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2022/11/17 13:58

F5G Advanced产业白皮书:F5G Advanced十大关键技术

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ETSI ISG F5G,即欧洲电信标准化协会第五代固定网络产业规范工作组于2022年9月新发布了一份白皮书《F5G Advanced and Beyond》,介绍了F5G向F5G Advanced以及未来的F6G演进的驱动因素、能力维度和关键使能技术。

2022年10月,World Broadband Association(WBBA)期间,中国联通牵头联合20多家国内外运营商和行业伙伴发布了《F5G Advanced产业白皮书》。

该白皮书明确了F5G Advanced"10Gbps泛在接入、OTN to EverySite、面向算力服务的低时延圈、自智光网络、工业级低时高可靠及通感一体"的产业愿景,围绕"联家、联企、联算和绿色全光底座"四大新场景探讨F5G Advanced网络架构、技术功能增强及关键能力演进,重点定义了F5G Advanced的核心特征、网络能力、演进路径及关键技术支撑,为宽带网络发展及下一阶段演进提供了指导。其中,详细阐述了F5G Advanced十大关键技术。

Top1. 400Gbps和800Gbps+超宽技术

随着中国"东数西算"工程正式全面启动,优化东西部间互联网络和枢纽节点间直连网络,成为一项重要的任务,海外围绕DC数据中心建网也成为趋势。数据中心DCI互连和干线光网络流量持续提升,需要传送网的传输端口速率持续翻番,并能在距离不变的情况下单纤容量倍增,实现骨干网络大容量传输。

400G城域标准也已发布,定义了200G@C80和400G@C40;400G长距标准在2021年底完成立项,预计2024年发布;800G标准当前主要是几个标准组织在讨论客户侧模块,线路侧及系统标准后续会跟随产业发展逐步提上日程。

为了适配这一需求,光电产业需要在光模块、光谱、光纤以及相应的系统调测领域做关键技术准备:

  • 光模块端口速率需要由当前的200G提升到400G和800G,同时要能保持相同或近似的传输能力,这就需要在高性能编解码算法、FEC算法以及非线性补偿算法方面进行研究。
  • 光放在400G阶段将从原来的C波段扩展到C+L波段,实现频谱翻倍,从而可以在谱效率基本不变的情况下,实现容量翻倍。在频谱效率面临瓶颈的情况下,800G代际可继续探索更宽频谱的技术演进路线。
  • 新型光纤的研究和探索,包括大有效面积、低非线性的G.654E, 多芯少模光纤,空芯光纤等。

Top2. 端到端波长交换OXC

目前,全球范围内骨干层面均已经部署大规模的ROADM/OXC网络,光层调度逐步向城域汇聚及接入层延伸。相对于传统的老光层平面,全光网实现业务波长级一跳直达,减少复杂电光转化,建立类似"高铁"大站直达,无阻塞,超低时延、全光调度式"高速立交",高效疏导业务流量,极大提升带宽调度效率。面向未来业务发展,全光网络调度和全光交叉单元也面临了一系列挑战。

骨干传输向高端口、更快调度、更宽频谱演进;城域网络要求更加灵活的部署、更低成本和极简运维成为城域光层动态化发展新常态。针对OXC一系列的技术挑战,需要在包括低成本少端口、64D及以上多端口、C+L一体化WSS等进行研究。

Top3. 敏捷发放业务协议

敏捷业务发放协议:面向全光业务入云和入算提供极简、高效控制协议

  • 业务协议:业务路由控制,控制和转发分离
  • 连接协议:控制信令随数据通道转发,转发性能同管道数量解耦,海量连接快速建立性能保证2B/2H入云业务场景中,用户需要一点/多点接入并连接到多云,OTN边缘节点需要通过感知业务报文的目的地址/VLAN,自动映射到对应的OSU/ODUk管道中。

同时OTN边缘节点感知业务应用类型和流量,并根据应用流量模型计算所需带宽,自动触发对应OSU管道带宽调整。OTN边缘节点通过业务协议实现企业端私网地址的转发,同时通过控制器转发可以大幅降低对网络内中间经过网元的操作复杂性。

