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追光者们:光纤通信走过的一百年

2020-05-14 16:09:50 深圳市海誉光通讯技术有限公司 阅读

真空中光的速度,是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。

在认识到这一条真理之前,关于追逐光的故事,就已经铭刻进了东西方的神话当中。我们传颂夸父追日的故事,幻想阿波罗驾驶着太阳神车,计算光每一秒的行进速度。我们对于光的追逐,是对于极致速度的追逐,这种追逐如同一场人与自然的竞技。

只不过当我们的文明发展到一定高度时,这种竞技不再仅仅依靠我们的双脚去奔跑。而是让信息作为替代,在世界的各个角落穿流,击破速度所限的藩篱。我们虽然难以在物理世界超越光速,但在却可以在数字世界无比接近光。

我们今天所要讨论的光纤通信发展史,就是这段漫长赛程中,人类的一个小小的高光时刻。

追光伊始:当贝尔听到光

“光纤通信”四个字对于中国人来说,似乎是一个带着点“千禧味道”的名词。在2000年,家庭宽带逐渐普及,光纤入户成了件时髦事后,普罗大众才开始了解到这种技术。

实际上从十九世纪开始,人们就已经发现自然界中的速度王者——光,可以通过物质传导成为一种高速的传播介质。很多科学家和工程师都曾尝试过将这种介质利用起来,电话之父贝尔就曾经发明过一种叫“光话机”的技术,将一块极薄的镀银云母镜片放在阳光下,当镜片随着声音产生振动时,反射的太阳光束也会随着变化。将这种光信号转化成电信号,就能还原出模糊的人声。贝尔形容,他听到了“光的笑声、歌声和咳嗽声”。

(贝尔)

但由于工程能力限制,光纤传播一直受损耗困扰。贝尔的光话机仅能在200米的范围内进行通话,后来出现的光纤也仅仅能被应用于医疗内窥镜。因此当时的人们也仅仅是将其看做工业革命时代迸发的科技成果之一。

光纤通信从实验室抵达产业的虫洞时刻出现在60年代,彼时的工程师,后来的诺贝尔奖得主高锟用一篇论文解释道,此前光纤传播的损耗原因主要归咎于材料的低净度,如果应用高纯度材料,光束传播至少500米时还有10%的能量剩余。

(高锟)

高锟的观点虽然也停留在理论层面,但他用数学证明了光纤是可以为通信传播所用的。很快,在工程层面的配合下,美国康宁、贝尔等等企业都开始在光纤工程化上取得了突破。到了70年代,我国武汉邮电学院也开始研究光纤通信。

这条与光追逐的跑道,便就此铺开了。

“光纤革命”与其背后的中国追赶者

虽然中国从70年代就开始了对光纤通信的研究,但在场与光追赶的比赛中,我们真正展现出“存在感”,还是在90年代。

如果说70年代前后,人们对通信的需求还左右摇摆于可视电话是否能够普及,那么随着后来个人电脑的出现,互联网立刻成为了通信产业更加清晰的方向——让更多设备更加方便的接入互联网,并通过这张网络更快更好的传输信息。

在80年代末,国际电信联盟推提出了时分多路复用传输系统同步数字系列(也就是我们所熟悉的SDH),这种适用于多点传播的光传输网,与当时与日俱增的设备数量所带来的通信需求契合度极高。光纤通信由此迎来了第一个产业繁荣期。在1988年,完成一定科研累积并认识到光纤通信重要性的中国,开始了“八横八纵”大容量光纤通信干线传输网的建设。

值得记住的是,在1996年,华为发布了首款SDH设备SBS155/622,正式进入光传输网产业。这意味着光纤通信在中国已经不仅是一项政府主导的基础设施建设,而是一条生机盎然、可多元发展的市场赛道。

相比国内的起步状态,在整个90年代里,海外光纤通信市场已经经历了完整的勃发周期。其中最为典型的案例,就是知名电讯、通信企业北电网络起伏。

在90年代中期,大多数光纤通信的传输能力都停留在2.5 G。人们也都默认这一速度便是光纤传输的上限。而北电通过技术突破,破天荒的推出了10 G SDH产品。在那个互联网泡沫正盛,人们对互联网的可能性怀有无限期待的年代。这样惊人的体验提升,自然成为了撬动市场最有力杠杆。浪潮之中,当时的北电网络CEO罗世杰提出了“光纤革命”的口号。新技术也如同革命浪潮一般,迅速席卷世界。巅峰时期的北电一度占据了全球光纤通信设备43%的市场份额,排名第二的朗讯科技,市场份额仅有前者的三分之一。

重压与厚赏:为什么中国跑者必将赶超?

