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1、智慧高速F5G全光通信网白皮书2024前 言PREFACEPREFACE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年累计通车里程已超过18万公里，连续12年处于世界第一。“十三五”期间高速公路进入深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，以及视频云联网的建设；加速了全国高速公路“一张网”的联网联控运营模式发展。随着大数据、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，高速公路行业也加速了基础设施数字化和智能化的发展进程，同时也成为行业发展的趋势和共识。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

2、。高速公路通信网作为高速公路信息化底座，为高速公路收费、监控等业务提供传输通路，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（The 5th Generation Fixed Network，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字化信息底座，助力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

3、持，助力高速公路高质量发展，为建设交通强国做出积极贡献。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，对本书的框架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心的感谢，他们是（排名不分先后）：北京交科公路勘察设计研究院有限公司 盛刚北京交科公路勘察设计研究院有限公司 刘见振北京交科公路勘察设计研究院有限公司 施强北京交科公路勘察设计研究院有限公司 王珣中国通信建设集团设计院有限公司 苏建伟中国通信建设集团设计院有限公司 张海波广东省电信规划设计院有限公司 檀童和广东省交通规划设计研究院集团股

4、份有限公司 孙卫华广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司 童杰广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司 关小杰哈尔滨交研交通工程有限责任公司 王军黑龙江省交通规划设计研究院集团有限公司 孙伟光黑龙江省交投信息科技有限责任公司 齐志刚河海大学土木与交通学院 王维锋宁夏交投高速公路管理有限公司 刘大海宁夏交投高速公路管理有限公司 马小虎山西省交通规划勘察设计研究院有限公司 曲臻四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 冯光宇四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 蒋贵川四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 刘勇健四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 汪正勇四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 易雷四川

5、省公路规划勘察设计研究院有限公司 赵羽云南省交通投资建设集团有限公司 罗方云南省交通投资建设集团有限公司 孙秀珍智慧网云（北京）技术有限公司 温磊云南华远电子有限公司 李川文云南华远电子有限公司 吕耀坤华为政企光网交通行业总经理 目 录第一章 高速公路通信网的现状和挑战.11.1 高速公路行业发展情况.21.2 高速公路通信网现状和挑战.31.3 高速公路通信网演进趋势和诉求.5第二章 智慧高速公路F5G全光通信网络.72.1 固定网络代际的发展.82.2 F5G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.10 2.3.1 干线OTN演进方案.10 2.3.2 小型化OT

6、N接入网解决方案.11 2.3.3 基于PON技术的数据传输解决方案.14第三章 智慧高速公路F5G全光场景化解决方案.183.1 F5G全光干线传输网方案.193.2 F5G全光路段接入网方案.203.3 F5G全光干线-路段接入网高可靠一体方案.21CONTENTS3.4 F5G全光数据传输网方案.22 3.4.1 F5G全光收费数据传输网方案.22 3.4.2 F5G全光路侧数据传输网方案.23 3.4.3 F5G全光隧道数据传输网方案.25 3.4.4 F5G全光服务区数据传输网方案.253.5 OTN光缆数字化运维监测解决方案.27第四章 高速公路F5G全光网应用案例.294.1 F

7、5G助力浙江智慧高速高质量发展.304.2 F5G助力广东打造高速公路全光大动脉.314.3 F5G搭建S省智慧高速“共享+独享”双业务通道.324.4 F5G为江西梅岭隧道打造全光底座.33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第一章高速公路通信网的现状和挑战智慧高速F5G全光通信网02白皮书20241.1 高速公路行业发展情况随着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程稳居世界第一，高速公路通车里程已超过18万公里。进入

8、“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，从注重里程规模和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续颁发多项交通运输行业和公路行业的发展政策，为高速公路高质量发展提供政策支持和科学指导。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规模向更加注重质量效益转变，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梦提供坚强支撑。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

9、进智能网联汽车（智能汽车、自动驾驶、车路协同）应用。构建综合交通大数据中心体系，完善综合交通运输信息平台。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年)，明确了提升公路智能化管理水平和提升公路智慧化服务水平的相关内容。同月，交通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，推进公路基础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、调、管、急、服）智慧路网平台，推进智慧服务区建设。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

10、、融合发展，深化改革、创新发展，绿色集约、安全发展”四个基本原则，进一步明确了“补短板、优供给、强服务、增动能”的“十二字”发展思路，为“十四五”时期公路交通高质量发展指明了方向和主要着力点。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，提升路网安全水平和系统韧性，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、安全可靠的现代化高质量国家公路网的目标。智慧高速F5G全光通信网03白皮书20242022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

