ETSI ISG F5G，即歐洲電信標準化協(xié)會第五代固定網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)規(guī)范工作組于2022年9月新發(fā)布了一份白皮書《F5G Advanced and Beyond》，介紹了F5G向F5G Advanced以及未來的F6G演進的驅動因素、能力維度和關鍵使能技術。
2022年10月，World Broadband Association（WBBA）期間，中國聯(lián)通牽頭聯(lián)合20多家國內(nèi)外運營商和行業(yè)伙伴發(fā)布了《F5G Advanced產(chǎn)業(yè)白皮書》。
該白皮書明確了F5G Advanced"10Gbps泛在接入、OTN to EverySite、面向算力服務的低時延圈、自智光網(wǎng)絡、工業(yè)級低時高可靠及通感一體"的產(chǎn)業(yè)愿景，圍繞"聯(lián)家、聯(lián)企、聯(lián)算和綠色全光底座"四大新場景探討F5G Advanced網(wǎng)絡架構、技術功能增強及關鍵能力演進，重點定義了F5G Advanced的核心特征、網(wǎng)絡能力、演進路徑及關鍵技術支撐，為寬帶網(wǎng)絡發(fā)展及下一階段演進提供了指導。其中，詳細闡述了F5G Advanced十大關鍵技術。
Top1. 400Gbps和800Gbps+超寬技術
隨著中國"東數(shù)西算"工程正式全面啟動，優(yōu)化東西部間互聯(lián)網(wǎng)絡和樞紐節(jié)點間直連網(wǎng)絡，成為一項重要的任務，海外圍繞DC數(shù)據(jù)中心建網(wǎng)也成為趨勢。數(shù)據(jù)中心DCI互連和干線光網(wǎng)絡流量持續(xù)提升，需要傳送網(wǎng)的傳輸端口速率持續(xù)翻番，并能在距離不變的情況下單纖容量倍增，實現(xiàn)骨干網(wǎng)絡大容量傳輸。
400G城域標準也已發(fā)布，定義了200G@C80和400G@C40；400G長距標準在2021年底完成立項，預計2024年發(fā)布；800G標準當前主要是幾個標準組織在討論客戶側模塊，線路側及系統(tǒng)標準后續(xù)會跟隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐步提上日程。
為了適配這一需求，光電產(chǎn)業(yè)需要在光模塊、光譜、光纖以及相應的系統(tǒng)調測領域做關鍵技術準備：
- 光模塊端口速率需要由當前的200G提升到400G和800G，同時要能保持相同或近似的傳輸能力，這就需要在高性能編解碼算法、FEC算法以及非線性補償算法方面進行研究。
- 光放在400G階段將從原來的C波段擴展到C+L波段，實現(xiàn)頻譜翻倍，從而可以在譜效率基本不變的情況下，實現(xiàn)容量翻倍。在頻譜效率面臨瓶頸的情況下，800G代際可繼續(xù)探索更寬頻譜的技術演進路線。
- 新型光纖的研究和探索，包括大有效面積、低非線性的G.654E， 多芯少模光纖，空芯光纖等。
Top2. 端到端波長交換OXC
目前，全球范圍內(nèi)骨干層面均已經(jīng)部署大規(guī)模的ROADM/OXC網(wǎng)絡，光層調度逐步向城域匯聚及接入層延伸。相對于傳統(tǒng)的老光層平面，全光網(wǎng)實現(xiàn)業(yè)務波長級一跳直達，減少復雜電光轉化，建立類似"高鐵"大站直達，無阻塞，超低時延、全光調度式"高速立交"，高效疏導業(yè)務流量，極大提升帶寬調度效率。面向未來業(yè)務發(fā)展，全光網(wǎng)絡調度和全光交叉單元也面臨了一系列挑戰(zhàn)。
