《IMT-2020(5G)推進組：2024面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究報告（34頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《IMT-2020(5G)推進組：2024面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究報告（34頁）.pdf（34頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、目錄目錄 IMT-2020(5G)推進組于2013年2月由中國工業和信息化部、國家發展和改革委員會、科學技術部聯合推動成立，組織架構基于原IMT-Advanced推進組，成員包括中國主要的運營商、制造商、高校和研究機構。推進組是聚合中國產學研用力量、推動中國第五代移動通信技術研究和開展國際交流與合作的主要平臺。引言光纖通信網絡通感一體化的多場景應用分析光纖通信網絡通感一體化關鍵技術研究光纖通信網絡通感一體化產業發展及標準化總結及展望主要貢獻單位P1P2P6P17P29P31I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究1I M T-2 0

2、2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究引言光纖通信網絡可以實現大容量、長距離、高可靠的信息傳輸，是通信網絡的重要基礎設施，廣泛應用于電信領域、電力和油氣等能源行業的信息通信網絡，經過多年發展已形成龐雜的體系，承載著豐富多樣的業務。光纖傳感技術利用光纖對溫度、應變、振動、聲波等物理場的敏感性，實現對光纖周圍環境的感知。光纖通信技術與光纖傳感技術皆以光纖為媒介，在信號的調制、發送、放大、探測等方面類似，二者的融合具有先天優勢。此外，人工智能（AI）技術的發展，對通信網絡優化、智能感知及控制應用產生了深遠的影響，極大地推動了通信和感知的深度融合。通感一體化技

3、術一方面提升了光纖光纜的資源利用率，另一方面滿足5G-A/6G、智算等新一代信息通信技術對光纖通信網絡提出的智能化運維管理需求。本藍皮書分析了光纖通信網絡通感一體化的應用需求，提出較為成熟的解決方案，探討技術的產業化和標準化進展，提出未來發展趨勢及發展建議，推動光纖通信網絡通感一體化技術和產業良性發展。2I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究光纖通信網絡通感一體化的多場景應用分析圖1 光纖壽命與應力關系光纖通信和感知的融合是基于光纖光纜資源共享的基礎之上，在一張網絡上同時實現數據傳輸與環境感知功能，對傳統光纖通信網絡功能進行革新與擴

4、展。目前具備通感一體化功能的光纖通信網絡主要有兩大應用方向，一是借助感知功能提升通信系統的穩定性，即利用光纖光纜對所處環境的感知、識別與預測，實現光纖光纜的智能化管理和監測應用；二是基于光纖通信資源使能多場景的感知增強，即借助于泛在部署的光纖通信系統資源，實現感知的多維、廣域覆蓋，降低感知硬件部署成本，提升光纖光纜資源利用率，滿足多場景的感知需求。1.1 光纜資源的管理和監測光纖通信網絡經過多年的發展，建設規模和復雜度不斷增加，形成龐雜的體系，利用光纖傳感技術，實現光纜資源管理、維護及監測的智能化和可視化，保障光纖通信網絡的安全和穩定，提升傳輸質量。光纜資源管理方面，光纜資源管理方面，傳統光纜

5、資源管理(光纖識別、光纖路由還原、光纖壽命預測等)手段大多依賴于靜態數據庫，更新不及時，且易出錯，無法準確反映光纖光纜在實際網絡中的變動。利用光纖傳感技術，與地理信息系統（GIS）結合，有望實現光纜路由信息的精準管理與可視化展示。此外，傳統光纖壽命評估多基于經驗，缺乏對光纖狀態參量的精準感知和實際運行環境的考慮，預測準確度較低。應力與光纖的壽命密切相關1，如圖1所示，通過光纖傳感技術，實時監測光纖的應力變化，建立科學的壽命預測模型，可實現對光纖性能衰減的預警和維護。3I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究光纜資源監測方面光纜資源監測

6、方面，面對復雜網絡環境下光纜資源的隱形損傷，如微裂紋增長、緩慢性能退化等，傳統技術手段在實時性、定位精度以及對微小損傷的敏感性上存在局限，難以做到早期預警，尤其是對于埋深較深、環境復雜的光纜段（如圖2所示），定位誤差較大，甚至無法進行有效測試，亟待解決?；诠饫w傳感技術，構建實時、準確監測光纖狀態、并在故障發生前進行預警的監測系統，實現在復雜環境下非接觸式探測光纜位置及埋深，降低誤報和漏報，減少業務中斷時間。圖2 光纜鋪設環境復雜1.2 環境感知和安全監測光纖通信網絡利用光纖傳感技術可以實現對光纖周圍環境的感知，構建泛在的感知網絡。復用已有的光纖資源進行環境感知和目標資源的安全監測，減少單獨部

7、署傳感網絡的巨額開銷，提升光纖網絡的綜合效益，展現出良好的經濟可行性。下面針對幾種典型應用場景進行分析。（1）利用電信光纜資源實現環境感知（1）利用電信光纜資源實現環境感知隨著運營商光纖網絡的不斷擴張與深化覆蓋，龐大的光纜資源應用拓展成為熱點研究領域，其中城市動態監測與地質水文環境監測具有實際應用潛力。城市動態監測方面城市動態監測方面，傳統的視頻監控、感應線圈等城市監測手段的覆蓋能力有限，難以實現全城范圍內的實時動態監測，維護成本高?；诠饫w傳感技術，將不斷擴張的光纖通信網絡轉變為遍布城市的智能感知網絡，實現城市交通車流、路面狀況及橋梁健康狀況等監測，如圖3所示。4I M T-2 0 2 0(

8、5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究地質水文環境監測方面地質水文環境監測方面，光纖通信網絡覆蓋多樣化的地質環境，相較于衛星遙感或地震臺等監測手段，光纖傳感技術能以相對較低的成本實現地下深層結構的連續、高密度監測，預警地質災害如地震和滑坡等，如圖4所示2。分析光信號在光纖中傳播時的頻率、偏振態等參數變化，不斷提高檢測微小土壤位移、地下水位變化等方面的靈敏度，進行地質災害的預警。圖3 城市動態監測示意圖圖4 利用海光纜監測臺風過境的海流變化5I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究（2）利用油氣管線伴行

9、光纜實現管道資源安全監測（2）利用油氣管線伴行光纜實現管道資源安全監測管道輸送作為石油天然氣的運輸方式，對國家經濟與民眾生活有著重要作用。管道輸送的介質具有高度易燃易爆性，運行時處于高壓狀態，一旦發生泄漏，不僅會威脅環境安全，還可能引起爆炸等災難性后果，對資源的健康監測以及防外破監測至關重要。管道資源健康監測方面管道資源健康監測方面，傳統手段進行管道內檢測器和清管器的實時跟蹤定位難以滿足高精度定位的要求。利用管道伴行光纜和光纖傳感技術，有望實現對各種條件下、不同規格的管道檢測器實時、高精度的跟蹤定位。防外破監測方面防外破監測方面，油氣管道多屬于開放系統，安全隱患具有時空隨機性、分布廣域性、發生

