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光网络传输网扩容深度展望分析报告

2017年光网络专题-传输网扩容深度分析报告

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2017年9月

正文目录

图目录

表目录

1、传输网：

构建更加智能与扁平的国家神经系统

1.1、传输网网络结构分为省际、省内与本地三层

根据通信行业的网络建设布局，通信网络可以划分为传输网和接入网。

传输网是传输电信号或光信号的网路，在整个电信网体系中负责传送/承载业务，属于基础网络，一般架构在交换网、数据网和支撑网之下。

传输网包括省级干线（一级干线）、省内干线（二级干线）和本地传输网。

干线网络：

省级干线与省内干线都属于干线网络，干线网络是负责对多个局域和地区网进行互连的一种高速网络，干线网络传输距离长、速率高、容量大，业务流向相对固定，业务颗粒也相对规范，具备了海量数据传输、强大的网络保护与恢复功能。

每个骨干网中至少有一个和其他因特网骨干网进行交换的连接点，骨干网是国家批准的可以直接和国外相连接的互联网，用于连接多个城域网的高速网络。

不同的运营商拥有自己的骨干网，以独立于其他运营商。

本地传输网：

本地传输网络又叫城域网，是将同一区域内的多个局域网进行互联的通信网，主要以城市的地理范围为覆盖区域，是介于骨干网和接入网之间的一种光纤传输网。

本地传输网可以细分为核心层、汇聚层与接入层3个层面，通过多种混合组网实现全程全网多业务传送。

其中，骨干网上联省内干线，汇聚层网络主要由网络中的业务重要节点和通路重要节点组成，接入层网络节点就是所有业务接入点。

经过多年的发展，我国传输网形成了以通信运营商传输网为主，中国教育科研计算机网、中国金桥信息网、中国科技网等其他基础传输网为辅的总体格局。

图1、传输网分层示意图

图2、城域网网络拓扑结构

1.2、需求推动传输网络技术光-电螺旋式演进

1.2.1、业务需求推动传输网技术发展

伴随通信网承载业务不同，传输网技术不断更新发展。

模拟通信时代：

传输网技术主要以模拟传输技术（TDM）为主。

数字通信时代：

通信网承载的业务主要包括固定电话业务、无线电话业务及数据业务，以PSTN、GSM为核心业务的通信网取得飞速发展，逐级汇聚交换的层次化结构网络模型成为主导，PDH与SDH技术应运而生。

IP化时代：

以ALLIP和移动业务为核心，推动网络架构完成了IP化，网络类型逐渐向融合与扁平化方向发展。

骨干网选择密集波分复用（DWDM）技术与光传输网络（OTN）技术作为发展主导方向；城域接入网从多业务传送平台（MSTP）逐渐演变为分组传输网（PTN）。

IT化时代：

内容提供商内容流量成为网络流量的主导，这对于传输网的承载能力提出了更高要求，传输网由光—电—光的传输方式向全光网（AON）方式转换。

控制层面：

传输网络IT化成为新的方向，软件定义网络（SDN）等前沿技术不断涌现并商用推动网络架构继续演进。

图3、传输网技术演进

1.2.2、技术本质：

光-电螺旋式演进

自大容量数据时代来临之后，传输网络发展逐渐聚焦到DWDM技术上来，DWDM技术作为传输网基础，其产业链光-电螺旋式演进的发展模式也主导了整个传输网络技术发展模式。

大容量传输网调制技术突破：

相干光技术与DSP技术推动了100GDWDM技术快速突破。

相干光技术中的“偏振复用-正交相移键控码”（PM-QPSK）做为100G光调制方式的国际标准，使得100G系统成本快速降低；长距离传输后的PM-QPSK光信号其偏振态会随机变化，借助DSP的强大的信号处理能力补偿信号由于长距传输造成的一些物理损伤，大幅提升了色散容量和PMD容限。