骨干傳輸向高端口、更快調度、更寬頻譜演進；城域網(wǎng)絡要求更加靈活的部署、更低成本和極簡運維成為城域光層動態(tài)化發(fā)展新常態(tài)。針對OXC一系列的技術挑戰(zhàn)，需要在包括低成本少端口、64D及以上多端口、C+L一體化WSS等進行研究。
Top3. 敏捷發(fā)放業(yè)務協(xié)議
敏捷業(yè)務發(fā)放協(xié)議：面向全光業(yè)務入云和入算提供極簡、高效控制協(xié)議
- 業(yè)務協(xié)議：業(yè)務路由控制，控制和轉發(fā)分離
- 連接協(xié)議：控制信令隨數(shù)據(jù)通道轉發(fā)，轉發(fā)性能同管道數(shù)量解耦，海量連接快速建立性能保證2B/2H入云業(yè)務場景中，用戶需要一點/多點接入并連接到多云，OTN邊緣節(jié)點需要通過感知業(yè)務報文的目的地址/VLAN，自動映射到對應的OSU/ODUk管道中。
同時OTN邊緣節(jié)點感知業(yè)務應用類型和流量，并根據(jù)應用流量模型計算所需帶寬，自動觸發(fā)對應OSU管道帶寬調整。OTN邊緣節(jié)點通過業(yè)務協(xié)議實現(xiàn)企業(yè)端私網(wǎng)地址的轉發(fā)，同時通過控制器轉發(fā)可以大幅降低對網(wǎng)絡內(nèi)中間經(jīng)過網(wǎng)元的操作復雜性。
面向OSU小顆粒度業(yè)務，斷纖影響的業(yè)務量會到千級甚至萬級以上，恢復性能會受到影響。智能路徑計算單元預先計算恢復路徑并將預置資源配置到恢復路徑每個節(jié)點，當斷纖故障時，連接協(xié)議隨數(shù)據(jù)通道轉發(fā)，快速激活帶寬，實現(xiàn)十毫秒級恢復性能。
Top4. 光業(yè)務單元OSU
光業(yè)務單元（OSU）是OTN網(wǎng)絡面向城域網(wǎng)大規(guī)模小顆粒專線承載場景演進的網(wǎng)絡技術，采用更小的時隙粒度（Mbit/s級），支持海量的彈性硬管道連接，提供可承諾的確定性低時延，完善的端到端OAM功能，滿足城域網(wǎng)專線承載場景的高品質需求。
國內(nèi)和國際標準組織分別積極開展OSU標準的研究與制定，國內(nèi)CCSA已經(jīng)完成了OSU標準立項及技術方案定義，當前技術方案定義已經(jīng)穩(wěn)定；國際ITU-T 已經(jīng)完成了G.OSU標準的立項、場景需求以及技術方向的討論，在2022年9月ITU-T SG15全會上達成眾多的技術方向共識，為OSU標準制定奠定了基礎。
Top5. 50G PON
2021年9月ITU-T批準發(fā)布了50G PON標準，業(yè)界普遍認可50G PON是下一代PON的主流技術。ITU-T標準定義的50G PON系統(tǒng)采用點到多點架構和時分復用技術，第一版本支持下行50 Gb/s和上行12.5 Gb/s或25Gb/s，未來增強版將支持對稱50 Gb/s。50G PON引入DSP（digital signal processor）彌補器件性能損傷，使能接入帶寬相比10G PON提升5倍。50G PON的業(yè)務支持能力也得到增強，單幀多burst、注冊窗口消除、Co-DBA(協(xié)作DBA)等技術降低了傳輸?shù)臅r延和抖動，PON切片技術提升了確定性業(yè)務質量保障的能力。
標準發(fā)布推動了業(yè)界50G PON技術和產(chǎn)業(yè)成熟，預計2025年左右開始商用部署。網(wǎng)絡代際升級，平滑演進歷來是關注重點。網(wǎng)絡演進是逐步推進的過程，因此需要提供50G PON系統(tǒng)和現(xiàn)網(wǎng)PON系統(tǒng)同ODN共存的技術方案，局端單PON口MPM（multi-PON module）多模方案是重點研究方向。為了提升50G PON的部署效率，局端設備需要支持現(xiàn)網(wǎng)同等光功率預算和端口密度。
