第六代固定通信網(wǎng)（F6G）白皮書V2.0-天地一體化光通信技術(shù)

1 2供語音、數(shù)據(jù)、多媒體等服務(wù)。固定通信網(wǎng)承擔(dān)著海量信息傳輸化轉(zhuǎn)型的信息系統(tǒng)底座。通過百年發(fā)展，固定通信在計算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的驅(qū)動下，固定通信網(wǎng)在近三十年得到了快速發(fā)展。1900至2000年期間，固定網(wǎng)絡(luò)主要承載語音業(yè)務(wù)，依托銅線基礎(chǔ)設(shè)施，采用公用電話交換網(wǎng)/綜絡(luò)主要承載網(wǎng)頁業(yè)務(wù)，典型技術(shù)為xDSL，用于提供20MHz以下的寬帶能力。2006至2012年期間，固定網(wǎng)絡(luò)主要承載視頻流業(yè)務(wù)。依靠超高速數(shù)字用戶及光纖接入技術(shù)，光纖到樓（FTTB）以及無源光網(wǎng)絡(luò)+局部區(qū)域網(wǎng)（PON+LAN）的接入承載4K超高清視頻流的能力，大規(guī)模發(fā)展并應(yīng)用的PON+輸帶寬服務(wù)。隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)發(fā)展，新型業(yè)務(wù)對固定網(wǎng)絡(luò)的靠性提出了更高要求，來滿足業(yè)務(wù)的高質(zhì)量需求。業(yè)界開始以代際劃分的完整的電話網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，并且其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及控制信號能夠很好20世紀(jì)末到21世紀(jì)初，隨著互聯(lián)網(wǎng)以及非對稱數(shù)字用戶線路（ADSL）技術(shù)的推廣，固定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入高速發(fā)展時期，寬帶時代正式開始，主要用于服務(wù)Web業(yè)務(wù)。個人電腦和瀏覽器的普及推動了互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，固定網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用3引擎以及網(wǎng)頁瀏覽等。接入網(wǎng)以ADSL技術(shù)為代表（10Mbps對應(yīng)的傳送網(wǎng)采用2005年開始，在多媒體業(yè)務(wù)的驅(qū)動下，固定網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都出現(xiàn)了巨大的技術(shù)（30Mbps~200Mbps）。對應(yīng)的傳送網(wǎng)采用的是多業(yè)務(wù)傳送平臺（MSTP）技術(shù)，在長期發(fā)展的優(yōu)勢，因此得到運(yùn)營商的關(guān)注。同時，對應(yīng)的主流傳輸技術(shù)為光傳送網(wǎng)技術(shù)（OTN這種技術(shù)結(jié)合了波分復(fù)用（WDM）技術(shù)和SDH2022年9月，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會第五代固定網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)工作組發(fā)布了一份白皮書eFBB：通過更先進(jìn)的固定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)帶寬容量可提高十倍以上，實現(xiàn)上下行對FFC：通過光纖基礎(chǔ)設(shè)施的全面覆蓋，實現(xiàn)光纖延伸到每一個房間、每一個桌面、每4傳統(tǒng)地面固定通信網(wǎng)的優(yōu)勢在于其高數(shù)據(jù)傳輸速率、低時延以及覆蓋范圍受限，在偏遠(yuǎn)及無人區(qū)域建設(shè)難度大、運(yùn)營成本高。目前，地球上理空間，涉及30億人口未能實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。為了支撐未來無人區(qū)域數(shù)字化管理、智能體互聯(lián)等新興業(yè)務(wù)的通信需求，未來地面固定通信網(wǎng)需與空間衛(wèi)此外，面對新型空間應(yīng)用（如月球基地、空間站等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在高分辨率圖像傳輸、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理和實時分析等情境中的瓶頸也尤為明顯。為了支撐快速發(fā)展的新式上實現(xiàn)了從人工管控、軟件管控到人工智能輔助管控5議的繁雜，網(wǎng)絡(luò)的管理依然嚴(yán)重依賴專業(yè)知識技能，傳統(tǒng)光纖往僅作為輔助功能，難以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管控的全面自動化和智能化。