F5G全光授时物联网关开启能源工业物联网时代

陈小舟

华为光产品线能源行业总工
IEEE PLC Standards Committee 专委会常委
IEEE P2893 OTN OSU系列标准组主席
IEEE PES 中国有线工作组成员 F5G工作组副组长
IEC TC57 WG20 国家代表
CIGRE国际大电网会议高级会员

本文由国家电网四川信通公司马玫与华为技术有限公司陈小舟联合发布

2021年初，国网四川省公司与华为组建IEEE PES F5G工作组，重点研究F5G技术在国网的落地，工作组包括国家电网各个省公司、南方电网、南瑞 、以及华为、中兴、诺基亚等设备厂商的主要成员，共同研究F5G（Fifth Fixed Network）第五代固定网络技术开启能源工业物联网的应用。目前已经开展OTN OSU技术广域技术的验证和研究，并提交IEEE 和CSEE两个国际标准。

2022年IEEE PES F5G工作组将重点研究H-OTN光网络技术以及全光物联网关物联接入技术，同时提交相关国际国内标准。

目前，华为与国家电网设备部直流处联合定义开发的全光授时物联网关设备OptiXstar T823E-X，在国网四川省公司IEEE PES F5G实验室上线。主要用于变电站、配网、油气田及管线、交通、工业自造等工业物联领域。全光授时物联网关主要有安全、可靠、实时三大优势：

• 全光硬管道安全传输，不同类型的业务物理隔离保证安全。

•H-OTN技术结合PON与OTN的优势，分光+时分架构保证各个节点失效无相关性，可靠性提升。

• 物联网关实现与光网产品的1588v2时钟无缝传递，以及硬件微秒级授时到物联模型，实现自控系统级物联实时监测。

F5G全光物联网关三大特性保证了工业物联网的硬件底座，为工业领域数字孪生、数据治理提供了坚实基础。

全光物联网关设备

本次在国网四川电力省公司上线的全光物联网关华为OptiXstar T823E-X是华为工业光网解决方案的工业型全光授时物联网关，网络侧提供H-OTN双上行接口，用户侧提供8个GE以太网接口并支持PoE++功能，提供高性能的转发能力和边缘计算、物联接入能力，为电力、交通、工业控制行业等提供理想的网络及物联和边缘计算一体化解决方案。

全光授时物联网关华为OptiXstar T823E-X

安全性：H-OTN提供类TDM的时分技术，将电力和能源行业中的不同业务进行物理隔离，保证业务安全。

F5G在电力物联网网络中将采用OTN OSU等广域技术，将电力生产业务进行广域传输，同时，采用H-OTN接入技术进行点到多点的业务汇聚。整个网络用时分硬管道的网络技术进行物联接入到云端的回传。保证业务的安全性。

F5G电力通讯未来网络架构

可靠性：F5G H-OTN网络架构采用环形结构，来提升网络可靠性。每个网络设备故障不会引起其他设备的网络中断。

实时物模型转化：华为OptiXstar T823E-X集成了物联网关相关功能，未来将变电站，配网等相关物联网数据，按照物联网物化模型数据转化，完成电力物联网数字孪生。

F5G在能源行业其他技术及其系列标准发展

F5G需要具备大带宽、低时延、高可靠、海量接入的特点，应对工业物联网云、管、边、端工业物联架构技术要求，完成感知接入、数字孪生、智能运用智能化要求，目前各项技术今年都有长足发展。

• 大带宽 OTN技术

100G单波以及200G到800G单波网络已经在通讯行业开始广泛应用，但是电力行业由于采用OPGW作为光纤部署方案，所以在部署大带宽骨干网络的过程中需要首先解决雷击干扰问题。OPGW（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire）也称光纤复合架空地线，兼具地线与通信双重功能，具有较高的可靠性、优越的机械性能、较低的成本等显著特点，正被广泛应用于电力骨干光通信网络。与此同时，采用准确、有效、可靠的相干光传输技术正成为提升光纤单波传输容量的首选技术。因此采用相干光传输的电力OPGW承载是大势所趋，但同时也面临雷击SOP（State of Polarization，偏振状态）的挑战。今年国家电网，华为、光迅将在IEEE，IEC，CSEE推出SOP相关标准，适应F5G能源行业相关要求。

• 低时延管道 OTN OSU技术

目前中国的输变电生产网络主要架构是OTN骨干加SDH区域接入方案。SDH业务为以太业务，2M光和老网PCM继电保护业务等提供固定低时延的稳定广域网络。SDH在网络结构中的应用价值逐年减弱，但是在工业实时控制领域和部分高质量专线业务中，还是有明显的技术优势。OSU是波分OTN体系下发展出的小颗粒技术，在应用场景上与SDH基本一致，但是具有任意带宽通道化传输，延迟实时可见，兼容大带宽传输能力三大特点，成为可能代替SDH的下一代电力业务传输技术。

IEEE ITU-T CSEE电力相关标准组织，都对OTN架构下的OTN OSU方案进行了标准立项，保证能源业务低延迟网络传输。其中IEEE P2893和电机工程学会OSU标准对标能源行业。

• 高可靠 H-OTN技术

F5G H-OTN采用环形结构，来提升网络可靠性。每个网络设备故障不会引起其他设备的网络中断。同时H-OTN提供类TDM的时分技术，讲电力和能源行业中的不同业务进行物理合理，保证业务安全。

• 全光物联网网关技术

全光物联网基于目前的网络设备，植入智能AI算力，将网络末端接入的数据直接进行物模型转化，然后通过H-OTN和OTN OSU 等管道化网络，将物化模型传回到中心云网络。

F5G第五代固网技术在能源物联网的应用

ETSI发布F5G第五代固定网络代际定义和技术规范，构建更健康的全光固网产业。F5G技术具备大带宽、低时延、高可靠、海量接入的特点，将服务于工业物联网未来的发展。基于F5G技术，结合大数据云计算技术、管道化接入传输技术、边缘计算技术、端侧接入技术（云、管、边、端工业物联架构），有力促进能源工业的高质量发展。目前，中国已经部署了全球最大的F5G网络，用户超过4亿，网络能力完善，产业配套成熟。基于F5G，我国现已推出能源F5G技术，并在电力行业进行应用，展现出良好的应用前景。

自此，F5G相关能源物联网联技术OTN OSU技术广域技术，H-OTN技术园区技术，全光物联网关物联接入技术在国网开始全面验证。F5G第五代固定网络技术在国网四川省公司的研究，将全面开启F5G能源工业物联网时代。云、管、边、端的物联接入新型架构加入了F5G固网技术的强力支持。

IEEE F5G工作组&国网华为联合实验室

总结：国家电网四川省公司上线全光物联网关设备华为OptiXstar T823E-X，在IEEE PES F5G实验室上线。F5G相关OTN OSU技术，H-OTN技术，全光授时物联网关物联技术将在国网开始全面验证，进一步推动我国电力、交通、制造以及各行业工业物联网的发展。

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