當前實現(xiàn)>29dBm光功率預算、高密PON線卡仍面臨技術挑戰(zhàn)，研究方向包括新型大功率激光器及高靈敏度接收芯片、低復雜度DSP算法。
Top6. Wi-Fi 7
Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be) 是Wi-Fi 6以及Wi-Fi6E的升級。2022年Wi-Fi 7 Draft2.0定稿，預計2024年底完成標準發(fā)布，Wi-Fi 7可以提供超過30Gbps的標稱峰值數(shù)據(jù)速率，比Wi-Fi 6快約三倍，同時Wi-Fi 7仍可向后兼容前代Wi-Fi設備。
Top7. 集中管控FTTR組網(wǎng)
FTTR是將光纖進一步延伸至家庭/小微企業(yè)內(nèi)部的每一個房間，通過光纖構建信息基礎設施，圍繞業(yè)務體驗保障為室內(nèi)每個區(qū)域提供高質量網(wǎng)絡。FTTR由主設備、從設備和室內(nèi)光纖分布式網(wǎng)絡三部分組成。
全屋一張網(wǎng)穩(wěn)定高品質體驗是FTTR的關鍵目標。針對傳統(tǒng)室內(nèi)Wi-Fi網(wǎng)絡不可控、不穩(wěn)定等關鍵問題，F(xiàn)TTR通過中心化的一張網(wǎng)管控架構，依托業(yè)務與連接協(xié)同、光+Wi-Fi協(xié)同、Wi-Fi集中控制等多層次技術增強，使能整網(wǎng)的Wi-Fi AP在頻域、時域、空域等多維度精準協(xié)同，從而提供整網(wǎng)一致穩(wěn)定的聯(lián)接體驗以及零丟包無感的漫游體驗。權衡業(yè)務體驗需求以及設備資源限制，獲取最優(yōu)的光與Wi-Fi協(xié)同機制、Wi-Fi集中管控算法需要持續(xù)的探索研究。
全屋一張網(wǎng)極簡運維是FTTR的發(fā)展基礎。一張FTTR網(wǎng)簡化為一個管理點，支持一鍵式業(yè)務發(fā)放及智能運維。FTTR一張網(wǎng)運維框架和管理模型有待業(yè)界共同研究和定義。一方面，F(xiàn)TTR高品質連接是家庭及小微企業(yè)智慧應用的基石；另一方面，廣泛分布的光纖和設備本身也具備感知和計算能力，成為產(chǎn)生數(shù)據(jù)的源頭和數(shù)據(jù)處理的資源，F(xiàn)TTR未來有巨大的潛力提供智慧服務從而增加網(wǎng)絡價值。
Top8. PON多維切片
從Wi-Fi空口、ONU以太網(wǎng)口，到OLT網(wǎng)絡側出口，實現(xiàn)E2E切片保障SLA體驗。并通過應用SLA要求的精準感知，實現(xiàn)切片動態(tài)創(chuàng)建和資源按需調度等，實現(xiàn)SLA可承諾可視可管，支撐單纖端到端綜合業(yè)務承載。同時通過家庭/企業(yè)內(nèi)Wi-Fi網(wǎng)絡優(yōu)化、光接入網(wǎng)絡時頻分等技術匹配毫秒級及更低的微秒級確定性低時延需求。
端到端的切片涉及到從接入側的ONU、OLT網(wǎng)絡側出口，通過合理的組合網(wǎng)絡中各個設備的切片，并實現(xiàn)切片動態(tài)創(chuàng)建和資源按需調度等，構成端到端的行業(yè)專網(wǎng)切片實現(xiàn)一網(wǎng)多用為不同的行業(yè)用戶提供差異化承載服務。
Top9. 智能原生，自智網(wǎng)絡
