，安全監(jiān)控和大數(shù)據(jù)能源管理等在智能家居中，光網(wǎng)絡(luò)可以支持家庭自動化，安全和能源管理，可穿戴健康設(shè)備管理等在智能交通方面，光網(wǎng)絡(luò)可以支持智能交通管理系統(tǒng)，自動駕駛，智能路徑規(guī)劃等

面向未來，Jason表示，在強計算和減碳的需求下，光網(wǎng)絡(luò)將處于理論，技術(shù)和應用現(xiàn)狀，實現(xiàn)三維全面發(fā)展基礎(chǔ)理論方面，會遵循光學傳感器，光學連接，光存儲，現(xiàn)在輕從四個方面探索計算能力強，能耗低的一般意義上是整合理論，在技術(shù)方面，我們將探索光網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于強計算需求的現(xiàn)狀，自主，安全而綠色技術(shù)能力，在應用方面，將研究光網(wǎng)絡(luò)在傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化進程中的應用，以數(shù)字化賦能其他行業(yè)減碳