1.5 智慧光网络的概念
1.5.1 智慧光网络是什么
如图1-4 所示，智慧光网络由连接层、网络层、服务层3 个主要层次，以及算法算力面、人工智能面、数字孪生面3 个赋能面构成，也称作“三层三面”。智慧光网络的三层三面是一个有机的整体，连接层、网络层和服务层3 个层次的关系分别是下层资源和功能为上层所调用，算法算力面、人工智能面和数字孪生面则贯穿了智慧光网络的三层，为三层赋能。通过三层与三面之间的相互协作，智慧光网络在整体上具备泛在、超宽、开放、随需四大关键特性。
图1-4 智慧光网络的“三层三面”
智慧光网络的“三层”是网络功能与服务的构成主体，三层之间的下层资源和功能为上层所调用，各层具备不同的功能和特性，通过相互协作为用户提供服务。
1．连接层：融合资源供给
智慧光网络连接层涵盖媒质层、光器件、传送层、段层、隧道层等子层。媒质层由光纤、光缆资源构成，提供物理传输通道。光器件主要包括合波、分波单元，OADM/
ROADM，光放大单元，光监控单元等，是构成系统的基础组件。传送层在电域主要是以太网或OTN 帧结构电信号，光域采用灰光或彩光接口。段层包括灵活以太网（FlexE，FlexibleEthernet）、灵活光传送网（FlexO，Flexible OTN）等。隧道层则包括多协议标签交换（MPLS，Multi-Protocol Label Switching）、段路由（SR，Segment Routing）、虚容器（VC，VirtualContainer）、光业务单元（OSU，Optical Service Unit）和低阶光通路数据单元（LODUk ，Low Order Optical Channel Data Unit-k ）。基于以上各子层可以支持二层虚拟专用网（L2VPN，Layer2 Virtual Private Network）、三层虚拟专用网（L3VPN，Layer3 Virtual Private Network）和时分复用（TDM，Time Division Multiplexing）业务接入。智慧光网络连接层提供融合资源供给，供网络层根据不同的服务策略进行调用。
2．网络层：路由、控制策略协同
智慧光网络的网络层对连接层融合资源进行统一抽象、统一管理和统一编排，可屏蔽连接层在物理硬件、设备等底层基础设施的差异，将其抽象为通用的能力与服务，支持网络能力对外开放，支撑服务层应用实现实时、按需、动态化的部署。网络层通过单域控制器、多域控制器和协同编排器的层次化部署实现多个不同区域、不同层次在策略上进行协同，实现对连接层融合资源的调度。如通过光传送网络设备和IP 路由设备的SDN 控制器协同来实现“IP+ 光”的跨层协同，对业务的转发效率、成本、时延和功耗进行优化。智慧光网络的网络层从全局的角度对连接层资源进行全域资源感知、快速部署、弹性伸缩和灵活编排，满足上层业务对网络能力的按需定制、快速开通等要求。
3．服务层：用户差异化体验感知
智慧光网络服务层在连接层和网络层的基础上，通过节点间的相互协作、节点内部资源的灵活组合，为用户提供应用和服务，并从用户或业务的视角具备让用户感知到服务差异化体验的能力。服务层可提供包括智能化、可保障、可编排的网络连接服务，光网络与云服务相结合的云网协同和网络与算力深度融合的算网一体的融合服务。网络用户所感知的差异化体验表现在传统的基于服务合同的上下行带宽、网络时延和抖动等固化指标的差异上，还可随时随地按需动态调整这些参数。例如对时延敏感业务，尽量在光传送网光层按指定路径进行穿通和低时延转发。对要求高可靠性的业务，则通过多径分担、主备路径、资源优先抢占、IP层和光层多层协同联动等方式，增强业务路径的稳健性。对服务层来说，只需要专注于用户需求，而不必关心具体的实现，应用的支持不再受限于复杂的协议与网络交互及海量数据的处理能力。
智慧光网络的三面是指算法算力面、人工智能面和数字孪生面，三面贯穿于三层并对其赋能，以支撑智慧光网络的泛在、超宽、开放、随需特性。
