2024年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

IMT-2020(5G)推進組目錄引言P1光纖通信網絡通感一體化的多場景應用分析P2光纖通信網絡通感一體化關鍵技術研究P6引言P1光纖通信網絡通感一體化的多場景應用分析P2光纖通信網絡通感一體化關鍵技術研究P6光纖通信網絡通感一體化產業(yè)發(fā)展及標準化P17總結及展望P29主要貢獻單位P31IMT-2020(5G)推進組于2013年2月由中國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、科學技術部聯(lián)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

IMT-2020(5G)推進組11光纖通信網絡可以實現(xiàn)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(yè)的信息通信網絡，經過多年發(fā)展已形成龐雜的體系，承載著豐富多樣的業(yè)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(xiàn)對光纖周圍環(huán)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(fā)送、放大、探測等方面類似，二者的融合具有先天優(yōu)勢。此外，人工智能（AI）技術的發(fā)展，對通信網絡優(yōu)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(yè)化和標準化進展，提出未來發(fā)展趨勢及發(fā)展建議，推動光纖通信網絡通感一體化技術和產業(yè)良性發(fā)展。圖1光纖壽命與應力關系2IMT-2020(5G)推進組圖1光纖壽命與應力關系2 光纖通信網絡通感一體化的多場景應用分析 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(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與環(huán)境感知功能，對傳統(tǒng)光纖通信網絡功能進行革新與擴展。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(tǒng)的穩(wěn)定性，即利用光纖光纜對所處環(huán)境的感知、識別與預測，實現(xiàn)光纖光纜的智能化管理和監(jiān)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(tǒng)資源，實現(xiàn)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。光纜資源的管理和監(jiān)測光纖通信網絡經過多年的發(fā)展，建設規(guī)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(xiàn)光纜資源管理、維護及監(jiān)測的智能化和可視化，保障光纖通信網絡的安全和穩(wěn)定，提升傳輸質量。光纜資源管理方面，傳統(tǒng)光纜資源管理(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(tài)數(shù)據(jù)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(tǒng)（GIS）結合，有望實現(xiàn)光纜路由信息的精準管理與可視化展示。此外，傳統(tǒng)光纖壽命評估多基于經驗，缺乏對光纖狀態(tài)參量的精準感知和實際運行環(huán)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(jiān)測光纖的應力變化，建立科學的壽命預測模型，可實現(xiàn)對光纖性能衰減的預警和維護。市的智能感知網絡，實現(xiàn)城市交通車流、路面狀況及橋梁健康狀況等監(jiān)測，如圖3所示。3IMT-2020(5G)推進組市的智能感知網絡，實現(xiàn)城市交通車流、路面狀況及橋梁健康狀況等監(jiān)測，如圖3所示。3光纜資源監(jiān)測方面，面對復雜網絡環(huán)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(tǒng)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(huán)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(jiān)測光纖狀態(tài)、并在故障發(fā)生前進行預警的監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)在復雜環(huán)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(yè)務中斷時間。圖2光纜鋪設環(huán)境復雜環(huán)境感知和安全監(jiān)測光纖通信網絡利用光纖傳感技術可以實現(xiàn)對光纖周圍環(huán)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(huán)境感知和目標資源的安全監(jiān)測，減少單獨部署傳感網絡的巨額開銷，提升光纖網絡的綜合效益，展現(xiàn)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。利用電信光纜資源實現(xiàn)環(huán)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(tài)監(jiān)測與地質水文環(huán)境監(jiān)測具有實際應用潛力。城市動態(tài)監(jiān)測方面，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控、感應線圈等城市監(jiān)測手段的覆蓋能力有限，難以實現(xiàn)全城范圍內的實時動態(tài)監(jiān)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?yōu)楸椴汲菆D4利用海光纜監(jiān)測臺風過境的海流變化4IMT-2020(5G)推進組圖4利用海光纜監(jiān)測臺風過境的海流變化4圖3城市動態(tài)監(jiān)測示意圖地質水文環(huán)境監(jiān)測方面，光纖通信網絡覆蓋多樣化的地質環(huán)境，相較于衛(wèi)星遙感或地震臺等監(jiān)測手段，光纖傳感技術能以相對較低的成本實現(xiàn)地下深層結構的連續(xù)、高密度監(jiān)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(tài)等參數(shù)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。