F5G全光網核心支撐，上海建成全球首個全光智慧城市

【文/觀察者網 呂棟】

隨着新一輪科技革命和產業變革在全球深入發展，各領域對網絡的依賴不斷增強，夯實網絡基礎設施已成為各行業共識。在這一過程中，F5G全光網由於具備高帶寬、低延時、傳輸穩定和抗干擾等特性，不僅可以與5G移動網絡形成互補互促，也可以拋開污染更大、干擾更強、成本更高的銅線，助力中國“碳中和”目標實現，毫無疑問將是一個對國家產業安全與經濟發展十分重要的新契機。

4月23日，在率先建成“雙千兆寬帶城市”的基礎上，上海宣佈成功建成“全光智慧城市全球第一城”，以F5G千兆光網為核心支撐技術，構建城市“1毫秒”時延圈，全面推進全光網的建設，打造超大帶寬、超低時延、先進可靠的全光底座，支撐上海的數字化轉型。

在與會專家看來，全光智慧城市的建設不僅符合國家“十四五”規劃中“網絡強國、數字中國”的戰略目標，也是對政府工作報告“加快千兆光網建設力度”整體要求，工信部“雙千兆行動計劃”中“承載能力提升行動”，以及上海市“城市數字化轉型、數字新基建”建設的高度響應。

從技術層面看，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。以上海為例，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”已經成為可能。

圖片來源：視覺中國

F5G全光網：智慧城市的核心支撐

2021年是中國“十四五規劃”的開局之年，國家《十四五規劃和2035年遠景目標剛要》中將數字經濟部分單獨成篇，提出要加快數字發展，建設數字中國。而數字中國建設的關鍵和核心點就在於城市的數字化、智能化轉型。不可否認的是，智慧城市的建設離不開各行業海量信息的交換，這些都需要以5G和千兆光網為代表的“雙千兆”網絡作為核心支撐。

從歷史上看，移動通信和固網寬帶兩大產業均始於1980年的模擬信號時代。40多年來，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時代才實現全球統一；固網寬帶也從F1G（64Kbps）銅線傳輸模擬信號時代，走向當下以10GPON、Wi-Fi6、200G/400G等技術為代表的F5G（the 5th Generation Fixed Network）千兆光網時代。

與耳熟能詳的5G移動網絡一樣，千兆光網具有超大帶寬、超低時延、先進可靠等特徵，是5G、數據中心、物聯網等通信基礎設施的“承載底座”，其與5G網絡共同構成我國“新基建”的“雙輪”和“兩翼”。在5G基站迅速覆蓋的同時，國家《十四五規劃和2035年遠景目標綱要》和2021年《政府工作報告》均明確提出要加快千兆光網建設，工信部也出台《“雙千兆”網絡協同發展行動計劃（2021-2023年）》（下稱：《行動計劃》），作為新時期我國寬帶網絡發展的頂層設計和指導文件。

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）

作為長三角經濟圈的核心城市，上海一直是“雙千兆”網絡建設的領頭羊。根據第三方研究報告，目前上海千兆固定寬帶已覆蓋960萬户家庭、實現99%家庭覆蓋，固定寬帶平均可用下載速率達到50.32M，是全國首個超過50M的城市。移動通信方面，上海已實現中心城區和郊區重點區域5G連續覆蓋，平均下載速率超300M，重點區域下載速率超800M。從網絡基礎設施能力、網絡覆蓋以及用户感知度看，上海已率先建成“雙千兆寬帶城市”。

這一過程無疑離不開運營商的推動。早在2018年首屆進博會召開之際，上海移動已成功打通首個“雙千兆”視頻通話，並率先提出打造5G千兆、寬帶千兆的“雙千兆之城”計劃。截至目前，上海移動已建成超1.3萬個5G基站，下載速率超700M，位列全國5G NSA優秀城市；率先跨越升級為第五代固定寬帶網絡（F5G），已經實現800萬家寬用户千兆覆蓋，全市1萬棟樓宇萬兆入樓，百座T級園區。

當前，立足“雙千兆寬帶第一城”的發展基礎，上海移動進一步助力構築城市數字新底座，助力上海率先建成**“全光智慧城市全球第一城”**，以F5G千兆光網為底座，構建城市“1毫秒”時延圈，全面推進全光網的建設，打造超大帶寬、超低時延、先進可靠的全光底座，支撐上海的數字化轉型。