為了應(yīng)對的管控與運(yùn)維壓力，亟需發(fā)展更加智能的下一代固定通信網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮當(dāng)?shù)募用?，以實現(xiàn)面向信息的安全保護(hù)能力。但是，隨著量子計算特別地，未來天地一體化網(wǎng)絡(luò)將部署大量的衛(wèi)星節(jié)點到公共空間更多未知的安全威脅和挑戰(zhàn)。因此，需要進(jìn)一步推動天地一體化空芯光纖的構(gòu)成材料是單一的純石英，具有極其穩(wěn)纖的真空芯中傳播，其有效折射率波動極其輕微，光速維持恒定。在芯光纖的鏈路時延更為穩(wěn)定。隨著空芯光纖及基于空芯光纖的下一代新型光空芯光纖憑借其低損耗、低時延和低非線性等優(yōu)勢，預(yù)期可廣泛應(yīng)用于超超長距離光纖通信網(wǎng)、高精度時頻同步網(wǎng)等各領(lǐng)域。在地面骨干傳送網(wǎng)敷設(shè)實現(xiàn)千公里算力樞紐節(jié)點之間20ms覆蓋，真正構(gòu)建大尺度低時延通信能力。人工智能（AI）技術(shù)為F6G的發(fā)展注入了新的動能，通過智能資源管理、網(wǎng)絡(luò)管控與優(yōu)化、以及個性化服務(wù)等手段，可全面提升網(wǎng)絡(luò)的智能化程度。例如，AI算法可以實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)流量和設(shè)備狀態(tài)，自動調(diào)整網(wǎng)絡(luò)配置，提高效率和可靠性；AI還可以提升網(wǎng)絡(luò)自我組織和修復(fù)能力，快速應(yīng)對故障和攻擊，減少服務(wù)中斷識別可增強(qiáng)安全防護(hù)能力，實時監(jiān)測和防御網(wǎng)絡(luò)威脅；通過優(yōu)化資6面積、建設(shè)成本等方面面臨諸多挑戰(zhàn)。以衛(wèi)星為基座的天基通信系統(tǒng)將與地面固定通信網(wǎng)進(jìn)行深度融合，共同面向消費(fèi)級互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供天地一體化是未來F6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究7將具備天地一體、靈動連接、全棧智能、內(nèi)生本章將圍繞F6G的這五大核心特征展開詳細(xì)介紹，揭示其如何滿足未來通信網(wǎng)絡(luò)的多樣將網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍從陸地擴(kuò)展到海洋、極地和偏遠(yuǎn)地區(qū)，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力由“覆向“覆蓋物”的拓展，為全球用戶提供高帶寬、低延遲的網(wǎng)絡(luò)連接，最終形成天地一體化的F6G網(wǎng)絡(luò)在地面依賴光纖網(wǎng)實現(xiàn)全球連接，包括骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)。骨干網(wǎng)采用波分復(fù)用技術(shù)，結(jié)合光纖放大器和海底光通信技術(shù)，確保全球主心的高效大容量互聯(lián)。接入網(wǎng)通過無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與骨干網(wǎng)無縫對接8天地一體化的F6G網(wǎng)絡(luò)在空間依賴低地球軌道（LEO）和地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星構(gòu)成天基通信基礎(chǔ)設(shè)施。LEO衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)具備發(fā)射成本低、時延低、容量大等優(yōu)勢，可為全球用戶提供遠(yuǎn)距離可靠連接。高軌衛(wèi)星軌道高度較高，在時延和通信容量LEO衛(wèi)星，但其相對地表的穩(wěn)定性較高，可提供長時間穩(wěn)定的通信連接。通過激光通信天基骨干通信網(wǎng)，從而減少對地面站的依賴并大幅提升遠(yuǎn)途傳天地一體化的F6G網(wǎng)絡(luò)還依賴于星地鏈路和地面站實現(xiàn)天地網(wǎng)絡(luò)的無縫銜接。利用激光或微波通信技術(shù)，低軌衛(wèi)星可與地面站建立大容量星地通信鏈路一般支持激光和微波通信技術(shù)，可根據(jù)氣象條件與衛(wèi)星位置實現(xiàn)星地?全球覆蓋率：99.9%；?光纖單波容量：>1Tbps；?星地/間鏈路容量：>100Gbp激光鏈路，而激光通信對指向性要求極高。在高動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)中，如何實現(xiàn)衛(wèi)間的精準(zhǔn)追蹤瞄準(zhǔn)，是提升空間激光通信鏈路穩(wěn)定性的位置等屬性均呈現(xiàn)出高動態(tài)特征。