华为 -智慧高速F5G全光通信网白皮书2024

智慧高速F5G全光通信网白皮书2024HUAWEIPREFACE过去30多年，我国的高速公路迅速发展，通车里程逐年增多，截止2023年累计化改革和可持续规范发展阶段，取消省界实体收费站实现全国联网收费联网的建设；加速了全国高速公路“一张网”的联网联控运营模式据、云计算、人工智能等数字技术在交通运输行业的不断创新和试点也加速了基础设施数字化和智能化的发展进2022年《国家公路网规划》发布,高速公路未来有2.8万公里待建和约3万公里的扩容改造。高速公路通信网作为高速公路信息化底座，为高速公路收提供传输通路，为高速公路运营服务保驾护航。高速公路通信网经历了从PDH、SDH到OTN的发展阶段，面向新形势下的业务诉求，通信网也正在面临向新一代技术演进。F5G（The5thGenerationFixedNetwork，第五代固定网络）全光网依托OTN和PON技术，凭借灵活带宽、安全可靠、极简、智慧运维的特性能够满足高速公路数字化、智能化发展的诉求，为高速公路提供下一代数高速公路智慧化和交通强国战略目标达成。为此我们编制了《智慧高速F5G全光通信网技术白皮书2024》，希望能够为高速公路的数字化转型提供支持，助力高速公路我们在编写《智慧高速F5G全光通信网白皮书2024》的过程中，得到了很多行业单位及其专家的指导和帮助，为我们提供了深入的行业分析和建议，和内容产生了深远影响。在此，我们诚挚地对如下单位及其专家表示衷）：CONTENTS01第一章高速公路通信网的现状和挑战 1 2 3 502第二章智慧高速公路F5G全光通信网络 7 82.2F5G全光网络演进的关键技术 92.3高速F5G全光通信网络演进方案 102.3.1干线OTN演进方案 102.3.2小型化OTN接入网解决方案 2.3.3基于PON技术的数据传输解决方案 1403第三章智慧高速公路F5G全光场景化解决方案 183.1F5G全光干线传输网方案 193.2F5G全光路段接入网方案 203.3F5G全光干线-路段接入网高可靠一体方案 213.4F5G全光数据传输网方案 223.4.1F5G全光收费数据传输网方案 223.4.2F5G全光路侧数据传输网方案 233.4.3F5G全光隧道数据传输网方案 253.4.4F5G全光服务区数据传输网方案 253.5OTN光缆数字化运维监测解决方案 2704第四章高速公路F5G全光网应用案例 294.1F5G助力浙江智慧高速高质量发展 304.2F5G助力广东打造高速公路全光大动脉 314.3F5G搭建S省智慧高速“共享+独享”双业务通道 324.4F5G为江西梅岭隧道打造全光底座 3305第五章高速公路F5G全光通信网应用展望 36附录-1缩略语 38附录-2参考文献 40随着1988年沪嘉高速公路一期工程、沈大高速公路沈阳至鞍山和大连至三十里堡的通车，拉开了我国高速公路建设的序幕，经过30多年的快速发展，我国高速公路规模和通车里进入“十三五”后，高速公路步入全面深化改革与规范发展的新时期，从注速度转向更注重科学合理可持续发展。近年，中共中央、国务院和交通运输部陆通运输行业和公路行业的发展政策，为高速公路高2019年9月，中共中央、国务院印发《交通强国建设纲要》，提出紧紧围绕统筹推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局，推动交通发展由追求速度重质量效益转变，为全面建成社会主义现代化强国、实现中华民族伟大复兴中国2021年2月，中共中央、国务院发布《国家综合立体交通网规划纲要》，推进交通基础设施数字化、网联化。全方位布局交通感知系统，推进智能网联汽车（智能汽车、自2021年9月，交通运输部发布《交通运输领域新型基础设施建设行动方案(2021-2025运输部还发布了《数字交通“十四五”发展规划》，提出要完善公路感知网络，设施全要素全周期数字化，发展车路协同和自动驾驶，深化ETC应用，建设一体化（监、2022年2月，交通运输部印发《公路“十四五”发展规划》，提出“十四五”时期公路交通发展要坚持“服务大局、共享发展，统筹协调、融合发展，深化改革、创新2022年7月，《国家公路网规划》发布，明确了公路网发展目标和要求，通过科技创新赋能，促进前沿科技应用，不断提高国家公路数字化、网联化水平，提升路网安韧性，实现到2035年，基本建成覆盖广泛、功能完备、集约高效、绿色智能、安全可靠的现02022022年9月，《高速公路联网收费系统优化升级工程总体方案》发布，在取消高速公路省界收费站工作基础上，优化升级全国高速公路联网收费系统，加强运行监测能力、AI计算能力、数据分析能力、业务融合能力建设，大2023年9月，《全国高速公路视频监测优化提升实施方案》发布，进一步提升全国高速公路网监测能力和信息化管理水平，加快实现高速公路监测视频全面覆盖、快速行，高效支撑公路交通保通保畅。