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F5G全光网核心支撑,上海建成全球首个全光智慧城市

来源:观察者网

2021-04-25 15:47

【文/观察者网 吕栋】

随着新一轮科技革命和产业变革在全球深入发展,各领域对网络的依赖不断增强,夯实网络基础设施已成为各行业共识。在这一过程中,F5G全光网由于具备高带宽、低延时、传输稳定和抗干扰等特性,不仅可以与5G移动网络形成互补互促,也可以抛开污染更大、干扰更强、成本更高的铜线,助力中国“碳中和”目标实现,毫无疑问将是一个对国家产业安全与经济发展十分重要的新契机。

4月23日,在率先建成“双千兆宽带城市”的基础上,上海宣布成功建成“全光智慧城市全球第一城”,以F5G千兆光网为核心支撑技术,构建城市“1毫秒”时延圈,全面推进全光网的建设,打造超大带宽、超低时延、先进可靠的全光底座,支撑上海的数字化转型。

在与会专家看来,全光智慧城市的建设不仅符合国家“十四五”规划中“网络强国、数字中国”的战略目标,也是对政府工作报告“加快千兆光网建设力度”整体要求,工信部“双千兆行动计划”中“承载能力提升行动”,以及上海市“城市数字化转型、数字新基建”建设的高度响应。

从技术层面看,有线光通信的特点决定了其良好的稳定性、可靠性和大带宽。另外,由于光纤处于整个通信的底层,其时延必然是最低的。基于这样的特性,数字金融、远程手术、远程精密制造、自动驾驶等需要低时延、高可靠性的应用场景才有实现的条件。以上海为例,打造网络世界的“1毫秒时延圈”,建设“全光城市”以及区域性的“全光城市圈”已经成为可能。

图片来源:视觉中国

F5G全光网:智慧城市的核心支撑

2021年是中国“十四五规划”的开局之年,国家《十四五规划和2035年远景目标刚要》中将数字经济部分单独成篇,提出要加快数字发展,建设数字中国。而数字中国建设的关键和核心点就在于城市的数字化、智能化转型。不可否认的是,智慧城市的建设离不开各行业海量信息的交换,这些都需要以5G和千兆光网为代表的“双千兆”网络作为核心支撑。

从历史上看,移动通信和固网宽带两大产业均始于1980年的模拟信号时代。40多年来,移动通信网络经历了从碎片走向融合的5个代际,其技术标准从模拟时代的8个标准,逐步收敛融合,到5G时代才实现全球统一;固网宽带也从F1G(64Kbps)铜线传输模拟信号时代,走向当下以10GPON、Wi-Fi6、200G/400G等技术为代表的F5G(the 5th Generation Fixed Network)千兆光网时代。

与耳熟能详的5G移动网络一样,千兆光网具有超大带宽、超低时延、先进可靠等特征,是5G、数据中心、物联网等通信基础设施的“承载底座”,其与5G网络共同构成我国“新基建”的“双轮”和“两翼”。在5G基站迅速覆盖的同时,国家《十四五规划和2035年远景目标纲要》和2021年《政府工作报告》均明确提出要加快千兆光网建设,工信部也出台《“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023年)》(下称:《行动计划》),作为新时期我国宽带网络发展的顶层设计和指导文件。

在全球通信基础设施底层,仍是有线连接(全球互联网基础设施示意图)

作为长三角经济圈的核心城市,上海一直是“双千兆”网络建设的领头羊。根据第三方研究报告,目前上海千兆固定宽带已覆盖960万户家庭、实现99%家庭覆盖,固定宽带平均可用下载速率达到50.32M,是全国首个超过50M的城市。移动通信方面,上海已实现中心城区和郊区重点区域5G连续覆盖,平均下载速率超300M,重点区域下载速率超800M。从网络基础设施能力、网络覆盖以及用户感知度看,上海已率先建成“双千兆宽带城市”。

这一过程无疑离不开运营商的推动。早在2018年首届进博会召开之际,上海移动已成功打通首个“双千兆”视频通话,并率先提出打造5G千兆、宽带千兆的“双千兆之城”计划。截至目前,上海移动已建成超1.3万个5G基站,下载速率超700M,位列全国5G NSA优秀城市;率先跨越升级为第五代固定宽带网络(F5G),已经实现800万家宽用户千兆覆盖,全市1万栋楼宇万兆入楼,百座T级园区。

当前,立足“双千兆宽带第一城”的发展基础,上海移动进一步助力构筑城市数字新底座,助力上海率先建成“全光智慧城市全球第一城”,以F5G千兆光网为底座,构建城市“1毫秒”时延圈,全面推进全光网的建设,打造超大带宽、超低时延、先进可靠的全光底座,支撑上海的数字化转型。