10、隱蔽性、后果災難性等特點，安全預警與風險防控是系統性技術難題。傳統監測設備易受環境干擾，導致誤報和漏報頻發，且存在識別準確率不高、弱信號檢測能力不足、多因素模型預測精度有限以及實時性受限等問題?；诠艿腊樾泄饫|，持續收集管道內溫度等環境信息，構建可在惡劣環境下進行廣域、實時的數據采集與分析的系統，一旦監測到人工挖掘或管道附近施工造成的管道泄露，即可迅速精準定位，為應急響應提供寶貴時間，如圖5所示。（3）利用OPGW實現電力傳輸線纜安全監測（3）利用OPGW實現電力傳輸線纜安全監測輸電線路途徑環境惡劣，跨越江河、海洋、沙漠、森林及高海拔區域，地理環境及氣象復雜，運行條件惡劣，不僅需要穿越高海拔、

11、多積雪、重覆冰的地區，還會受到惡劣天氣如大風、雷暴、冰雪圖5 油氣管道監測6I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究現有光纖通信網絡架構和技術難以滿足不斷涌現的應用需求，亟待研發資源高效利用、滿足差異化應用需求的新型通感一體化網絡架構和使能技術。一是實現光纖通信網絡的通感一體化，需在既有光纖通信網絡中融合感知功能，在既有通信網絡架構上構建感知系統。二是產業界正在積極尋求合適災害等環境因素影響，阻礙電力系統的安全穩定運行。亟需在線監測電力傳輸線纜運行狀態，及時發現故障并預警，降低災害造成的損失。對電網中的架空輸電線路進行持續、實時的監測

12、和評估，主要包括導線及金具溫度監測、導線弧垂監測、線路覆冰監測、微風振動與導線舞動監測、桿塔傾斜監測、雷擊監測及火災監測等，如圖6所示。傳統的監測方法依賴于周期性的手動檢查和局部安裝的傳感器，具有巡視效率低、難以全面覆蓋電網、易留下監測盲點、無法有效采集動態數據、安裝和維護工作量巨大及故障率和成本較高等問題?；诎殡S高壓輸電線敷設的光纖復合架空地線（OPGW），采集高壓電線的應力變化、振動、溫度等關鍵參數，建立非侵入式監測，實現全生命周期感知。構建預防性維護系統，實現自動識別災害前兆，觸發預警機制，并提供精準定位的監測系統，對電網資源健康狀態提供及時準確的評估。圖6 OPGW光纜自然災害監測光

13、纖通信網絡通感一體化關鍵技術研究7I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究物理層：物理層：作為系統的基礎，物理層集成多類型分布式傳感設備，構建既能承載傳統通信業務，又可支持感知功能的網絡架構。從物理層面來看，光網絡通感一體化指通信與感知在光纖資源層面實現復用，如采用波分復用、空分復用等方式實現傳感數據和通信數據的多路復用與傳輸。以光纖作為傳感元件，實時捕捉環境變化，如溫度、振動、聲波等物理參量，并通過光纖網絡傳輸傳感數據。數據層：數據層：負責接收來自物理層的原始數據，執行數據清洗、格式化、壓縮等工作，提升數據的質量和可用性。通過大數據

14、分析和數據挖掘技術，對海量數據進行整理和分析，提取有價值的信息特征，為模型層提供數據輸入。模型層：模型層：構建分析模型，對數據層輸出的數據進行模式識別、異常檢測、預測分析等處理，識別特定事件或模式，針對不同的監測目標（如光纜損傷預測、管網泄漏檢測、輸電線路故障預警）進行的監測方案，目前廣泛應用的技術路線包括分布式光纖傳感技術及相干信號DSP解調技術。三是新型光纖光纜不斷涌現，為光纖通信網絡通感一體化性能提升和應用拓展提供了有力支撐。3.1 通感一體化系統架構在已有的光纖通信網絡基礎上構建感知能力，支持多種應用場景，系統架構分為5個部分：物理層、數據層、模型層、應用層以及管控層，如圖7所示。通過

15、這5個部分的緊密協作，構建從數據采集到應用服務的系統，為實現智能化感知和決策提供技術支持平臺。圖7 光纖通信網絡基礎上構建感知能力8I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究定制化訓練，實現異常檢測、趨勢預測與健康評估。這些模型不斷進行學習和優化，以提高事件識別的準確性和響應速度。應用層：應用層：基于模型層的分析結果，應用層設計并實現針對不同應用場景的服務和解決方案，確保感知數據能夠轉化為實際應用價值，滿足用戶特定需求。多系統聯動監測，如不同跨段的光纜監測單元協同工作，互相補充驗證，實現光纖光纜資源全面、大范圍感知，提高監測的準確性和可

16、靠性。管控層：管控層：作為系統的指揮中心，管控層負責整個系統的資源配置、任務調度和安全監控。通過南北向接口與協議，實現對上層應用服務和底層數據傳輸的高效管理，確保數據流轉的穩定性和安全性。同時，管控層根據不同的應用場景，動態調整模型和算法的配置，以適應業務需求的變化，確保系統的靈活性和可擴展性。目前提出的系統架構中通信與感知作為兩種業務形態相對獨立存在，未達到深度融合。如何進行資源統一調配、信息統一整合，實現動態調控和協同機制，需要產業界進行更多探索和研究。3.2 通感一體化技術應用方案3.2.1 分布式光纖傳感技術應用方案3.2.1 分布式光纖傳感技術應用方案分布式光纖傳感技術沿光纖傳輸路徑

17、上的空間分布和隨時間變化的信息進行監測，具有高靈敏度、抗電磁干擾、分布式等優勢，目前業界已提出幾種較成熟分布式光纖傳感技術應用方案。(1)基于 -OTDR技術的光纜防外破預警(1)基于 -OTDR技術的光纜防外破預警光纜線路常遭受到外力破壞，如施工挖掘、自然災害等，導致通信中斷?；?-OTDR技術和機器學習的光纜防外破預警系統通過實時監測光纜狀態，預警外部破壞，實現快速響應和維護，保障通信網絡的穩定與安全，如圖8所示。圖8 基于 -OTDR的光纜防外破預警系統示意圖9I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究 -OTDR采用窄線寬光源