11、，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，大幅提升公路网运行服务智能化水平。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、快速调取、稳定运行，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，增强视频联网系统功能，实现指挥调度全网覆盖。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“一套模型、一套数据”，基本实现

12、全生命期数字化，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，建立健全适应数字化的公路标准体系，完善公路基础数据库等相关内容。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业中的重要作用逐渐显现。机电工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、便捷性和稳定性方面发挥得十分关键的作用。高速公路机电工程系统隶属于交通工程（安全设施、管理设施和服务设施）的管理设施。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。在高速公路的建设和发展过程中，通信、收费、监控三大系统同步建设，协调发展。通信系统是高速公路机

13、电系统的“中枢神经”，作为信息化底座，为监控系统和收费系统的数据、语音和图像等信息准确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，并为高速公路内部各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公路机电系统的整体性能。早期，高速公路通信网主要是单条道路的内部通信网，随着高速公路建设规模不断加大，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系统联网建设的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路网广域通信转变。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

14、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、监控等关键业务的发展。2012年1月，交通运输部发布高速公路通信技术要求，确定高速公路通信网技术路智慧高速F5G全光通信网04白皮书2024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知，同年11月交通运输部印发全国高速公路视频联网监测工作实施方案和全国高速公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，打造全国高速公路“一张网”运行监测体系。通过一系列政策规范的落地，对高速公路通信网提出更

15、高的要求，通信网由局域网向广域网深化演进、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通信网的实时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，全国高速公路已实现联网互通能力，但由于历史独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。通过对典型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，业务对接需多次转换传输，难以保证数据精准、全

16、量、实时上传到上级管理部门，无法满足收费、监控和未来智慧化（如车路协同）的业务诉求。同时，当前高速公路按路段级建网，整网末端汇聚节点多，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，高速公路通信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，采用集约化建网模式，推进高速公路通信网架构归一、层级简化、“建、管、养”一体化统筹实施。图1 高速公路通信网现状示意图监测大屏视频管理存储管理网络管理应用服务AC无线控制器路段中心省中心计算池存储池存储池智慧运维智慧出行应急指挥收费站网络管理治超服务器收费管理投包室 CPC发卡收费车道/广场ETC门架/主线SDH 10G

17、OTN N*10G/N*100G路段中心路段接入网省干传输网数据传输网省运营中心省数据中心隧道广播风速检测射流风机环境传感 信息板RSU报警电话雷达IPCMECC-V2X备用路径去部中心部中心计算池存储池智慧运维应急指挥OTN N*10G国干传输网部运营中心部数据中心制式OTN2.5G/10G制式SDH/MSTP/OTN制式SDH/MSTP/PTN/OTN/以太网光强检测车道指示车辆检测 CO/VI收费结算视频外部服务收费结算视频隧道监测收费数据监测视频监测数据收费视频internet智慧高速F5G全光通信网05白皮书20241.3 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

18、设更加注重新技术的创新应用，在不断强化基础设施数字化建设基础上，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的质量提出更加严格的要求。在加快推进高速公路联网收费系统优化升级实施方案中，提出要进行联网收费系统升级，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，提出为了进一步提升全国高速公路网监测能力，全面推进“可视、可测、可控、可服务”的路网运行管理体系建设，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，以确保

19、高速公路视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，为了满足以上业务能力和考核指标达成，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，高速公路通信目标网应具备如下几个特征：1、多业务综合承载，带宽按需平滑升级能力：首先，随着智慧化不断提升，在传统机电业务基础上，智慧化业务需求不断丰富，如雷视拟合路网感知业务、车路协同业务、数字孪生，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，随着收费准确率、视频监控要求的提高

20、，以及感知业务、智慧化应用的落地，对各业务数据的完整性和稳定性传输提出更高要求，需要通信网具备全力送达、0丢包的传输能力；最后，为保障收费、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，需要通信网提供按需建网、灵活扩容的持续演进能力。2、业务传输低网络时延能力：为满足联网收费系统优化数据传输完整率、上传及时率、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大数据云化处理的诉求也要求通信网具备端到端毫秒级确定性低时延的能力。3、高安全、高可靠网络能力：高速公路通信网作为高速公路的“主动脉”，负责连接高速公路末端感知设备和中心“智慧大脑”

21、，必须具备整网高安全、高可靠的能力，才能保证各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，当前各类业务的指标诉求，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，具备多路由冗余保护能力和故障无损自愈能力。智慧高速F5G全光通信网06白皮书20244、智能运维：高速公路具有距离长、覆盖广的特点，一旦出现网络故障，人员现场定位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全等问题。随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监控、故障智能诊断、故障精准定位