如何針對這些動態(tài)屬性進(jìn)行自信道的通信能力，是實現(xiàn)天地一體化網(wǎng)絡(luò)動態(tài)連接能力3）星地按需協(xié)同：由于目前網(wǎng)絡(luò)傳輸體制和運(yùn)維方式的約束，當(dāng)前天、地兩層網(wǎng)絡(luò)基本采取分域治理的形式，跨域業(yè)務(wù)如何實現(xiàn)多域資源的協(xié)同聯(lián)9隨著AR/VR、元宇宙和人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，未來天地一體化的網(wǎng)絡(luò)空間將出F6G的靈動連接能力需要軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和通用多協(xié)議標(biāo)簽交換（GMPLS）技術(shù)的支撐，實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源高效管控。SDN負(fù)責(zé)對全網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一控制，對流量進(jìn)行實時監(jiān)控，根據(jù)全局業(yè)務(wù)需求進(jìn)行流量調(diào)度，創(chuàng)建和分配網(wǎng)絡(luò)切片。GMPLS負(fù)責(zé)底層物連續(xù)性和可靠性?？臻g衛(wèi)星鏈路由于軌道變化和地面站之間的切換，管控系實時監(jiān)控和快速切換能力，在衛(wèi)星鏈路性能下降或切換時，自動切換F6G的靈動連接能力將依賴于IP/OTN融合的高韌性通信體制，實現(xiàn)IP可靠性的兼顧。IP層采用多路徑冗余、快速路擇和負(fù)載均衡。OTN則提供大帶寬、低時延、高可靠的連接。在這種體制中，IP層負(fù)責(zé)靈活的路由管理，OTN層提供高可靠的底層傳輸，兩者確保了在鏈路質(zhì)量波動情況下，?業(yè)務(wù)中斷恢復(fù)時間：<50毫秒1）異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合：F6G網(wǎng)絡(luò)包含低軌、中軌、高軌衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)等多個層次，每個層次的通信特性不同，涉及多種通信協(xié)議。如何融合不同協(xié)議2）自組織抗毀：傳統(tǒng)業(yè)務(wù)生存性機(jī)制通過基于既定拓?fù)浣⑷哂嗦窂綄崿F(xiàn)，依賴于拓?fù)涞膶崟r獲取，然而F6G場景中天基平臺的移動性和路徑隨機(jī)性增強(qiáng)。3）高速連接切換：衛(wèi)星的高速移動還導(dǎo)致星地鏈路的頻繁切換，進(jìn)而影響承載業(yè)務(wù)因此對星間/星地激光鏈路狀態(tài)與連接情況的實時感知是業(yè)務(wù)生存性保障的基本要求，如天地一體化光通信系統(tǒng)的規(guī)模和動態(tài)性將帶來顯著的挑有效性也會受到抑制。為提升未來F6G網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，F(xiàn)6G網(wǎng)全棧智能F6G網(wǎng)絡(luò)在傳輸平面上，需要通過實時感知光纖、衛(wèi)星和星間激光鏈路的狀態(tài)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)智能化的帶寬管理和路由優(yōu)化。智傳感器監(jiān)測光網(wǎng)絡(luò)的物理狀況，如鏈路衰減、故障或過載等問題，并換至備用路徑。此外，數(shù)字孿生技術(shù)在傳輸平面被引入，用于模擬鏈全棧智能F6G網(wǎng)絡(luò)在控制平面，通過引入自動化調(diào)度和智能化決策系統(tǒng)，提升網(wǎng)絡(luò)的控制效率和適應(yīng)性。系統(tǒng)應(yīng)采用AI驅(qū)動的自適應(yīng)控制控制平面還需要結(jié)合實時鏈路數(shù)據(jù)進(jìn)行故障預(yù)警，確保在出現(xiàn)潛在優(yōu)化方案。系統(tǒng)能夠根據(jù)不同應(yīng)用的性能需求（如低時延應(yīng)用、高清視頻等動態(tài)調(diào)整帶寬和優(yōu)先級，確保業(yè)務(wù)的連續(xù)性和用戶體驗的優(yōu)化。數(shù)字孿生技網(wǎng)絡(luò)的實際運(yùn)行情況，預(yù)測未來的流量模式，并優(yōu)化資源調(diào)度和路化平臺還可集成跨層的網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)，基于實時流量與鏈路性能，?流量預(yù)測準(zhǔn)確率：>95%；?數(shù)字孿生誤差：<0.5dB。