F5G：國家產業安全與發展的重要新契機
（文/觀察者網周遠方 編輯：李肆）
偉大的文明，會將標準化和大規模基礎設施作為自身長久繁榮的根基。近期，安永(中國)企業諮詢有限公司發佈了《全球光通信產業白皮書》，我們通過對這個專屬領域白皮書的深入解讀，發現了一個對國家產業安全與發展十分重要的新契機——F5G。
F5G（the 5th Generation Fixed Network）是以超高帶寬、全光聯接、確定性體驗為主要特點的固定網絡代際標準。基於F5G，大規模遠程醫療、大規模自動駕駛、全光工業網、全光智慧城市等必須依賴極致可靠網絡的使用場景，將會陸續實現；國家產業的安全發展、城市治理的思路升級，將需要重新考量。
那麼，F5G從何而來？
由於多年來的碎片化發展，固定網絡這個巨大的產業，終於遇到了前所未有的挑戰——各標準組織之間缺乏協同、多種網絡媒介並存、產業代際演進不清晰、投資分散難以形成規模效應；加上移動網絡的生態不斷繁榮，也在不斷搶走用户的注意力。
但事實上，固定網絡是技術底座，即便是熱火的無線網絡，也需要依賴於固定網絡才能完成信息數據的傳輸。儘管多年來，大家對於固網寬帶的體驗“尚且不錯”，甚至“夠用”，但如果僅僅滿足於“夠用”而造成整個固定網絡行業發展缺乏前進動力的話，這對整個行業的生命力是充滿了巨大傷害的，也會直接影響到整個網絡基礎設施的建設節奏，以及信息和產業戰略安全。
而且，這個問題並不只出現在國內。
2019年12月，歐洲電信標準協會（下簡稱ETSI）組織中國電信、意大利電信、葡萄牙電信、華為等10家公司作為初創成員倡議成立F5G工作組，同時在2020年2月面向全球宣佈該行業規範工作組的成立和運作，致力於推動固定網絡的代際建設及標準革新。該工作組成員選舉來自意大利電信的盧卡·佩桑多（Luca Pesando）博士擔任主席，來自中國電信研究院的蔣銘博士等三人擔任副主席。
2019年12月，ETSI成立F5G行業規範組（圖源：ETSI官方網站）
在盧卡·佩桑多看來，移動通信領域有ITU、3GPP、GSMA三個國際組織在協調行動，為移動通信產業的繁榮發展發揮了巨大的作用。其中ITU負責技術研究和頻譜分配，3GPP負責代際定義和標準制定，GSMA承擔產業合作與發展，三者合作，造就了今天的移動通信產業。
在這一過程中，移動通信網絡經歷了從碎片走向融合的5個代際，其技術標準從模擬時代的8個標準，逐步收斂融合，到5G時代才實現了全球統一。
而固網領域，雖然光纖網絡產業40年發展也取得了輝煌的成果，不過，整個產業的發展依然存在生態碎片化的問題，至今依然存在多個標準組織。
所以，為了固網行業更好發展，行業也必須構建出統一定義、統一架構功能、統一容量、統一性能的新一代光纖網絡，來減少不必要的碎片化私有規範，獲得像移動網絡一樣的規模經濟效益。
於是，F5G代際應運而生。並定義了固網發展以來，整體的代際標準：
**F1G時代，**通過電話銅線傳輸模擬信號，滿足了語音通話需求，也提供了非常基礎的撥號上網服務。
**F2G時代，**使用ADSL/SDH應用接入了互聯網，帶寬提升到2到10兆，速率的提升使互聯網網站和門户網站得到普及。電子郵件在企業中變得更加普遍，得到更廣的應用；個人用户也可以開始使用簡單的在線通信工具。
**F3G時代，**進一步推動多媒體成為重心，使用VDSL/MSTP技術提供50~100兆的帶寬，更高帶寬支持高清電視、電話和在線遊戲等應用。
**F4G時代，**以GPON/OTN應用為代表，帶寬超過100Mbps，與4G同步。這一傳輸速率大大提高了用户通過互聯網訪問多媒體的速度，高清電視、視頻直播、超清視頻會議等的逐漸普及。
到如今的F5G時代，以10G PON、Wi-Fi 6、200G/400G和NG OTN等技術為代表，全面走向千兆應用。VR/AR、智能電網、智慧醫療/互聯網+醫院、智慧農業、智能交通、智慧校園等新興場景如雨後春筍般不斷湧現，並從此逐漸融入我們的日常生活之中。