18、，將一個高相干的泵浦脈沖注入到待測光纖中，接收端探測到的信號是脈寬內瑞利散射光的干涉疊加，當光纖周圍無擾動時，相干疊加光處于穩定狀態。光纖某處受到外界擾動時，光纖的徑向長度和折射率均會受到明顯的影響，產生信號的相位和強度變化。通過信號差分、IQ解調等手段解調信號相位或強度的變化，進行振動監測。通過分析多種振動類型產生的探測樣本數據，建立不同外破場景的識別算法，實現分級預警機制?；?-OTDR技術的光纜防外破預警系統包含硬件部署、信號處理、預警與定位和運維響應，如圖9所示。硬件部署硬件部署：規劃整個光纖通信網絡，在易遭受外力破壞的關鍵節點和易損區域安裝具備高靈敏度和低噪聲特性的 -OTDR設備

19、，如穿越道路、河流、建筑工地附近等。-OTDR設備通過光分路器或耦合器與主光纜連接，在不影響主通信業務的前提下，實現非侵入式的實時監測。此外，需確保所有硬件設備符合室外環境的耐用性和可靠性要求，如防塵防水、耐高低溫等。信號處理信號處理：負責存儲和處理從各監測點回傳的原始數據，濾除背景噪聲，提取出外力作用導致的相位變化信號。數據處理算法包括先進的數字信號處理技術、模式識別以及機器學習等。同時，系統具備良好的可擴展性，以適應未來網絡擴張和滿足數據量增加的需求。預警與定位預警與定位：實時判斷檢測到異常相位變化是否達到預警閾值，提供異常發生的地點、程度以及可能的影響范圍等預警信息，結合GIS系統，提供

20、光纜網絡布局、異常點位置及周邊環境信息的可視化數據。運維響應運維響應：為實現快速、有效的危機管理，有效保障通信業務安全。運維人員根據監測系統的預警信號啟動預案，攜帶必要的工具和設備前往現場，同時協調資源進行外破修復。圖9 基于 -OTDR的光纜防外破預警系統方案流程10I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究基于 -OTDR技術的城市道路動態監測方案包含監測方案部署、信號處理與分析、實時監測與預警和數據融合與應用開發。監測方案部署監測方案部署：利用已有的城市光纖通信網絡或設計鋪設新的光纖線路，在主干道、橋梁、隧道、地鐵線路及建筑物周邊

21、等關鍵區域部署監測網絡，確保網絡覆蓋全面并可實時捕捉城市運行產生的各種動態信息。信號處理與分析信號處理與分析：從海量光纖回波信號中提取出有用信息，開發先進的信號處理算法，結合噪聲過濾技術，確保數據的純凈度。通過機器學習和人工智能算法，學習并識別特定的信號模式，如不同類型的車輛行駛、基礎設施故障引起的振動特征等，從而提升事件識別的準確率和響應速度。實時監測與預警實時監測與預警：通過集成GIS系統，將處理后的數據映射到城市地圖上，實現空間和時間維度的關聯分析。持續監測光纖網絡傳回的數據，一旦發現異常信號，例如交通異常擁堵、路面破損或橋梁結構的微小變化，立即觸發預警機制。-OTDR技術本身已較為成熟

22、，然而將其應用于大規模光纜防外破預警系統，涉及到的信號處理算法、數據傳輸與處理、以及通信和感知功能集成等關鍵技術仍需進一步優化與驗證。特別是算法的魯棒性、系統整體穩定性和成本效益，是當前技術發展的重點。(2)基于 -OTDR技術的道路車流和道路故障動態監測(2)基于 -OTDR技術的道路車流和道路故障動態監測基于 -OTDR技術的城市道路動態監測方案利用沿城市道路鋪設的光纜，監測車流狀態、道路狀態動態變化引起的光相位變化，識別振動信號，進行事件特征提取和分析，從而實現對道路塌陷等危害的提前感知并預警，如圖10所示。圖10 基于 -OTDR的城市道路監測方案示意圖11I M T-2 0 2 0(

23、5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究基于DAS技術的輸油管道安全監測方案包含傳感單元部署、感知數據的采集和分析及管道風險預警響應。傳感單元部署傳感單元部署：合理設置光纖傳感網絡，確保覆蓋整個管道沿線，監測管道周圍的振動和聲波信號。另外還需要考慮可適應管道沿線環境條件的光纖類型和保護措施，確保穩定工作在各種管道環境。感知數據的采集和分析：在通信站點部署的設備中集成，收集感知信號，再經過數據的預處理、特征提取等步驟實現感知數據的分析，識別不同類型的事件，如人工挖掘、機械挖掘、自然災害等。管道風險預警響應管道風險預警響應：包括1）風險閾值設定，根據事件類型和特征，

24、設定合理的風險閾值，評估其對管道構成的威脅等級；2）基于數據分析結果，實時監測管道狀態，識別異常情況；3）當監測到的風險超出設定閾值時，智能預警系統快速做出響應，觸發預警機制。在橋梁結構、軌道交通結構等安全檢測應用領域，上述基于 -OTDR的技術也可以實現關鍵結構參量的動態感知。結合BOTDR等更多類型感知技術，可為上述應用提供多參量多維度感知，提升感知性能。交通管理等相關部門，可結合上述多維感知數據，形成更為全面的城市監測數據，包括視頻監控數據、氣象信息、交通流量統計等一起，進行多源數據的綜合分析，從而提供更全面的城市運行視圖。(3)分布式聲學傳感實現輸油管道安全監測(3)分布式聲學傳感實現

25、輸油管道安全監測依托伴行光纜搭建管道安全預警與泄漏監測系統，準確識別人工挖掘、機械挖掘、自然災害、定向鉆孔等威脅事件監測，有效遏制第三方施工損傷事件的發生，如圖11所示。利用分布式聲學傳感技術（Distributed Acoustic Sensing，DAS），實現信號還原、信號識別與事件威脅度分析，目前可實現誤報率小于10，定位精度小于50m。圖11 基于DAS的輸油管道安全監測方案示意圖12I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究分布式溫度傳感實現OPGW光纜雷擊和火災監測分布式溫度傳感實現OPGW光纜雷擊和火災監測：對于光纜雷擊

26、監測來說，雷擊作為一個瞬態過程，其短時間內釋放的巨大能量會對輸電線路相應區域產生明顯的熱量影響，雷擊后電流在雷擊點到高塔如地面的路由界面上形成溫度梯度分布。根據此特性，將光纖復合架空地線中的備用光纖作為溫度傳感器，建立光纖復合架空地線地理位置與分布式溫度曲線的對應關系，分別比較溫度曲線中同一位置不同時刻的溫度以提取出溫度突變區域，再比較與溫度曲線中溫度突變區域相鄰的幾個位置的溫度變化以排除溫度測量中的干擾因素，從而確定溫度的突變來自于雷擊，并結合避雷器的計數變化，圖12 基于OPGW實現輸電線安全監測(4)利用OPGW實現高壓輸電線健康監測(4)利用OPGW實現高壓輸電線健康監測基于OPGW的