22、、业务自动下发的网络管理系统，减少人工干预，提升运维效率。5、关键基础设施安全保护能力：为了保障公路水运关键信息基础设施安全，维护网络安全，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为此类基础设施。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，安全保护措施应当与公路水路关键信息基础设施同步规划、同步建设、同步使用。第二章智慧高速公路F5G全光通信网络智慧高速F5G全光通信网08白皮书20242.1 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

23、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F2G Web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（the Fifth-Generation Fix

24、ed Network），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10G PON、Wi-Fi 6、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、自动驾驶、云计算、区块链、传统产业赋能等应用场景的坚实支撑。对中国乃至世界政治、经济、科学、教育、民生等领域产生深刻变革，全面深化“数字经济革命”。F5G可为工业制造、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。从而助力整个社会的智能化转型、为数字经济不断壮大提供最优网络底座。图2 固定网络代际发

25、展1GF1GF2GF3GF4GF5G2G3G4G5G语音时代POTS2.5G/PDH1980sADSL10G/SDH1990sVDSL40G/MSTP2000sGPON100GOTN2010s10G PON+WIFI6200G OTN/下一代OTN/OXC2020sWeb时代视频时代4K时代万物互联时代改变社会无线网络全光网络改变生活智慧高速F5G全光通信网09白皮书2024F5G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

26、、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，地上一张。二者作为“新基建”的基石，将共同为数字经济构建坚实的网络底座。2.2 F5G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，匹配网络品质提升、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-Fi 6超宽接入

27、，接入侧10G PON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强，加速千行百业光进铜退和数字化转型；关键技术三：确定性体验保障关键技术。随着行业数字化转型，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

28、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告警性能、时延测量等功能，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量能力；关键技术四：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、一网多用的高品质联接；关键技术五：品质算网，支持敏捷建链，多因子运力地图，算网灵活协同按需分配算力。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、算力类型、可用算力等多算路因子”的确定性算力资源地图作为“运力地图”，实现全网资源最优调度，高效满足全行

29、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，光缆数字化和光纤传感，构建全新的融合感知服务新能力。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，再到智慧高速公路的建智慧高速F5G全光通信网10白皮书2024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、数字化发展。高速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，而通信网络则是数据互联的重要底座。通信网络需要承接高速现有业务

30、、以及支撑智慧化发展，作为稳定的发展基石，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，为高速支撑起一张全光网络实现高速业务的综合承载，带宽的平滑升级，智慧化等探索实现，助力打造高速网络的最优数字底座。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互通。为方便描述，本文以下将国干传输网、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

31、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。建网带宽依据实际情况采用N*10G/100G/200G/400G/800G，N表示波道数，可支持96波及以上。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、基于信令和策略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

32、路由的自动计算和建议。进而当链路发生故障时，能重SDH 10G干线接入线OTN N*10G/100G/200G/400G/800G干线：10G-100G+智慧高速F5G全光通信网11白皮书2024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，可基于网络拓扑最小条数、最短距离等进行重路由恢复策略。图4 ASON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

33、交互，承载高速公路收费、监控，以及智慧化业务传输。随着视频监控优化提升，智慧业务发展，路段带宽倍增。SDH 10G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，还能持续支撑高速公路综合承载网智慧化演进。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-T OTN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

34、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-T G.709 2016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-T G7.09 2020年V6版本中，定义了1G以下(Sub 1G)细颗粒的OTN标准fgOTN(G.OSU)，实现10M1G的小颗粒业务的承智慧高速F5G全光通信网12白皮书2024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

35、业务单元(OSU)，OSU面向ETH等VBR业务具备更强的适配性；实现2.6M100G更大范围的业务承载，并于2023年正式发布。图5 ITU-T G.709 OTN标准发展历程接入通信网小型化OTN解决方案具备如下的特点：网络大带宽，突破SDH带宽：支持10G/100G带宽述求。多业务承载：延续SDH平面业务，多业务承载（ETH/PCM/PDH/SDH/SONET/OTN/）。网络极简，免光层：小型化OTN网络，免去了光层，采用OTN电层灰光模块进行光纤直连，即插即用，网络极简。继承SDH的运维习惯，能灵活破环加点，运维人员免再次培训。安全可靠，物理隔离：OTN及OTN技术框架下扩展的小颗粒