1）面向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的專業(yè)大模型：將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維與專業(yè)大模型相融合會有效提升通用性智能程度，然而專業(yè)大模型的建立需要龐大的模型尺度、高智能需要具有多模態(tài)、全領(lǐng)域知識的同時，也對準(zhǔn)確性和恰當(dāng)性提3）智能化應(yīng)用與人的協(xié)作關(guān)系：智能化應(yīng)用在輔助人進(jìn)行智能管控的同時，也勢必規(guī)避誤操作而導(dǎo)致的風(fēng)險，是智能化過程中所面臨未來F6G網(wǎng)絡(luò)將部署大量的衛(wèi)星節(jié)點到公共空間，開放的通信信道將面臨更多未知的安全威脅和挑戰(zhàn)。F6G將進(jìn)一步推動網(wǎng)絡(luò)的安全架構(gòu)升級，實現(xiàn)安全體系從“信息安全”全檢測機(jī)制，全方位提升網(wǎng)絡(luò)能夠應(yīng)對各種內(nèi)生安全的F6G網(wǎng)絡(luò)中，物理層密鑰分發(fā)與管理是保障通信安全的核心。系統(tǒng)需通過安全的密鑰分發(fā)機(jī)制，如量子密鑰分發(fā)（QKD）或基于物理特征的密鑰分發(fā)方案等，來確保在地面與衛(wèi)星之間安全生成和交換加密密鑰。同時由于天信道的不確定性，密鑰分發(fā)需要適應(yīng)長距離高時延的大氣通信環(huán)境。密內(nèi)生安全的F6G網(wǎng)絡(luò)中，物理層加密的重要性尤為突出，特別是光纖與衛(wèi)星鏈路的傳輸過程中，需要通過物理層加密技術(shù)，如采用混沌加密、擴(kuò)頻、跳內(nèi)生安全的F6G網(wǎng)絡(luò)中，物理層實時安全檢測是防御物理攻擊（如光纖竊干擾）的關(guān)鍵。系統(tǒng)需要部署多層次的安全檢測機(jī)制，實時監(jiān)測光理狀態(tài)，檢測是否有非正常的物理干擾或攻擊行為。例如，光纖鏈其他各類干擾的影響，衛(wèi)星設(shè)備部署成本高，靈活性大，且需要與地面如何設(shè)計低功耗、高兼容的物理信道加密方案，實現(xiàn)星地之間高速安全2）高速密鑰協(xié)商技術(shù)：F6G網(wǎng)絡(luò)傳輸依靠空間激光，鏈路跨距長、傳輸媒介為開放空間，使得安全地在各類節(jié)點之間分發(fā)密鑰變得復(fù)雜。如何高絡(luò)中實現(xiàn)密鑰分發(fā)，是天地一體化光通信系統(tǒng)面3）安全風(fēng)險感知技術(shù)：與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)相比，F(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性和復(fù)雜性使得準(zhǔn)確增加了攻擊面和潛在的風(fēng)險。如何實現(xiàn)對安全風(fēng)險的主動感知，是天人工智能的迅速發(fā)展正在快速推動算力設(shè)施規(guī)模的增長通信網(wǎng)絡(luò)的承載能力提出新的要求。F6G將加快網(wǎng)絡(luò)與算算網(wǎng)不協(xié)調(diào)導(dǎo)致的資源浪費(fèi)，最終形成一個高效算網(wǎng)協(xié)同的F6G網(wǎng)絡(luò)依賴于強(qiáng)大的業(yè)務(wù)感知能力。通過感知并分算網(wǎng)協(xié)同的F6G網(wǎng)絡(luò)依賴計算與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同管控與聯(lián)合編排?；谒懔?yīng)用的動態(tài)?光網(wǎng)對動態(tài)算力需求的響應(yīng)時間：分鐘級。邊緣計算節(jié)點等不同物理區(qū)域之間無縫協(xié)作傳輸。如何在網(wǎng)絡(luò)時延證計算和傳輸?shù)耐叫耘c一致性，是提升整體算網(wǎng)協(xié)同2）算網(wǎng)聯(lián)合多目標(biāo)路由優(yōu)化：面對算力資源的異構(gòu)性、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的復(fù)雜性，以及業(yè)約束條件下做出快速精準(zhǔn)的路由決策，是提升算網(wǎng)為了支撐F6G的關(guān)鍵特征，實現(xiàn)更高帶寬、更低時延以及地面與空間網(wǎng)絡(luò)的無縫融合，必須在技術(shù)和架構(gòu)上進(jìn)行全面革新。本章展望了F6G核心支撐技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)接入、光網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生能力和外部協(xié)作能力方面進(jìn)行加強(qiáng)，進(jìn)一步支撐全時全域手機(jī)直連衛(wèi)星是傳統(tǒng)無線通信技術(shù)面向天地一體化網(wǎng)絡(luò)的延伸，可終端的通信技術(shù)，為地面消費(fèi)級終端提供衛(wèi)星直連服務(wù)，如圖3所示。天地融合5G/6G蜂窩通信技術(shù)主要面臨兩方面的挑戰(zhàn)。