方案要求到2024年年底，基本实现高速公路全路段监测视频全面覆盖，加密完善高速公路视频，增强视频联2023年9月，交通运输部发布《推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》，提出构建公路设计、施工、养护、运营等“一套化，基本建成“部省站三级监测调度”体系，公路市场数据资源充分整合，建立1.2高速公路通信网现状和挑战随着现代交通运输业的不断发展，高速公路在我国运输程通信技术是高速公路工程中最为重要的一环，在保障高速公路出行的安全性、便高速公路机电工程系统隶属于交通工程（安全设施高速公路机电系统被划分为三大系统，即监控系统、收费系统、通信系统。在高和发展过程中，通信、收费、监控三大系统同步建设，协调发展。通信系统是高统的“中枢神经”，作为信息化底座，为监控系统和收费系统的数据、语音和图而及时的传输提供通路，保证高速公路各管理部门之间业务联络的畅通，并为高部门和外界组织的通讯提供技术支持和保障。因此，通信系统的质量决定了高速高速公路网正在逐步形成。随着道路数量和里程的增加，区域内高速公路机电方案论证及工程实践陆续开展，高速公路通信系统也从单条道路的内部通信向变。2000年后，采用SDH技术建设高速通信系统的模式逐渐被采纳和推广，经过十多年的发展，各省份逐步建设了适合本省高速公路网的SDH数字通信网，承载高速公路收费、监控等2012年1月，交通运输部发布《高速公路通信技术要0303线，干线传输网宜采用SDH系统组建，路段接入网应与干线传输网技术体制相适宜，宜采用SDH技术。2019年5月，国务院印发《深化收费公路制度改革取消高速公路省界收费站实施方案的通路视频云联网技术要求》，全面推进视频监控网建设和视频联网，打造全国高速通过一系列政策规范的落地，对高速公路通信网提出更高的要求，通信网由网深化演进、路段接入网带宽面临倍数级膨胀等；同时，联网收费和视频联网对性和稳定性也提出明确诉求，现网SDH网络已无法满足高速业务诉求和演进规划，因此，各省也陆续启动干线传输网和路段接入网的升级改造。截止2023年底，全国已有近20个省份完成或正在进行干线传输网的SDH向OTN升级。随着联网收费和视频联网的快速推进，全国高速公路已立建网模式和各省建网方案的差异，整网的运行质量和运行效率还存在诸多问题省份网络进行分析发现，目前路段接入网建设多制式共存，建网带宽配置差异大多次转换传输，难以保证数据精准、全量、实时上传到上级管理部门，无法满足未来智慧化（如车路协同）的业务诉求。同时，当前高速公路按路段级建网，整点多，且分散管理，造成整体建网复杂，层级多，运维难度大，效率低。因此，网需要根据演进趋势和业务诉求进行优化，需要自顶向下进行梳理和设计，采用式，推进高速公路通信网架构归一、层级简化去部中心备用路径去部中心数据传输网数据传输网制式SDH/MSTP/PTN/OTN/以太网制式SDH/MSTP/OTN制式OTN路段接入网省干传输网国干传输网04041.3高速公路通信网演进趋势和诉求进入“十四五”时期，高速公路的建设更加注重新技术的创新应用，在不断数字化建设基础上，深化智慧高速试点，各类智慧业务的实施对高速公路通信网在《加快推进高速公路联网收费系统优化升级实施方案》中，提出要进行联级，实现数据传输完整率、上传及时率、准确率均为100%，实现全网计费准确率99.99%、在线计费调用成功率不低于99.99%，兜底计费使用率不高于0.01%。在交通运输部印发的《全国高速公路视频监测优化提升实施方案》，提出为全国高速公路网监测能力，全面推进“可视、可设，需要对现有视频监控设施进行优化升级，并开展视频点位加密等工作，以确频联网系统的长期稳定运行，视频实时在线率不低于95%。高速公路通信网作为支撑高速公路智慧化的数字底座，为了满足以上业务达成，同时满足适度超前，支持未来车路协同、无人驾驶等智慧化场景演进诉求业务基础上，智慧化业务需求不断丰富，如雷视拟合路网感知业务、车路生，AI智能化业务等，各类业务需相互独立，互不影响。因此，通信网络作为传输管道在承载业务时，需要提供业务的硬隔离承载，以保证业务间传输独立，安全可靠；其次确率、视频监控要求的提高，以及感知业务、智慧化应用的落地，对各业务数据定性传输提出更高要求，需要通信网具备全力送达、0丢包的传监控、智慧等业务数据的传输与云端存储与调用，以及未来业务的按需扩展，需要准确率均为100%的诉求，需要通信网具备实时传输能力。同时，未来智慧化车路协同、AI大速公路末端感知设备和中心“智慧大脑”，必须具备整网高安全、高可靠的能力类业务和指令的上传下达，保障高速公路的“可视”管理和道路安全。另外，当指标诉求，如收费系统计费准确率99.99%、监控系统视频在线率不低于95%等，也更强调通信网必须具备极致安全、极致可靠的能力，具备多路由0505和修复相对困难和低效，特别是在交通繁忙的情况下，维护人员可能面临交通安着智慧高速公路的发展，网络规模也越来越大。