上海市经信委副主任张建明张建明在致辞中表示,以5G、千兆光网为代表的“双千兆”网络是制造强国和网络强国建设不可或缺的“两翼”和“双轮”,是新型基础设施的重要组成和承载底座,在拉动有效投资、促进信息消费和助力制造业数字化转型方面发挥着重要作用。他希望,上海移动进一步加大全光网的建设力度,探索更多应用场景,用全光网赋能数字治理、数字经济、数字生活,打造全光智慧城市建设的“上海样板”,助力上海城市数字化转型。

上海市通信管理局党组成员、副局长王天广指出,双千兆全光网正以双轮驱动本市新基建的发展,推动千行百业的数字化转型。上海是全国千兆宽带建设的标杆,上海移动在光传输网架构上做了积极探索和努力,希望上海移动围绕五大新城建设目标,进一步深入推进千兆光网的建设,全面提升千兆光网业务品质,为上海全网智慧城市建设和城市数字化转型提供更加坚实可靠的城市光网底座。

上海建成全光智慧城市全球第一城

上海移动在会上宣布,将以“6+8+20+N+X(接入点)”的目标架构全面推进上海的全光网建设,实现A/B类商业楼宇100%资源预覆盖,持续打造业界最高品质、最高可靠、最低时延的OTN(optical transport network)精品政企网。同时,该公司还公布了全光智慧城市的应用创新计划:千兆体验普惠1000万家庭、精品专网平台服务6大行业、打造300个智能创新项目。

“上海移动已经打造了全球最大规模的全光交叉城域网和上海最多的光传送节点,实现了全市光高速枢纽布局。”上海移动副总经理李学成在致辞中指出,基于领先的全光城市架构,为上海政务、金融客户带来业界超高可靠、超低时延、超高品质的政企专线服务,赋能城市治理、金融服务的数字化转型。

国家信息中心信息化和产业发展部主任、智慧城市发展研究中心主任单志广认为,中国智慧城市的发展已经迈入场景驱动阶段,F5G全光网是核心支撑技术,构建了智慧城市的全光底座。从经济学的发展规律,结合摩尔定律和梅特卡夫定律,OTN光节点密度乘以计算精度即可反映出城市数字化的强度,F5G全光网为未来城市的高质量发展奠定了非常重要的基础。

据中国信息通信研究院技术与标准研究所所长敖立介绍,5G和千兆光网都是重要的新兴基础设施,两者互为补充,缺一不可。千兆光网是由千兆光纤接入和全光传送底座组成,全光传送底座则是双千兆业务发展的基石。OXC、OTN传送站点密度是衡量全光智慧城市的核心指标,未来我们需要共同定义未来OTN站点密度的发展指标。

在与会专家看来,全光智慧城市的建设不仅符合国家“十四五”规划中“网络强国、数字中国”的战略目标,也是对政府工作报告“加快千兆光网建设力度”整体要求,工信部“双千兆行动计划”中“承载能力提升行动”,以及上海市“城市数字化转型、数字新基建”建设的高度响应。

“双千兆”为何要齐头并进?

F5G千兆光网作为一种新型基础设施,由于兼具投资规模小的经济性,和高网速、低时延、高稳定性的技术优势,已成为新时期我国网络强国建设的突破口。从短期看,千兆光网是稳投资的最优抓手,既可强化对数字经济的支撑,又可避免传统基建投资的弊端。从长期看,千兆光网是促消费的有力催化剂,顺应消费升级趋势,刺激VR、云游戏、超高清视频等新兴服务业的爆发,为创造更丰富多彩的消费内容提供基础设施支持。

中国社会科学院工业经济研究所发布的《F5G:撬动中国经济新动能——千兆固网社会经济效益研究报告》指出,以F5G为技术基础的千兆固网是我国新型基础设施的重要组成部分,以F5G和5G为核心的新型信息基础设施,孕育着新一轮科技革命和产业变革拓展过程中最为重要的通用技术和使能技术,在构筑经济增长动能、驱动经济效率提升、支撑民生福祉改善方面具有不可替代的战略性作用。

由于5G移动网络和千兆光网分别采用无线方式连接和固定光纤连接,其固有连接属性决定了技术特点各异。在智能制造、智慧医疗、云游戏和智慧金融,对于时延及抖动非常敏感,单纯使用无线5G,不足以满足所有的网络需求。此外,如电网的强电磁干扰和矿山的地下5G信号较弱且较易发生矿物干扰、粉尘爆炸等特点,F5G的全光网络,也更为适合于电力和矿山场景。