一方面，衛(wèi)星要發(fā)揮蜂窩網(wǎng)在于要克服5G/6G頻段信號的遠(yuǎn)距離傳輸問題。大天線低頻率的移動通信技術(shù)有望克服遠(yuǎn)途傳輸?shù)乃p問題，成為支持5G/6G手機(jī)直連衛(wèi)星的基站與地面基站要具備協(xié)同服務(wù)能力，其難點在于F6G網(wǎng)絡(luò)的智能敏捷管控能力。面對高速移動終端的接入與切換需求，大尺度網(wǎng)絡(luò)下的集中管控模式將下一代PON技術(shù)是指下一代更高速率、更大容量、更靈活和更廣入網(wǎng)絡(luò)，用于將光信號傳輸?shù)接脩艏彝セ蚱髽I(yè)。隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G/6G、4K/8K高清視頻等新興業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，光纖接入網(wǎng)，作為連接人、物和云互聯(lián)互通的“最后一公里”，正在演繹一場更高速率、更大容量、更靈活和更廣覆蓋范圍的深刻對于如此高的傳輸速率，傳統(tǒng)的直調(diào)直檢方案很難達(dá)到接入網(wǎng)功率頻譜效率和更高接收靈敏度的相干技術(shù)，開始逐步向短距應(yīng)用中滲率預(yù)算的要求，將相干技術(shù)引入接入網(wǎng)，得到了越來越多研究人員的關(guān)注。下一代PON通過將光纖連到任何地方和一切，F(xiàn)6G為固網(wǎng)體業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求。主要包括：融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、資源分配策略及節(jié)能機(jī)制。針資源調(diào)度算法的實施提供架構(gòu)基礎(chǔ)；進(jìn)一步提出一體化的融合網(wǎng)絡(luò)管控方法，融合深度，實現(xiàn)高效的融合網(wǎng)絡(luò)管控和資源調(diào)度。針對資源分配策略，研究基于PON與Wi-Fi融合網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源調(diào)度，提出基于媒介訪問層和物理層法，以提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和對高品質(zhì)寬帶業(yè)務(wù)的確定性支持。針對節(jié)能機(jī)制，研究PON容量日益逼近單模光纖的非線性香農(nóng)容量極限，提升潛力極其有題。對單波長信道而言，系統(tǒng)器件調(diào)制帶寬難以持續(xù)匹配波特率圖5.地面光纖超Tbps大容量傳輸技術(shù)因此，在F6G網(wǎng)絡(luò)中，地面光纖通信技術(shù)需要突破當(dāng)前單模光纖通信容量制約，探先，結(jié)合信道編碼、波形成型等高級調(diào)制技術(shù)以及數(shù)字反向傳播等光容量。進(jìn)一步，逐步部署新型光纖通信系統(tǒng)，包括基于多芯多維復(fù)用光通信技術(shù)和基于空芯光纖的高非線性容忍度的大容量、低高速率下星間鏈路的可靠穩(wěn)定傳輸，星間通信需要受限約束下，實現(xiàn)超長距離海量實時業(yè)務(wù)回傳；星間鏈路易受到大氣傳輸距離遠(yuǎn)、高速運(yùn)動的衛(wèi)星過軌時間短，要求系統(tǒng)具備快速捕獲并建立鏈路的能力和在F6G網(wǎng)絡(luò)中，采用多維復(fù)用和星座概率整形等技術(shù)，結(jié)合高功率通信發(fā)射和高靈敏度相干接收，實現(xiàn)信息大容量、長距離、高靈活傳輸；針對星間高速通信系統(tǒng)中存在的其它線性及非線性效應(yīng)，設(shè)計高集成、低功補(bǔ)償算法，為星間通信系統(tǒng)長期穩(wěn)定、可靠傳輸提供強(qiáng)有力的算法指向標(biāo)定與校準(zhǔn)、高動態(tài)星間鏈路快速捕獲跟蹤等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)方面，受地球表面大氣層影響，星地激光通信鏈路的損耗隨天氣條激光通信鏈路易中斷，可用度較低，通信容量提升困難。另一方面采用星地激光傳輸鏈路的大氣信道損傷抑制技術(shù)，包括自適應(yīng)光學(xué)低大氣層導(dǎo)致的鏈路隨機(jī)動態(tài)損耗影響。采用多站聯(lián)合和多星聯(lián)合和衛(wèi)星快速運(yùn)動等因素導(dǎo)致的通信中斷概率，提升通信可用度。采靈敏度、大動態(tài)范圍通信傳輸技術(shù)，逼近星地激光信道傳輸容量極且需處理不同的業(yè)務(wù)類型。然而，傳統(tǒng)電交換技術(shù)難以應(yīng)對業(yè)務(wù)體現(xiàn)在以下幾個方面：電交換受帶寬瓶頸制約難以滿足星間大容換技術(shù)有望提供帶寬自適應(yīng)交換能力。首先，針對多域不同業(yè)靈活地分配波長和時隙資源，可保障星間大流量數(shù)據(jù)的快速傳輸，智能調(diào)整交換路徑和帶寬，實現(xiàn)動態(tài)資源調(diào)度和實光時隙交換技術(shù)旨在實現(xiàn)更細(xì)粒度的全光交換，增加網(wǎng)高通信網(wǎng)絡(luò)的資源利用效率。