（3）利用OPGW實現(xiàn)電力傳輸線纜安全監(jiān)測輸電線路途徑環(huán)境惡劣，跨越江河、海洋、沙漠、森林及高海拔區(qū)域，地理環(huán)境及氣象復雜，運行條件惡劣，不僅需要穿越高海拔、多積雪、重覆冰的地區(qū)，還會受到惡劣天氣如大風、雷暴、冰雪5IMT-2020(5（3）利用OPGW實現(xiàn)電力傳輸線纜安全監(jiān)測輸電線路途徑環(huán)境惡劣，跨越江河、海洋、沙漠、森林及高海拔區(qū)域，地理環(huán)境及氣象復雜，運行條件惡劣，不僅需要穿越高海拔、多積雪、重覆冰的地區(qū)，還會受到惡劣天氣如大風、雷暴、冰雪5利用油氣管線伴行光纜實現(xiàn)管道資源安全監(jiān)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(tài)，一旦發(fā)生泄漏，不僅會威脅環(huán)境安全，還可能引起爆炸等災難性后果，對資源的健康監(jiān)測以及防外破監(jiān)測至關重要。管道資源健康監(jiān)測方面，傳統(tǒng)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(xiàn)對各種條件下、不同規(guī)格的管道檢測器實時、高精度的跟蹤定位。防外破監(jiān)測方面，油氣管道多屬于開放系統(tǒng)，安全隱患具有時空隨機性、分布廣域性、發(fā)生隱蔽性、后果災難性等特點，安全預警與風險防控是系統(tǒng)性技術難題。傳統(tǒng)監(jiān)測設備易受環(huán)境干擾，導致誤報和漏報頻發(fā)，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(xù)收集管道內溫度等環(huán)境信息，構建可在惡劣環(huán)境下進行廣域、實時的數(shù)據(jù)采集與分析的系統(tǒng)，一旦監(jiān)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。圖5油氣管道監(jiān)測現(xiàn)有光纖通信網絡架構和技術難以滿足不斷涌現(xiàn)的應用需求，亟待研發(fā)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(xiàn)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(tǒng)。二是產業(yè)界正在積極尋求合適6IMT-2020(5G)推進組現(xiàn)有光纖通信網絡架構和技術難以滿足不斷涌現(xiàn)的應用需求，亟待研發(fā)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(xiàn)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(tǒng)。二是產業(yè)界正在積極尋求合適6災害等環(huán)境因素影響，阻礙電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。亟需在線監(jiān)測電力傳輸線纜運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)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(xù)、實時的監(jiān)測和評估，主要包括導線及金具溫度監(jiān)測、導線弧垂監(jiān)測、線路覆冰監(jiān)測、微風振動與導線舞動監(jiān)測、桿塔傾斜監(jiān)測、雷擊監(jiān)測及火災監(jiān)測等，如圖6所示。傳統(tǒng)的監(jiān)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(jiān)測盲點、無法有效采集動態(tài)數(shù)據(jù)、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(shù)，建立非侵入式監(jiān)測，實現(xiàn)全生命周期感知。構建預防性維護系統(tǒng)，實現(xiàn)自動識別災害前兆，觸發(fā)預警機制，并提供精準定位的監(jiān)測系統(tǒng)，對電網資源健康狀態(tài)提供及時準確的評估。圖6OPGW光纜自然災害監(jiān)測光纖通信網絡通感一體化關鍵技術研究 征，為模型層提供數(shù)據(jù)輸入。模型層：構建分析模型，對數(shù)據(jù)層輸出的數(shù)據(jù)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(jiān)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7IMT-2020(5G)推進組征，為模型層提供數(shù)據(jù)輸入。模型層：構建分析模型，對數(shù)據(jù)層輸出的數(shù)據(jù)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(jiān)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7的監(jiān)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(xiàn)，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。通感一體化系統(tǒng)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(tǒng)架構分為5個部分：物理層、數(shù)據(jù)層、模型層、應用層以及管控層，如圖7所示。通過這5個部分的緊密協(xié)作，構建從數(shù)據(jù)采集到應用服務的系統(tǒng)，為實現(xiàn)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物理層：作為系統(tǒng)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(tǒng)通信業(yè)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(xiàn)復用，如采用波分復用、空分復用等方式實現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)和通信數(shù)據(jù)的多路復用與傳輸。以光纖作為傳感元件，實時捕捉環(huán)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(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層：負責接收來自物理層的原始數(shù)據(jù)，執(zhí)行數(shù)據(jù)清洗、格式化、壓縮等工作，提升數(shù)據(jù)的質量和可用性。通過大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術，對海量數(shù)據(jù)進行整理和分析，提取有價值的信息特圖8基于 -OTDR的光纜防外破預警系統(tǒng)示意圖8IMT-2020(5圖8基于 -OTDR的光纜防外破預警系統(tǒng)示意圖8定制化訓練，實現(xiàn)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(yōu)化，以提高事件識別的準確性和響應速度。應用層：基于模型層的分析結果，應用層設計并實現(xiàn)針對不同應用場景的服務和解決方案，確保感知數(shù)據(jù)能夠轉化為實際應用價值，滿足用戶特定需求。多系統(tǒng)聯(lián)動監(jiān)測，如不同跨段的光纜監(jiān)測單元協(xié)同工作，互相補充驗證，實現(xiàn)光纖光纜資源全面、大范圍感知，提高監(jiān)測的準確性和可靠性。