面向OSU小颗粒度业务,断纤影响的业务量会到千级甚至万级以上,恢复性能会受到影响。智能路径计算单元预先计算恢复路径并将预置资源配置到恢复路径每个节点,当断纤故障时,连接协议随数据通道转发,快速激活带宽,实现十毫秒级恢复性能。

Top4. 光业务单元OSU

光业务单元(OSU)是OTN网络面向城域网大规模小颗粒专线承载场景演进的网络技术,采用更小的时隙粒度(Mbit/s级),支持海量的弹性硬管道连接,提供可承诺的确定性低时延,完善的端到端OAM功能,满足城域网专线承载场景的高品质需求。

国内和国际标准组织分别积极开展OSU标准的研究与制定,国内CCSA已经完成了OSU标准立项及技术方案定义,当前技术方案定义已经稳定;国际ITU-T 已经完成了G.OSU标准的立项、场景需求以及技术方向的讨论,在2022年9月ITU-T SG15全会上达成众多的技术方向共识,为OSU标准制定奠定了基础。

Top5. 50G PON

2021年9月ITU-T批准发布了50G PON标准,业界普遍认可50G PON是下一代PON的主流技术。ITU-T标准定义的50G PON系统采用点到多点架构和时分复用技术,第一版本支持下行50 Gb/s和上行12.5 Gb/s或25Gb/s,未来增强版将支持对称50 Gb/s。50G PON引入DSP(digital signal processor)弥补器件性能损伤,使能接入带宽相比10G PON提升5倍。50G PON的业务支持能力也得到增强,单帧多burst、注册窗口消除、Co-DBA(协作DBA)等技术降低了传输的时延和抖动,PON切片技术提升了确定性业务质量保障的能力。

标准发布推动了业界50G PON技术和产业成熟,预计2025年左右开始商用部署。网络代际升级,平滑演进历来是关注重点。网络演进是逐步推进的过程,因此需要提供50G PON系统和现网PON系统同ODN共存的技术方案,局端单PON口MPM(multi-PON module)多模方案是重点研究方向。为了提升50G PON的部署效率,局端设备需要支持现网同等光功率预算和端口密度。

当前实现>29dBm光功率预算、高密PON线卡仍面临技术挑战,研究方向包括新型大功率激光器及高灵敏度接收芯片、低复杂度DSP算法。

Top6. Wi-Fi 7

Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be) 是Wi-Fi 6以及Wi-Fi6E的升级。2022年Wi-Fi 7 Draft2.0定稿,预计2024年底完成标准发布,Wi-Fi 7可以提供超过30Gbps的标称峰值数据速率,比Wi-Fi 6快约三倍,同时Wi-Fi 7仍可向后兼容前代Wi-Fi设备。

Top7. 集中管控FTTR组网

FTTR是将光纤进一步延伸至家庭/小微企业内部的每一个房间,通过光纤构建信息基础设施,围绕业务体验保障为室内每个区域提供高质量网络。FTTR由主设备、从设备和室内光纤分布式网络三部分组成。

全屋一张网稳定高品质体验是FTTR的关键目标。针对传统室内Wi-Fi网络不可控、不稳定等关键问题,FTTR通过中心化的一张网管控架构,依托业务与连接协同、光+Wi-Fi协同、Wi-Fi集中控制等多层次技术增强,使能整网的Wi-Fi AP在频域、时域、空域等多维度精准协同,从而提供整网一致稳定的联接体验以及零丢包无感的漫游体验。权衡业务体验需求以及设备资源限制,获取最优的光与Wi-Fi协同机制、Wi-Fi集中管控算法需要持续的探索研究。

全屋一张网极简运维是FTTR的发展基础。一张FTTR网简化为一个管理点,支持一键式业务发放及智能运维。FTTR一张网运维框架和管理模型有待业界共同研究和定义。一方面,FTTR高品质连接是家庭及小微企业智慧应用的基石;另一方面,广泛分布的光纤和设备本身也具备感知和计算能力,成为产生数据的源头和数据处理的资源,FTTR未来有巨大的潜力提供智慧服务从而增加网络价值。