隨著固定通信網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)性發(fā)展，網(wǎng)路不穩(wěn)定等問題更加突出，導(dǎo)致光時隙交換技術(shù)在F6G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面基站之間的信道條件具有高度的動態(tài)變化，尤地面環(huán)境復(fù)雜時，鏈路延遲和衰減的不可預(yù)測性對光時隙交換帶來響了網(wǎng)絡(luò)的同步和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。其次，由于光時隙交換技術(shù)度資源，以支持多種業(yè)務(wù)需求，在天地一體化的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實效分配面臨更大難度。光時隙交換的低時延特性也因衛(wèi)星鏈路中的時特別是對自動化應(yīng)用、遠(yuǎn)程操控等時延敏感型業(yè)務(wù)產(chǎn)生顯著影響。致F6G網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化，使得光時隙交換的鏈路路由和調(diào)度更加復(fù)雜。鏈路的不穩(wěn)定性，要求光時隙交換網(wǎng)絡(luò)具備快速恢復(fù)與鏈路備份機(jī)制以保這些問題，需要從交換網(wǎng)絡(luò)、交換系統(tǒng)和交換器件三個方面入手，路的不穩(wěn)定問題也將更加凸顯，當(dāng)前地面光纖網(wǎng)絡(luò)的集中式和分布式控制架構(gòu)在F6G網(wǎng)絡(luò)中都將不再適用，主要面臨以下技術(shù)問題。對集中式控制架對分布式控制架構(gòu)而言，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大將增加分布式路由協(xié)議的因此，在F6G網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的控制架構(gòu)將向集中與分布式協(xié)同的模式演進(jìn)，進(jìn)而通管控系統(tǒng)通過分層分域的方式實現(xiàn)集中與分布管控的協(xié)同，在現(xiàn)集中與分布式管控的協(xié)同，在鏈路質(zhì)量欠佳時候通過集中控制器和分布式控F6G網(wǎng)絡(luò)中，路由和信令仍是支撐F6G網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠?，天基網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星節(jié)點的動態(tài)性導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵⒊掷m(xù)動態(tài)更新，不斷針對連接關(guān)系的變化進(jìn)行泛洪，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的可用性；同時因此，在F6G網(wǎng)絡(luò)中，為了突破動態(tài)性和大尺度的約束，亟需發(fā)展大尺度高動態(tài)網(wǎng)絡(luò)敏捷路由和信令技術(shù)，以支撐快速的路由收斂與高效信令傳遞。在大尺度帶來的傳播時延無法縮短，但使用確定性的信令技一方面，衛(wèi)星節(jié)點面臨故障失效的風(fēng)險；另一方面，衛(wèi)星節(jié)點動態(tài)性也使接關(guān)系動態(tài)變化。在上述高動態(tài)環(huán)境中，如何通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整或接入點因此，在F6G網(wǎng)絡(luò)中，亟需發(fā)展高動態(tài)網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù)。面向故障的場景，一顆或多顆衛(wèi)星以及相關(guān)的鏈路將同步失效，其他鄰用臨近衛(wèi)星進(jìn)行搜索與定位，并使用自匹配算法計算新的鏈路并自切換的場景，可以采用人工智能預(yù)測技術(shù)預(yù)測即將到來的切換，在天地一體化的光網(wǎng)絡(luò)身處空天地海異構(gòu)復(fù)雜的環(huán)境中，無線鏈路的穩(wěn)定性是F6G網(wǎng)絡(luò)面臨的一大技術(shù)挑戰(zhàn)。大氣環(huán)境中，大氣湍流、云層遮擋、雨衰、雪衰等片等因素會導(dǎo)致衛(wèi)星故障甚至失效或者星間鏈路中斷。如何抑制復(fù)雜環(huán)境為了提升復(fù)雜環(huán)境F6G網(wǎng)絡(luò)的生存性，亟需發(fā)展面向不穩(wěn)定鏈路的生存性保障技術(shù)。