光纤在F5G全光通信网络中的应用

发布时间：2021-12-30 09:02 所属栏目：30 来源：互联网

导读：什么是F5G F5G是第五代固定通信网络 (The fifth Generation Fixed Networks), 又称全光通信网络（All optical Communication Network），由欧洲电信标准协会(ETSI)定义，致力于从光纤到户迈向光联万物。F5G基于光纤通信技术，具有超大带宽、全光联结、低延时

什么是F5G

F5G是第五代固定通信网络 (The fifth Generation Fixed Networks), 又称全光通信网络（All optical Communication Network），由欧洲电信标准协会(ETSI)定义，致力于从“光纤到户”迈向“光联万物”。F5G基于光纤通信技术，具有超大带宽、全光联结、低延时、安全稳定等特点，支撑实现千兆家庭、万兆楼宇和T级园区，并赋能千行百业体验高品质网络。

F5G的提出与发展

在 2019 年之前，这个世界上还没有 F5G。

2019 年，眼瞅着 5G 高速发展，固网专家们认为，移动通信领域有 ITU、3GPP、GSMA 三个国际组织在协调行动，其中 ITU 负责技术研究和频谱分配，3GPP 负责代际定义和标准制定，GSMA 承担产业合作与发展。三者合作，造就了移动通信产业和 5G 的辉煌。

反观固网领域，ITU、IEEE、ETSI、BBF、OIF 等组织各管一摊，没有形成紧密的协同机制，也没有给出清晰的代际划分和演进路线图，在很大程度上阻碍了固网技术及其应用的发展。

于是，他们决定，搞一个新组织，牵头固网技术的协调发展，推动技术的标准化。2019 年下半年，包括中国电信、中国信通院、华为、意大利电信、葡萄牙电信在内的 10 家公司，共同倡议成立 F5G 工作组。

这个倡议在 12 月份得到了 ETSI（欧洲电信标准协会）的批准。

2021年2月，欧洲电信标准化协会ETSI正式成立第五代固定网络（F5G）工作组。ETSI将从全光联接（FFC）、增强型固定宽带（eFBB）、可保障的稳定体验（GRE）三个维度来定义F5G国际标准。

ETSI F5G ISG 成立之初，就提出了 “光联万物 (Fibre to Everywhere)”的产业愿景。

同时，还定义了 FFC、eFBB、GRE 这三个 F5G 关键特征：

FFC（full-fiber connection，全光联接）：

利用全面覆盖的光纤基础设施，帮助光纤业务边界延伸到每个房间、每个桌面、每台机器，全力拓展垂直行业应用。业务场景扩展 10 倍以上，连接数提升 100 倍以上，实现每平方公里 10 万级联接数覆盖。

eFBB（enhanced fixed broadband，增强型固定宽带）：

借助更先进的技术，实现网络带宽能力提升十倍以上，实现上下行对称宽带能力，实现千兆家庭、万兆楼宇和 T 级园区。

GRE（guaranteed reliable experience，极致体验）：

支持 0 丢包、微秒级时延、99.999%可用率。配合 AI 智能运维，满足家庭及企业用户的极致业务体验要求。

千兆光纤网络，就是ETSI提出的F5G所研究的关键领域。F5G是以10G PON、Wi-Fi 6、200G/400G 、OXC、NG OTN等技术为代表的第五代固定网络。、

10G PON：目前正在普及的无源光网络技术。现在很多省份主推的千兆家庭宽带，就是基于 10G PON 技术。

Wi-Fi 6：现在运营商和设备商经常提的 “三千兆”，是指 “千兆 5G + 千兆 WiFi + 千兆宽带”。千兆 WiFi 就是 Wi-Fi 6，千兆宽带是 10G PON（虽然名字叫 10G PON，但用户侧速率是 1Gbps）。