需要説明的是，我們之前耳熟能詳的5G，和今天着重介紹的F5G，都是第五代通信技術的代表，特點都是大帶寬、低時延、廣連接；區別在於：F5G以光纖為主，主攻固定網絡場景；5G則是無線網絡，可以理解為F5G是陸軍，5G是空軍，F5G是地上一張網，5G是天上一張網，兩者的應用場景既有重合，也有互補。
在全球通信基礎設施底層，仍是有線連接（全球互聯網基礎設施示意圖）
固網——新基建的戰略性“剛需”
瞭解F5G概念和代際定義後，我們發現了兩點重要的事實。
首先，F5G是整個數字網絡基礎設施較為底層的位置，是根基，是整個網絡通信設備新基建的“剛需”底座；其次，中國的光纖產業雖然處於全球領先位置，但目前仍處於從F4G向F5G轉型時代，自身迭代升級存在“剛需”。
在安永的發佈會上，從事光通信研究30年的唐雄燕進一步介紹了F5G在整個基建體系中的位置。
他説，中國官方去年4月提出的“新基建”，把基礎設施分為三類：信息基礎設施、融合基礎設施和創新基礎設施。其中，底層就是信息基礎設施，信息基礎設施中又有兩個重要的要素，一是通信網絡，二是算力基礎設施。實際上F5G全光網絡作為通信網絡的一員，不僅是新基建關鍵領域之一，同時也是其它5G、工業互聯網、數據中心等七大領域的使能平台。
可見，所有的新基建都離不開底層的光纖基礎設施，並需要逐漸拋開污染更大、干擾更強、成本更高的銅線，向全光交換髮展，逐漸從今天的“光纖到户”延伸到房間、辦公桌、設備和機器。
唐雄燕介紹，有線光通信的特點決定了其良好的穩定性、可靠性和大帶寬，另外，由於光纖處於整個通信的底層，其時延必然是最低的。基於這樣的特性，數字金融、遠程手術、遠程精密製造、自動駕駛等需要低時延、高可靠性的應用場景才有實現的條件。在未來，打造網絡世界的“1毫秒時延圈”，建設“全光城市”以及區域性的“全光城市圈”也將成為可能。
“1毫秒時延圈”全光城市示意圖（唐雄燕演示資料）
在這方面，中國的許多城市實際上已經走在前列。2020年7月，上海的“一網通辦”被聯合國“點名表揚”。聯合國每兩年對全球190多個國家的電子政務發展進程進行調查併發布調查報告，今年報告的主題是“數字政府助力可持續發展十年行動”。調查報告重點介紹了上海“一網通辦”通過促進數據共享和再造業務流程，優化營商環境、提升用户體驗的經驗，以及政務服務移動應用和線上線下業務協同的做法。在聯合國全球城市電子政務評估排名中，上海位列前十。
上海市經濟和信息化委員會處長潘焱在發佈會上介紹，上海目前正致力於率先打造全球領先的信息基礎設施佈局，建設高水平的5G移動網絡和F5G固定網絡，打造“雙千兆”寬帶網絡，構建全球信息通信樞紐，搭建國際數據樞紐平台，通過高水平的數字基礎設施建設，給整個產業打造更好的發展環境。
國家電網科技部副主任沈江舉了一個更具體的實例：電力系統行業的通信要自建獨立、專業的電力光纖網絡，目前正在研究F5G技術如何融入電力專業光纖網絡。F5G技術的低時延、高可靠性，以及大頻段方面的三個主要特點，在電力領域的主要應用場景是在智能電網中運用它的低時延的特性。
沈江説，電力系統是一個很複雜、很龐大的系統，一旦一個地方出現故障，必須在100毫秒之內切除這個故障，如果100毫秒無反應，就會造成整個事故的擴大，甚至出現波及整個電網的災難性的事故。要做到在100毫秒內切除故障，目前用我們常規的通信技術，端對端的時延能夠做到50毫秒，也就是説留給我們做其他事情的時間，包括數據採樣、數據分析計算，以及到端口切除故障，總共只有將近40毫秒，非常緊張。所以如果有技術能節省10毫秒，哪怕1毫秒，對我們都是非常珍貴的。常規技術的端對端的時延是50毫秒，現在F5G技術經過我們的測試，可以縮短到1~10毫秒，這對我們電力系統實時控制有望帶來很大助力。
安永戰略與交易諮詢合夥人葉亮指出：“F5G支撐雲、AI等新興技術發展，為眾多新興場景提供了落地的可能，從而驅動‘萬物互聯’的加速實現。”
F5G與5G合力才能最大限度提升數字經濟空間
中國社會科學院工業經濟研究所發佈的《F5G：撬動中國經濟新動能——千兆固網社會經濟效益研究報告》認為，以F5G為技術基礎的千兆固網是我國新型基礎設施的重要組成部分，以F5G和5G為核心的新型信息基礎設施,孕育着新一輪科技革命和產業變革拓展過程中最為重要的通用技術和使能技術，在構築經濟增長動能、驅動經濟效率提升、支撐民生福祉改善方面具有不可替代的戰略性作用。