传输网交换技术：

FOADM、ROADM为代表的光交叉技术使得DWDM系统实现了业务的灵活调度；随着网络IP化深入发展，较大交换粒度和器件成本，决定了ROADM技术应用场景受限，融合了电交换技术与光交换技术的OTN技术在ROADM受限场景开始飞速发展。

未来传输网调制技术与交换技术依旧会沿着光-电-光模式螺旋上升，硅光、PPXC等技术或将引领下一个时代。

图4、传输网技术光-电螺旋式演进

1.3、传输网发展趋势：

超100G长距传输、大容量OTN下沉、融合的多业务传送、智能化网络管理

国内传输网带宽需求以及网络业务量快速增长促进传输网向着大容量超高速方向持续发力。

未来传输网依旧将以现有技术为出发点，伴随承载业务需求变化，发展成智能化大容量全光网络。

在可预见技术与投资周期内，传输网发展趋

势包括了：

面向干网的超100G长距传输技术、面向城域传输网大容量OTN传输下沉、面向城域汇聚层的融合多业务传送以及智能化的网络管理。

其中由于数据量急剧增加，城域网技术迭代与扩容迫在眉睫。

面向干网的超100G长距光传输

超100G传输技术：

100G设备大规模部署并成为骨干网的主导，随着干网流量持续增长，超100G技术商用部署已经出现曙光。

超100G传输技术为了达到更高的传输带宽，可采用的主要技术包括高阶调制、提升信号波特率、多载波技术、数字信号处理及芯片技术、灵活的栅格。

低损耗光纤技术：

低损耗光纤延长传输距离，降低干线建设成本。

从目前主流设备厂家测试结果来看，采用双载波和16QAM调制技术的400G系统的传输距离只有100G系统的四分之一甚至更短。

如果能够开发出损耗更低的光纤，就可以提升系统的OSNR（光信噪比），并有效延长传输距离，传输距离提升将降低再生站建设数量，有效降低超100G线路建设成本。

图5、超100G传输的关键技术

图6、康宁SMF-28®ULL超低损与G.652D光纤对比

城域网传输网100GOTN系统下沉

随着接入业务的带宽需求飞速增长，OTN系统（技术细节见附录一）下沉部署成为大势所趋，构建一个涵盖城域接入层、城域汇聚层、城域核心层以及长途干线层的端到端OTN网络，实现承载业务光速直达，是未来网络发展的必然趋势。

OTN技术具备大带宽、低时延、透明传送等特点，长途干线网会引入超100G新技术继续提升单纤传输容量和节点交换容量，在城域网核心层、汇聚层则会推进大容量OTN下沉来解决带宽瓶颈。

城域网汇聚层融合多业务传送技术（POTN）

在我国许多大中城市的城域核心层，存在着PTN（技术细节见附录二）和现有WDM/OTN系统通过背靠背组网来解决大容量组网与分组业务高效传送的应用场景，并与现有SDH/MSTP进行互通，从便于运营商网络运维、减少传送设备种类、节能减排和降低网络综合成本的角度出发，需要将OTN和PTN的功能特性与设备形态进一步有机融合，从而催生了新一代光传送网产品形态——分组增强型光传送网（POTN），目的是实现L2交换（Ethernet/MPLS）和L1交换（OTN/SDH）功能集成与有机融合，可以说POTN是以OTN的多业务映射复用和大管道传送调度为基础，引入PTN的以太网、MPLS-TP的分组交换和处理功能，使得分组功能（P）和光功能（O）能够进行任意比例的组合，从而实现电信级分组业务的高效灵活承载，并适当兼容传统SDH业务处理功能。

图7、传输网技术光-电螺旋式演进

智能化网络管理（T-SDN）

SDN作为一种网络架构思想，主要想实现：

1.控制与转发解耦以及智能控制集中化；2.底层网络拓扑和功能的抽象化，对于上层应用实现了可视化；3.利用可编程接口，允许外部系统控制网络的配臵、业务部署、运维以及转发行为。