36、技术，均延续了SDH物理隔离的技术机制，实现不同业务管道之间的硬隔离，保证业务承载的确定性，包括确定带宽、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，Sub 1G：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Sub 1G的业务带宽承载，延续SDH网络中小颗粒业务的承载。OTN G.709V1(2001)/V2(2003)ODUk for STM-N/GE/10GEOTN G.709V3(2009)/

37、V4(2012)ODUk for 40GE/100GEOTM-nOTN G.709V5(2016)OTUCn for B100GODUflex for FLEXEOTN G.709V6(2020)FlexO for 25G/50GfgOTN for Sub 1G(V6.5)200202023(Nov)智慧高速F5G全光通信网13白皮书2024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。图7 SDH

38、方案与小型化OTN接入网解决方案SDH小型化OTN业务2M/PCM/FE/GE2M-100GE带宽STM-6410G/100G规划P2P，免规划P2P，免规划映射VCOSU最大连接数112*STM1、112*STM456*STM16、16*STM642000（以100G线路为例）时隙复用固定时隙，静态复用灵活时隙，动态复用，2M步进光层无光层无光层网络10G带宽、Sub 1G小管道64K(PCM)2M10M2M(E1)100G100M10M10GFE40G0MGEGE网络100G带宽、1G大颗粒&Sub 1G小颗粒SDH方案小型化OTN10G10100G传统干线OTN方案：电+光无需光层电层子

39、架光层子架干线传输网接入传输网小型化OTN方案传统干线OTNN*10G/100G小型化OTN10G/100G智慧高速F5G全光通信网14白皮书2024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。图8 OTN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、监控等数据提供传输通道。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，其在数据传输网的应用契合了高速

40、公路智慧化演进诉求。1、PON技术介绍PON（Passive Optical Network）技术是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网传统OTN小型化OTN系统容量80波 x 10G/100G/200G单波 x 10G/100G模块彩光灰光最小颗粒固定ODU0（1.25Gbit/s）灵活带宽定义，2M起步，支持已有和未来的业务光层规划全网统一规划光层免光层规划带宽调整仅支持有损调整支持OSUflex无损调整单跨距离400km80km场景全行业聚焦场站下沉调试映射层级较多，运维较复杂点到点简单调试站点1站点2站点3站点4站点1站点2站点3站点4智慧高速F5G全光通信网15白皮书2024络，G

41、PON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。图9 GPON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现了代际之间的共存和平滑演进。表1 GPON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

42、化转型，对带宽、时延和接入覆盖提出了更高要求，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、制造和交通等行业也取得了快速发展和应用。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，各类业务网络之间独立组网、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。收费和监控数据传输网建议采用Type C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护。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，作为网标准时

43、间20042010/20162021商用时间GPON2008XG(S)-PON2017 ITU-T50G-PON2024 技术规格GPONXG(S)-PONXG-PONXGS-PON中心波长下行：1490nm 上行：1310nm下行：1577nm 上行：1270nm下行：1577nm 上行：1270nm速率下行：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智慧高速F5G全光通信网16白皮书2024络的核心交换设备。ONU部署在收费车道、ETC门架、收费广场和公路沿线杆站的

44、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、一体机等终端设备的就近接入。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。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泛在联接：点到多点无源光网络结构，采用波分复用技术（WDM）实现单纤双向数据传输，可提供海量接入能力。绿色经济：无源光分配网络，免布线改动平滑升级带宽，经济高效；无源汇聚分光器替换有源汇聚网络设备，绿色低碳。

45、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 链收费车道ETC门架收费广场公路沿线防火墙4G专线VPN专线路段中心收费OLT视频OLTOTNONU服务器工作站服务器工作站ONUONU不等比分光器等比分光器等比分光器等比分光器收费站通信机房智慧高速F5G全光通信网17白皮书2024路保护和设备级保护，增强全网可靠性。Type C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。表2 GPON可靠性方案的特性列表高安全：支持从终端接入、ONU接入、数据加密、数据完整性和防外部攻击等多维度保证网络安全。确定性低时延：

46、动态带宽分配技术为时延敏感业务提供确定性硬管道，收费车道和公路沿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 地址。一屏运维，全网可视可管；ONU即插即用，分钟级开局；一键故障诊断，分钟级定界定位。保护对象保护方案作用及特点OLT上行以太网链路聚合 负荷分担，增加上行链路带宽 聚合组成员互为备份，增强上行链路可靠性绑定双归属保护组 上行链路故障触发Type B和Type C双归属保护倒换，增强上行链路可靠性PON链路Type B单归属 保护OLT PON口和主干光纤Type B双归属 保护OLT设备、OLT P