電信管理論壇（Telecom ManagementForum，TM Forum）的自智網(wǎng)絡項目（Autonomousnetworks (AN) Project）制定針對自智網(wǎng)絡的總體框架和分級標準做了定義。另外，歐洲電信標準協(xié)會（European Telecommunication StandardsInstitute，ETSI）則從面向資源的業(yè)務（ResourceFacing Service，RFS）的角度，研究和標準化如何實現(xiàn)端到端網(wǎng)絡和業(yè)務的自動化管理，以及人工智能在自智網(wǎng)絡中的應用。目前，TM Forum、ETSI、CCSA的各相關項目和工作組，以及其他相關標準組織，已經(jīng)成立了跨標準組協(xié)同組織，共同研究和標準化自智網(wǎng)絡，推動自智網(wǎng)絡技術在光網(wǎng)絡等不同領域的標準落地。
Top10. 通感一體化
- 光 纜數(shù)字化關鍵技術
光通信系統(tǒng)中的設備網(wǎng)元一般難以有效監(jiān)控光纜網(wǎng)等無源基礎設施啞資源的健康度和運營狀態(tài)，運營商對機房光纖配線架（ODF）和室外光交箱的端口占用狀態(tài)和跳纖連接關系長期缺乏行之有效的數(shù)字化管理手段。隨著傳感器、人工智能和大數(shù)據(jù)等先進技術的蓬勃發(fā)展，基于各類手持終端設備開發(fā)的數(shù)字化信息采集和處理工具，及具備光纖質量監(jiān)控和光纜態(tài)勢感知能力的智能化設備板卡，結合先進高效的計算視覺和機器視覺算法，將為運營商及其他光纜網(wǎng)業(yè)主提供實時、精確的無源設施點、光纖、光纜等海量啞資源的數(shù)字化錄入、稽核和同步功能。同時，針對光纜線路總里程占比最高的運營商本地網(wǎng)主干和配線光纜段，基于底層光電器件和基礎材料的創(chuàng)新突破，已有設備廠商實現(xiàn)了對千兆光網(wǎng)"端到端"光路資源的可視、可管，并逐步成為未來光纜網(wǎng)接入段運維管理的發(fā)展方向。
- 光纖傳感關鍵技術
光纖傳感利用光在經(jīng)過光纖時的物理性質來檢測振動、溫度、應變和其他參數(shù)的變化。光纖傳感利用光纖作為傳感器，在光纖沿線創(chuàng)建數(shù)千個連續(xù)的傳感器點。這稱為分布式光纖傳感�；驹硎鞘褂脴藴驶蛱囟ü饫w，通過拉曼、瑞利和布里淵分布式光纖傳感器技術實現(xiàn)測量。
與傳統(tǒng)的機電和電子傳感器相比，光纖傳感有著一系列的優(yōu)點，該技術以抗電磁干擾、耐腐蝕、易集成、本質安全、距離遠、精度高等特點，在大型工程項目中應用優(yōu)勢明顯，已被人們廣泛關注，并在各個行業(yè)涌現(xiàn)出大量成熟應用案例，如油氣管道入侵監(jiān)測、大型園區(qū)及軌道交通周界安全、橋梁大壩等大型土木工程結構安全檢測，隧道等軌道安全監(jiān)測等。
隨著窄線寬光源性能持續(xù)提升，多載波技術，脈沖編碼，特種感應光纖等新技術的成熟應用，疊加人工智能處理光纖傳感產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)實現(xiàn)事件自動識別，使光纖傳感適應于更多場景，并持續(xù)提升光纖傳感覆蓋距離，感知精度，事件識別準確率等關鍵性能指標。
- Wi-Fi傳感關鍵技術
受到使用環(huán)境的影響，Wi-Fi信號在傳輸過程中存在干擾、衰落、多徑等效應，從而限制了Wi-Fi傳感識別的精度和準確率。基于Wi-Fi信號傳播的特點，持續(xù)提升Wi-Fi感知的精度和準確率是業(yè)界研究的熱點。為了提升Wi-Fi感知的精度，可以通過匹配人體精細化特征的信號波形和序列設計使得信號能反應人體特征的細微變化，也可以使用多MIMO天線技術獲取更多維的無線信道信息，采用更短波長的毫米波也是有潛力的方向。為了提升Wi-Fi感知準確率，可以增強環(huán)境抗干擾技術以避免統(tǒng)計特征被干擾淹沒，或者探索多AP節(jié)點間同步與協(xié)調技術以獲取整網(wǎng)更準確和豐富的信息。
本文內(nèi)容參考《F5G Advanced產(chǎn)業(yè)白皮書》 
