通信世界网消息（CWW）2025年10月，工业和信息化部发布《关于开展城域“毫秒用算”专项行动的通知》，提出在城域内实现算力中心毫秒互联、算力资源毫秒接入、算力应用毫秒可达，其中算力中心间的单向光层时延、入算时延小于1毫秒，应用终端到算力中心服务器的网络时延小于10毫秒；到2027年基本形成全域覆盖、高效畅通的城域毫秒用算网络能力体系。
当前，传统网络规划仍然以带宽扩容为主，已无法满足企业和个人用户低时延场景下的用算需求。因此，需要深入研究如何在现有网络基础设施上建立低时延网络体系，以及如何保障网络时延可控。
1 端到端网络时延分析
端到端网络时延由传播时延、发送时延、处理时延、排队时延四部分构成。传播时延由光纤传输距离决定，运营商现网大多采用G.652光纤，时延约为5 μs/km；发送时延与帧长、链路速率有关，在高速率下可忽略；处理时延由数据包封装、交换调度时间决定，不同层级设备引入的处理时延不同，经研究发现，经对比发现OSI（开放系统互连）模型的L1层设备引入的时延在微秒级；排队时延与网络拥塞程度和队列调度机制有关，排队时延可能达到几十毫秒甚至达几百毫秒，应引入新的队列调度机制以有效降低数据包排队等待时延。
2 低时延网络优化策略
本文重点研究传播时延、处理时延的优化，旨在利用全光城域网、小颗粒OTN、新型光纤等新技术和新材料，实现端到端时延优化，满足各类应用场景的时延需求。
2.1 全光城域网
城域内金融交易与工业制造等超低时延业务需求、DC（数据中心）间多AZ（可用区）冗余保护以及个人用户实时性云服务业务，均需要依赖城域光传输网提供中心算力之间、算力业务接入点至中心算力之间1 ms超低时延连接。因此，需要构建大带宽、低时延、灵活调度的城域全光底座，以满足算力时代的业务动态调度与任务式需求。
随着算力时代的到来，光传输网应由目前基于行政区覆盖的建网模式，向以DC为中心的建网模式演进。城域全光网架构如图1所示。城域核心组建DC间大容量、无损全光网络，部署400 Gbit/s光传输系统，应用OXC（光交叉连接）技术实现波长级大带宽直达连接。与传统电层交换相比，OXC技术将信号始终保持在光域进行调度，既可以避免每次光电转换引入的10~100 μs时延，又能够有效降低机房整体功耗。
图1 城域全光网架构
推动ROADM（可重构光分插复用器）技术下沉至汇聚接入层，汇聚节点采用新型M×N WSS（波长选择开关）池化波分技术，通过扩展WSS的线路端口，实现多个接入环共享一组WSS。通过共享波道资源，将光层利用效率提升至60%以上，有效降低光层成本。接入层以环形组网为主，综合业务节点采用极简二维ROADM，灵活配置每个站点的波长，实现不同环间波长共享，支持多业务泛在接入。面向家庭用户可采用“PON（无源光网络）+OTN”接入方案，为多样化业务提供差异化的服务管道；面向中小企业用户，可采用OTN P2MP（点到多点连接）方案，在实现硬管道隔离服务的基础上支持业务的快速开通，并有效降低用户入算成本；面向政务、金融用户，提供OTN P2P（点到点连接）方案，实现大带宽、低时延、高品质用户入算[1]。
2.2 小颗粒OTN技术
目前业界主流的小颗粒业务承载技术是基于OTN设备的OSU（光业务单元），作为下一代光传送技术，OSU在时延优化、带宽随选等方面发挥着关键性作用，其核心是基于灵活映射的光业务单元，实现多业务接入统一承载和业务的快速开通。OSU技术采用OSUflex—ODUflex—OTUCn三层映射封装，现网测试数据表明，相较于现网VC（虚级联）承载的五层封装，减少了两层处理环节，经试验网测试，双向处理时延可降低1~3 ms[2]，能够更好地满足金融交易等场景的低时延需求。
为充分利旧现网OTN设备，使其平滑演进支持OSU能力，目前有两种升级方案可供选择。