針對太空環(huán)境、大氣環(huán)境和地面環(huán)境中的每種因素，建立環(huán)境因素與F6G網(wǎng)絡(luò)可靠性的關(guān)聯(lián)模型，形成空地融合網(wǎng)絡(luò)的可靠性評估指標(biāo)體系?；谛l(wèi)星激光鏈路成本、網(wǎng)絡(luò)性能、傳輸質(zhì)量等方面進(jìn)行綜合權(quán)衡，在提升網(wǎng)絡(luò)抗毀能力的同通感融合可實現(xiàn)F6G網(wǎng)絡(luò)中通信與感知功能的深度集成，確保網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)的同可用于監(jiān)控環(huán)境，如溫度、振動、應(yīng)力等，能夠廣泛應(yīng)用于智在F6G網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中，感知和通信功能的實現(xiàn)需依托光纖與激光鏈路的雙重特性。其中，光纖網(wǎng)絡(luò)借助分布式光纖傳感（DAS）技術(shù)，具備了傳輸高速通信數(shù)據(jù)與感知物理環(huán)境變化的雙重能力，可對振動、溫度、壓力等環(huán)境因素進(jìn)行感知。在此基WDM技術(shù)，能夠使感知信號和通信信號分離開來進(jìn)行傳輸，從而于天基激光鏈路而言，將激光雷達(dá)（LiDAR）可在通信過程中對大氣條件，包括湍流、氣溶膠和溫度變化等進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而在數(shù)字化時代，作為一種充分利用數(shù)據(jù)、模型、算法并集成多為物理世界與數(shù)字世界的全面聯(lián)系建立了橋梁和紐帶，為實現(xiàn)二日益龐大、硬件資源復(fù)雜多樣、傳輸鏈動態(tài)性可重構(gòu)、信號格式致光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維越發(fā)復(fù)雜，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測能力無法滿足綜合全面于靜態(tài)傳輸場景的、基于復(fù)雜數(shù)理方法的建模技術(shù)不再有效，進(jìn)精準(zhǔn)可靠的優(yōu)化策略。因此，構(gòu)建具備泛在感知、動態(tài)響應(yīng)、自動優(yōu)化能從而實現(xiàn)對復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)中物理實體的精細(xì)刻畫和物理過程的全生命虛實交互和實時反饋對物理空間進(jìn)行智能優(yōu)化，與F6G網(wǎng)絡(luò)中靈活動態(tài)光傳輸系統(tǒng)建模復(fù)雜、動態(tài)模擬誤差較大、優(yōu)化策略不夠智能等特征相匹配。因此，將數(shù)字孿生技術(shù)引入F6G中，利用大數(shù)據(jù)分析態(tài)構(gòu)建和反饋優(yōu)化策略的智能精準(zhǔn)控制等技術(shù)挑戰(zhàn)，進(jìn)而實現(xiàn)F6G網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)刻畫、動在地面固定網(wǎng)絡(luò)向空間延伸擴(kuò)展的過程中，激光信道的加入使得未來F6G網(wǎng)絡(luò)的所面臨的安全問題將不再局限于光纖鏈路中，主要面臨以下技術(shù)問題方通過光纖彎曲、光纖耦合等方式可以很容易竊聽光纖鏈路而不破信道相比，激光信道不僅更為開放且由于光束擴(kuò)散等問題，激光信威脅。除此之外，由于激光信道的開放性，使得F6G空間網(wǎng)絡(luò)更易注入攻擊等干擾從而因此，在F6G網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)在物理層建立一套具備加密防護(hù)與入侵檢測等能力的內(nèi)生安全機(jī)制，使網(wǎng)絡(luò)不僅可以在信號層面抵御竊聽攻擊并實時做出響應(yīng)。首先，在不影響F6G網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的同時，物理層信號的加密機(jī)制應(yīng)結(jié)合物理信道特征，采取基于物理復(fù)雜度的并可以適密機(jī)制如量子噪聲流加密、光混沌加密等。其次，為了保障物理層加密機(jī)制的可靠性，學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，建立自適應(yīng)的入侵檢測系統(tǒng)，實時采集和分析各類光層統(tǒng)計算資源和網(wǎng)絡(luò)資源分離的方式在F6G網(wǎng)絡(luò)中將不再適用，主要面臨以下技術(shù)難題。傳統(tǒng)架構(gòu)中，計算資源的調(diào)度系統(tǒng)僅基于服務(wù)器的計算負(fù)載進(jìn)行任務(wù)路徑的帶寬和延遲情況；其次，網(wǎng)絡(luò)對算力是不感知的狀態(tài)，這是因為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)IP編址主要基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌琁P地址通常反映的是設(shè)備的物計算能力；網(wǎng)絡(luò)路由僅基于最短路徑或帶寬等網(wǎng)絡(luò)層參數(shù)進(jìn)行流量轉(zhuǎn)的計算負(fù)載。