200G/400G：主要是指骨干承载网要进一步推进单波大带宽的落地。

OXC：光交叉连接（optical cross-connect）。现在运营商都在推动 ROADM 网络向 OXC 全光交叉网络的升级，以全光背板替代 ROADM 日益复杂的连纤，实现无纤化、光端口全互联。说白了，全光网 2.0。

NG OTN：下一代 OTN（光传送网）。中国电信的 M-OTN 就是这个东西，加强版的 OTN，时延更低、效率更高，支持无损带宽调整，更智能。

总之，F5G 具备确定性大带宽、海量连接、低时延和零丢包的特点，可以通过广泛的覆盖来提供高品质的网络连接服务。F5G时代，物理光纤网走向全光业务网，打通了全光接入网和全光传送网两大部分。全光接入网为个人、家庭、企业等各种场景用户提供极致的联接体验；

全光传送网构建基础底座并扩展到业务领域，支撑F5G+5G的双5G发展，助力行业数字化升级。 F5G是通过将光纤技术全面应用于各种场景，将我们熟知的“光纤到户”（FTTH）推进到“光联万物”(Fiber to Everywhere)。

广泛覆盖的光纤基础网络是F5G发展的基础。光纤联接万物，F5G时代的光纤网络联接将从家庭延伸至企业、交通、安防和园区等各个领域，赋能千行百业。F5G全光网是智慧城市的信息基础设施，与水、电、气、路等传统基础设施具有同等重要的地位。

5G和F5G互相协同。5G无线网关注的是移动性，适用于需要移动性的场合，比如无人机，车联网等；F5G则基于光纤技术，适合企业园区、数据中心互联、电力交通数据承载等场合，应用后将惠及政务、医疗、教育、交通、城市管理等。可见，F5G与5G这两个代表“固网”和“移动网”的最新技术，在场景应用上互为补充关系，支撑着各行业数字化转型，推动全社会进入数字化、智能化时代。

光纤在F5G全光通信网络中的应用

广泛覆蓋的光纤基础网络是F5G发展的基础。随着社会信息化程度的不断提升，数字经济的快速发展，网络支撑能力必将不断升级。5G和F5G的共同特性是高带宽、大传输容量和超低时延。基于这些特性必将还对光纤网络建设产生更严格的要求。伴随着F5G时代高带宽新业务的应用，数据流量会不断增长进一步加剧承载网的数据传输压力，从而进一步推进城域网的扩容升级和大规模数据中心的部署，甚至会加速骨干网和海缆系统的升级。这对光纤光缆的创新应用会提出更加多元化的要求。首先，骨干网与海缆建设会促进 G.654.E光纤的应用; 其次，城域网与接入网的扩容将带动G.652.D、G.657.A1、G.657.A2光纤的需求; 数据中心则是以VCSEL激光优化的多模光纤：OM3、OM4、OM5的应用为主。同时也将大大增加对高密度、大芯数光缆、超细直径光纤、气吹光缆等产品的需求。

F5G园区全光园区解决方案已快速崛起。

F5G全光园区给出了全新的定义：F5G全光园区是以单模光纤为介质，采用10G GPON（兼容GPON)、Wi-Fi 6为主的第五代固定接入技术构建的园区网络，主要包括光线路终端OLT、无源光配线网络ODN、光网络单元ONU等，能够统一承载数据、语音、视频等多业务，具备简架构、易演进、智能运维和高可靠等特性。

F5G全光园区主要采用的是F5G无源光局域网(POL)技术，OLT 设备和ONU设备通过无源的分光器（PLC光分路器）实现P2MP（point to multiple point, 点到多点）的连接。

F5G全光网络和传统以太网交换机网络在综合布线上的差异

F5G全光网络和传统以太网交换机网络在综合布线上也有差异，主要是在弱电间和水平布线上有差异。

传统以太网交换机网络的综合布线中，核心交换机部署于园区的核心机房，汇聚交换机和接入交换机通常部署于弱电间，核心交换机和汇聚交换机之间，汇聚交换机和接入交换机之间都是采用光纤进行连接，但是从弱电间到工作区域之间的水平布线采用的是水平电缆，通常采用的水平电缆包括Cat 5 (5类线）、Cat6 (6类线）、Cat6A（超6类线）、 Cat7 (7类线）、Cat7A（超7类线）等。