在传送网络中，由于是大粒度的数据传输，目前已经实现了管控平面和数据转发平面的分离，向SDN主要演进方向就是实现网络可编程性（T-SDN）。

总体而言，T-SDN的概念可以概括为：

光网络的结构和功能可根据用户或运营商需求，利用软件编程方式进行动态定制，从而实现快速响应请求、高效利用资源、灵活提供服务的目的。

其核心在于光网络元素可编程特性，包括业务处理可编程、管控策略可编程和传输器件可编程。

图8、华为T-SDN解决方案架构和典型组网

2、低谷不低：

“需求与供给”推动城域传输网扩容建设正当时

随着网络通信数据量的大幅增加，对光通信网络容量的要求也不断增大，运营商需要对光纤宽带网络进一步扩容和建设。

骨干网和城域网的光纤扩容包括铺设更多的光纤以及对已铺设的光纤进行信道扩容。

信道扩容的方法有两种：

一是提高光纤的单信道传输速率。

目前正在进行从10Gbit/s到40Gbit/s及100Gbit/s、400Gbit/s的扩容；二是增加单光纤中传输的信道数，如利用波分复用技术（WDM）扩容到40通道、80通道等。

通过从网络承载现状、光芯片供给、国家政策以及运营商资本开支微观变化分析，我们认为传输网扩容将是下一段光通信网络的建设重点，2017年下半年开始城域传输网扩容建设将拉动光通信设备需求。

2.1、需求旺盛：

流量持续快速增长与流量内容结构变化促城域传输网扩容迫在眉睫

2.1.1、用户潜在需求释放与5G增量需求叠加致中长期传输网数据量快速增长

根据思科《皆字节时代：

趋势和分析》报告数据，到2016年底，年度全球IP流量将突破皆字节ZB大关，到2020年将达到每年2.3ZB。

2016年全球IP流量月均96EB，预计到2020年全球月均IP流量将达到278EB，复合增速24%。

其中，移动互联网、固定互联网复合增速分别为46%与23%；亚太地区2021年的每月IP流量将达到107EB，复合增长率高于全球平均水平达到26%。

图8、2016年-2021年全球月均流量

图9、全球分区域月均流量情况（PB/month）

在全球数据流量高速增长大背景下，我们判断，国内流量增长主要源于两个需求叠加：

1、中短期：

用户潜在需求快速提升；2、中长期：

5G网络建设带来增量需求。

中短期用户潜在需求释放促数据流量快速增长.在用户数量红利减弱背景下，用户需求带动了户均接入流量与IPTV等业务快速增长。

据工信部数据，2017年上半年，在4G用户快速增长的影响下，2017年6月全国月户均移动互联网接入流量达到1591.1M/月户，同比增长125.0%；随着光网城市、普遍服务政策的落实，2017年上半年，全国光纤接入FTTH/0用户比上年末新增3289.3万户，总数达到2.6亿户，占固定宽带用户总数的比重达到80.9%，较上年年末增加4.3个百分点，户均接入流量小幅回升；全国IPTV用户达到1.03亿户，融合业务规模持续扩大。

图10、移动互联网用户数与月户均接入流量

图11、2011-2017Q2IPTV用户数

根据国务院与工信部制定了通信行业十三五规划，移动互联网得益于今后几年4G网络的逐渐普及以及进一步推进提速降费等政策影响，我国移动用户流量潜在需求将得到进一步释放；用户接入网络速率，实现城镇地区光网覆盖，提供1000兆比特每秒以上接入服务能力，基本实现行政村光纤通达，有条件地区提供100兆比特每秒以上接入服务能力，接入网接入能力提升也将助推固网户均流量提升；IPTV作为运营商最有潜力的增值服务业务，未来仍将大力推广。

表1、“十三五”时期信息通信业发展主要指标

中长期：

5G带来的增量数据需求3GPP为5G定义了eMBB（增强移动宽带）、URLLC（低时延高可靠）、mMTC（海量大连接）三大场景。

增强移动宽带场景（eMBB）场景是指在现有移动宽带业务场景的基础上，对于用户体验等性能的进一步提升，主要还是追求速率的提升，未来5G标准要求单个5G基站至少能够支持20Gbps的下行速率以及10Gbps的上行速率，主要应对4K/8K超高清视频、VR/AR等大流量应用。