上海市經信委副主任張建明張建明在致辭中表示，以5G、千兆光網為代表的“雙千兆”網絡是製造強國和網絡強國建設不可或缺的“兩翼”和“雙輪”，是新型基礎設施的重要組成和承載底座，在拉動有效投資、促進信息消費和助力製造業數字化轉型方面發揮着重要作用。他希望，上海移動進一步加大全光網的建設力度，探索更多應用場景，用全光網賦能數字治理、數字經濟、數字生活，打造全光智慧城市建設的“上海樣板”，助力上海城市數字化轉型。

上海市通信管理局黨組成員、副局長王天廣指出，雙千兆全光網正以雙輪驅動本市新基建的發展，推動千行百業的數字化轉型。上海是全國千兆寬帶建設的標杆，上海移動在光傳輸網架構上做了積極探索和努力，希望上海移動圍繞五大新城建設目標，進一步深入推進千兆光網的建設，全面提升千兆光網業務品質，為上海全網智慧城市建設和城市數字化轉型提供更加堅實可靠的城市光網底座。

上海建成全光智慧城市全球第一城

上海移動在會上宣佈，將以“6+8+20+N+X（接入點）”的目標架構全面推進上海的全光網建設，實現A/B類商業樓宇100%資源預覆蓋，持續打造業界最高品質、最高可靠、最低時延的OTN（optical transport network）精品政企網。同時，該公司還公佈了全光智慧城市的應用創新計劃：千兆體驗普惠1000萬家庭、精品專網平台服務6大行業、打造300個智能創新項目。

“上海移動已經打造了全球最大規模的全光交叉城域網和上海最多的光傳送節點，實現了全市光高速樞紐佈局。”上海移動副總經理李學成在致辭中指出，基於領先的全光城市架構，為上海政務、金融客户帶來業界超高可靠、超低時延、超高品質的政企專線服務，賦能城市治理、金融服務的數字化轉型。

國家信息中心信息化和產業發展部主任、智慧城市發展研究中心主任單志廣認為，中國智慧城市的發展已經邁入場景驅動階段，F5G全光網是核心支撐技術，構建了智慧城市的全光底座。從經濟學的發展規律，結合摩爾定律和梅特卡夫定律，OTN光節點密度乘以計算精度即可反映出城市數字化的強度，F5G全光網為未來城市的高質量發展奠定了非常重要的基礎。

據中國信息通信研究院技術與標準研究所所長敖立介紹，5G和千兆光網都是重要的新興基礎設施，兩者互為補充，缺一不可。千兆光網是由千兆光纖接入和全光傳送底座組成，全光傳送底座則是雙千兆業務發展的基石。OXC、OTN傳送站點密度是衡量全光智慧城市的核心指標，未來我們需要共同定義未來OTN站點密度的發展指標。

在與會專家看來，全光智慧城市的建設不僅符合國家“十四五”規劃中“網絡強國、數字中國”的戰略目標，也是對政府工作報告“加快千兆光網建設力度”整體要求，工信部“雙千兆行動計劃”中“承載能力提升行動”，以及上海市“城市數字化轉型、數字新基建”建設的高度響應。

“雙千兆”為何要齊頭並進？

F5G千兆光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，已成為新時期我國網絡強國建設的突破口。從短期看，千兆光網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，千兆光網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。

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》指出，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。

由於5G移動網絡和千兆光網分別採用無線方式連接和固定光纖連接，其固有連接屬性決定了技術特點各異。在智能製造、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。

另外，全光網絡的建設對中國的“碳中和”目標也擁有重要意義。首先，把銅線換成光纖，在傳輸能耗方面有大量的節約。歐盟目前也在大力推進全光網絡戰略，要用10年的時間實現“千兆光網”，他們對1萬户寬帶用户做過一個測算，光纖本身相對於銅線，在傳輸能耗上能夠節約60%-70%。所有光纖接口有源設備如交換機、服務器、收發器等的能耗都比銅接口產品顯著降低。