另外,全光网络的建设对中国的“碳中和”目标也拥有重要意义。首先,把铜线换成光纤,在传输能耗方面有大量的节约。欧盟目前也在大力推进全光网络战略,要用10年的时间实现“千兆光网”,他们对1万户宽带用户做过一个测算,光纤本身相对于铜线,在传输能耗上能够节约60%-70%。所有光纤接口有源设备如交换机、服务器、收发器等的能耗都比铜接口产品显著降低。

其次,从材料方面来说,光纤是玻璃,材料是二氧化硅,也就是沙子,几乎取之不尽;而铜线的原材料非常有限;光纤的使用寿命是30年,而铜线的寿命是5-10年;同样数据承载能力的光纤,重量只是铜线的10%,这会在施工过程中导致非常大的能耗差别。实际上,到目前为止中国家庭上网的“最后几米”还是在大量使用铜线,大致以4亿家庭,每户20米铜线换成光纤计算,“全光网络”建设在“碳中和”方面的意义非常巨大。

工信部《行动计划》指出,推进5G和千兆光网协同发展:

从支撑宏观社会经济发展看,可以拉动有效投资,促进信息消费,为高质量发展提供新动能,带动生产和消费,在加快构建国内大循环为主体,国内国际双循环相互促进的新发展格局中发挥重要作用;

从支持产业数字化转型看,“双千兆”网络有力支持制造、交通、医疗、教育、港口等垂直行业应用市场培育,给传统企业带来生产方式、经营管理的数字化变革,催生诸多新模式新生态,带动工业互联网、智能制造、智慧城市、智能家居等各个领域的创新创业,为赋能经济社会数字化转型注入新动力;

从满足人民美好生活需求看,“双千兆”网络和每个人都息息相关,网络更快了,能力更强了,连接更便捷了。在线会议、视频直播拉近了人与人的距离;直播带货、线上销售、VR应用丰富了人们的消费;在线教育、远程医疗让高质量的公共服务随身可得,无处不在的高速网络和快速发展的新业务和新应用正改变着人们的生活。

《行动计划》还从网络部署、用户普及、应用示范、产业提升和安全保障方面提出了未来三年5G和千兆光网发展的总目标,并以2021年和2023年为两个时间节点提出了分阶段发展量化指标。

其中,《行动计划》指出,到2021年底千兆光纤网络具备覆盖2亿户家庭的能力,万兆无源光网络(10G-PON)及以上端口规模超过500万个,千兆宽带用户突破1000万户;5G网络基本实现县级以上区域、部分重点乡镇覆盖, 新增5G基站超过60万个;建成20个以上千兆城市。到2023年底千兆光纤网络具备覆盖4亿户家庭的能力,10G-PON及以上端口规模超过1000万个,千兆宽带用户突破3000万户;5G网络基本实现乡镇级以上区域和重点行政村覆盖;实现“双百”目标:建成100个千兆城市,打造100个千兆行业虚拟专网标杆工程。

毋庸置疑,未来三年是5G和千兆光网发展的关键期。《行动计划》认为,“双千兆”网络建设涉及网络多个环节,需要从多个方面进行着力。

第一,“广覆盖”。一是持续扩大千兆光网覆盖范围。在城市及重点乡镇进行10G-PON设备规模部署,开展薄弱区域ODN改造升级等。二是加快推动5G SA规模部署。加快中心城区、重点区域等的网络覆盖,推进5G网络在交通枢纽、大型体育场馆、景点等流量密集区域的深度覆盖。三是深入推进农村网络设施建设升级。持续开展电信普遍服务,深化农村人口聚居区、生产作业区等重点区域的网络覆盖。按需逐步推动农村千兆网络建设覆盖。

第二,“强基础”。一是提升骨干传输网络承载能力。按需推进骨干网200G/400G传输部署,引导100G及以上速率超高速光传输系统向城域网下沉,鼓励在新建干线中采用新型超低损耗光纤。二是提升数据中心互联能力。推动400G光网络设备在数据中心互联中的部署应用,推动SRv6、VXLAN和SDN技术的应用。三是协同推进5G承载网络建设。推动5G前传和中回传网络中大容量、高速率、低成本光传输系统建设,在城域接入层、汇聚层和核心层按需部署传输系统。

第三,“降本增效”。深化电信基础设施共建共享。一方面,继续深化行业内信息通信基础设施共建共享;另一方面,着力提升跨行业共建共享水平,加强与电力、铁路、公路、市政等领域的沟通合作。

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