市场上的大浪淘沙永不停歇,很快曾经掀起过一场革命的北电,也因为互联网泡沫破裂带来库存积压,又错误地判断市场发展方向,对于40 G大容量光纤研发投入过大。企业经营不善最终导致破产,退出了通信产业舞台。

但这场“光纤革命”留给通信厂商,尤其是中国通信厂商了一条重要启示——这个世界对于技术进步的渴望,以及对于技术进步的敏感程度,远超人们想象。

回溯2000年前后,那段中国光纤通信看似默默无闻的道路,我们也能看到有关创新的闪烁星光。

华为在1997年就已经推出了自研SDH系列芯片,并对原本的SDH架构进行改进,在1998年推出了更灵活的MADM架构。同样在这一阶段,由中兴通讯和北京邮电大学联合承担的863计划项目完成验收测试。双方研发的光分插复用设备开始投入商用。中国企业这种对于创新的投入,不仅为后续技术研发打下了地基,更通过不断加大技术自研比重以平衡成本,帮助中国本土通信企业在后续的竞争中博得了更大赢面。

如今看来,从这些成果和当时中国科技发展阶段,已经可以捕捉到中国光纤通信厂商必将走向产业潮头的踪迹:

其一是累积与贮藏之踪。

虽然通信市场化发展晚于发达国家,但是中国对光纤通信技术落后的却不多。加之因发展阶段不同,华为、中兴等企业没有像北电那样被互联网泡沫的破灭祸及,最终得以贮藏实力,在研发和市场发展上更加灵活。

其二还有涌动与暗流之际。

跳脱出通信产业之外,2000年左右中国经济飞速发展,第一代互联网企业站住脚跟,都意味着这片市场对通信产业来说一片向好。加之当时中国的人口红利效应刚刚冒头,大量数据机构得出结论称中国将成为世界第一大宽带市场。巨大的用户数量、正在发展中的互联网经济加上中国对于基础设施建设的重视。都给光纤通信厂商带来了更大的压力。

重压与厚赏之下,已经跑过半程的中国光纤通信厂商除了押注技术创新的未来之外,别无选择。

万物倾斜下的2006

2006年是个重要的时间节点,无数影响深远的变革都发生在它附近。

在当时,Facebook用户数量正在逐渐赶超Myspace。承载了丰富游戏API、音乐模块、照片与文字的SNS社交媒体替代了内容形式单一的博客。

同样的时间段里,一份《互联网音乐调查报告》显示,50%的用户已经不再购买或很少购买CD,选择用互联网满足自己听音乐的需求。

人们的行为轨迹正在悄悄因为科技发生倾斜与流通,通信比以往更加无处不在,也比以往获得了更多的期望——SDH模式并非完美无缺,除了速率与容量之外,SDH的调度模式较为复杂,应对故障时灵活性较差,对于业务的波及面较大。互联网企业渴望更高速与稳定的通信网络,以释放自己在业务上的想象力。通信企业也在渴望着技术革新,以此能够在以往的基础设施架构上,更低成本的拥抱增量市场。

在这一过程中我们可以清晰地看到,在追光者们的身影中,中国正在不断超赶直至前列。像是当国际电信联盟发布SDH标准时,中国企业所做的更多是推出相关产品。

但在2006年国际电信联盟推出容量更大、光电双层调度的OTN(光传送网)时,华为这样的中国企业已经在其背后贡献了75%的标准制定工作。同样也是在这一年,凭借着自研芯片能力与创新架构,华为的SDH市场份额迅速上升直达全球第一。直到今天,很多电力、铁路等对通信稳定性要求较高的行业,还在应用着华为的SDH产品。

而在两年之后的2008年,华为则发布了业界首个光铜一体接入平台MA5600T。在漫长的光进铜退过程中,这种能够在一个平台利用起纯光、纯铜、光铜混合多种接入网的模式,自然成为了极好的选择。

在世界的另一头,光纤通信市场同样在发生变化。随着互联网泡沫破裂带来的冲击,加上东方有力对手的成长。原本玩家众多的光纤通信市场开始出现了整合趋势,最典型的就是发生在2006年年末,阿尔卡特与朗讯的合并。合并之后阿尔卡特-朗讯更加注重中国市场的“追光事业”,并在2007年一度成为中国市场仅次于华为的第二大通信设备制造商。

中国赛道的十年蝶变

但有趣的是,中国赛道上风云不仅仅因为追光者们的竞争而涌动,还要看赛道本身的起伏波动。时间回到今天,中国与中国科技企业已经不再像2006年那样,在变革发生的一瞬飞身跃起,抓住机会。

十余之间,这里已经成为一片孕育变革的土地。

从2006年至今,通信技术与互联网的发展历经了体系化的剧烈演化。

1、万物互联的萌芽。

从移动设备的普及到如今IoT逐渐进入产业和生活,在万物互联这一反复被提及的概念中,“万”与“互联”都为通信网络提出了新的需求:可预见的网络终端数量持续增长,意味着这些节点的联接需求正在呈指数级增长。这种情况对于网络架构的先进性、网络稳定性、带宽等等,都提出了全新的要求。

2、业务端的普惠之蜕。

与万物互联同时发生的,是整体业务环境正在脱胎换骨。产业智能化、智慧工业、企业上云的普及,正在让光纤通信潜入更多企业成为其不可或缺的一部分。在这种前提下,光纤网络如何在运维层面更好地服务用户?

