F5G:国家产业安全与发展的重要新契机

来源:QQ快报
责任编辑:鲁晓倩
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(文/观察者网周远方 编辑:李肆)

伟大的文明,会将标准化和大规模基础设施作为自身长久繁荣的根基。1月28日,安永会计师事务所发布了《全球光通信产业白皮书》,我们通过对这个专属领域白皮书的深入解读,发现了一个对国家产业安全与发展十分重要的新契机——F5G。

F5G(the 5th Generation Fixed Network)是以超高带宽、全光联接、确定性体验为主要特点的固定网络代际标准。基于F5G,大规模远程医疗、大规模自动驾驶、全光工业网、全光智慧城市等必须依赖极致可靠网络的使用场景,将会陆续实现;国家产业的安全发展、城市治理的思路升级,将需要重新考量。

那么,F5G从何而来?

由于多年来的碎片化发展,固定网络这个巨大的产业,终于遇到了前所未有的挑战——各标准组织之间缺乏协同、多种网络媒介并存、产业代际演进不清晰、投资分散难以形成规模效应;加上移动网络的生态不断繁荣,也在不断抢走用户的注意力。

但事实上,固定网络是技术底座,即便是热火的无线网络,也需要依赖于固定网络才能完成信息数据的传输。尽管多年来,大家对于固网宽带的体验“尚且不错”,甚至“够用”,但如果仅仅满足于“够用”而造成整个固定网络行业发展缺乏前进动力的话,这对整个行业的生命力是充满了巨大伤害的,也会直接影响到整个网络基础设施的建设节奏,以及信息和产业战略安全。

而且,这个问题并不只出现在国内。

2019年12月,欧洲电信标准协会(下简称ETSI)组织中国电信、意大利电信、葡萄牙电信、华为等10家公司作为初创成员倡议成立F5G工作组,同时在2020年2月面向全球宣布该行业规范工作组的成立和运作,致力于推动固定网络的代际建设及标准革新。该工作组成员选举来自意大利电信的卢卡·佩桑多(Luca Pesando)博士担任主席,来自中国电信研究院的蒋铭博士等三人担任副主席。

2019年12月,ETSI成立F5G行业规范组(图源:ETSI官方网站)

在卢卡·佩桑多看来,移动通信领域有ITU、3GPP、GSMA三个国际组织在协调行动,为移动通信产业的繁荣发展发挥了巨大的作用。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,造就了今天的移动通信产业。

在这一过程中,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时代才实现了全球统一。

而固网领域,虽然光纤网络产业40年发展也取得了辉煌的成果,不过,整个产业的发展依然存在生态碎片化的问题,至今依然存在多个标准组织。

所以,为了固网行业更好发展,行业也必须构建出统一定义、统一架构功能、统一容量、统一性能的新一代光纤网络,来减少不必要的碎片化私有规范,获得像移动网络一样的规模经济效益。

于是,F5G代际应运而生。并定义了固网发展以来,整体的代际标准:

F1G时代,通过电话铜线传输模拟信号,满足了语音通话需求,也提供了非常基础的拨号上网服务。

F2G时代,使用ADSL/SDH应用接入了互联网,带宽提升到2到10兆,速率的提升使互联网网站和门户网站得到普及。电子邮件在企业中变得更加普遍,得到更广的应用;个人用户也可以开始使用简单的在线通信工具。

F3G时代,进一步推动多媒体成为重心,使用VDSL/MSTP技术提供50~100兆的带宽,更高带宽支持高清电视、电话和在线游戏等应用。

F4G时代,以GPON/OTN应用为代表,带宽超过100Mbps,与4G同步。这一传输速率大大提高了用户通过互联网访问多媒体的速度,高清电视、视频直播、超清视频会议等的逐渐普及。

到如今的F5G时代,以10G PON、Wi-Fi 6、200G/400G和NG OTN等技术为代表,全面走向千兆应用。VR/AR、智能电网、智慧医疗/互联网+医院、智慧农业、智能交通、智慧校园等新兴场景如雨后春笋般不断涌现,并从此逐渐融入我们的日常生活之中。