管控層：作為系統(tǒng)的指揮中心，管控層負責整個系統(tǒng)的資源配置、任務調度和安全監(jiān)控。通過南北向接口與協(xié)議，實現(xiàn)對上層應用服務和底層數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝Ч芾?，確保數(shù)據(jù)流轉的穩(wěn)定性和安全性。同時，管控層根據(jù)不同的應用場景，動態(tài)調整模型和算法的配置，以適應業(yè)務需求的變化，確保系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。目前提出的系統(tǒng)架構中通信與感知作為兩種業(yè)務形態(tài)相對獨立存在，未達到深度融合。如何進行資源統(tǒng)一調配、信息統(tǒng)一整合，實現(xiàn)動態(tài)調控和協(xié)同機制，需要產業(yè)界進行更多探索和研究。通感一體化技術應用方案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上的空間分布和隨時間變化的信息進行監(jiān)測，具有高靈敏度、抗電磁干擾、分布式等優(yōu)勢，目前業(yè)界已提出幾種較成熟分布式光纖傳感技術應用方案。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。基于-OTDR技術和機器學習的光纜防外破預警系統(tǒng)通過實時監(jiān)測光纜狀態(tài)，預警外部破壞，實現(xiàn)快速響應和維護，保障通信網絡的穩(wěn)定與安全，如圖8所示。可能的影響范圍等預警信息，結合GIS系統(tǒng)，提供光纜網絡布局、異常點位置及周邊環(huán)境信息的可視化數(shù)據(jù)。運維響應：為實現(xiàn)快速、有效的危機管理，有效保障通信業(yè)務安全。運維人員根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的預警信號啟動預案，攜帶必要的工具和設備前往現(xiàn)場，同時協(xié)調資源進行外破修復。9IMT-2020(5G可能的影響范圍等預警信息，結合GIS系統(tǒng)，提供光纜網絡布局、異常點位置及周邊環(huán)境信息的可視化數(shù)據(jù)。運維響應：為實現(xiàn)快速、有效的危機管理，有效保障通信業(yè)務安全。運維人員根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的預警信號啟動預案，攜帶必要的工具和設備前往現(xiàn)場，同時協(xié)調資源進行外破修復。9-OTDR采用窄線寬光源，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(wěn)定狀態(tài)。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(jiān)測。通過分析多種振動類型產生的探測樣本數(shù)據(jù)，建立不同外破場景的識別算法，實現(xiàn)分級預警機制?；?OTDR技術的光纜防外破預警系統(tǒng)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。圖9基于-OTDR的光纜防外破預警系統(tǒng)方案流程硬件部署：規(guī)劃整個光纖通信網絡，在易遭受外力破壞的關鍵節(jié)點和易損區(qū)域安裝具備高靈敏度和低噪聲特性的-OTDR設備，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(yè)務的前提下，實現(xiàn)非侵入式的實時監(jiān)測。此外，需確保所有硬件設備符合室外環(huán)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：負責存儲和處理從各監(jiān)測點回傳的原始數(shù)據(jù)，濾除背景噪聲，提取出外力作用導致的相位變化信號。數(shù)據(jù)處理算法包括先進的數(shù)字信號處理技術、模式識別以及機器學習等。同時，系統(tǒng)具備良好的可擴展性，以適應未來網絡擴張和滿足數(shù)據(jù)量增加的需求。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(fā)生的地點、程度以及實時監(jiān)測與預警：通過集成GIS系統(tǒng)，將處理后的數(shù)據(jù)映射到城市地圖上，實現(xiàn)空間和時間維度的關聯(lián)分析。持續(xù)監(jiān)測光纖網絡傳回的數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)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(fā)預警機制。10IMT-2020(5G)實時監(jiān)測與預警：通過集成GIS系統(tǒng)，將處理后的數(shù)據(jù)映射到城市地圖上，實現(xiàn)空間和時間維度的關聯(lián)分析。持續(xù)監(jiān)測光纖網絡傳回的數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)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(fā)預警機制。10-OTDR技術本身已較為成熟，然而將其應用于大規(guī)模光纜防外破預警系統(tǒng)，涉及到的信號處理算法、數(shù)據(jù)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(yōu)化與驗證。特別是算法的魯棒性、系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和成本效益，是當前技術發(fā)展的重點?；?OTDR技術的道路車流和道路故障動態(tài)監(jiān)測基于-OTDR技術的城市道路動態(tài)監(jiān)測方案利用沿城市道路鋪設的光纜，監(jiān)測車流狀態(tài)、道路狀態(tài)動態(tài)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(xiàn)對道路塌陷等危害的提前感知并預警，如圖10所示。圖10基-OTDR的城市道路監(jiān)測方案示意圖基于-OTDR技術的城市道路動態(tài)監(jiān)測方案包含監(jiān)測方案部署、信號處理與分析、實時監(jiān)測與預警和數(shù)據(jù)融合與應用開發(fā)。監(jiān)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等關鍵區(qū)域部署監(jiān)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(tài)信息。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(fā)先進的信號處理算法，結合噪聲過濾技術，確保數(shù)據(jù)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。