URLLC是要求5G的时延必须低于1ms，才能应对无人驾驶、智能工厂等低时延应用。

而mMTC场景是海量大连接，对应物联网等连接量较大应用。

在5G技术推动下，机器类通信，大规模通信以及关键性通信应用将应运而生，这些新的应用驱动网络流量急剧爆发，对于网络速率与承载能力提出了更高要求。

图12、5G三大应用场景

图13、5G超大数据流量的实现技术

2.1.2、数据流量暴增与数据内容结构变化触发城域传输网扩容迫在眉睫

互联网视频流量占比日趋提升，CDN依赖度更高在数据流量爆发式增长同时，数据内容结构也发生了显著变化。

依据思科报告数据，消费者互联网流量内容中互联网视频增长速度是最快的（2016年到2021年复合增速31%），2016年视频流量占到消费者互联网流量71%上升到2021年的81%。

数据内容分发对于CDN依赖度更高，通过CDN月均互联网流量将从2016年38340PB上升到2021年165651PB，年复合增速高达44%，预计2021年70%互联网流量通过CDN分发（2016年占比52%）；其中互联网视频流量对于CDN依赖度将达到77%。

图14、2016年-2021年数据流量内容结构

图15、2016年-2021年全球CDN月均流量

数据内容结构变化触发城域传输网扩容迫在眉睫超视频服务需求的快速上升，互联网内容提供商与通信服务供应商将使内容更贴近他们的客户，以便更好的管理用户体验质量和提高运营效率。

同时，城域网采用集中式分发网络架构，CDN边缘节点一般部署在城域核心网位臵。

这就意味着更多的流量将停留在城域网。

根据贝尔实验室测算，2017年城域网络中的流量占比由2012年57%上升至75%。

图18、2012年-2017年城域网与干网流量增速比

根据思科对于网络流量内容结构与CDN流量测算，未来这一趋势将强化，骨干网流量占比将进一步减少；考虑到随着视频的增长，互联网流量正从相对稳定的流量流（对等[P2P]流量的特征）逐渐发展成一个更加动态的流量模式。

流量增加以及流量模式变化对于城域网承载能力提出新的挑战，也催化运营商对于城域网进行扩容改造。

2.2、供给释放：

25G光芯片成本压制因素将逐步消除

2.2.1、产能与成本制约了100G光通讯设备规模化部署

25G光芯片供给受限，100G光模块产能有限制造电信级100G光模块主要所采用的25G电吸收调制激光器（EML）芯片。

目前国内尚不能生产，光迅目前只实现10GDFB规模化量产以及25GDFB验证。

10GEML和25G高速光芯片主要由海外厂商提供，目前高速激光器芯片紧缺程度非常高，尤其是25GEML芯片，全球供应紧张，电信级中长距离100G光模块的产能受上游影响较大。

目前国内电信级100G模块厂商都还没有大规模起量，基本靠海外进口。

图16、100G光模块发展历程以及内部结构示意图

图17、2015年全球与国内光器件市场格局

25G激光器芯片价格高居不下制约推广根据产业链调研与第三方数据，电信级100G光模块（100GLR4报价3000美金以上）成本占到100G光通信设备成本45%以上，核心元器件成本占到光模块成本70%-80%左右。

核心元器件包括实现电光转换的光发射模块TOSA（激光器芯片VCSCL、DFB、EML）与光电转换的光接收模块ROSA（APD探测器芯片），分别占光模块成本的50%和30%。

25G激光器芯片价格居高不下，直接制约了光通信设备规模化推广。

图16、100G光模块成本构成

图17、光器件元件成本构成

2.2.2、2017年四季度海外巨头扩产，25GEML价格下降25%-30%激光器芯片降价

根据我们从产业链了解到情况，伴随着25GEML技术成熟与良率提升，海外光芯片企业预计2017年四季度扩产产能将逐步释放；同时，国内光迅、昂纳在25G激光器研发与规模化生产上已经取得较大进展（光迅25GDFB已经完成验证，预计2018年规模化生产），国外企业技术红利优势减弱，在上述因素作用下，我们判断2017年四季度25GEML供给紧张的形势将有所缓解，同时伴随25%-30%的价格下降。