27、高壓輸電線健康監測，采用OPGW內一芯冗余光纖作為傳感單元，以衰耗、溫度、應力和振動等監測參量作為基礎數據，結合覆冰、雷擊、火災、風偏舞動等場景事件識別結果，開展OPGW光纜健康狀態大數據分析。導入深度學習算法模型，通過對樣本的訓練，得到各層節點之間的連接權值和閾值，實現OPGW光纜健康狀態評估，系統整體框架如圖12所示。13I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究最終辨別和定位雷擊事件。對于火災監測來說，基于分布式光纖測溫技術可以支持光纖沿線溫度的連續、分布式測量，通過溫度監測數值、溫度上升速率、相鄰區域溫度偏差等特征監測，實現火花

28、、火苗以及火災等事件的判別。分布式振動傳感實現OPGW光纜覆冰和風偏舞動監測分布式振動傳感實現OPGW光纜覆冰和風偏舞動監測：對于覆冰監測，基于相位敏感光時域反射原理，獲取線路振動狀態，把具有一定弧垂的單檔纜線等效為彈簧模型，分別獲取有、無覆冰時的特定振動頻率。覆冰條件下纜線重量增加，導致弧長加大，振動頻率降低，通過振動頻率的變化，實現線路覆冰狀態監測。對于光纜風偏舞動監測，當風吹過架空光纜時，空氣的黏性作用會在光纜表面產生較大的邊界層，邊界層因光纜表面不平坦而剝離形成周期性的卡爾曼旋渦?？柭郎u會引起光纜表面垂直風向的抬舉力變化并產生空氣振動，形成光纜風致振動。振動的強度與風速密切相關，通

29、過監測光纜振動情況，反演輸電線路走廊的風速情況。根據風速、不平衡張力與振動的具體關系，設計推演模型，評估OPGW運行狀態。（5）小結（5）小結分布式光纖傳感技術方案可通過波分復用、頻分復用、空分復用等技術整合到相干通信網絡中，或載波調頻的方式整合到直調直檢網絡中，實現通信信號和傳感信號的共傳。通信信號和傳感信號的信號格式存在較大差異，分布式光纖傳感往往采用峰值功率在100mW量級、持續時間在數十ns左右的高功率窄脈沖進行傳感。對光纖通信系統而言，這種突發的高功率脈沖與承載業務的通信信號在光纖中共傳，易引起非線性效應，惡化傳輸性能。抑制通信與傳感信號串擾的技術方案成為產業界和學術界的研究熱點，已

30、有初步進展。在OFC2024會議上，國內外研究團隊展示了分布式光纖傳感分別與單載波、多載波相干通信系統信道融合的設計方案3,4，在解決系統傳輸距離與空間分辨率、頻率響應之間的相互制約問題上取得了一定進展。3.2.2相干信號DSP解調技術應用方案3.2.2相干信號DSP解調技術應用方案外界環境的干擾引發光纖的雙折射效應，引起光信號的偏振變化，通過數字信號處理（DSP）芯片對光纖鏈路端到端擾動事件引起的光束偏振態變化進行分析，獲得光纖鏈路實時的偏振態變化情況，反演光纖鏈路中環境參量變化，實現光纜的監測或者環境監測應用，如圖13所示。14I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的

31、光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究基于相干信號DSP解調技術的監測系統包含相干光生成、信號解調及數據分析。相干光生成相干光生成：相干光信號在承載數據的同時，受到光纜鏈路沿線的環境變化影響，通過高穩定性和相干性的光源，控制光源的偏振態、相位和功率，為后續的信號解調和環境監測提供合適的光源。信號解調信號解調：在信號的接收端，相干光通信系統的DSP解調模塊完成信號參量解調。從接收信號中提取并分析信號的偏振態、相位和功率變化，量化環境因素造成的影響，為環境監測提供依據。數據分析數據分析：針對不同偏振參量，對DSP處理后的信號特征進行深度分析，從原始數據中提取反映環境變化的特征向量。通過大量標記數據

32、集進行訓練，使模型能夠學習和理解不同環境變化與信號特征之間的關聯。機器學習算法利用長期收集和分析的監測數據不斷優化網絡配置和維護策略，提高整個系統的穩定性和資源利用效率。相干信號DSP解調技術方案無法通過單端檢測的方式獲取光纖分布位置上的SOP變化，需利用檢測雙端SOP事件時間差計算SOP發生的位置（要求光纖為東西向光纖，且在同一光纜內）。如圖14所示，已知 為AB站點間的光纖長度（假設雙向光纖長度一致），光纖折射率 ，光速c，主模塊和從模塊檢測到的SOP告警時間點 、，SOP異常位置 可以用 計算得到。圖13 基于相干信號DSP解調的傳感監測方案示意圖圖14 SOP異常定位示意圖15I M

33、T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究雙端檢測方案的定位距離誤差來源包括檢測到SOP事件時間差的誤差和SOP持續時間，對應用場景有明確約束，要求應用于單一瞬時大SOP事件的場景應用（不適用多個位置同時發生大SOP事件場景；SOP事件持續時間在us級別，速度在Mrad/s級別）,如架空光纜閃電引起大SOP場景。除利用SOP變化，相干信號DSP解調方案還可利用光信號的相位抖動和光鏈路功率剖面估計（PPE）等參量實現光鏈路的狀態監測，但這種方案對窄線寬激光光源和DSP器件的性能要求極高，需進一步研究。與傳統的分布式傳感系統相比，相干信號數字信號處

34、理（DSP）解調方案能夠充分利用現有的光纖通信基礎設施進行環境參數的監測，無需額外部署專門的傳感設施。這種方法不僅降低了成本，還確保了系統的靈活性和可擴展性，同時可避免對現有光纖通信網絡的影響，實現對光纖鏈路環境參數的便捷快速、靈活監測。尤其是在應對架空光纜遭受雷擊導致的大規模偏振態（SOP）變化的情況下，該方案可以提供高精度、高響應度的監測結果。相干信號DSP解調方案的實施對傳輸設備制造商的DSP芯片提出了新的挑戰。一方面，特征提取算法的復雜度較高，這需要占用原本用于支持相干通信的部分資源，有可能會對正常的通信服務產生一定的影響。另一方面，基于DSP的縱向特征提取過程需要復雜的逆向計算算法，

35、這使得系統容易受到鏈路噪聲和非線性干擾的影響。目前，該領域尚未形成成熟的空間分辨能力和信道間分辨能力的理論模型，這對于提升系統的整體性能至關重要。未來的研究方向應該包括但不限于以下幾個方面：1.開發更為高效的特征提取算法以減少資源消耗并保證正常通信不受影響；2.提升系統的抗干擾能力，特別是對于鏈路噪聲和非線性效應的抑制；3.建立和完善空間分辨和信道間分辨能力的理論模型，以便分析和優化系統性能；4.探索如何利用現有硬件資源進行更深層次的數據處理和信息提取，以實現更高精度的監測。相干信號DSP解調方案無須調整已有網絡架構、增加額外設備器件，在實際應用中展現出巨大潛力，備受期待。然而，要充分發揮其優