1．算法算力面：网元和网络智能化的基础
智慧光网络连接层、网络层和服务层在运行过程中对数据处理算法和算力的需求日益增长，需要在云、网、端侧部署算力并运行对应的算法。算法和算力在连接层以网元为单位采用分布式的部署和运行方式，如在各网元设备的主控单元部署算力以支撑相应网元的数据处理，在光传送网线路侧相干光模块内置的数字信号处理器（DSP，Digital Signal Processor）中部署相应算法以提升线路性能。在网络层采用云化集中式的部署和运行方式，如在控制器、协同编排器部署相应算力提升数据的处理能力，针对某些特定应用场景，如为“IP+ 光”的跨层协同提供相应算法以提升效率。在服务层则根据不同应用的需要采用集中式与分布式的运行方式相结合的方式调用连接层和网络层资源，要依据不同的应用场景提供相应的算法和算力。
2．人工智能面：贯穿网络的“规划、建设、维护、优化”全环节
智慧光网络通过全方位地引入AI 技术，构建了统一的网络智能大脑，服务于连接层、网络层和服务层，贯穿于网络的“规划、建设、维护、优化”全环节。连接层各网元以边缘
智能的形式实现设备侧数据的本地智能推理和轻量级训练。网络层基于大规模AI 集群实现网络智能分析和决策，支持网络的灵活、高效和自动化。服务层引入AI 技术分析业务属性，提供差异化资源及策略匹配，提升用户体验。在网络的规划和建设阶段，传统的规划软件基于业务流向和带宽需求、光纤资源、站点资源等信息进行静态规划，智慧光网络可根据光纤长度、链路质量、业务等级和需求等因素合理地进行动态模拟和优化。在维护阶段，传统运维一般是被动响应式运维，智慧光网络依托AI 可支持主动预防式运维，如预测某个设备、链路未来有多大概率发生故障，然后对其进行针对性的维护。在网络优化阶段，可以自动识别网络中节点及链路的资源利用率，并且通过对未来业务增长等进行预测，给出合理的配置建议，实现光网络的自优化配置，降低网络中某些节点和链路的拥塞概率，减少资源浪费。如ROADM 节点的“波长碎片”、线路波长的剩余时隙等，从而有效提升资源利用率和用户体验。
3．数字孪生面：为用户和网络运行提供决策依据
智慧光网络数字孪生面基于仿真技术实现物理实体在信息空间的数字化建模，实现连接层、网络层、服务层的历史数据回放、当前状态呈现、未来趋势预测，支持各项指令的精准验证、测试，支持“以虚控实”。连接层通过感知、采集相关信息及运行状态，将物理资源数字化并动态映射为数字孪生体，可实现器件、模块、单盘、网元、网络、业务等元素运行规律的精准仿真。网络层可实现对性能、趋势、告警、隐患、故障、配置等关键参数的数字化、智能化闭环管理。服务层感知客户需求和业务质量，将其自动转换为相应的网络连接和资源配置，通过实时的网络验证与优化，实现面向客户与业务服务的动态保障。这些数字孪生实体与数据流和物理实体进行交互，实时获取物理实体的状态数据，并将各项指令下发至物理实体，实现“以虚控实”，支撑智慧光网络的自优、自愈、自治。
智慧光网络的算法算力面、人工智能面和数字孪生面通过利用若干关键技术在连接层、网络层和服务层进行部署，实现了3 个层次的贯穿。在连接层，通过AI 技术引入算法和算力，将网元升级为数字化的智能网元，由此可以让每个网元具备多维实时感知能力（如业务流、资源、拓扑状态、运维事件、能耗等），这样整个网络就可以更加敏锐地执行感知、处理和推理。在网络层，利用AI 技术并结合算法、算力提升网络的分析和决策能力，实现网络的灵活、高效和超自动化，如自动部署、故障事前仿真、事后校验、预防预测及主动优化等，实现运维从被动到主动的能力提升，并能够在云端和网络管控平面实现更高效的协同能力。在服务层，通过数字孪生的模拟仿真让用户体验并感知网络的质量、服务的等级。
智慧光网络通过“三层三面”的相互协作和赋能提升了整体能力。在具体实现上，在智慧光网络涵盖光接入网、光传送网和IP 承载网，融入SDN、NFV、AI、数字孪生、云计算、大数据等技术，推动向泛在光网、云网协同、算网一体的目标演进。