需要说明的是,我们之前耳熟能详的5G,和今天着重介绍的F5G,都是第五代通信技术的代表,特点都是大带宽、低时延、广连接;区别在于:F5G以光纤为主,主攻固定网络场景;5G则是无线网络,可以理解为F5G是陆军,5G是空军,F5G是地上一张网,5G是天上一张网,两者的应用场景既有重合,也有互补。

固网——新基建的战略性“刚需”

了解F5G概念和代际定义后,我们发现了两点重要的事实。

首先,F5G是整个数字网络基础设施较为底层的位置,是根基,是整个网络通信设备新基建的“刚需”底座;其次,中国的光纤产业虽然处于全球领先位置,但目前仍处于从F4G向F5G转型时代,自身迭代升级存在“刚需”。

在安永的发布会上,从事光通信研究30年的唐雄燕进一步介绍了F5G在整个基建体系中的位置。

他说,中国官方去年4月提出的“新基建”,把基础设施分为三类:信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施。其中,底层就是信息基础设施,信息基础设施中又有两个重要的要素,一是通信网络,二是算力基础设施。实际上F5G全光网络作为通信网络的一员,不仅是新基建关键领域之一,同时也是其它5G、工业互联网、数据中心等七大领域的使能平台。

可见,所有的新基建都离不开底层的光纤基础设施,并需要逐渐抛开污染更大、干扰更强、成本更高的铜线,向全光交换发展,逐渐从今天的“光纤到户”延伸到房间、办公桌、设备和机器。

唐雄燕介绍,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。在未来,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”也将成为可能。

“1毫秒时延圈”全光城市示意图(唐雄燕演示资料)

在这方面,中国的许多城市实际上已经走在前列。2020年7月,上海的“一网通办”被联合国“点名表扬”。联合国每两年对全球190多个国家的电子政务发展进程进行调查并发布调查报告,今年报告的主题是“数字政府助力可持续发展十年行动”。调查报告重点介绍了上海“一网通办”通过促进数据共享和再造业务流程,优化营商环境、提升用户体验的经验,以及政务服务移动应用和线上线下业务协同的做法。在联合国全球城市电子政务评估排名中,上海位列前十。

上海市经济和信息化委员会处长潘焱在发布会上介绍,上海目前正致力于率先打造全球领先的信息基础设施布局,建设高水平的5G移动网络和F5G固定网络,打造“双千兆”宽带网络,构建全球信息通信枢纽,搭建国际数据枢纽平台,通过高水平的数字基础设施建设,给整个产业打造更好的发展环境。

国家电网科技部副主任沈江举了一个更具体的实例:电力系统行业的通信要自建独立、专业的电力光纤网络,目前正在研究F5G技术如何融入电力专业光纤网络。F5G技术的低时延、高可靠性,以及大频段方面的三个主要特点,在电力领域的主要应用场景是在智能电网中运用它的低时延的特性。

沈江说,电力系统是一个很复杂、很庞大的系统,一旦一个地方出现故障,必须在100毫秒之内切除这个故障,如果100毫秒无反应,就会造成整个事故的扩大,甚至出现波及整个电网的灾难性的事故。要做到在100毫秒内切除故障,目前用我们常规的通信技术,端对端的时延能够做到50毫秒,也就是说留给我们做其他事情的时间,包括数据采样、数据分析计算,以及到端口切除故障,总共只有将近40毫秒,非常紧张。所以如果有技术能节省10毫秒,哪怕1毫秒,对我们都是非常珍贵的。常规技术的端对端的时延是50毫秒,现在F5G技术经过我们的测试,可以缩短到1~10毫秒,这对我们电力系统实时控制有望带来很大助力。

安永战略与交易咨询合伙人叶亮指出:“F5G支撑云、AI等新兴技术发展,为众多新兴场景提供了落地的可能,从而驱动‘万物互联’的加速实现。”