3、通信技术的蝶变。

最重要的还有通信技术本身的变化,5G的出现、Wi-Fi 6协议的应用,无一不意味着人类在追逐光速的路途中不断向前。同样作为通信桥梁的重要组成部分,光纤通信也理应有更底层的技术蝶变。

在这种演化之下,光纤通信厂商们的技术创新显然更触及根源,并系统的定义了至少未来十年的光纤通信发展趋向——这场比赛正在进入未知之境,领头者奔向正确的地方,脚下便会出现跑道。从结果来看,领头者的重任最终还是落在了中国自己的光纤通信厂商身上。

寻路者华为:奔向全光网未来

在华为身上,我们可以清晰体会到“寻路感”。我们可以用三个关键词,总结光纤厂商当下的动作。

“破界”——通过对固有边界的打破,将技术创新推动至下一层面。

在为OTN贡献了75%标准之后,华为仍然在对OTN继续进行完善。今年华为所发布的业界首个Liquid OTN光传送解决方案,就强调了光传送网应从物理承载网络向业务承载网络演进。通过泛在联接、带宽无损调整、超低传输时延等等能力,满足不同业务的用网体验。2020年初,ETSI标准组织成立了F5G工作组,通过推进标准制定和产业落地,加速光纤到户到光联万物进程。这一切意味着10G PON技术将正式商用,自动驾驶、云VR、高清直播等等对于通信速率、稳定程度高度敏感的业务,很快就将变得触手可及。通过光传输、光接入和光猫三个层面的协作,泛在能力、网络资源利用能力正在一起融入用户体验之中。

“破限”——尽力突破理论和工程层面的能力限制。

破限能力,似乎可以被理解为跑者们对于自身体能的极限。实际上在光纤通信市场不断优胜劣汰的过程中,如北电这样退出历史舞台的企业,究其根本是“体能”达到了上限。而在跑者突破自身的极限时,无疑也在改变着整场比赛的入场标准。华为海思在研发上的持续投入和创新,则极大地提升华为光产品竞争力。曾经与华为同台竞技的厂商,如今已经出现了落后的趋势。还有将一千根光纤集中光背板上的OXC全光交叉技术,也通过工程能力的极限突破实现站内0连纤,极大的降低了排障复杂程度。

“破式”——突破固有业务范式以适应科技产业的整体发展。

在去年,华为发布面向企业的智简全光网战略,并围绕全光园区、全光数据中心互联、全光承载应用场景推出创新的“三束光”产品。这是首个面向企业市场的光网战略,将领先的光联接技术和成功经验引入企业园区、数据中心和生产通信,成为企业数字化转型的驱动底座。截至2019年底,华为的“三束光”产品已应用于158个国家和地区的3800个客户,服务政府、能源、交通、教育、医疗、金融等多个行业。当越来越多的企业开始接触全光网后,“信息高速公路”和极简的网络体验,会在不久的将来成为企业的核心竞争优势。

打破一切之后,华为所奔向全光网未来,将是一个光联接无所不在的未来。

结束语

人类用了一百年的时间追逐光,光也向前走了一百光年。

可具象化到生活中时,我们又发现这“一百光年”的距离似乎很短。百年之前,我们只能透过薄薄一片云母,听到光带来的模糊声响。百年之后打开手机、电脑,随处可得的光落在我们掌心,把地球另一端的风景实时放映。

当华为开始对企业全光网加以更多投入后,我们仿佛可以预见到光下一步的行进踪迹。盘桓于不同产业场景的企业如同水闸,将光网能力分流至每一个细小渠道中,工业生产、医疗、企业园区……直至这种能力无处不在。同时光纤本身也有无限进化空间,像是现在应用于工业、农业中的传感概念,也可以与通信网络结合,光纤也可以拥有传感能力,感知到形变、温度等等变化,从物理层面降低事故发生的可能。最终让光纤网络无限接近数字化,更加轻盈地覆盖到生活的每个角落。

这段追光之旅不会结束,追光者们会继续捕捉光的力量,并以此改变世界。

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