36、勢，還需要業界和學術界共同努力，不斷解決當前面臨的技術難題，并推動相關理論和技術的發展。3.3 用于通感一體化應用的光纖光纜光纖是構建通感一體化光纖通信網絡的基石與關鍵要素，研究適用于不同行業應用場景及復雜外界環境的光纖光纜技術，具有非常重要的實際意義。3.3.1光纖3.3.1光纖在原有線路通信基礎上增設分布式傳感設備，配接同一光纖或者同纜不同光纖，實現通感一體化部署，具有較高的經濟收益。已建成光纖通信網絡大規模采用常規G.652.D單模光纖，具有損耗較高、16I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究非線性閾值功率低、散射信號信噪比不

37、足等問題，導致光纖傳感系統測量距離和靈敏度有限。新型超低損耗系列光纖在實現數百乃至上千公里的超長距傳輸與傳感距離具有一定優勢。另一方面，惡劣環境場景帶給光纖系統高溫、高壓或化學腐蝕等極端條件考驗，對光纖材料選取與結構設計提出了更高要求。（1 1）新新型型超超低低損損耗耗系系列列光光纖纖相較于常規G.652.D光纖，超低損耗G.652.B光纖和新型G.654.E光纖具備較低的衰減系數（0.17dB/km1550nm），這一特性能夠延長傳輸系統及傳感系統探測光的傳輸距離。同時，G.654.E光纖具備較大的有效面積（典型值125m21550nm），可降低光信號在傳輸過程中的非線性效應，提高注入光功率

38、，增加測量距離。新型超低損耗系列光纖應用于超長無中繼線路的單端測量有明顯優勢，基于OPGW光纜，已實現BOTDR單端253km的傳感距離5。（2 2）多多芯芯光光纖纖多芯光纖常規產品包括四芯單模光纖和七芯單模光纖，芯間弱耦合，具有低衰減和低串擾（衰減0.22dB/km1550nm，芯間串擾-40dB/km）的特性。在通信方面，多芯光纖可應用于空分復用系統，適用于短距離高電壓變電站和長距離海纜傳輸等場景。在傳感方面，多芯光纖有助于解決傳統單模光纖傳感系統中普遍存在的溫度和應力等多參量交叉敏感的問題，為多參量集成測量提供解決思路。（3 3）散散射射增增強強光光纖纖由于散射回解調端的傳感信號強度較弱

39、，瑞利散射信號信噪比低，限制了DAS系統的檢測靈敏度和范圍。通過提高光纖中摻雜和在光纖纖芯中引入周期性折射率調制的弱光柵陣列等方式提高光纖的散射信號強度，提升檢測靈敏度，擴大檢測范圍。散射增強光纖通常衰減較大，在通信信噪比冗余要求較低的應用場景（如接入網等）具有一定的適用性。（4 4）特特殊殊環環境境光光纖纖通感一體化光網絡應用場景或伴隨極端惡劣環境，例如，在液化天然氣管道的監測系統中，光纖通信系統需承受-190的極低溫度環境；在核電站殼內區域等應用環境中，光纖則需要承受高達兆級戈瑞（Gy）的輻照量。材料的選取和結構設計等方案可提高光纖系統對惡劣環境的適應性。例如，耐溫型的丙烯酸酯、聚酰亞胺甚

40、至銅、鋁、金等金屬涂層材料的應用可將光纖的適用溫度由-6085擴展至-273700；抗輻照光纖通過調整玻璃組分及完善工藝技術，減少制造過程中產生的缺陷中心及缺陷前驅體，達到輻射硬化的效果。3 3.3 3.2 2光光纜纜光纜是光纖的重要載體，光纖通信網絡通?；诠饫|進行大規模鋪設，部分通感一體應用可基于17I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究4.1 基于現網光纜資源的多場景應用實踐通信與感知技術的一體化融合，將現有的多樣化光纖光纜資源賦能高附加值應用場景，為新質生產力的發展提供了堅實的技術基礎。電信領域、電力和油氣等能源行業正積極依

41、托現有的網絡基礎設施，推進通感一體技術的試驗驗證與產業化應用進程。(1)電信領域(1)電信領域中國聯通針對現網的運維監測需求，結合省分的光纜資源，進行多項通感一體化試驗研究，探索光纖通信網絡通感一體化技術在運營商光纜資源融合方面的應用前景，主要圍繞光纖資源管理和光纜故障監測方面，如圖15所示?，F有通用光纜，部分通感一體應用需通過光纜的結構創新或特性參數優化來提升感知能力。在電信領域，承載網通用傳輸光纜已能夠滿足光纜故障定位、路由查找及施工盜挖監測等通感一體應用需求。在油氣管網領域，通用伴行光纜可應用于滑坡、第三方入侵等環境監測，并通過緊耦合松套和緊套光纜實現管道系統的變形、泄漏及環境風險（如滑

42、坡、泥石流等）等應用的高精度監測。在電力電網領域，通用的OPGW光纜可監測雷擊和山火引發的溫度變化，以及覆冰和風害引起的振動變化。然而，在涉及覆冰、融冰過程中的應變監測及光纜安全評估時，使用緊套光纜以確保架空線與光纜的協同變形是必要的。并且通用的OPGW光纜中增加余長較小的纖芯，可進一步提升系統的監測能力。在海纜領域，通用海光纜均為帶有余長的松套光纜，能夠有效排除外界應力對監測的干擾，可進行溫度、振動、聲波的監測。對于海纜應變和錨害監測，緊套光纖的引入可提升實時應力監測能力。光纖通信網絡通感一體化產業發展及標準化18I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化

43、架構和關鍵技術方案研究光纖資源管理光纖資源管理：通過振動感知技術實現光纜路由的可視化，不僅能夠實時追蹤光纜的實際走向，還能夠通過振動模式識別不同環境下的光纜狀態，為光纖資源的規劃、維護和優化提供了支撐。如圖16所示，通過遠程部署光纜監測單元，監測光纜資源的路由核查和光纜環境事件。此研究提高了資源管理的精確度，減少了因信息不準確導致的施工沖突和維護困難。圖15 中國聯通現網通感一體化試驗圖16 中國聯通光纜路由的可視化研究19I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究光纜故障監測光纜故障監測：結合光纜的多維參量感知，如溫度、應變、振動、偏