47、ON口和主干光纤Type C单归属 保护OLT PON口、主干光纤、分光器、配线光纤和ONU PON口Type C双归属 保护OLT设备、OLT PON口、主干光纤、分光器、配线光纤和ONU PON口OLT设备主控板冗余备份 转发面主备负荷分担，增强设备的数据转发能力 控制面和转发面解耦，提升ISSU和可靠性能力电源板冗余备份 提升设备硬件可靠性ONU设备工业级 宽温-4070度，网口共模6KV防雷，适应恶劣户外环境双电源输入 提升设备硬件可靠性第三章智慧高速公路F5G全光场景化解决方案 智慧高速F5G全光通信网19白皮书2024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

48、网、省干传输网、路段接入网、以及数据传输网四级网络框架框架，实现路侧边缘摄像头等感知端到部/省中心的互联互通，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、灵活扩容的传输网络，是支撑智慧高速演进和发展的最优底座。图11 智慧高速F5G全光通信目标网3.1 F5G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

49、*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数据传输网省干传输网收费站OTN 10G/100G/N*10GOTN N*10/100G全光收费站全光隧道全光路侧视频回传路段接入网ONUONUONUOLTOLTOLT省级通信中心

50、省级联网中心通信分中心路段中心1收费站方案，即路段分中心到部/省级数据中心一波直达，减少路由中转层级，采用光串通，从而简化网络架构，并提供波长级业务隔离，实现一波直达超低时延、高可靠传输服务。3.2 F5G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/100G OTN组成10G/100G自愈环，各个收费站共享OTN 10G/100G带宽。图12 小型化OTN 10G/100G OTN接入网方案

51、未来，分中心/收费站通过叠加光层单板或者光层子架来实现路段带宽扩容，路段一波直达分中心。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，实现扩容不扩纤，如图13。图13 小型化OTN接入网扩容方案OTN 灰光10G/100G分中心收费站收费站收费站收费站OTN 灰光10G/100G+彩光N*10G分中心收费站收费站收费站收费站灰光彩光O-波段12601360nmC-波段15301565nm一根光纤合波板智慧高速F5G全光通信网20白皮书2024智慧高速F5G全光通信网21白皮书2024加光层

52、单板或光层子架，采用彩光OTN N*10G 方案。彩光OTN N*10G方案是指，一波中承载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部署波道使用。例如，图13所示可分配每收费站到分中心单独一波方式，实现收费站一波直达路段中心，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”型的网络架构，带来极低网络时延，以及波长级隔离优势。也可分配多个收费站共享一波方式，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，实现单个收费站级/业务级的带宽

53、扩容。图14 OTN N*10G彩光接入网方案3.3 F5G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、服务区构成环型或链状拓扑网络结构。路段接入网埋缆方式（如接入网光缆埋在中间花台）、单点接入到干线网络等，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或者省级干线网的通道资源，构建接入网环形网络，实现接入网物理路径主备路由分离，以提高路段接入网业务的可靠性。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，若环路路由未有干线设备，

54、则需补点增设OTM站点或OLA站点升级为OTM站点。分中心收费站收费站收费站收费站智慧高速F5G全光通信网22白皮书2024图15 F5G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分离路径。收费站与路段分中心配置1+1 OTN SNCP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。3.4 F5G全光数据传

55、输网方案3.4.1 F5G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由流收费目标的达成。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失效；双发选收技术构建零丢包、零中断无损收费业务网络。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收费数据回传，时延小于1ms，实时在线计费。省干路段接入网路侧监控收费视频干线节点干线节点线路单板线路单板路段中心收费站干线节点智慧高速F5G全光通信网23白皮书2024图

56、16 F5G全光收费数据传输网方案收费业务场景采用Type C单归属组网，核心层部署1台OLT在收费站通信机房。OLT和ONU之间采用星形组网，收费车道根据双向车道数量选择分光比，一般情况下建议选用2个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Type C保护。3.4.2 F5G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

57、监控在线率、覆盖率、精准快速调取的要求，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案具备如下表所示的差异化价值点。服务器工作站防火墙4G专线VPN专线收费站通信机房ONU出口车道*N出口车道*N匝道预收费OLT上行ETC门架下行ETC门架1:16分光器1:8分光器路段中心OTN智慧高速F5G全光通信网24白皮书2024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、环境信息监测等业务类型。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，减少网络重

