低时延光网络技术白皮书_17页_1mb

中国电信低时延光网络技术白皮书总结

核心内容概述

本白皮书由中国电信集团公司于2016年6月发布，重点分析了当前通信网络中低时延业务需求以及光网络在时延优化方面的潜力与策略。随着“互联网+”的发展，金融交易、高清视频、云计算和未来5G等业务对网络时延提出了更高要求，低时延网络已成为运营商发展的重点方向。光网络因其低时延和稳定性，成为承载这些业务的首选技术。

主要观点与关键信息

一、低时延业务需求

1. 金融/交易类业务

   • 高频交易（HFT）对时延极为敏感，时延优势可直接转化为盈利。
   • 例如，Level3公司为降低1.5%时延，支付了2.5倍的建设成本，但获得50倍的拍卖收益。
   • 微波中继系统可降低传输时延，但受限于带宽和成本，难以广泛推广。

2. 高清视频与虚拟现实（VR）等业务

   • TCP协议的吞吐量受限于往返时延（RTT），时延过高会导致“带宽黑洞”。
   • 4K/8K高清视频需时延在12~17ms以内，以保证业务体验。
   • 需要采用新技术（如RFC7323、UDP传输、多TCP线程）或优化现有网络环境。

3. 实时性云业务

   • 虚机迁移、云灾备、云支付等业务对时延要求严格。
   • 云支付要求时延低于10ms，云桌面要求低于20ms。

4. 5G移动通信

   • 5G提出毫秒级端到端时延要求，是未来网络发展的重要方向。
   • 时延指标是5G网络的三大基本性能指标之一。
   • 需要无线与承载网络技术专家协作，制定更明确的时延指标。

二、光网络的时延优势

1. 低时延特性

   • 光网络基于光纤和光器件，处理时延低至ns级别，远低于L2/L3层设备的ms级时延。
   • 光网络电路时延具有良好的可预测性和稳定性。

2. 时延构成分析

   • 光纤传输时延占比最高（约85%~95%），其次是L1层处理（如FEC编解码）。
   • 光网络设备时延占比约5%，但在路由优化受限时，仍具有优化空间。

三、光网络时延优化策略

1. 基本优化举措

• 路由优化

  • 降低光纤传输距离，每减少1公里路由，双向时延降低约10us。
  • 中国电信提出“一二干融合”战略，优化光缆路由结构。

• 采用相干光通信技术

  • 相干光通信技术替代DCF，减少色散补偿带来的时延，降低10%左右。
  • 100Gbps WDM系统在相同路由下，较10Gbps系统时延降低约10%。

2. 高级优化举措

• 提高传输速率

  • 提高传输速率可有效降低时延，如100Gbps系统较10Gbps系统时延降低约10倍。
  • 时延敏感用户应优先选择高带宽传输系统。

• 减少光电光OEO再生次数

  • 每次OEO再生引入约100us时延，减少再生次数可显著降低整体时延。
  • 中国电信已部署超长距100Gbps WDM和ROADM设备，减少再生次数。

• 采用OTN传输技术

  • OTN相较于SDH技术，在业务封装和映射时延方面有明显优势。
  • 中国电信已全面采用OTN技术承载大颗粒业务，为时延优化奠定基础。

• 选择低时延FEC算法

  • FEC算法复杂度与时延正相关，低时延FEC模式可降低FEC编解码时延。
  • 适用于对时延敏感的特殊业务场景。

• 采用RAMAN放大器

  • 避免EDFA带来的额外时延，且可延长全光传输距离，减少OEO再生。

四、时延监测技术

• OTN时延测试（DM）技术
  • 利用ODUk开销时间戳和计时器进行端到端时延测试。
  • 测试精度达到us级别，满足大多数业务需求。
  • 中国电信已部署支持该技术的WDM和OTN网络。

五、总结与建议

1. 优化光缆路由

   • 减少光缆路由长度，是降低光网络时延最直接有效的方法。
   • 中国电信应继续推动网络扁平化，优化光纤光缆网络拓扑。

2. 技术手段优化

   • 采用相干光通信、OTN、低时延FEC、RAMAN放大器等技术手段，进一步降低时延。
   • 在现有网络基础上，逐步升级至更高速率（如400Gbps）传输系统。

3. 业务承载选择

   • 对于以太网业务，OTN技术相较SDH技术具有更低的时延优势。
   • 推荐采用高阶VC4映射，避免低阶VC12映射带来的高封装时延。

附：关键数据与结论

• 光纤传输时延：5us/km，2000km光缆双向时延约7.86ms。
• FEC编解码时延：随迭代次数增加，时延呈指数级增长。
• OTN设备时延：FEC编解码占L1层处理时延的80%以上。
• 低时延业务需求：金融交易、高清视频、云计算、5G承载等。
• 中国电信优势：全国完善的光纤网络、路由优化能力强、技术升级潜力大。

图表概览

• 图1：纽约至芝加哥微波中继电路时延性能示意图。
• 图2：ITU-R M.2083定义的IMT-2020(5G)关键能力指标。
• 图3：OSI七层模型时延比较示意图。
• 图4：OTN时延测试（DM）技术原理示意图。

表格概览

• 表1：OSI各层网元引入时延分析。
• 表2：非相干光网络电路时延分布量化分析。
• 表3：相干光网络电路时延分布量化分析。
• 表4：SDH承载FE业务时延测试结果。
• 表5：FEC不同工作模式下的纠错能力和时延测试结果。