新型業(yè)務(wù)對算力分配、時延敏感性、任務(wù)處理速度等有載和網(wǎng)絡(luò)路徑情況，協(xié)同優(yōu)化計算任務(wù)的分配和網(wǎng)絡(luò)流量的路力的新型編址方案，該方案不僅反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮O(shè)備物負(fù)載情況等多維度的信息。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計算網(wǎng)多目標(biāo)約時考慮網(wǎng)絡(luò)路徑的帶寬、時延、計算節(jié)點的算力負(fù)載等約束點的計算能力和當(dāng)前負(fù)載情況進(jìn)行智能決策，將任務(wù)合理分場景的立體視覺體驗，是未來視頻通訊的研究焦點。三維顯示采集信息量信息超遠(yuǎn)距離傳輸需要保持高度的同步性，其通信協(xié)議也難以滿足相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通信與呈現(xiàn)獨(dú)立服務(wù)的方式，通信與呈現(xiàn)聯(lián)絡(luò)側(cè)依賴于三維光場視頻高效壓縮傳輸方法，結(jié)合全時全域光互聯(lián)等通信三維光場視頻的新一代壓縮編碼算法與光接入網(wǎng)平臺，以實現(xiàn)光率、低時延傳輸與通信；最后，呈現(xiàn)側(cè)需要大視角、高分辨率三維光維光場輕量化表征機(jī)制，結(jié)合實時三維重建與光場渲染算法，構(gòu)建大視多人觀看的三維光場顯示系統(tǒng)，實現(xiàn)目標(biāo)場景的漁場、山區(qū)風(fēng)電系統(tǒng)、山林勘察、應(yīng)急救災(zāi)、島區(qū)游覽和廣袤分益凸顯。這些地區(qū)的突出特點是光纖部署成本高、收益低、見效量卻十分龐大，多采用低成本、低速率、高功耗微波設(shè)備作為臨和終端的代際演進(jìn)，大帶寬需求與日劇增，同時，行業(yè)用戶采樣利用有線和無線光接入回傳網(wǎng)絡(luò)，可以成倍提升用戶帶寬延，提高通信感知效率。靈活的無線加有線部署方式，也給災(zāi)之后的第二條保障路線。需要大帶寬高速率連接的場景一般較結(jié)合這兩種“補(bǔ)盲”場景需求，可以基于F6G為用戶提供定制智能系統(tǒng)所具備的自主學(xué)習(xí)、自主決策、主動交互統(tǒng)的“刺激-反應(yīng)”式的人機(jī)關(guān)系向著人機(jī)融合發(fā)展，即伙伴式的“人機(jī)智能協(xié)作”關(guān)系。為了承擔(dān)更多人類無法完成的任務(wù)，智能體將廣泛存在于陸地支撐大尺度空間的“人-機(jī)”與“機(jī)-機(jī)”等智能體的高效協(xié)同，將蓋與萬物互聯(lián)。在F6G支持下，可接入的人、物和設(shè)備數(shù)量和規(guī)模將進(jìn)一步提升，即無論是有人區(qū)還是無人區(qū)，都能實現(xiàn)智能機(jī)器覆蓋，以延長人類活動所能觸及接的人、物、設(shè)備可能升級為可相互連接的“數(shù)字物種”，其產(chǎn)生匯入到智能中樞，再將智能中樞產(chǎn)生的智慧帶到每一個場景，形成天地一體化F6G網(wǎng)絡(luò)基于支撐大尺度空間的全時全域互聯(lián)能力，配合裸眼三維顯示技術(shù)真實度高、參與感強(qiáng)和沉浸感佳的優(yōu)勢，未來可支撐一對多全息通信：相較于傳統(tǒng)的通信方式，全息高真升，學(xué)習(xí)效果進(jìn)一步貼近線下教學(xué)。此應(yīng)用場景具有如下特點：等，下行流重要性（演講者或授課者的信息）大于上行流（受眾的反饋信息流呈現(xiàn)輻射狀?；谝陨咸攸c，初期的業(yè)務(wù)端到端解決方案可采用單向（通過全息顯示技術(shù)，在人員身邊構(gòu)建虛擬的高真實度參會場景，實現(xiàn)都需要顯示所有其他人的全息影像和聲音，是一對一的復(fù)雜形式到端解決方案中每個用戶既是被采集者也是接受者，作為接受者虛擬現(xiàn)實是新一代信息技術(shù)的重要前沿方向，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)在虛實交互方面，F(xiàn)6G具有廣闊的應(yīng)用前景，可提供與其他用戶進(jìn)行互動、交流和游戲。除了元宇宙，F(xiàn)6G還可以應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實（XR）等界與現(xiàn)實社會的高度同步。同時，虛實交互在未來的廣泛應(yīng)用步的需求，未來光通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展也會絡(luò)已難以滿足多樣化的應(yīng)用需求。通信、感知與算力等多系統(tǒng)