F5G全光网络的综合布线主要是采用光纤。核心交换机和OLT部署于园区的核心机房，弱电间只部署无源分光器，从核心机房到楼宇／楼层弱电间采用光纤进行连接。ONU设备部署于工作区域，从弱电间到工作区域之间的水平布线采用单模光纤进行布线。

综合考虑园区业务的安全性、可靠性以及长期的演进性等，F5G全光园区采用XGS-PON/GPON技术，不采用10G EPON/EPON技术。10G EPON/EPON只能在安全性要求远低于园区业务的普通家庭中部分使用。

GPON的标准演进更好：

GPON系列标准是由国际电信联盟（ITU)制定的，当前主流使用的标准是GPON和XG (S) -PON标准（也包括40G/80G的TWDM PON 标准）。XGS-PON/GPON系列标准是业界主流使用的标准，主要的参与者包括中国和欧洲等大的运营商。GPON系列标准的下一步演进计划是演进到50G GPON。

EPON系列标准是由电气电子工程师协会(IEEE)制定的，当前使用的标准是EPON和10G EPON的标准，下一步计划往25G EPON标准上演进。但25G EPON标准的主要参与者都是北美厂家，受北美厂家的影响比较大。

业界90％以上客户使用的都是GPON/XGS-PON系列标准。业界主流的客户（运营商）也已明确，后续的演进也不会往IEEE的EPON系列标准演进，而是会基于50G GPON等GPON的下一步标准中持续演进。从标准的可演进性上看，GPON/XGS-PON系列标准的可演进性更好。

F5G全光园区与FTTH的区别

F5G全光园区不等同于FTTH, F5G全光园区采用了增强的F5G无源光局域网(Passive Optical Lan , POL)技术。

随着无源光网络技术(PON)在家庭宽带的广泛应用，其成本、运维及易用性等方面的优势在家庭宽带应用中得到一致认可，光接入技术在 FTTH场景也得到了广泛的应用。F5G全光园区是在家庭宽带使用的PON 技术的基础上进行了增强，以适应园区市场更高的技术要求。

园区场景和家庭宽带场景相比，安全性要求更高，可靠性的要求也更高，也要求有更高的对称带宽，支持更多的业务类型，提供更多的终端形态和安装方式，此外园区场景也要求更高的运维要求。针对园区场景的这些独特要求，F5G无源光局域网做了针对性的增强，F5G全光园区和家庭宽带业务相比，在应用和需求方面主要存在以下一些区别：

1. F5G全光园区安全性更好；

F5G全光园区的业务和家庭FTTH的宽带业务相比较，需要更开高的安全性。F5G无源光局域网基于FTTH成熟的PON技术上针对安全性做了大幅增强，包括ONU的用户侧端口支持接入认证等安全特性,

FTTH主要用于家庭接入的客户，通常情况下，ONT的以太网端口是默认打开的，所接的PC等采用的是PPPoE的认证方式，认证通过之后，PC可以上网。

无源全光园区是针对企业客户（包括在一些更高要求的医疗、金融、政企等客户）使用，这些客户的安全性要求更高。所以无源全光园区在安全性上做了增强，通常情况下，ONU的以太网端口是默认关闭的，额外需要新增类似802.lx等认证功能，只有认证通过之后才支持把以太网端口打开。

2. F5G全光园区可靠性更高；

F5G全光园区的业务和家庭FTTH的宽带业务相比较，需要更高的可靠性。

FTTH主要用于家庭接入的客户，对价格的诉求比较高，对可靠性的要求相对而言比较低（如出现故障，只影响某一家庭用户的普通上网等业务），所以OLT和ONU之间基本没有采用保护手段。