亟需支持全网可视化实时管理和能诊断、故障精准定位、业务自动下发的网络管理系全，2023年4月交通运输部发文《公路水路关键信息基础设施安全保护管理办法》，明确关键信息基础设施主要指如网络设施、信息系统等，高速公路通信网中的通信设备即设施。后续新建、改建、扩建或者升级改造公路水路关键信息基础设施的，安全保0606智慧高速公路F5G全光通信网络4G3G2G1GF2G语音时代POTS2.5G/PDHADSL10G/SDHVDSL40G/MSTP1980s无线网络改变社会全光网络F1G改变生活4G3G2G1GF2G语音时代POTS2.5G/PDHADSL10G/SDHVDSL40G/MSTP1980s无线网络改变社会全光网络F1G改变生活2.1固定网络代际的发展ETSI于2020年2月成立第五代固定网络F5G工作组，提出固定网络代际发展概念。固定网络发展从90年代F1G语音时代起，主要以POTS、PDH技术为主，满足语音通信业务诉求。到了F2GWeb时代，固网演进到以ADSL、SDH技术为主，语音、上网业务，以及电子邮件等业务兴起，带动了互联网产业的最初繁荣。到了F3G时代，用户侧接口逐步丰富，网速十倍提升，带宽流量迅速增长，固定网络技术演进到VDSL，MSTP技术，支撑了互联网业务视频平台的崛起。到了F4G时代，高清视频、以及视频直播的崛起，带动百兆光纤到户，GPON、OTN技术的引入支持网络带宽的迅速增长。如今来到了F5G千兆光网、万物互联的时代，F5G（theFifth-GenerationFixedNetwork），即第五代固网技术，其具备三大特征：增强型固定宽带（eFBB）、全光纤连接（FFC）和保证可靠体验（GRE）。F5G以全光网络为目标，以10GPON、Wi-Fi6、200G/400G、下一代OTN等为代表技术，提出“光联万物”的理念，推动成为人工智能、造、智慧园区、智慧城市等产业提供大带宽、低时延、高稳定性的底层网络支撑5GF3GF4GWeb时代F3GF4G4K时代F5G视频时代4K时代F5GGPON100GOTN万物互联时代10GPON+WIFI6200GOTN/下一代OTN/OXC1990s2000s2010s2020s0808F5G与5G分别代表“固定网络”和“移动网络”的最新技术，在场景应用上是互补充关系，支撑着各行业数字化转型，推动全社会数字化、智能化的发展。F5G面向家庭、企业园区、交通和电力等提供高性能固定网络服务；5G面向手机、无人机、车联网等移动应用场景。一般在光纤可达的情况下选择F5G，带来更大带宽、更低时延，和更安全、更可靠的网络特性。F5G和5G同宗同源，因此也就有了业内人常说的：5G时代看双网，天上一张，地2.2F5G全光网络演进的关键技术F5G具备超高带宽、全光联接、极致体验等固定通信特点。通信网络技术从过去帮助人们建立沟通渠道，到今天联接用户端和云，未来联接各种感知、显示和计算资源质提升、生产网数字化转型、体验经营转型等未来发展述求，F5G网络演进应具备七大网络关键技术能力。关键技术一：超宽光底座，用户侧Wi-Fi6超宽接入，接入侧10GPON平滑演进，为家庭、个人、园区提供支持千兆光网接入，骨干光网线路支持大速率接口带宽200G/400G/800G+，支撑带宽提升，网络流量的高速增长；关键技术二：光进铜退，光纤到末端，FTTR融合家庭/企业组网，FTTO光纤延伸到园区、办公室，FTTM光纤延伸到工业机器。匹配多样化场景，同时在易部署、环境适应性、以及组网高可靠方面持续增对网络带宽、时延、抖动等提出更高要求。同时一张网络承载多个差异化SLA业务。从Wi-Fi空口、PON网络，再到ODUK、波长切片，光接入技术和光承载网技术基于时隙硬隔离技术，满足多业务、且提供确定性低时延需求的连接。同时提供端到端的管道的测量等功能，可以准确提供管道时延和传输质量等信息，提升体验感知和网络测技术四：绿色全光网，扁平化极简组网、极简协议、智能算法，打造一站接入、一品质联接；关键技术五：品质算网，支持敏捷建链，多因子运力地图，算网灵活算力。OTN以时隙和波长为安全硬管道链路层技术，端到端提供可敏捷拆建、带宽快速调整和灵活高效调度的算网链路。通过构建以“带宽、时延、可靠性、丢包率、算力力等多算路因子”的确定性算力资源地图作为“运力地图”，实现全网资源最优足全行业用户差异化SLA的品质算网承载需求；关键技术六：智能原生，网元层、网络层、业务层多层自治支持网络自动驾驶；关键技术七：通感融合，光缆数字化和高速公路业务代际从传统机电，发展到视频云联，实现路网感知，再到智0909干线：10G->100G+干线：10G->100G+设。业务从收费业务、监控业务，到感知业务也逐步丰富，业务向智慧化、数公路通信网由最初的PDH，发展到SDH，再到OTN的使用，紧随行业通信技术的发展。随着智慧高速的建设，云、边、端的协同，人们逐步理解到智慧化的基础是数据，是数据互联的重要底座。通信网络需要承接高速现有业务、以及支撑智慧化发展发展基石，需要支撑高速先进应用和智慧化的探索。