F5G与5G合力才能最大限度提升数字经济空间

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》认为,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。

F5G千兆固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,应当作为新时期我国网络强国建设的突破口。从短期看,F5G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,F5G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。

安永发布的《白皮书》对F5G和5G的新兴应用场景也做了更详细的分析。白皮书认为,F5G与5G所带来的数据传输速度及低时延造就了各类新兴应用场景,其主要存在于以下方面:

泛娱乐的持续赋能(如超清视频、AR/VR、云游戏、直播等场景)

商用场景的智能与网联化(如智能制造、智能电网、智慧矿山、智慧医疗、智慧农业等场景)

智慧办公场景的蓬勃发展(如企业上云、智慧政务等场景)

生活化场景的逐步落地(如智能家居、智慧交通、智能安防、智慧教育等场景)

《白皮书》将基于对通信能力的要求及行业成熟时间对于场景做进一步的筛选,结果如下:

《白皮书》进一步认为,F5G在高带宽、低时延、低抖动、抗干扰性与高可靠性的表现优于5G,而5G在可移动性与多连接数方面相较于F5G更具优势。所以,可以为每种网络性能进行5G/F5G匹配权重,结合不同应用场景对性能的需求,计算出每个场景的5G与F5G相关度。

根据5G与F5G相关度得分差值,可将应用场景分为F5G主导场景、F5G潜力场景与F5G/5G混合场景。(如下图所示)

关于F5G主导场景,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。

超清视频、AR/VR、直播智慧、智慧物流等场景,根据终端及接入方式不同,则可以混合使用F5G和5G互相协同,达到最佳效果。

唐雄燕表示,5G的好处在于灵活性,F5G的优势是可靠性非常高,5G本身的发展需要光纤技术的推进,因此F5G是5G的基础设施,两者应用场景既有重合,又各有侧重,可协同发展,各有特色。尤其是未来如果发展毫米波5G,单一基站无线信号可覆盖范围更小,则只有更发达的F5G有线网络才能对其形成足够支撑。

产业安全:发展F5G巩固我国通信产业核心装备优势

光通信是我国在通信领域最接近世界领先水平的产业之一。过去几年,在宽带中国、网络强国等国家战略的推动下,信息通信网络的大规模建设带动了我国光纤光缆产业的快速发展,2017年需求量与产量的全球占有率就分别达到了57%和62%左右,确立了我国作为光纤光缆制造大国的地位。

但是,我国光通信产业发展还面临着一些结构性的问题,产业链上游的核心,如高端芯片、材料制造平台和仪表等领域,技术实力和产业化水平与美、日等领先国家还存在差距,原始性创新成果仍然不足,国际标准化主导能力还有限,可持续竞争力仍有待提高。

复旦大学国际政治系教授沈逸认为,当前,包括F5G在内的信息关键基础设施已经成为与大国战略竞争的重要组成部分。大约从2017年起,通信技术领域比较具象化的应用逐渐被抽象成为大国战略竞争力的一种符号,现在,数字维度和实物维度变成了两个相互影响的空间,这就要求各国相关企业在相关的技术、应用、标准、产品等方面展现出自己的实力。

据了解,各国也都竞相投入了固网的升级建设,欧洲已经发布立场文件,将F5G定义为战略基础设施。F5G作为新的网络发展代际,对我国提升国际竞争力、增强标准话语权来说,也是非常重要的机会,需要各级政府加大关注,抢占先机。

光通信技术竞争的成败,关系到通信网络和数字经济的发展质量,进而影响到我国通信产业及相关行业的产业安全。F5G建设越早进行,就能越快推动我国光产业链深度布局,推动光通信核心技术与装备自主化,推动通信网络向更安全、更高质量的全光网络发展。同时,加速F5G技术的应用转化,对巩固和扩大我国在相关领域的既有技术优势,也具有战略意义。

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