Top8. PON多维切片

从Wi-Fi空口、ONU以太网口,到OLT网络侧出口,实现E2E切片保障SLA体验。并通过应用SLA要求的精准感知,实现切片动态创建和资源按需调度等,实现SLA可承诺可视可管,支撑单纤端到端综合业务承载。同时通过家庭/企业内Wi-Fi网络优化、光接入网络时频分等技术匹配毫秒级及更低的微秒级确定性低时延需求。

端到端的切片涉及到从接入侧的ONU、OLT网络侧出口,通过合理的组合网络中各个设备的切片,并实现切片动态创建和资源按需调度等,构成端到端的行业专网切片实现一网多用为不同的行业用户提供差异化承载服务。

Top9. 智能原生,自智网络

电信管理论坛(Telecom ManagementForum,TM Forum)的自智网络项目(Autonomousnetworks (AN) Project)制定针对自智网络的总体框架和分级标准做了定义。另外,欧洲电信标准协会(European Telecommunication StandardsInstitute,ETSI)则从面向资源的业务(ResourceFacing Service,RFS)的角度,研究和标准化如何实现端到端网络和业务的自动化管理,以及人工智能在自智网络中的应用。目前,TM Forum、ETSI、CCSA的各相关项目和工作组,以及其他相关标准组织,已经成立了跨标准组协同组织,共同研究和标准化自智网络,推动自智网络技术在光网络等不同领域的标准落地。

Top10. 通感一体化

  • 光 缆数字化关键技术

光通信系统中的设备网元一般难以有效监控光缆网等无源基础设施哑资源的健康度和运营状态,运营商对机房光纤配线架(ODF)和室外光交箱的端口占用状态和跳纤连接关系长期缺乏行之有效的数字化管理手段。随着传感器、人工智能和大数据等先进技术的蓬勃发展,基于各类手持终端设备开发的数字化信息采集和处理工具,及具备光纤质量监控和光缆态势感知能力的智能化设备板卡,结合先进高效的计算视觉和机器视觉算法,将为运营商及其他光缆网业主提供实时、精确的无源设施点、光纤、光缆等海量哑资源的数字化录入、稽核和同步功能。同时,针对光缆线路总里程占比最高的运营商本地网主干和配线光缆段,基于底层光电器件和基础材料的创新突破,已有设备厂商实现了对千兆光网"端到端"光路资源的可视、可管,并逐步成为未来光缆网接入段运维管理的发展方向。

  • 光纤传感关键技术

光纤传感利用光在经过光纤时的物理性质来检测振动、温度、应变和其他参数的变化。光纤传感利用光纤作为传感器,在光纤沿线创建数千个连续的传感器点。这称为分布式光纤传感。基本原理是使用标准或特定光纤,通过拉曼、瑞利和布里渊分布式光纤传感器技术实现测量。

与传统的机电和电子传感器相比,光纤传感有着一系列的优点,该技术以抗电磁干扰、耐腐蚀、易集成、本质安全、距离远、精度高等特点,在大型工程项目中应用优势明显,已被人们广泛关注,并在各个行业涌现出大量成熟应用案例,如油气管道入侵监测、大型园区及轨道交通周界安全、桥梁大坝等大型土木工程结构安全检测,隧道等轨道安全监测等。

随着窄线宽光源性能持续提升,多载波技术,脉冲编码,特种感应光纤等新技术的成熟应用,叠加人工智能处理光纤传感产生的大数据实现事件自动识别,使光纤传感适应于更多场景,并持续提升光纤传感覆盖距离,感知精度,事件识别准确率等关键性能指标。

  • Wi-Fi传感关键技术

受到使用环境的影响,Wi-Fi信号在传输过程中存在干扰、衰落、多径等效应,从而限制了Wi-Fi传感识别的精度和准确率。基于Wi-Fi信号传播的特点,持续提升Wi-Fi感知的精度和准确率是业界研究的热点。为了提升Wi-Fi感知的精度,可以通过匹配人体精细化特征的信号波形和序列设计使得信号能反应人体特征的细微变化,也可以使用多MIMO天线技术获取更多维的无线信道信息,采用更短波长的毫米波也是有潜力的方向。为了提升Wi-Fi感知准确率,可以增强环境抗干扰技术以避免统计特征被干扰淹没,或者探索多AP节点间同步与协调技术以获取整网更准确和丰富的信息。

本文内容参考《F5G Advanced产业白皮书》

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