智慧高速F5G全光通信网以其硬隔离、确定性低时延，高可靠，简架构运维，具备成熟的行业生态和发展前景方向，为张全光网络实现高速业务的综合承载，带宽的平滑升级，智慧化等探2.3高速F5G全光通信网络演进方案2.3.1干线OTN演进方案高速公路F5G全光通信网络以国干传输网、省干传输网、路段接入网、路侧数据传输网组成四级网络框架，实现高速公路数据业务的互联网、省干传输网统称为高速干线网络。当前现有SDH/MSTP网络对高速业务诉求和演进规划存有带宽瓶颈，高速干线网带宽从10G迈向100G+带宽述求。骨干OTN解决方案用于高速大容量数据业务长距离传输，业务类型包括：收费、监控、以及数据中心的互联。实际情况采用N*10G/100G/200G/400G/800G，N表示波道数，可支持96波及以上。SDHSDH10GOTNN*10G/100G/200G/400G/800G图3智慧高速F5G全光干线通信网演进对于MESH程度较高的网络，在OTN基础网络之上，引入ASON技术。ASON技术是通过提供自动发现和动态建立连接等功能的分布式控制平面，可实现动态的、基驱动来自动控制的一种网络机制。ASON在传统OTN管理平面上引入了GMPLS管理平面，能够实现网元、链路的自动发现，业务路由的自动计算和建议。进而当链路发生路由自动恢复，如图3。ASON技术自诞生以来，由于其业务发放快，保护能力强，网络资源可动态分配以及支持新型业务部署等特点，可持续降低网络TCO，提升网络的高可靠。ASON业务可基于多样化的重路由恢复策略，可应对各种定制的业务规划需求，例如，可基图4ASON断纤后重路由恢复2.3.2小型化OTN接入网解决方案路段接入网络实现路段分中心到收费站的通信交互，承载高速公路收费、化业务传输。随着视频监控优化提升，智慧业务发展，路段带宽倍增。SDH10G带宽受限，不能支撑业务发展和演进，是亟需解决的问题。路段接入网小型化OTN突破10G带宽，支持10G/100G，且带宽可持续演进，为高速提供轻量化的部署方案，不仅满足路段接入网当前业务承载述求，提供硬隔离、确定性低时延、高可靠的承载特点，还能持续支撑高1、小型化OTN解决方案小型化OTN解决方案依据OTN系列标准。OTN技术标准，是当前活跃的通信标准之一，ITU-TOTN标准G.709自从2001年发布第一个版本以来，持续更新适配业务的发展。为了适配网络带宽的持续增长，适配行业通信专线的业务承载，ITU-T标准组织对OTN标准持续扩展，如图3所示。在ITU-TG.7092016年V5版本中，定义了超100G（B100G）的OTN接口标准OTUCn；OTN接口可随着技术发展持续演进到200G、400G、800G…。另一方面，对OTN通道小颗粒也定义了相应标准。在ITU-TG7.092020年V6版本中，定义了1G以下(Sub1G)细颗粒的OTN标准fgOTN(G.OSU)，实现10M~1G的小颗粒业务的承OTNG.709V5(2016)OTUCnforB100GODUflexforFLEXEOTNG.709OTNG.709V5(2016)OTUCnforB100GODUflexforFLEXEOTNG.709V1(2001)/V2(2003)ODUkforSTM-N/GE/10GE载，并于2023年12月正式发布。OTN的技术框架下，IEEE/CCSA标准组织同步定义了光业务单元(OSU)，OSU面向ETH等VBR业务具备更强的适配性；实现2.6M~100G更大范围的业务承载，并于2023年正式发布。OTNG.709V6(2020)FlexOfor25G/50GfgOTNforSub1G(V6.5)OTNG.709OTNG.709V3(2009)/V4(2012)ODUkfor40GE/100GEOTM-n20012009201520202023(Nov)图5ITU-TG.709OTN标准发展历程接入通信网小型化OTN解决方案具备如下的●多业务承载：延续SDH平面业务，多业务承载（ETH/PCM/PDH/SDH/SONET/OTN/λ)。直连，即插即用，网络极简。继承SDH的运维习惯，能灵活破环加点，运维人员免再理隔离的技术机制，实现不同业务管道之间的硬隔离确定带宽、确定时延。小型化OTN设备实现单板级、设备级、网络级的多重保护技术，实现99.999%以上的可靠传输。●业务小颗粒，Sub1G：在行业通信生产网，存在小于1G的小颗粒带宽业务（如传统语音、低速控制信号等）。小型化OTN的业务通道，在支持传统1G/10G等业务的同时，通过小颗粒管道切片的扩展，增加支持Sub1G的业务带宽承载，延续SDH网络SDH方案10G64K(PCM)2M(E1)10MFEGE网络10G带宽、Sub1G小管道SDH方案10G64K(PCM)2M(E1)10MFEGE网络10G带宽、Sub1G小管道传统干线OTN方案：电+光小型化OTN方案传统干线OTNN*10G/100G小型化OTN10G/100G图6小型化OTN接入网解决方案2、小型化OTN解决方案：SDH的下一代解决方案SDH带宽瓶颈受限，不能满足产业快速发展的需求，小型化OTN则可面向未来承载收费站各种新老业务类型。