44、振態變化等，構建光纜健康監測系統。系統通過實時監測光纜的各項物理參數，實現快速識別和分析光纜的異常變化，及光纜故障的早期預警，大大縮短了故障響應時間，提升了網絡的穩定性和可用性。針對光纜不同外破風險事件的監測試驗現場分析光譜響應模式，實現光纜資源的遠程安全監測，如圖17所示。為了有效識別光纖光纜中的同路由問題，提高網絡運維效率，中國移動提出了一種可以在線識別運營商網絡中同纜和同溝光纖的架構，并在11個現網站點開展試點實驗。該框架在網絡內部署智能傳感單元（ISU），從實際網絡環境中的光纖收集動態和靜態數據。通過將ISU與SDN控制器配合，實現同路由光纖的在線識別。利用集成學習的原理，該架構增強了

45、模型在復雜網絡場景中的泛化能力。此外，對于同溝光纜識別問題，中國移動開發了多個獨立的基礎學習器，基礎學習器根據振動事件曲線的相似性來評估光纖對是否屬于同一溝道，相關試驗取得了良好效果。中國電信針對光網絡啞資源管理、風險評估及故障定位等關鍵應用場景，使用 -OTDR設備，開展60km高速長途干線進行現場試驗研究，如圖18所示，依托自主研發的AI算法，通過各分支卷積核尺寸多樣化，從空間、時間以及空間-時間三個方向學習特征來識別各種光纜外破事件，避免網絡層數增圖17 中國聯通不同光纜外破風險事件的監測試驗20I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術

46、方案研究（2）油氣管網（2）油氣管網國家管網集團試點建設智能管道，智能管道泛在感知范圍主要包括管道本體及周邊環境安全（應變、智能陰保、沿線施工、占壓、地災、泄漏等）、站場安全風險（火氣監測、可燃氣體檢測、周界入侵等）、站場工藝及介質數據（閥門狀態、壓力、溫度、流量氣質等）、站場關鍵設備（壓縮機組、電氣設備、計量系統、控制系統、網絡設備等），如圖19所示。多帶來的過擬合現象，有效評估外破風險，實現精準定位，排查頂管施工、夯土機、壓路機、挖掘機等多種隱患點，使外破風險數字化、可視化，保障光傳輸網絡系統安全運行。此外，基于環境相似度算法，開展了光纜同路由監測，節省人力成本，在不開井、不損害光纜的前提

47、下，降低光纜故障對業務的影響。圖18 中國電信基于現網光纜的外破事件監測試驗21I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究圖19 國家管網某天然氣管道項目圖20 多傳感器融合的管道監測通過在管道沿線部署光纖傳感器、本體應變傳感器、智能陰極保護系統等，結合站場的光纖周界傳感和激光可燃氣體監測，實現了對管道本體、周邊環境、站場設備及安全狀況的全方位、全天候監測，如圖20所示。利用油氣管線的光纖資源，集成光纖振動監測功能，實現智能管道多維立體感知聯動。利用通信光纜建成巨型光纖傳感網，實時監測并與多維感知聯動，形成管道周邊環境立體“保護帶”，預

48、防和處理第三方破壞、地質災害等風險，提升了管道安全水平。22I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究（3）電力電網（3）電力電網從2018年起，國網信通公司聯合多家研究機構和相關企業設計研發了OPGW光纜在線監測設備，用于監測電力光纜的應力、衰耗、覆冰及外界溫度的變化，并在國網1000kV白鶴灘浙江特高壓輸電線路進行了首次應用，同步在四川、湖北、湖南等省等區域電網中開展試點應用。結合監測設備的試點運行情況，基本驗證了在不影響通信的情況下，可利用通感一體技術開展OPGW光纜狀態在線監測。分布式光纖傳感在線監測設備典型應用系統如圖21所示

49、，在變電站設備安裝點安裝監測設備，將設備光端口與被監測線路OPGW內一芯光纖連接，將接入設備的OPGW內一芯光纖作為傳感單元和信號傳輸媒介，持續監測采集被測線路的實際運行特征，實現被監測線路全線路分布式監測。以其中一段監測鏈路為例，首先在A站和B站之間建立模擬的通信業務鏈路，通信業務收發業務正常占用2芯纖芯，作為通信測試鏈路，開通調試通信業務，并在兩端站點掛誤碼測試儀表，對業務誤碼進行實時監測，驗證在線監測信號對通信業務的影響；其次，部署兩套分布式光纖傳感在線監測設備，分別從A站和B站通過合分波器接入正常運行的通信鏈路中的其中的同一根纖芯，驗證通感一體化監測方案，如圖22所示圖21 基于OPG

50、W的在線監測示意圖23I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究利用通感融合的光纜在線監測設備，可實現對全線光纜衰耗、溫度、應變和覆冰分布進行實時監測，下面結合實際的覆冰監測和溫度監測試驗數據進行分析。1）覆冰監測應用1）覆冰監測應用圖23所示為系統監測到的線路整體覆冰情況，顯示從某年2月5日到2月11日、2月23到2月25日線路部分區間存在覆冰，其中覆冰區域主要存在13-19#(5.29.6km)、47#(23.6km)、59-63#(29.231.9km)、124-127#(58.961.0km)這四個檔區間，且前端覆冰較嚴重。根據

51、覆冰的歷史變化曲線，可獲得17#檔和47#檔分別對應2月23日和2月6日左右的線路覆冰增長期，如圖24所示。圖22 基于OPGW的通感一體化監測系統圖23 圖覆冰監測結果24I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究2）溫度監測應用2）溫度監測應用選取15#檔處線路的溫度隨時間的變化，如圖25所示，該檔位在2月份線路最高溫和最低溫差別不大，對比當地天氣預報，和預報的數據變化趨勢一致。結合上述光纖通信網絡通感一體化技術的現網試驗分析，總結該技術在實際應用中面臨的關鍵挑戰：1）集成化運維管理平臺建設1）集成化運維管理平臺建設為了更好地利用光

52、纜資源監測數據，需將通感一體化監測系統與現有的運維管理平臺深度融合，實現數據的自動采集、分析與決策支持。包括開發兼容性接口、優化數據處理程序，以及建立自動化工作流程，實現更高效、智能化的運維管理。目前光纖通信網絡通感一體系統的初期建設成本較高，圖24 17#和47#檔覆冰變化曲線圖25 15#檔處線路溫度變化與預報數據對比25I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究需不斷推動關鍵設備和器件的標準化和發展成熟制造制備工藝。2）智能化故障識別與精準告警2）智能化故障識別與精準告警感知系統的檢測數據量大，需借助人工智能和機器學習技術，構建更

53、加精準的光纜故障事件模型識別系統。通過學習歷史故障數據，不斷優化算法模型，設定合理的告警閾值，以減少誤報和漏報，提高告警的準確性和實用性，提升故障處理的效率和質量。3）拓展應用場景與示范推廣3）拓展應用場景與示范推廣隨著技術的成熟，探索光纜資源的多元化應用，如城市基礎設施監測、環境監測、安防等領域。通過在典型場景中部署示范項目，驗證技術的可行性和經濟效益，為后續的大規模推廣和技術迭代積累經驗。同時，加強與地方政府、其他行業伙伴的合作，共同推動技術的跨界應用與商業化進程?；诂F網光纜資源的多場景應用實踐已經逐漸拓展到了除電信、電力和油氣外的多個領域。例如，在交通領域，可以利用光纖傳感技術監測橋梁