无源全光园区是针对企业客户（包括在一些更高要求的医疗／金融／政企等客户）使用，这些客户对可靠性的要求远高于FTTH客户，例如医疗／银行等客户，如果网络出现问题，将会是致命的。所以在OLT和ONU 之间的保护上，F5G无源光局域网POL基于成熟的PON技术做了大幅增强，增强了TypeB和TypeC保护功能，而且支持两台OLT之间的TypeB 和TypeC双归属保护功能，支持2台OLT设备之间的无缝切换，极大提升了整个组网的可靠性。

3. F5G全光园区的带宽更高；

更高的双向带宽：随着虚拟桌面、企业上云等多种业务的开展，园区网络的一个显著发展趋势是其业务模型发生了变化，企业的业务流量更多地变成南北向流量（即企业内部网络终端与云端各类应用和存储服务器之间的直接流量交互），以数据中心为核心的流量交换模型将取代原有的多层本地交换架构，云与用户间的突发性数据交互急剧加大，Gartner 的预测，到2025年，80％的公司都会把数据和工作负载从本地数据中心，向多租户数据中心(MTDC)、托管和云端迁移，并逐渐关闭原有的传统数据平心，因此对网络对称带宽及延迟都提出了更高的要求。在F5G全光园区中，通常采用的是上下行对称的10G GPON技术，而家庭宽带FTTH 通常采用的是上下行不对称的10G GPON技术。

更多的业务种类：与主要以上网和视频业务为主的家庭宽带用户不同，园区智能化和自动化带来了业务种类的大幅提升，园区交通、门禁、安防、监控、Wi-Fi覆盖、语音等多种业务对网络业务承载能力提出了高要求，而家庭宽带FTTH通常仅提供上网、语音和视频业务。F5G全光园区ONU也额外提供了POE功能，实现对终端设备进行供电。

4. F5G全光园区运维更简单；

FTTH主要用于家庭接入，网络主要是由运营商进行维护，由于整个网络的规模很大，所以各大运营商培养了一大批专职维护人员，可以提供比较专业的运维服务。

F5G全光园区是针对企业客户，很多企业园区的规模较少，维护人员也比较少，维护人员需要管理很多各种设备，无法针对F5G全光网络配置一个专职的维护人员，所以维护人员没有足够的时间和精力来对F5G 全光园区进行非常细致的管理。故需要F5G全光园区简化管理，OLT、 ONU、Wi-Fi终端多种接入设备可在一张网统一管理，为维护者提供运维可视化管理，为使用者提供体验可视化管理。同时实时监控网络的使用情况，主动识别用户和业务的体验问题，发现潜在故障并识别根因，最终给出修复建议甚至自动修复，监控网络质量的变化趋势，提前分析、预测网络问题及升级扩容需求，给出建议。

5. F5G全光园区的终端更多样；

FTTH主要用于家庭接入的客户，其提供的业务相对也比较简单，通常是提供上网业务（需要普通的以太网接口），语音业务（需要普通的 POTS接口），提供Wi-Fi接入的功能等，安装位置上，通过放置在家庭入户的信息箱内，或者放置在电视机或者电脑PC旁边。通常FTTH的 ONT设备是普通的盒式设备，一般是一户家庭安装一个ONT,这个ONT 的所有端口服务一个家庭客户。

F5G全光园区主要用于企业接入的客户，其根据客户的需要提供各种接口和各种形态的ONU设备。除了需要接PC等设备（需要提供普通的以太网接口），还需要接园区内的监控摄像头和无线AP设备（这些设备需要ONU提供PoE供电，故ONU需要提供支持PoE的以太网接口），在酒店场景，需要对接电视等终端(ONU需要提供RF接口），如果要接 Wi-Fi 6 AP设备，还需要提供更高带宽的万兆以太网接口等。

（编辑：ASP站长网）