如下图，SDH方案与小型化OTN方案对比。小型化OTN2M10M100G10GGE40G50M100M10~100G2M10M100G10GGE40G50M100M10~100G网络100G带宽、≥1G大颗粒&Sub1G小颗粒SDHSDH小型化OTN2M/PCM/FE/GE2M-100GESTM-6410G/100GP2P，免规划P2P，免规划VCOSU112*STM1、112*STM456*STM16、16*STM642000（以100G线路为例）灵活时隙，动态复用，2M步进图7SDH方案与小型化OTN接入网解决方案传统OTN管道颗粒较大、光层规划运维较复杂，小型化OTN方案在OTN方案基础上更轻量化易运维部署，更适合路段接入网络流量不大时的站点部署，如下为小型化OTN方案与OTN方案对比。站点2站点4站点2站点3站点2站点4站点2站点3小型化小型化OTN80波x10G/100G/200G…单波x10G/100G固定ODU0（1.25Gbit/s）灵活带宽定义，2M起步，支持已有和未来支持OSUflex无损调整≤400km≤80km传统OTN图8OTN方案与小型化OTN接入网解决方案2.3.3基于PON技术的数据传输解决方案高速公路数据传输网为收费站、公路沿线、隧道和服务区的收费、监控等道。PON技术具备泛在联接、大带宽、融合承载、确定性低时延和安全可靠等特点，其在数1、PON技术介绍PON（PassiveOpticalNetwork）技术是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络，GPON是PON技术中的一种，因其技术、标准和产业链优势，成为PON的主流技术选择。GPON系列标准由国际电信联盟电信标准分局（ITU-T）制定，当前主流使用的是GPON和XG(S)-PON标准,主要参与者包括中国和欧洲等大的运营商和设备商。ITU-T2004202120042021GPON2008XG(S)-PON201750G-PON2024图9GPON系列技术标准发展PON因为波长规划不重叠、OLT平台支持GPON业务单板与XG(S)-PON业务单板共存、以及可以共享网管系统和业务发放系统等原因实GPONXG(S)-PONXG-PONXGS-PON下行：1490nm下行：1577nm上行：1270nm下行：1577nm上行：1270nm下行：2.488Gbit/s上行：1.244Gbit/s下行：9.953Gbit/s上行：2.488Gbit/s下行：9.953Gbit/s上行：9.953Gbit/s表1GPON和XG(S)-PON主要技术规格过去10多年，GPON技术由于大带宽、广覆盖、多业务承载和绿色经济性等优势在运营商取得了巨大成功。近年来随着各行各业数字化转型，对带宽、时延和接入求，GPON系列技术逐步从家宽领域向政企行业领域拓展，在教育、医疗、制造和交通等行2、基于PON技术的数据传输方案高速公路数据传输网主要分为收费数据传输网和监控数据传输网等，各类立组网、物理隔离。收费广场、收费车道、服务区及ETC门架等片区场景的数据传输网采用等比分光星形组网，高速公路沿线和隧道等线性场景采用不等比分光链形组网。据传输网建议采用TypeC单归属组网，实现从收费站通信机房到车道或路侧的全链路冗余保OLT部署在收费站通信机房，终结PON协议并实现三层网关和动态路由等功能，作为网ONU部署在收费车道、ETC门架、收费广场和公路沿线杆站的网络箱或一体化机柜内，提供ETH/POTS/RS485/RS232/DIDO等多种接入方式，实现摄像头、一体机等终端设备ODN是由光纤、一个或多个无源分光器组成，连接OLT和ONU。根据业务带宽需求选择合适的PON技术，当前阶段收费和监控数据传输网建议选择GPON技术，智慧化阶段可根据需要选择XGS-PON技术。OTNOTN 4G专线 4G专线VPN专线收费OLT视频OLTONUONUETC门架ONU图10高速公路F5G全光数据传输解决方案3、全光数据传输网的价值高可靠：GPON系列技术提供了完善的可靠性方案，包含OLT上联链路保护、PON链路保护和设备级保护，增强全网可靠性。TypeC保护组网的故障自愈时间小于30ms。类双总线结构不存在环网风暴，接入ONU之间故障隔离，抗多点失效。保护对象保护方案作用及特点OLT上行•上行链路故障触发TypeB和TypeC双归属保护倒换，增强PON链路TypeB单归属•保护OLTPON口和主干光纤TypeB双归属•保护OLT设备、OLTPON口和主干光纤TypeC单归属•保护OLTPON口、主干光纤、分光器、配线光纤和ONUPON口TypeC双归属•保护OLT设备、OLTPON口、主干光纤、分光器、配线光纤和ONUPON口OLT设备•控制面和转发面解耦，提升ISSU和可靠性能力ONU设备•宽温-40~70度，网口共模6KV防雷，适应恶劣户外环境表2GPON可靠性方案的特性列表线数据一跳至达收费站，网络传输时延小于1ms。