54、、隧道的安全狀況；在農業領域，通過光纖網絡實時監測土壤濕度、溫度等關鍵參數，實現智能種植；在環保領域，光纖傳感可以用于大氣質量監測、水質監測等，協助環境保護工作的有效開展。隨著技術的進步和社會需求的增長，進一步拓展現網光纜資源的應用，為各行各業帶來前所未有的應用前景。4.2 產業發展需多維度協同推動4.2.1 產業成熟度4.2.1 產業成熟度（1）設備（1）設備OTDR已成為電信領域運營商規模集采的必備傳感單元，國內華為、中興、烽火等設備商均有成熟產品，模塊化波分廠家也基本可以配備。高精度、大動態范圍的OTDR以國外的儀表廠家VIAVI、EXFO等為主?，F有的OTDR傳感單元采集的數據，僅用于

55、光纜故障的告警和排障參考，無法滿足智能化、精細化的光纜管理類應用需求，且OTDR的網管模塊亟待優化?；贒AS的傳感單元國外以LUNA Innovations、Silixa等專業傳感設備公司為主，國內以光迅、理工光科等為主?；贐OTDR的傳感單元國外以VIAVI和LUNA Innovations為主，國內的BOTDR設備發展起步較晚，除光迅科技推出相關產品外，還有一些高校的科研轉化成果。單一或多參量傳感設備的研究已經相對成熟并具備產業化能力，但通感一體化技術尚處于發展的初始階段，業界正在積極尋求將成熟的通信功能單元和感知功能單元集成，通過管控平臺統一調度、協同工作的解決方案。（2）器件（2）

56、器件26I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究OTDR、DAS等傳感設備的關鍵器件國內外企業均可實現量產。窄線寬半導體激光器國內以光迅科技、武漢銳科、武漢中科銳擇等企業為主，國外以Coherent、NKT Photonics等企業為主。此外，調制器件、放大器件、濾波器件、探測器件等國內均有一批成熟的企業能夠生產制造，雖然在高速器件層面與國外的一些廠商仍有部分差距，但對于目前的光纖通信網絡通感一體化應用來說，基本可以滿足需求。對于高性能監測設備，如超窄線寬光源、高速探測器、高速采集卡等模塊器件，仍需技術突破。業界正在探討通感一體化光纖

57、通信網絡的頻段規范，規劃波分系統的波長分配，對于傳感信號光源的波長范圍有一定的定制需求。目前的成熟傳感產品往往基于1550nm波長的光源，因此需要針對其他波段的傳感光源器件進行研發，涉及不同波段的窄線寬光源器件、光放大器件及波分復用器等。4.2.2 數據資產管理4.2.2 數據資產管理在實際應用場景中，傳感功能單元會產生海量原始數據，從龐雜的數據中提取有效信息是通感一體技術實現規模應用的關鍵，建立AI模型進行事件的分析識別是較為有效的監測策略。AI模型的建立需要大量的數據輸入，因此將感知數據歸類存儲形成數據資產，對于光纖通信網絡通感一體化技術的應用具有重要意義。光纖通信網絡的感知數據處理面臨諸

58、多挑戰，一是數據量大可操作性差，全部數據云化存儲難度高，數據篩選準確度及時效性存在挑戰；二是光纖傳感靈敏度高，可記錄全場景所有事件，對受控區域安全的管理灰度造成沖擊，存在數據披露風險；三是實驗室難以模擬出各種復雜的實際監測環境，引起AI模型搭建的泛化困難、數據學習結果與實際情況的偏差、事件的識別率低等問題。為解決以上問題，業界正積極討論解決方案，包括應用分布式計算與邊緣計算、加強數據分類分級管理、構建數據共享共研平臺等。（1）應用分布式計算與邊緣計算（1）應用分布式計算與邊緣計算網絡架構應用分布式計算與邊緣計算應對數據存儲和處理的挑戰。分布式計算通過在網絡中的多個節點并行處理數據，有效分攤計算

59、負擔，縮短數據處理時延，提升系統響應速度。邊緣計算則將數據處理能力放于數據生成的源頭，即傳感器附近。邊緣節點過濾非關鍵數據，優化數據篩選機制，實現數據的即時分析與決策，僅將重要信息上傳至數據中心，減輕數據中心的計算壓力，降低數據的存儲成本，提升事件響應的時效性。（2）加強數據分類分級與安全管理（2）加強數據分類分級與安全管理加強數據分類分級與安全管理降低光纖傳感高靈敏度性帶來的信息泄露風險。數據的分類分級管理是根據數據的敏感程度、重要性以及對安全運營的影響，劃分為不同的級別，并采取對應的加密、訪問控制等安全措施。保護數據隱私，減少數據泄露風險，確保關鍵信息的高效處理和利用。同時，27I M T

60、-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究建立嚴格的數據審計和追溯機制，確保數據使用的合規性與透明度。（3）構建數據共享共研平臺（3）構建數據共享共研平臺建立產學研用的數據共享共研平臺，提升AI數據模型的泛化能力。該平臺應支持跨行業應用的數據交換與協作，匯集不同環境下的監測數據，不斷優化和豐富AI模型庫。數據共享共研平臺可加速AI模型的迭代優化，提高模型在復雜環境下的適應性和精準度，促進知識共享，分散各方由于技術不確定性帶來的成本和風險。4.3 標準化是產業規模發展的基礎4.3.1 標準化建議4.3.1 標準化建議隨著光纖通信網絡通感一體化技術的

61、迅速發展及其在眾多領域應用的不斷拓展，標準化需求突出，建議在以下幾個方面開展標準化工作：系統架構標準化系統架構標準化：聚焦構建光纖通信網絡通感一體化系統架構，明確通信模塊和感知模塊的功能定義、互操作性規范，以及與現有網絡基礎設施的兼容性，實現不同廠商設備的兼容性。接口和協議標準化接口和協議標準化：為確保不同廠商設備的兼容和互操作性，實現光學接口和數據接口協議的標準化至關重要，標準化內容涉及接口的物理規格、信號傳輸協議、光電轉換效率、安全協議及互操作性準則等。波長規劃與管理標準化波長規劃與管理標準化：在波分復用技術框架中，制定波長資源的分配、管理和協調標準，引入抗干擾抑制技術，保障通信與感知任務