58、复投资建设。图17 F5G全光路侧数据传输网方案OTNORUORU收费站1收费站2OLTONUOLT同网络箱 同网络箱OTNONU对比大类关键指标传统以太环网方案F5G全光链形网络方案网络性能网络层级交换机环形组网，网络层级环网节点数 30ONU通过无源光路一跳直达OLT，网络层级=2网络带宽统计复用共享带宽，不同业务相互抢占带宽，拥塞丢包。时分复用，确定性带宽体验，业务带宽可保证，无拥塞，0丢包网络时延随着环网设备数量增加，时延增加，时延不确定转发路径永远两层，确定性端到端时延1ms可靠性网元故障影响逐跳转发架构，网元故障影响范围大，存在设备多点失效双总线架构，网元故障无相互影响，抗设备多点

59、失效自愈时间环网自愈时间受节点数影响，节点越多，恢复越慢自愈时间小于30ms，不受节点数影响接入能力距离和跳数跳数影响自愈时间，一般可接入30跳，接入距离受限光中继技术实现一芯光纤可接入100+跳，100+km降本增效多网融合视频监控、PLC和紧急电话多个以太环网一网融合承载多业务，硬隔离；统一建设、统一运维运维业务开通时间近端配置管理IP和业务，业务开通时间长免管理IP配置，业务自动分钟级发放安全接入安全终端接入认证；无接入设备入网认证；CRC只能校验终端接入认证；接入设备入网认证；FEC即可校验也可纠错，确保数据完整性智慧高速F5G全光通信网25白皮书2024高速公路沿线道路监控场景采用T

60、ype C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Type C 保护。每级联68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。3.4.3 F5G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。全光隧道监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S

61、LA等级和差异化带宽配置，保证各类业务均能稳定可靠传输，支撑隧道运营和应急响应高效开展。图18 F5G全光隧道数据传输网方案高速公路隧道场景采用Type C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Type C 保护。每级联68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，利用隧道环形光纤资源形成双向链路冗余保护。3.4.4 F5G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

62、务，逐步发展成为业态丰富、功能齐全的新型商业区，是高速公路重要的延伸产业。而服务区的信息化建设也在经营管ORUORU100mORUORU同网络箱安装同网络箱安装左洞右洞OLT核心交换机ONU隧道配电房智慧高速F5G全光通信网26白皮书2024理和公众服务等层面发挥着越来越重要的作用。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，服务区左幅和右幅无源汇聚，绿色经济。图19 F5G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、P

63、OTS 电话和无线覆盖多种业务需求。2、绿色降本：因无源汇聚替代有源汇聚，减少机房占用和空调能耗，OLT和ONU设备能耗低等原因，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载，切片最小粒度ONU 用户侧端口级别；整体建网成本降低30%。外网核心交换机视频监测车流检测及引导人流统计信息发布免费Wi-Fi互联网OLT防火墙收费站服务区左辐服务区右辐内网核心交换机ONU服务区通信机房智慧高速F5G全光通信网27白皮书20243.5 OTN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

64、速公路建、管、养、运、服多维度打造智慧的路，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。智慧化运维是智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），光纤故障定位精度在米级。图20 OTN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

65、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。当光纤中断时，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，基于精准定位导航快速修复。收费站收费站光子架光子架光子架电子架电子架电子架电子架分中心光子架xxkmxxkmNCE-TM40M40UNQ2/N210UNQ2/N210ST2ST2FIUFIU带OTDR功能带OTDR功能智慧高速F5G全光通信网28白皮书2024图21 光纤GIS地图可视可

66、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维。北向接口光纤GIS地图光纤故障秒级定位自动触发预警，精准定位导航线缆资源数据（光纤、光缆、管线）第三方地图格式化数据OTN网络内置OTDR检测方案511212.4N 64921.1E第四章高速公路F5G全光网应用案例 智慧高速F5G全光通信网30白皮书20244.1 F5G助力浙江智慧高速高质量发展背景：浙江省已经建成高速公路逾5000公里，高速公路也正在朝着智慧化的方向不断演进，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后，决定选用F5G技术，统一部署建设一张F5G全光通信网，构建路段到

67、集团中心的多业务综合承载平台。需求挑战：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，每个领域各自组网，需要耗费大量的光缆。大流量业务涌现，对传输带宽等性能要求严苛，传统通信网络带宽资源已达到瓶颈。早期的通信网络大多是单链路，网络链路中断影响高速公路业务正常运行。解决方案：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。高安全：基于 NHP构建的通信网，由于采用了100%的硬管道隔离技术，各个业务系统之间都是严格物理隔离，能够保证业务系统