智能运维：OLT是整个PON网络的智慧大脑，集中纳管全网ONU，ONU无需配置IP地智慧高速公路F5G全光场景化解OLTOLTOLTOLTOLTOLT高速公路F5G全光通信网络延续高速公路原有的网络架构，以国干传输网、省干传输中心的互联互通，并且基于F5G的OTN+PON硬隔离技术，可提供多业务承载、确定性低时延、高可靠的承载特点，为高速公路提供硬隔离、确定性低时延、高可靠、灵活OTNN*10/100GOTNOTN10G/100G/N*10G……ONUONUONU图11智慧高速F5G全光通信目标网3.1F5G全光干线传输网方案F5G全光干线传输网方案以OTN技术，可支持GE/10GE/100GE等多种客户信号速率的映射和透明传输，线路侧可满足10G/100G/200G/400G等接口速率。同时基于WDM技术，实现多波道复用，依据工程实际需要，可选用N*10G/100G/200G/400G方案进行建网，N可根据实际需要部署使用波道，后续扩容需要，可通过扩波道实现带宽的灵活扩容。OTN基于帧开销检测，可对传输设备进行快速的故障定位，业务保护等。F5G全光干线传输方案采用分组增强型OTN设备，分组增强型OTN设备可支持SDH、分组、OTN业务统一承载，可延续原高速SDH业务承载以及业务对接。此外，随着高速“智慧大脑”建设，F5G全光干线传输方案可提供波长直达的超低时延 OTN灰光10G/100G+彩光N*10GOTN灰光10G/100G OTN灰光10G/100G+彩光N*10GOTN灰光10G/100G化网络架构，并提供波长级业务隔离，实现一3.2F5G全光路段接入网方案F5G全光路段接入网络方案支持多种带宽述求。采用免光层的小型化OTN方案，分中心/收费站各部署一套分组增强型OTN设备，站站之间距离在80km范围内（依据实际工程，若光纤衰耗过大，适量增加光放等）。小型化OTN方案中采用灰光10G/100GOTN组成10G/100G自愈环，各个收费站共享OTN10G/100G带宽。图12小型化OTN10G/100GOTN接入网方案达分中心。通过灰光彩光混合传输技术，灰光（O-波段）共享业务和（老业务承载在灰光）和彩光（C-波段）承载新业务通过具备灰彩合波能力的单板，合波后同一对光纤中传输，实O-波段1260~1360nmC-波段1530~1565nm图13小型化OTN接入网扩容方案加光层单板或光层子架，采用彩光OTNN*10G方案。彩光OTNN承载10G带宽业务，单站单设备系统最多可实现96波系统。工程部署时可依据实际情况规划达路段中心，每个收费站独享10G带宽。减少逐站转发时延，网络逻辑由“环”型改“树”型例如，4个收费站共享一波10G。彩光方案相对于小型化OTN灰光方案，通过扩充波道方式实现一根光纤内的带宽灵活扩容。未来，以10G为步长按照收费站述求收费站图14OTNN*10G彩光接入网方案3.3F5G全光干线-路段接入网高可靠一体方案路段接入网以经营模块为单位，路段分中心为核心，沿线收费站内、服务状拓扑网络结构。路段接入网埋缆方式（如接入网光缆埋在中间花台）、单点接等，为了提升网络可靠性，在有条件的区域，通过充分利用多个路段的挂线资源网的通道资源，构建接入网环形网络，实现接入网物理路径主备路由分离，以提业务的可靠性。智慧高速F5G全光方案提供干线传输网-路段接入网高可靠一体方案，如14图所示。路段接入光缆双出口挂接到干线网络上。环路上的干线设备作为串通网元未有干线设备，则需补点增设OTM站点或OLA站点升级为OTM站点。图15F5G全光干线传输网-路段接入网高可靠一体方案配置干线OTN节点线路接口与路段接入网OTN节点采用线路单板对接，对接速率依据工程项目实际情况规划，可选择10G/100G等速率线路单板对接。干线配置10G波道或时隙带宽作为路段接入网串通波长或时隙，形成干线-路段接入网环路，收费站到分中心具备主备路由收费站与路段分中心配置1+1OTNSNCP保护，当环路路由中工作路径光纤中断，即发生倒换，保护生效，倒换时间50ms电信级别；反之。3.4F5G全光数据传输网方案3.4.1F5G全光收费数据传输网方案F5G全光收费数据传输网提供高可靠和确定性低时延的高速收费网络解决方案，确保收费车道、ETC门架的收费和图像或视频数据等稳定、完整、安全回传，支撑无人收费站和自高可靠：收费站通信机房到车道和ETC门架全链路冗余保护，无源分光器不存在电应力确定性低时延：收费业务分配固定带宽，每125us都有固定长度时隙完成匝道预收费出口车道*N上行ETC门架下行ETC门架ONU匝道预收费出口车道*N上行ETC门架下行ETC门架ONU路段中心OTNOTNOLT防火墙OLT服务器工作站4G专线服务器工作站VPN专线收费站通信机房1:8分光器1:16分光器1:8分光器出口车道*N图16F5G全光收费数据传输网方案收费业务场景采用TypeC单归属组网，核心层部署1台OLT在收费站通信机房。