F5G千兆固網作為一種新型基礎設施，由於兼具投資規模小的經濟性，和高網速、低時延、高穩定性的技術優勢，應當作為新時期我國網絡強國建設的突破口。從短期看，F5G是穩投資的最優抓手，既可強化對數字經濟的支撐，又可避免傳統基建投資的弊端。從長期看，F5G是促消費的有力催化劑，順應消費升級趨勢，刺激VR、雲遊戲、超高清視頻等新興服務業的爆發，為創造更豐富多彩的消費內容提供基礎設施支持。
安永發布的《白皮書》對F5G和5G的新興應用場景也做了更詳細的分析。白皮書認為，F5G與5G所帶來的數據傳輸速度及低時延造就了各類新興應用場景，其主要存在於以下方面：
泛娛樂的持續賦能（如超清視頻、AR/VR、雲遊戲、直播等場景）
商用場景的智能與網聯化（如智能製造、智能電網、智慧礦山、智慧醫療、智慧農業等場景）
智慧辦公場景的蓬勃發展（如企業上雲、智慧政務等場景）
生活化場景的逐步落地（如智能家居、智慧交通、智能安防、智慧教育等場景）
《白皮書》將基於對通信能力的要求及行業成熟時間對於場景做進一步的篩選，結果如下：
《白皮書》進一步認為，F5G在高帶寬、低時延、低抖動、抗干擾性與高可靠性的表現優於5G，而5G在可移動性與多連接數方面相較於F5G更具優勢。所以，可以為每種網絡性能進行5G/F5G匹配權重，結合不同應用場景對性能的需求，計算出每個場景的5G與F5G相關度。
根據5G與F5G相關度得分差值，可將應用場景分為F5G主導場景、F5G潛力場景與F5G/5G混合場景。（如下圖所示）
關於F5G主導場景，智能製造、智慧醫療、雲遊戲和智慧金融，對於時延及抖動非常敏感，單純使用無線5G，不足以滿足所有的網絡需求。此外，如電網的強電磁干擾和礦山的地下5G信號較弱且較易發生礦物干擾、粉塵爆炸等特點，F5G的全光網絡，也更為適合於電力和礦山場景。
超清視頻、AR/VR、直播智慧、智慧物流等場景，根據終端及接入方式不同，則可以混合使用F5G和5G互相協同，達到最佳效果。
唐雄燕表示，5G的好處在於靈活性，F5G的優勢是可靠性非常高，5G本身的發展需要光纖技術的推進，因此F5G是5G的基礎設施，兩者應用場景既有重合，又各有側重，可協同發展，各有特色。尤其是未來如果發展毫米波5G，單一基站無線信號可覆蓋範圍更小，則只有更發達的F5G有線網絡才能對其形成足夠支撐。
產業安全：發展F5G鞏固我國通信產業核心裝備優勢
光通信是我國在通信領域最接近世界領先水平的產業之一。過去幾年，在寬帶中國、網絡強國等國家戰略的推動下，信息通信網絡的大規模建設帶動了我國光纖光纜產業的快速發展，2017年需求量與產量的全球佔有率就分別達到了57%和62%左右，確立了我國作為光纖光纜製造大國的地位。
但是，我國光通信產業發展還面臨着一些結構性的問題，產業鏈上游的核心，如高端芯片、材料製造平台和儀表等領域，技術實力和產業化水平與美、日等領先國家還存在差距，原始性創新成果仍然不足，國際標準化主導能力還有限，可持續競爭力仍有待提高。
復旦大學國際政治系教授沈逸認為，當前，包括F5G在內的信息關鍵基礎設施已經成為與大國戰略競爭的重要組成部分。大約從2017年起，通信技術領域比較具象化的應用逐漸被抽象成為大國戰略競爭力的一種符號，現在，數字維度和實物維度變成了兩個相互影響的空間，這就要求各國相關企業在相關的技術、應用、標準、產品等方面展現出自己的實力。
據瞭解，各國也都競相投入了固網的升級建設，歐洲已經發布立場文件，將F5G定義為戰略基礎設施。F5G作為新的網絡發展代際，對我國提升國際競爭力、增強標準話語權來説，也是非常重要的機會，需要各級政府加大關注，搶佔先機。
光通信技術競爭的成敗，關係到通信網絡和數字經濟的發展質量，進而影響到我國通信產業及相關行業的產業安全。F5G建設越早進行，就能越快推動我國光產業鏈深度佈局，推動光通信核心技術與裝備自主化，推動通信網絡向更安全、更高質量的全光網絡發展。同時，加速F5G技術的應用轉化，對鞏固和擴大我國在相關領域的既有技術優勢，也具有戰略意義。