62、在共享光纖中的共存，降低相互干擾，優化網絡資源利用率。傳感網絡構建標準化傳感網絡構建標準化：應涵蓋網絡設計、部署、維護及優化策略，包括傳感器的選擇、部署位置、數據采集頻率及網絡拓撲結構等，以適應不同應用場景的需求。關注組織和管理大量的傳感節點，確保網絡覆蓋全面、數據傳輸可靠、以及網絡的可擴展性和靈活性。光纖光纜標準化光纖光纜標準化：應包括三方面，一是場景分類，對產品和試驗方法進行分類，以適應各類特定的應用場景和需求，如海底光纜、地下管道監測等；二是確保兼容性，可與現有系統和網絡兼容；三是開發標準化的測試流程和方法，評估光纖光纜在不同應用場景下的性能。數據處理與安全標準化數據處理與安全標準化：隨

63、著海量感知數據的產生，數據采集、統一、共享及安全的標準至關重要。數據采集方面，規范數據采集的頻率、精度、以及傳感數據的預處理方法；數據統一方面，制定數據格式和編碼規則，確保不同來源的數據能被統一解析和處理；數據共享方面，建立數據共享機制和安全策略，促進跨組織、跨行業的數據流通；數據接口協議方面，定義數據交換的接口標準，包括API接口規范，實現數據在不同系統間的無障礙交互。28I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究測試與評估標準化測試與評估標準化：建立全面的測試標準和評估體系，包括性能指標、可靠性測試方法、質量控制標準等，為技術的持續

64、改進和創新提供支持?？珙I域融合標準化跨領域融合標準化：隨著光纖通信網絡通感一體化技術在智能家居、智慧城市、智慧交通、醫療健康等多個領域的廣泛應用，跨行業、跨領域的標準化需求增多，亟待制定促進不同領域技術融合和數據交互的規范性標準，包括數據交換協議、安全性標準、更新與維護機制等。4.3.2 標準化進展4.3.2 標準化進展國際電信聯盟（ITU）、中國通信標準化協會（CCSA）等國內外標準組織積極開展通感一體化光纖通信網絡的標準和課題的研究工作：（1）設備與器件（1）設備與器件國際標準化方面，ITU近年來也開始關注感知功能集成在光纖通信網絡通信中，SG15 Q6相關標準提案逐年增多。中國聯通、中國

65、信息通信研究院、中國移動、華為等積極參與到ITU的標準化活動中，通過提交提案、參與工作組討論、以及技術驗證等方式，推動光纖通信網絡的通感一體化標準化進程。以美國Verizon、日本NEC、日本NTT等為主導的G.dfos標準化項目，聚焦分布式光纖傳感技術在通信系統中的集成研究，關注光纖接口和光參數指標等規范。在2024年7月召開的ITU-T SG15加拿大蒙特利爾全會上，Q8正式確定面向海洋科學觀測相關的ITU-T G.9730.x系列標準，并首先完成了ITU-T G.9730.1 專用科學觀測海纜系統和G.9730.2科學觀測與可靠通信一體的海纜系統兩項標準，將很好地服務于海洋科學觀測網絡的

66、建設、運維和應用，未來ITU-T SG15還將繼續研制更多海洋科學觀測相關標準。國內標準方面，CCSA已立項開展多項通感一體光纖通信網絡標準和研究課題，針對系統組網方案、光纜、光模塊、光器件開展標準化工作。TC6 WG1開展通感一體化光網絡架構及關鍵技術研究課題；TC6 WG3開展分布式光纖傳感光纜 第3部分：聲波傳感、分布式光纖傳感光纜 第1部分：振動傳感、分布式光纖傳感光纜 第2部分：溫度傳感、光纖光纜線路維護技術 第3部分：基于光傳感技術的光纜識別標準化項目；TC6 WG4開展通信傳感一體用窄線寬集成激光器組件標準化項目，通信傳感用光模塊、通信傳感一體用集成相干接收組件、通感一體用光器件

67、研究研究課題。（2）光纖光纜（2）光纖光纜光纖光纜國內外標準化進展見表1：29I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究光纖通信網絡的通感一體化技術引領未來光通信領域的革新方向，分布式光纖傳感和相干信號DSP解調技術方案同步推進，在電信領域、電力和油氣等能源行業不斷拓寬應用場景。通感一體化技術將持續向集成化、智能化和算網融合趨勢發展。集成技術不僅致力于器件微型化與芯片級的緊湊設計，還著重于設備層級、系統架構的革新，力求通信與傳感的深度融合。聚焦新型通感一體化設備、新型光纖等技術開發，推動技術標準化進程。面對傳感器產生的海量數據洪流，利用

68、深度學習、強化學習等智能算法進行高效的數據處理成為明顯趨勢。這不僅包括數據的預處理與清洗，也涉及復雜的數據建模分析及智能優化策略制定，以增強提取數據價值的能力，提高信息的精確度與可靠性。在此基礎上，算網融合的概念日益凸顯其重要性，感知數據通過高帶寬光纖通信網絡的即時傳表1 光纖光纜標準化進展總結及展望30I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究參考文獻參考文獻1.Lutchenko S S,Bogachkov I V.Modeling the influence of the optical fiber strain on the r

69、eadiness performance of fiber-optic communication linesC/Journal of Physics:Conference Series.IOP Publishing,2020,1441(1):012045.2.Lin J,Fang S,He R,et al.Monitoring ocean currents during the passage of Typhoon Muifa using optical-fiber distributed acoustic sensingJ.Nature Communications,2024,15(1):

70、1111.3.Wang J,Lu L,Wang L,et al.High-efficiency ISAC to enable sub-meter level vibration sensing for coherent fiber networksC/Optical Fiber Communication Conference.Optica Publishing Group,2024:Tu2J.3.4.Hu Z,Zhao C,Chen Y,et al.Enabling Endogenous DAS in P2MP Digital Subcarrier Coherent Transmission

71、 System with Enhanced Frequency ResponseC/2024 Optical Fiber Communications Conference and Exhibition(OFC).IEEE,2024:1-3.5.Zheng F,Xia M,Zhang S,et al.253km BOTDR sensing system based on bypass remote optical pumped and backward Raman amplificationC/Advanced Fiber Laser Conference(AFL2023).SPIE,2024,13104:335-339.輸，與分布式計算資源的緊密配合，為各種應用場景提供強大的數據處理與決策支持能力。設計高效能的組網方案，確保數據流動的順暢與計算任務的最優分配，是解鎖未來智慧城市、遠程醫療、智能交通等多元化場景潛力的關鍵。不斷探索新型光纖通信網絡架構，成為推動光纖通信網絡通感一體化技術持續演進與廣泛應用的核心議題。5G承載工作組將持續推動光纖通信網絡通感一體化技術的產業化應用步伐，通過深化技術融合與創新，為各行各業注入智慧動能，賦能數字經濟與社會智能化轉型升級。31I M T-2 0 2 0(5 G)推 進 組面向多場景應用的光網絡通感一體化架構和關鍵技術方案研究主要貢獻單位