OLT和1:16等比分光器,具备接入双向16车道能力，分光器可部署在中间收费车道；ETC门架建议选用2个1:8分光器，具备接入双向ETC门架的能力，分光器可部署在其中一个ETC门架一体化机柜中。每个车道部署1台ONU，每个ETC门架部署2台ONU分别接入2套前端设备，ONU具备双PON上行端口，支持TypeC保护。3.4.2F5G全光路侧数据传输网方案为达成《全国高速公路视频监测优化提升实施方案》对视频监控在速调取的要求，可采用F5G全光链形路侧数据传输网方案。通过不等比分光技术和光中继技术，实现高速公路路侧监控业务的接入覆盖。F5G全光链形网络方案相对于传统以太环网方OTNOLTORUOTNOLTORU对比大类关键指标传统以太环网方案F5G全光链形网络方案交换机环形组网，网络层级≈环ONU通过无源光路一跳直达OLT，网络层证，无拥塞，0丢包自愈时间小于30ms，不受节点数影响30跳，接入距离受限视频监控、PLC和紧急电话多近端配置管理IP和业务，业务开免管理IP配置，业务自动分钟级发放认证；CRC只能校验终端接入认证；接入设备入网认证；FEC即表3两种网络方案对比高速公路沿线道路监控主要包括视频监控、信息指示板、车流量检测、环务类型。利用全光网硬管道特性，实现监控各类子业务一网综合承载，减少网OTNOLTORUONUONUONU图17F5G全光路侧数据传输网方案高速公路沿线道路监控场景采用TypeC单归属组网，核心层部署1台OLT在收费站通信机房。OLT和ONU之间采用链形组网，选用1:2不等比分光器，每个杆站部署1台工业级ONU和2个不等比分光器，ONU具备双PON上行端口，支持TypeC保护。每级联6~8跳后增加光增程器实现光中继，光增程器和ONU同网络箱安装。3.4.3F5G全光隧道数据传输网方案高速公路隧道监控是高速核心监控场景，隧道业务包括视频监控、应急电话、PLC控制等，业务种类多，重要性和优先级有区别，同时各类业务需要支持联动响应机制控网络方案针对隧道特点和网络诉求，利用PON技术的天然硬隔离能力，支持各类监控业务统一接入，并根据业务重要性进行SLA等级和差异化带宽配置，保证各类业务均能稳定可靠ORUORU…………核心OLT…100mONU………ORUORU图18F5G全光隧道数据传输网方案高速公路隧道场景采用TypeC单归属组网，核心层部署1台OLT在配电房通信机房。OLT和ONU之间采用链形组网，选用1:2不等比分光器，每个杆站部署1台工业级ONU和2个不等比分光器，ONU具备双PON上行端口，支持TypeC保护。每级联6~8跳后增加光增程器实现光中继，光增程器和ONU同网络箱安装。隧道左洞和右洞各自独立链形组网，利用隧3.4.4F5G全光服务区数据传输网方案服务区作为高速公路的重要组成部分，为来往人员提供出行服务，逐步富、功能齐全的新型商业区，是高速公路重要的延伸产业。而信息发布免费Wi-Fi人流统计信息发布免费Wi-Fi人流统计服务区场景，F5G全光数据传输网利用硬隔离专网切片特性实现服务区视频监控、车流检测及引导、人流统计、信息发布和免费Wi-Fi等多业务一网综合承载，服务区左幅和右幅OLT车流检测及引导车流检测及引导图19F5G全光服务区数据传输网方案F5G全光智慧服务区解决方案的优势和价值：1、一纤多业务：光纤到商铺、满足商铺POS系统、POTS电话和无线覆盖2、绿色降本：因无源汇聚替代有源汇聚，减能耗低等原因，服务区实现绿色低碳；全光P2MP架构光纤到房间、光纤到卡口，提升端口带宽利用率的同时减少水平综合布线；专网硬隔离切片，实现内外和外网一网承粒度ONU用户侧端口级别；整体建网成本降低30%。带带带带3.5OTN光缆数字化运维监测解决方案数字化赋能传统高速行业转型升级，则是围绕高速公路建、管、养、运、服慧的路，实现高速公路全路段感知、全天候通行、全过程管控、全方位服务。慧高速公路建设重要内容，光缆作为基础设施，F5G全光通信网方案提供光缆的数字化运维方案。站点部署带内置OTDR功能光层单板单板，OTDR检测波与业务波通过FIU单板合成到一光纤传输，光缆质量实时可见，支持最大37.5dB跨段传输（不包括FIU等插损），光纤NCE-T电子架 xxkmxxkmM40OTDR功能FIUST2M40OTDR功能FIUST2图20OTN网络随路光纤OTDR检测方案F5G全光通信数字光缆检测方案结合从第三方获取GIS地图信息，将从客户获取光纤、光缆等物理光纤数据导入到NCE（OTN网络管理系统）。通过标准化光纤映射方案、完成逻辑光纤和物理光纤映射，生产带有光纤地理信息的拓扑图，实现光缆的可视可管时，会产生LOS告警，通过OTDR测量故障光纤的故障距离，GIS平台根据OTDR距离计算故障点的地理位置，GIS平台上课显示故障光纤的故障点位置。