100G电信级光模块产能释放光迅、苏州旭创、新易盛等已有电信级100G光模块产品储备或小批量出货，将陆续新建与释放产能，也会有效保障100G光通信设备规模化部署需求。

预计到2017年四季度电信级100G光模块价格有望下滑25%以上，制约100G光通信设备下沉至城域网的成本因素减弱，运营商前期受到压制的需求有望快速释放出来。

2.3、扩容正当时：

宏观、中观支撑，微观加速信号已释放

在需求端与供给端双重推动下，运营商100GOTN设备下沉城域传输网进度有望加快。

从国家政策宏观与运营商资本开支层面出发，传输网扩容前期准备已经就绪；中国电信与中国移动2017年8月份两次超预期大规模集采已经释放非常明确信号：

城域传输网扩容加速已经开启。

1.2.1宏观层面：

工信部三年1.2万亿基础建设规划16年底发布

发改委和工信部2016年12月26日发布了《信息基础设施重大工程建设三年行动方案》，2016-2018年信息基础设施建设共需投资1.2万亿元，拟重点推进骨干网、城域网、固定宽带接入网、移动宽带接入网、国际通信网和应用基础设施建设项目92项，涉及总投资9022亿元。

与传输网相关规划如下：

骨干网：

优化完善既有“八纵八横”光缆网络架构，及时组织老旧光缆更新换代，积极推进超高速、大容量光传输技术部署。

围绕互联网骨干节点和新型交换中心，进一步优化互联网骨干网网间架构，全面提升整体承载和处理能力。

重点推进33个项目，涉及资金495亿元。

城域网：

配合不断增长的宽带接入提速需求，适度超前开展城域传输网和IP城域网扩容，加快重点网络节点设备升级，提升多业务承载能力。

重点推进8个项目，涉及资金1271亿元。

图18、1.2万亿基础建设规划各项占比

1.2.2中观层面：

运营商传输网资本开支同比增长

三大运营商2017年资本开支计划合计为3100亿元,同比下降13%,其中中国移动资本开支计划为1760亿元,同比下降6%,中国联通资本开支计划为450亿元,同比下降38%,中国电信资本开支计划为890亿元,同比下降8%。

虽然运营商整体资本开支在下滑，但是传输网建设资本资本显现增长拐点。

从2017年上半年运营商披露情况来看：

中国移动上半年传输网资本开支304.5亿元，同比增长6%；中国电信宽带网络与基础设备建设资本开支共计159.53亿元，同比增长7%；只有联通相关资本开支略有下滑（全年资本开支计划450亿元，但上半年只执行了91亿元，下半年将明显回补）。

表2、三大运营商近年资本开支情况明细

1.2.2微观层面：

运营商集采释放明确信号

中国电信2017年8月9日发布公告集采采购数量约为6100个100Gb/s线路侧端口；中国移动2017年8月23日发布采购WDM/OTN设备板卡与端口42196套。

这两次招标均是近年来两家运营商OTN设备集采规模最大的一次。

三大运营商在2013年-2015年进行了大规模100GOTN设备集采，完成了100GOTN骨干网络的建设；此后相关设备集采规模有所缩减。

2016年以来，运营商CAPEX持续下滑影响了传输网投资，本次两大运营商开启超预期OTN设备集采发出了明确信号：

2017年下半年传输网投资建设加速，将带来高速光通信设备与高速光模块需求拐点。

表3、三大运营商100GOTN设备集采数据汇总

3、城域传输网扩容市场需求有多大？

城域传输网扩容主要分为两个层面：

1、核心网与汇聚层100GOTN系统下沉；2、汇聚层100GPTN系统渗透率提升。

我们分别构建了数据流量与典型城市模型对于城域传输网扩容需求进行测算，根据我们测算未来三年城域传输网扩容对于100GOTN系统需求300-500亿元，城域承载网对于100GPTN及POTN需求200亿元。

