當前物理世界與數(shù)字世界正在逐漸融合，未來的基礎設施需要為數(shù)字化和智能化社會鋪平道路，提供感知世界的新方法，并為人、機器和物理世界之間的通信提供新范例。
2022年10月，IEEE收錄了2022年第13屆CSNDSP（International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing）暨第二屆未來光技術沙龍（FRONT（FutuRe Optical Networking Salon ） EDGE）期間的一篇論文《A Vision Towards F5G Advanced and F6G》。
該論文展示了ETSI F5G行業(yè)規(guī)范工作組（ETSI ISG F5G）基于用例和演進路線推動F5G Advanced和F6G發(fā)展的方法論。文中列舉了未來光通信基礎設施需要支持的用例，這類用例將支持F5G Advanced和F6G演進路線的制定，同時整合和協(xié)調(diào)不同的技術發(fā)展趨勢，將數(shù)字化帶給每個人、家庭和組織，構建萬物互聯(lián)的智能世界。
1、介紹
未來的光網(wǎng)絡需要支持傳統(tǒng)電信場景以及家庭、工業(yè)、垂直行業(yè)、公用事業(yè)、企業(yè)、IT和政府等場景的海量應用。為滿足上述應用需求，不僅需要全面覆蓋當前通信場景，還應考慮到未來通信基礎設施的技術發(fā)展趨勢和愿景。2020年，歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）成立了第五代固定網(wǎng)絡行業(yè)規(guī)范工作組（ISG F5G），以完成這一任務。ISG F5G工作組已成立2年多，發(fā)布了許多文件。本文總結了各類用例和網(wǎng)絡場景下的三大共同趨勢：
首先，連接將無處不在，并融入實物中。這意味著無感知連接將默默融入我們的日常生活與交互環(huán)境。
其次，要想實現(xiàn)人與環(huán)境的交互，新技術需要覆蓋人的所有感官。這種交互還需要無處不在的輸入和輸出設備，如高級傳感器、語音/手勢控制器、新一代顯示器、投影儀，甚至包括觸覺和氣味傳感器/發(fā)生器等。
另外，隨著人工智能的普及，環(huán)境智能化有望實現(xiàn)。在這種環(huán)境中，通信和計算基礎設施需要融合，以降低總體成本和功耗，同時在合法的基礎上滿足隱私需求。
這些技術趨勢導致光網(wǎng)絡基礎設施要求更高算力，以自主應對各類環(huán)境。此外，環(huán)境感知和基礎設施中的組件協(xié)作產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，導致通信和數(shù)據(jù)流量有所增加。隨著光學傳感能力的進一步增強，將會出現(xiàn)更多不同類型的應用。
基于光纖的光通信和傳感是打造萬物互聯(lián)的基礎，可實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)高效傳輸。為充分發(fā)揮光技術的潛力，我們需要了解不同場景和個人用例中的未來通信需求。這樣我們才能確定該需求與當前可用技術之間的差距，并通過研究、開發(fā)和推動標準化來縮小這一差距，這也是ETSI ISG F5G的使命。下文將詳細解釋ISG F5G工作組采取的措施，并輔以相關案例證明。
2、ETSI ISG F5G的用例驅動法
ISG F5G的標準化有一個關鍵特征，即它是一種面向應用的方法。對于F5G及后續(xù)演進技術來說，ISG F5G都會研究其具體應用場景，包括家庭、商業(yè)和移動通信等典型場景，以及各類垂直行業(yè)、化學和采礦應用、智慧城市等高級通信場景。對于后者，本文總結了一些滿足高級通信需求的新一代通信用例。這些用例僅描述了特定的應用和相應的需求，具體技術的應用，詳見后續(xù)技術概況和差距分析。隨后，基于該差距分析，ISG F5G將確定當前技術和標準的實際差距，并與ETSI內(nèi)部和外部的相關標準化機構交流，推動F5G及后續(xù)技術的演進和標準化。ETSI ISG F5G的標準化過程如圖1所示。