其次，從材料方面來説，光纖是玻璃，材料是二氧化硅，也就是沙子，幾乎取之不盡；而銅線的原材料非常有限；光纖的使用壽命是30年，而銅線的壽命是5-10年；同樣數據承載能力的光纖，重量只是銅線的10%，這會在施工過程中導致非常大的能耗差別。實際上，到目前為止中國家庭上網的“最後幾米”還是在大量使用銅線，大致以4億家庭，每户20米銅線換成光纖計算，“全光網絡”建設在“碳中和”方面的意義非常巨大。

工信部《行動計劃》指出，推進5G和千兆光網協同發展：

從支撐宏觀社會經濟發展看，可以拉動有效投資，促進信息消費，為高質量發展提供新動能，帶動生產和消費，在加快構建國內大循環為主體，國內國際雙循環相互促進的新發展格局中發揮重要作用；

從支持產業數字化轉型看，“雙千兆”網絡有力支持製造、交通、醫療、教育、港口等垂直行業應用市場培育，給傳統企業帶來生產方式、經營管理的數字化變革，催生諸多新模式新生態，帶動工業互聯網、智能製造、智慧城市、智能家居等各個領域的創新創業，為賦能經濟社會數字化轉型注入新動力；

從滿足人民美好生活需求看，“雙千兆”網絡和每個人都息息相關，網絡更快了，能力更強了，連接更便捷了。在線會議、視頻直播拉近了人與人的距離；直播帶貨、線上銷售、VR應用豐富了人們的消費；在線教育、遠程醫療讓高質量的公共服務隨身可得，無處不在的高速網絡和快速發展的新業務和新應用正改變着人們的生活。

《行動計劃》還從網絡部署、用户普及、應用示範、產業提升和安全保障方面提出了未來三年5G和千兆光網發展的總目標，並以2021年和2023年為兩個時間節點提出了分階段發展量化指標。

其中，《行動計劃》指出，到2021年底千兆光纖網絡具備覆蓋2億户家庭的能力，萬兆無源光網絡(10G-PON)及以上端口規模超過500萬個，千兆寬帶用户突破1000萬户；5G網絡基本實現縣級以上區域、部分重點鄉鎮覆蓋， 新增5G基站超過60萬個；建成20個以上千兆城市。到2023年底千兆光纖網絡具備覆蓋4億户家庭的能力，10G-PON及以上端口規模超過1000萬個，千兆寬帶用户突破3000萬户；5G網絡基本實現鄉鎮級以上區域和重點行政村覆蓋；實現“雙百”目標：建成100個千兆城市，打造100個千兆行業虛擬專網標杆工程。

毋庸置疑，未來三年是5G和千兆光網發展的關鍵期。《行動計劃》認為，“雙千兆”網絡建設涉及網絡多個環節，需要從多個方面進行着力。

第一，“廣覆蓋”。一是持續擴大千兆光網覆蓋範圍。在城市及重點鄉鎮進行10G-PON設備規模部署，開展薄弱區域ODN改造升級等。二是加快推動5G SA規模部署。加快中心城區、重點區域等的網絡覆蓋，推進5G網絡在交通樞紐、大型體育場館、景點等流量密集區域的深度覆蓋。三是深入推進農村網絡設施建設升級。持續開展電信普遍服務，深化農村人口聚居區、生產作業區等重點區域的網絡覆蓋。按需逐步推動農村千兆網絡建設覆蓋。

第二，“強基礎”。一是提升骨幹傳輸網絡承載能力。按需推進骨幹網200G/400G傳輸部署，引導100G及以上速率超高速光傳輸系統向城域網下沉，鼓勵在新建幹線中採用新型超低損耗光纖。二是提升數據中心互聯能力。推動400G光網絡設備在數據中心互聯中的部署應用，推動SRv6、VXLAN和SDN技術的應用。三是協同推進5G承載網絡建設。推動5G前傳和中回傳網絡中大容量、高速率、低成本光傳輸系統建設，在城域接入層、匯聚層和核心層按需部署傳輸系統。

第三，“降本增效”。深化電信基礎設施共建共享。一方面，繼續深化行業內信息通信基礎設施共建共享；另一方面，着力提升跨行業共建共享水平，加強與電力、鐵路、公路、市政等領域的溝通合作。

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