3.1、未来三年100GOTN系统市场需求315-525亿元

3.1.1、流量测算模型

我们基于干网流量与100GOTN系统对应关系，测算了2020年城域传输网实现60%100GOTN渗透对应市场需求。

关键假设：

1、17年前运营商集采设备主要用于干网与省干网100G改造，现有改造基本满足18年干网流量需求（假设90%用于干线100G改造，10%用于部分城域网改造）。

2、根据我们整理运营商集采数据（见表3），13-16年运营商进行干网100G改造共计集采42000个端口（中国电信集采18000个端口；中国移动21000个端口；中国联通3000个）。

3、干网流量与城域网流量对比：

随着超宽带接入、视频、云和其它高带宽服务需求的快速上升，企业、通信服务供应商和Webscale公司将使内容更贴近他们的客户，城域网中内容流量会快速增加。

根据阿尔卡特朗讯贝尔实验室一份报告，2017年总流量75%将停留在城域网，25%流量会到达干网，城域网流量比例会进一步扩大。

我们采用干网流量与城域网流量比1:

4。

4、未来城域网流量增长速度预计40%-70%,我们假设到2020年城域网流量年复合增速50%

5、城域网100G网络扩容改造主要用于现有流量与新增流量传输。

计算过程：

根据上述关键假设，我们测算到2020年城域网需要100G端口总需求为50万端。

（2017MT）*（10.5）^3（42000*90%）42000*10%2017BT（其中2017MT（2017年城域网流量）：

2017BT（2017年干网流量）=4:

1）假设到2020年城域网100G端口改造完成60%-70%，对应端口数数量30~35万个，到2020年对应城域网100G改造市场需求规模为360~525亿元。

3.1.1、典型城市测算模型

我们选取了中国移动上海市与通辽市城域网架构作为典型模型，测算了一线城市与其他地级市城域网100G下城带来市场需求。

关键假设：

1、将我国城域网等级分别划分一线/省会城市与地级市，分别将一线/省会城市、地级市城市代表性城市城域网OTN现状进行拆分。

2、根据人口数量与区域特点给予不同城市OTN网络规模一定比例系数。

3、主要关注现有城域网核心层、汇聚层以及接入层10GOTN与40GOTN节点进行100GOTN设备新建与升级，基本假设多波OTN设备与单波OTN设备需求比1:

4。

4、同一城市不同运营商网络规模：

根据2016年运营商流量与用户规模确定：

中国电信：

中国移动：

中国联通：

中国广电=4:

4:

1.5:

0.5。

5、基准城市确定：

一线/省会城市：

上海为标准；地级市：

通辽为标准。

计算过程：

以上海市2015年已建成100GOTN城域网网络规模测算全国直辖市/省会/单列市100GOTN网络需求为100GOTN系统2974个。

表4、一线城市100GOTN需求测算

通辽地区移动城域网OTN系统11个，根据我们的假设预计通辽地区三大运营商与广电OTN系统约为28个，这28个OTN系统都是潜在需要更新为100GOTN系统。

根据通辽地区情况我们可以测算出全国其他非省会地级市潜在需要更新以及新建OTN系统数量约为9000个。

表5、一线城市100GOTN需求测算

根据上述模型我们未来三年100GOTN系统城域网下沉市场需求在315-441亿元。

3.2、未来三年POTN系统市场需求200亿元

我们更加关心移动回传网络的需求，我们根据中国移动PTN集采数量与中国移动现有基站数量对应关系，测算了回传网POTN的市场需求。

我们假设：

1、中国移动自2012年到2016年起共计采购85万端PTN设备用于移动回传网络，承载了151万4G基站数据需求。

2、目前2016年底全国共计559万个基站，其中4G基站263万个，占比47%；根据通信业十三五规划，2020年实现4G网络城乡全覆盖，预计2020年4G网络占比80