68、之间相互不影响。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,骨干层骨干层N*100G汇聚层N*10G接入层N*10G基层站所基层站所基层站所基层站所省级中心（集团网）OTNOTNOTN区域级路段中心路段中心智慧高速F5G全光通信网31白皮书2024带宽升级到了N*100G。高可靠：在通信节点间具备多路由的场景下，全光通信网条件满足的应连尽连，形成了“非完全mesh型+OLP”保护结构，最大程度保障了业务安全可靠。客户价值：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、办公等业务，简化了网络结构，减少了光缆消耗，降低了建网成本。相比原系统，网

69、络带宽提升10倍以上，时延下降约75%。在F5G的支持下，实现了全路段高清视频无卡顿传输，完成了高清视频联网。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%。4.2 F5G助力广东打造高速公路全光大动脉背景：广东省是中国高速公路最发达、通车里程最长的省份，全省高速公路通车里程超过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，建设一张全光通信网，为高速公路打造全光大动脉。需求挑战：视频监测等大流量业务涌现，通信网络带宽资源已达到瓶颈，业务演进困难。通信网络承载高

70、速公路的核心生产系统，需要确保安全。通信网络光缆因工程施工等原因中断频繁，断缆位置难定位，维护修复效率低。解决方案：图23 广东F5G全光通信网方案省中心备省中心主路段中心1路段中心NOTN N*10GOTN N*10G/100GOTN N*100G收费站N收费站1智慧高速F5G全光通信网32白皮书2024通信网包括干线传送网和路段接入网，统一采用OTN建设。大带宽：骨干传送采用N*100G&10G混合组网，路段接入采用N*10G组网，带宽可平滑演进。高安全：基于波长和时隙的硬管道技术，物理隔离，“0”阻塞，“0”串扰，业务系统之间相互不影响。易运维：NCE统一运维，Fiber Doctor智

71、能光纤管理系统通过内置OTDR检测功能的单板实现光纤故障高效定位。客户价值：带宽平滑演进，无需新增光纤基础设施，满足未来10年智慧高速业务流量爆发式增长诉求。硬隔离，高安全，支持高速公路核心生产系统稳定运行，实现“0”安全事故，支持一网承载收费、视频、监控、通信等业务。Fiber Doctor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。4.3 F5G搭建S省智慧高速“共享+独享”双业务通道背景：S省在高速公路智慧化方面走在全国前列，早在2021年7月S省交通运输厅就印发了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

72、务传输基础上，还要满足智慧设施传输带宽及时延要求。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，又满足智慧业务传输需求的双业务通道。需求挑战：路段传输环中，两相邻收费站存在业务互连需求，以便为监控回传、边缘计算等传统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。按照国家收费质量提升要求，以及未来智慧业务一跳入云要求，需要为各个收费站搭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心的带宽需达到20G。因智慧业务带宽需求量较大（总带宽大于100G），并且对时延要求较高，以前采用的站站手牵手组环的方式已不再适用，需搭建

73、既满足相邻站之间的传统业务传输，又能满足一跳直达路段中心的智慧业务传输的组网方案。解决方案：智慧高速F5G全光通信网33白皮书2024图24 S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+独享”双业务通道。大带宽：各收费站既有到相邻站的共享带宽，又有直达收费站的带宽，整个网络带宽轻松超过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

74、50ms内倒换到备用链路，倒换保护效率高于PTN方案。低时延：智慧业务要求低时延，F5G方案在各收费站建立直达路段中心的通道，无需站站逐跳传输，时延较低。客户价值：一张网满足逐站传输和一跳直达两种传输需求，简化运维，同时也取得了性能(独享)与经济性(共享)的平衡;具备多种保护方式，具备低时延能力，保障客户网络安全可靠；后续扩容只需增加波道即可，灵活方便，新老业务走各自通道，保护前期投资。4.4 F5G为江西梅岭隧道打造全光底座背景：江西梅岭隧道全长3.4公里，交通量大，是典型的山区长隧道。高速公路隧道由于空间狭小、能见度低、洞内环境复杂等特点，普遍存在事故多发、发生重大事故后救援困难等问题。隧

75、道内网络需要简单、可靠、易运维，保证前端设备高在线率，支撑隧道运行状况实时监测和控制，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、可路段中心收费站收费站收费站OTN设备OTN设备OTN设备OTN设备OTN设备独享波道共享波道智慧高速F5G全光通信网34白皮书2024靠、易运维的全光底座，为智能隧道建设打造新的示范标杆。需求挑战：隧道内视频、PLC（风机、卷帘门、检测器等）、应急通信系统烟囱式组网，传统工业交换机网络重复建设，成本高,系统联动困难。传统工业交换机环网中存在广播风暴的风险，交换机故障外溢；交换机环网节点多，一旦有2个节点故障，之间的所有节点都会失效，导致大面积