圖1:ETSI ISG F5G通過用例驅動標準化。ISG F5G確定了F5G相關的應用場景，不同場景對不同的用例有相應的需求，這些用例對技術概況和差距分析提出了技術需求，技術差距反過來又推動了不同標準化機構的進一步開發(fā)。
3、未來光通信用例
據(jù)悉，ETSI ISG F5G正在討論未來光網(wǎng)絡的通信需求。該討論旨在確定推動研究、開發(fā)和標準化需求的相關通信場景和關鍵用例。這需要ISG F5G成員、行業(yè)其他成員、學術界、研究機構、最終用戶和其他利益相關者之間廣泛交換意見。ISG F5G預計，F(xiàn)5G Advanced將于2025年實現(xiàn)標準化，F(xiàn)6G將于2030年左右實現(xiàn)標準化。
以下用例介紹了業(yè)界正在討論的部分F5G Advanced應用場景，以期拋磚引玉。
A.光纖到房間（FTTR）實現(xiàn)智慧家庭
智慧家庭，即家庭中的所有東西都是聯(lián)網(wǎng)的，可與家庭成員實現(xiàn)無縫交互，并根據(jù)時間、活動類型、媒體/電視播放內(nèi)容、室內(nèi)外空氣質(zhì)量、溫度等環(huán)境因素，控制供暖和通風、窗簾開閉、跨房間音樂播放、燈光調(diào)節(jié)等，提供舒適的房間環(huán)境。
這些功能都高度依賴家庭通信基礎設施，而FTTR方案為智慧家庭提供了必須的高帶寬、高可靠性和低時延網(wǎng)絡連接，如圖2所示。
圖2：FTTR為智慧家庭應用提供高帶寬、高可靠和低時延連接
B．光傳感實現(xiàn)智慧園區(qū)
智慧校園利用大量光傳感應用，包括周界安全、火災報警、建筑監(jiān)控、地震預報、交通監(jiān)控、人員、車輛或障礙物檢測、數(shù)字化3D地圖和室內(nèi)機器人導航等，提高整體效率（電源、工作等），保障員工和設備的安全。光技術在傳感和提供底層通信基礎設施方面發(fā)揮至關重要的作用，可提供智慧校園所需的傳感器信息。圖3為室內(nèi)定位的相關用例。
圖3：用于室內(nèi)定位的光傳感技術將使能眾多智慧校園應用
C. 光傳感實現(xiàn)智慧健康
智慧健康可實現(xiàn)從被動治療到主動預防疾病的轉變，是未來醫(yī)療的關鍵，還有望應用于早期風險檢測和疾病預防、突發(fā)健康狀況檢測、事故檢測及老人護理等方面。光傳感在這一過渡過程中將發(fā)揮關鍵作用，如內(nèi)置光學傳感器的智能靠墊和床墊，可以監(jiān)控呼吸、睡眠、心率、體重和其他重要健康指數(shù)，幫助人們在家、養(yǎng)老院或醫(yī)院完成健康監(jiān)測。
圖4：智能光學傳感器可為醫(yī)療機構或家中的病人提供無創(chuàng)健康監(jiān)測，實現(xiàn)從治療向預防的轉變
D．使用光學定位系統(tǒng)進行精準定位
工廠車間物體的超高精度定位是實現(xiàn)智慧工廠和新一代數(shù)字孿生技術的關鍵。目前，確�？煽慷ㄎ坏�射頻（RF）頻譜資源較為稀缺，定位系統(tǒng)通常依賴于無線電技術，精度有限，定位易受干擾。超高精度實時可視定位是打造精準實時3D模型，建設新一代自動化工廠關鍵。這些模型可規(guī)劃小車的軌跡，從而預防事故的發(fā)生。
圖5：精準的光學定位是打造新一代智能工廠的關鍵
E．光纖傳感的工業(yè)應用
光纖傳感對許多工業(yè)應用非常重要，包括電力線、天然氣和石油管道、石油鉆井、飲用水基礎設施、化工廠、采礦、交通基礎設施（道路、橋梁、隧道、鐵路等）以及許多其他需要空間分辨率傳感的應用。圖6展示了一個采礦場案例，圖中的光纖傳感器可以用來監(jiān)測振動、溫度變化、應變和許多其他環(huán)境變化。
圖6：光纖傳感器可用于采礦，檢測挖掘或鉆探引起的振動、可能引發(fā)坍塌的應變、過熱及其他溫度變化因素