方案一：扩容OSU支线路板。该方案需要在现网OTN设备上扩容支持OSU功能的支线路板卡，接入层叠加一个新的环路，汇聚层扩容OSU波道，打通端到端OSU独享传输通道，实现与传统EOS(Ethernet over SDH)业务的硬隔离。此方案适用于大型城市或业务热点城市部署。
方案二：扩容OSU桥接板。该方案需要在现网OTN设备上扩容OSU桥接板，接入层利旧原有OTN环路，汇聚层利旧原有波道，OSU业务的交叉与调度均在OSU桥接板上进行。其优点是最大化利旧现网资源，实现各种颗粒度业务的接入；缺点是OSU桥接板交叉能力有限且无法实现全阻OSU交叉，当交叉配满后需要再次叠加板卡以扩容OSU交叉能力，这会增大对设备槽位资源的消耗，影响设备的总接入容量。该方案的灵活性受到一定限制，适合在普通城市或业务量小的城市部署。
2.3 新型光纤应用
G.654.E光纤具有更低衰减系数和更大有效面积，可以提高入纤光功率，降低非线性效应，从而提升光传输系统的光信噪比（OSNR），延长系统无中继传输距离，减少通信中继站数量，降低建设和维护成本，精准匹配城域DCI（数据中心互联）、城域及区域核心互联等场景的核心需求。
与此同时，各大运营商积极开展空芯光纤试验，空芯光纤的产业化进程不断加速，有望在2027年前实现规模化商用。空芯光纤通过特殊的结构设计，实现光信号在空气中传导，大幅减少了介质对信号的传输限制，经测试对比，其传输速度较常规光纤提升了约47%，传输时延由5 μs/km下降至3.46 μs/km[3]，时延优化幅度达到31%，可有效满足低时延通信场景的要求。
3 低时延网络典型应用场景3.1 工业智能化应用
低时延网络对工业智能化应用极为关键，许多制造企业需要实时对生产过程进行控制并得到反馈，如数控机床、电网差动保护、AI质检等。这些应用均要求数据传输时延在毫秒级别，任何丢包、延迟、抖动都有可能造成设备误操作，降低生产效率甚至引发安全事故。例如在机器视觉应用中，工业质检对实时性与可靠性要求极高，传统人工质检存在效率低、误差率高的问题，采用机器视觉质检可以通过AI算法对高清图像数据进行实时分析，并通过低时延网络回传至产线控制系统，实现全流程自动化质检。该场景下，视觉传感器先采集高清图像数据，通过“PON+OTN”方案实现快速入算并回传至边缘计算节点，数据通过本地化实时处理实现缺陷快速识别，在降低传输时延的同时提升产线效率。
3.2 金融交易应用
在金融行业中的高频交易和实时数据分析等场景，低时延网络已经成为提升竞争力的关键因素。它不仅能够显著缩短交易时间、提高交易成功率，还能助力金融机构在瞬息万变的市场中快速作出决策。毫秒甚至微秒级别的时延差异都可能决定交易的成败，例如高频交易者通过快速获取和处理市场数据，执行大量交易指令，以捕捉微小的价格波动；金融机构需要实时监控市场动态，及时调整投资组合；金融分析人员需要快速处理大量实时数据，以生成有价值的分析报告。这些都要依赖低时延网络来提高分析效率，进而增加盈利机会。
4 结语
随着算网深度融合，城域毫秒用算已成为城市数字化转型的重要环节。未来，应持续推动低时延网络技术的创新与应用：一方面推动空芯光纤等新型传输介质的商用化进程，推进OSU技术的试点、全光网的部署；另一方面结合业务场景的差异化需求，完善网络规划、运维与管控体系。相信通过技术创新与场景赋能，有望在2027年建成全域覆盖、高效畅通的城域毫秒用算网络体系，为数字经济高质量发展注入强劲动力。
参考文献
1.张传熙, 段致岩, 刘刚, 等. 算力时代光传送网规划与运维[J]. 邮电设计技术, 2024(12): 1-7.
2.吕文琳, 牛文林, 陆源, 等. 基于OSU技术的新型OTN解决方案及运营商部署研究[J]. 山东通信技术, 2022, 42(3): 25-29.
3.林浩, 刘京川, 张克刚, 等. 算力网络低时延关键要素分析及规划策略探讨[J].广东通信技术, 2024(8): 51-55.