76、断网。网络故障定位难，依赖专业工程师现场排查，维护效率低。解决方案：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。高安全：硬管道技术支持各业务隔离，高安全，一张网承载隧道多业务系统。收费站/遂管所 1路段中心收费站/遂管所 n收费站/遂管所2隧道管理平台左洞右洞配电房1APAPAPAP智能盒智能盒智能盒智能盒OLTOLT配电房2ONUONU路段公司/集团公司智慧高速F5G全光通信网35白皮书2024高可靠：端到端冗余保护，双总线结构抗网络风暴，抗多点失效。易运维：网络端到

77、端可视，支持故障精确定位；ONU设备即插即用，即换即通。客户价值：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；高可靠网络为隧道内设备提供高品质承载，保障隧道内状况的实时监测和控制；运维简单高效，降低运维工程师技能要求，降低运维成本。第五章高速公路F5G全光通信网应用展望智慧高速F5G全光通信网37白皮书2024F5G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，继续将光纤延伸到收费车道、高速路侧、隧道和服务区。高安全高可靠承载高速业务，为高速公路业务提供带宽可平滑演进，业务高可靠承载，同时AI、数字化打造低时延的高质量网络，

78、更好支撑高速业务蓬勃发展，是高速业务智慧化发展的最优数字底座。随着无人收费站、自由流收费、路侧视频监控优化提升和车路协同等业务发展，高速公路智慧化进程稳步推进。数字孪生、养护决策、准全天候出行等高速智慧业务的发生,F5G全光网络提供数据到数据中心的一跳直达，带来极低时延和5个9的网络可靠性，为数据传输提供智慧数字底座。未来，收费自由流实现全域、全国车辆路径信息识别定位，实时计费、实时稽核；数字孪生、AI智能应用等智慧化场景突破省界、区域，跨省跨域进行协作，实现全国智慧化应用互联，全光通信网作为为高速公路的数字网络底座，将持续与高速行业并肩作战打造高速公路一张网，天地通信一体化网，支撑高速行业路

79、路智慧互联，持续服务人们更美好的出行，服务高速运营管理更优更好。智慧高速F5G全光通信网38白皮书2024附录-1 缩略语缩写英文全称中文全称F5GThe Fifth-Generation Fixed Network第五代固定网络AIArtificial Intelligence人工智能APAccess Point接入点ASONAutomatically Switched Optical Network自动交换光网络DBADynamically Bandwidth Assignment动态带宽分配ETCElectronic Toll Collection电子收费ETHEthernet以太ETS

80、IEuropean Telecommunications Standards Institute欧洲电信标准协会5G5th-generation Mobile Communication Technology第五代移动通信技术FDMFrequency Division Multiplexing频分多路复用FTTOFiber To The Office光纤到办公室FTTMFiber To The Machine光纤到机器FTTRFibre To The Room光纤到房间GISGeographic Information System地理信息系统GPONGigabit-capable Passi

81、ve Optical Network千兆无源光网络ITUInternational Telecommunication Union国际电信联盟MSTPMulti-service Transport Platform多业务传送平台NHPNative Hard Pipe原生硬管道ODNOptical Distribution Network光分配网络ODUkOptical Channel Data Unit-k光通道数据单元kOLPOptical Line Protection光线路保护OLTOptical Line Terminal光线路终端ONUOptical Network Unit光终端智

82、慧高速F5G全光通信网39白皮书2024缩写英文全称中文全称ORUOptical Regeneration Unit光增程器OSUOptical Service Unit光业务单元OTDROptical Time Domain Reflectometer光时域反射仪OTNOptical Transport Network光传送网OXCOptical Cross-connect光交叉连接P2MPPoint-to-multipoint点到多点PCMPulse Code Modulation脉冲编码调制PDHPlesiochronous Digital Hierarchy准同步数字体系PLCProg

83、rammable Logic Controller可编程逻辑控制器PONPassive Optical Network无源光网络PTNPacket Transport Network分组传送网SDHSynchronous Digital Hierarchy同步数字体系SNCPSubnetwork Connection Protection子网连接保护智慧高速F5G全光通信网40白皮书2024参考文献：1、交通强国建设纲要2、国家综合立体交通网规划纲要3、国家公路网规划4、公路“十四五”发展规划5、高速公路监控与通信设施设计细则6、公路通信技术要求及设备配置7、高速公路通信技术要求8、数字中国建设整体布局规划附录-2 参考文献2024