F．智能制造工業(yè)光網(wǎng)絡
智能制造將基于新一代光網(wǎng)絡向工業(yè)云演進，這是實現(xiàn)工業(yè)數(shù)字孿生技術的關鍵，進而推動工藝發(fā)展和生產(chǎn)監(jiān)控與優(yōu)化。圖7中顯示的這類技術與工廠、發(fā)電廠、化工廠、船舶、火車、機器人等許多工業(yè)應用息息相關。
圖7：智能制造高度依賴通信基礎設施。通過工業(yè)光網(wǎng)絡，傳感器的讀取和施動者控制可以集中在（本地）云中，完成流程控制相關操作。這是一個很好的機會，可以通過整合資源，優(yōu)化整體制造流程，同時利用人工智能提高網(wǎng)絡可靠性、增強產(chǎn)品質(zhì)量并開展預測性維護。
3、光通信的代際演進
本節(jié)將重點介紹ISG F5G的光網(wǎng)絡代際演進路線�；趯饩W(wǎng)絡前幾個代際的分析，將朝著F5G Advanced和F6G的愿景邁進。
ISG F5G對光技術演進的代際演示方法易于理解，且協(xié)調(diào)了全球光基礎設施這一復雜系統(tǒng)的方方面面。這對需要部署通信解決方案的普通商業(yè)或家庭用戶應用來說尤其重要。
A．F1G到F5G的演進
F1G到F5G的定義詳見《F5G代際定義》和《ETSI ISG F5G白皮書》。與前幾代技術相比，F(xiàn)5G實現(xiàn)了三個維度的演進：(1)增強固定寬帶（eFBB），提高網(wǎng)絡速度;(2)全光纖連接（FCC），通過光聯(lián)萬物增加接入點數(shù)量；(3)極致體驗（GRE），提高服務質(zhì)量并大幅降低應用時延。
圖8：F5G的三大特性
B．F5G Advanced和F6G的演進愿景
我們相信，遵循固定網(wǎng)絡的演進路線，光網(wǎng)絡技術將不斷改善，網(wǎng)絡訪問將進一步簡化，并深化行業(yè)內(nèi)合作。為此，我們需要討論F5G Advanced和F6G的預期場景、用例和技術，以便用例可以實施和商業(yè)化。
這就需要繪制技術路線圖，為整個行業(yè)提供引導。根據(jù)本路線圖中的用例，如上文案例，F(xiàn)5G Advanced和F6G系統(tǒng)需要在其他維度上進行拓展，具體維度方向仍有待進一步研究。
速度、連接性能和體驗需要進一步增強，因此F5G在上述三個維度的演進需要繼續(xù)保持，以提高相應的關鍵性能指標（KPI）。其他KPI取決于市場需求和特定時間的技術水平，有待進一步研究。
需要進一步研究基礎光子技術、光網(wǎng)絡組件、整體架構以及新的應用和解決方案，以實現(xiàn)新一代光網(wǎng)絡的承諾，并為相關新用例提供必要的性能。
根據(jù)當前用例，已經(jīng)可以確定幾個方向：
提高關鍵應用的光網(wǎng)絡質(zhì)量、可靠性和帶寬，并改善用戶體驗。
大量光纖端點接入智能應用中的傳感器和通信接入點。
提高光通信技術的適用性，實現(xiàn)超遠距離覆蓋、高可靠性、高質(zhì)量、低成本的通信和傳感應用連接。
將大算力和人工智能嵌入光網(wǎng)絡，開發(fā)新型應用。
適應云應用，提高系統(tǒng)的靈活性。
優(yōu)化網(wǎng)絡，實現(xiàn)最佳能效。
優(yōu)化融合通信和計算基礎架構，將各類業(yè)務的整體功耗降到最低。
提高自動化水平，快速適應并降低基礎架構的運營成本。
4、總結
ETSI ISG F5G遵循用例驅動和基于演進路線的標準化方法，通過預測不同場景下光基礎設施的需求用例，確定當前技術與標準的差距。這些差距隨后將通過研究、開發(fā)和推動標準化來消除。我們邀請全球研究和創(chuàng)新界以各種形式參與F5G Advanced中期和F6G長期面向新型光基礎設施的創(chuàng)新過程。
論文原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9907924 