当获取光纤故障点地址位置后，还可主动触发通知，通过邮件、短信通知运维人员，精确派单，基于精准定（光纤、光缆、管线）光纤GIS地图（光纤、光缆、管线）光纤GIS地图OTNOTN网络内置OTDR检测方案51°12'12.4"N6°49'21.1"E图21光纤GIS地图可视可管此外，OTN网络还可以对同缆光纤、以及空闲光纤健康度监测等，实现光缆的数字化运高速公路F5G全光网应用案例N*100GN*10GOTNN*10GOTNN*100GN*10GOTNN*10GOTN4.1F5G助力浙江智慧高速高质量发展进，在这一趋势下，浙江交投高速公路运营管理有限公司在比选多种技术方案F5G技术，统一部署建设一张F5G全光通信网，构建路段到集团中心的多业务综合承载平通信网络安全要求高，传统方案无法复用光缆资源。收费、视频监测、办公大流量业务涌现，对传输带宽等性能要求严OTNOTN图22浙江F5G全光通信网方案浙江高速F5G全光通信网采用省干传输网、路段汇聚网、路段通信接入业务网分层架构，同浙江高速公路通信管理的“省级中心-路段中心-基层站所”三级架构相匹配。大带宽：使用OTN升级改造了原有的SDH，汇聚层和接入层带宽升级到N*10G,骨干层3030省中心备OTNN*100G路段中心NOTNN*10GOTNN*10G/100G路段中心1省中心备OTNN*100G路段中心NOTNN*10GOTNN*10G/100G路段中心1带宽升级到了N*100G。“非完全mesh型+OLP”保护结构，最大程度保障了业务安全可靠。●通过F5G全光通信网实现”一张网”综合承载高速公路收费、视频监测、办公等业●相比原系统，网络带宽提升10倍以上，时延下降约75%。在F5G的支持下，实现了全●在设备单点故障或链路断纤情况下，通过环网保护50ms内完成倒换，保证收费、视频监测等业务的正常运行。经统计，光缆故障引起的业务中断次数下降了67%。4.2F5G助力广东打造高速公路全光大动脉过1.1万公里，高速公路数字化转型对通信网络提出新挑战。广东交通集团选用F5G技术，建通信网络光缆因工程施工等原因中断频繁，省中心主收费站1收费站N收费站1图23广东F5G全光通信网方案3131通信网包括干线传送网和路段接入网，统一采用OTN建设。易运维：NCE统一运维，FiberDoctor智能光纤管理系统通过内置OTDR检测功能的单●FiberDoctor实现断纤位置远程分钟级定障，米级定位，提升现场运维效率。4.3F5G搭建S省智慧高速“共享+独享”双业务通道了《S省智慧高速公路建设指导方案》，在2022年高速公路约2千公里路段建设项目上，就要求增设智慧高速设施建设，在传统业务传输基础上，F5G采用“共享+独享”的方案，为S省高速路段项目搭建既满足传统业务传输需求，又满足业务搭建相邻收费站之间的传输通道。按设计要求，两站间互连的带宽需达到20G。建直达路段中心的智慧业务传输通道。按设计要求，每收费站直达路段中达到20G。●因智慧业务带宽需求量较大（总带宽站站手牵手组环的方式已不再适用，需搭建既满足相邻站之间的传统业3232OTN设备OTN设备OTN设备OTN设备OTN设备图24S省F5G全光通信网方案建设方案如上图所示，采用OTN设备既可逐站落地，又可穿通中间站点直达目标站点的特性，在两个相邻收费站中采用2波10G搭建两站间共享通道，在收费站到路段中心间搭建2波10G直达通道（中间站点波长直接穿通实现“共享超过100G，并且后续智慧业务再度膨胀后，只需要增加波道，扩容轻松简洁。高可靠：F5G具备多种保护方式，主用链路中断后可在50ms内倒换到备用护效率高于PTN方案。●一张网满足逐站传输和一跳直达两种传经济性(共享)的平衡;4.4F5G为江西梅岭隧道打造全光底座空间狭小、能见度低、洞内环境复杂等特点，普遍存在事故多发、发生重问题。隧道内网络需要简单、可靠、易运维，保证前端设备高在线率，支监测和控制，提升交通安全。江西省高速公路投资集团采用F5G方案为隧道提供极简、可3333配电房1OLT智能盒智能盒AP智能盒ONUAP左洞智能盒AP配电房1OLT智能盒智能盒AP智能盒ONUAP左洞智能盒AP有2个节点故障，之间的所有节点都会失效，路段公司/集团公司路段公司/集团公司路段中心收费站/遂管所1收费站/遂管所收费站/遂管所1收费站/遂管所2N隧道管理平台收费站/遂管所2OLTOLT配电房2…右洞右洞APONU…图25江西梅岭隧道F5G全光通信网方案建设方案在左右洞隧道组双环网；各信息点位的ONU通过双总线链路连接到隧道两端的OLT,主备OLT通过光纤链路连接到收费站/遂管所。3434●一张网综合承载视频、PLC和应急通信等业务，简化组网，降低成本；3535高速公路F5G全光通信网应用展望F5G提出了从“光纤到户”迈向“光联万物”的产业愿景，高速F5G全光通信网方案从高速干线到路段接入网