特征提取等步驟實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)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：包括1）風險閾值設定，根據(jù)事件類型和特征，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(shù)據(jù)分析結果，實時監(jiān)測管道狀態(tài)，識別異常情況；3）當監(jiān)測到的風險超出設定閾值時，智能預警系統(tǒng)快速做出響應，觸發(fā)預警機制。IMT-2020(特征提取等步驟實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)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：包括1）風險閾值設定，根據(jù)事件類型和特征，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(shù)據(jù)分析結果，實時監(jiān)測管道狀態(tài)，識別異常情況；3）當監(jiān)測到的風險超出設定閾值時，智能預警系統(tǒng)快速做出響應，觸發(fā)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(xiàn)關鍵結構參量的動態(tài)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(shù)據(jù)，形成更為全面的城市監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、氣象信息、交通流量統(tǒng)計等一起，進行多源數(shù)據(jù)的綜合分析，從而提供更全面的城市運行視圖。分布式聲學傳感實現(xiàn)輸油管道安全監(jiān)測依托伴行光纜搭建管道安全預警與泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，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(jiān)測，有效遏制第三方施工損傷事件的發(fā)生，如圖11所示。利用分布式聲學傳感技術（DistributedAcousticSensing，DAS），實現(xiàn)信號還原、信號識別與事件威脅度分析，目前可實現(xiàn)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(jiān)測方案示意圖基于DAS技術的輸油管道安全監(jiān)測方案包含傳感單元部署、感知數(shù)據(jù)的采集和分析及管道風險預警響應。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(jiān)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(huán)境條件的光纖類型和保護措施，確保穩(wěn)定工作在各種管道環(huán)境。感知數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的預處理、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(qū)域，再比較與溫度曲線中溫度突變區(qū)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(shù)變化，12IMT-2020(5G)推進組度傳感器，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(qū)域，再比較與溫度曲線中溫度突變區(qū)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(shù)變化，12利用OPGW實現(xiàn)高壓輸電線健康監(jiān)測基于OPGW的高壓輸電線健康監(jiān)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(jiān)測參量作為基礎數(shù)據(jù)，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(tài)大數(shù)據(jù)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(jié)點之間的連接權值和閾值，實現(xiàn)OPGW光纜健康狀態(tài)評估，系統(tǒng)整體框架如圖12所示。圖12基于OPGW實現(xiàn)輸電線安全監(jiān)測分布式溫度傳感實現(xiàn)OPGW光纜雷擊和火災監(jiān)測：對于光纜雷擊監(jiān)測來說，雷擊作為一個瞬態(tài)過程，其短時間內釋放的巨大能量會對輸電線路相應區(qū)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(jù)此特性，將光纖復合架空地線中的備用光纖作為溫13IMT-2020(5G)推進組13最終辨別和定位雷擊事件。對于火災監(jiān)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(xù)、分布式測量，通過溫度監(jiān)測數(shù)值、溫度上升速率、相鄰區(qū)域溫度偏差等特征監(jiān)測，實現(xiàn)火花、火苗以及火災等事件的判別。分布式振動傳感實現(xiàn)OPGW光纜覆冰和風偏舞動監(jiān)測：對于覆冰監(jiān)測，基于相位敏感光時域反射原理，獲取線路振動狀態(tài)，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(xiàn)線路覆冰狀態(tài)監(jiān)測。對于光纜風偏舞動監(jiān)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，通過監(jiān)測光纜振動情況，反演輸電線路走廊的風速情況。根據(jù)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(tài)。（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(xiàn)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(xù)時間在數(shù)十ns左右的高功率窄脈沖進行傳感。對光纖通信系統(tǒng)而言，這種突發(fā)的高功率脈沖與承載業(yè)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(yè)界和學術界的研究熱點，已有初步進展。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(tǒng)信道融合的設計方案[3,4]，在解決系統(tǒng)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。相干信號DSP解調技術應用方案外界環(huán)境的干擾引發(fā)光纖的雙折射效應，引起光信號的偏振變化，通過數(shù)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(tài)變化進行分析，獲得光纖鏈路實時的偏振態(tài)變化情況，反演光纖鏈路中環(huán)境參量變化，實現(xiàn)光纜的監(jiān)測或者環(huán)境監(jiān)測應用，如圖13所示。圖14SOP異常定位示意圖14IMT-2020(5G圖14SOP異常定位示意圖14圖13基于相干信號DSP解調的傳感監(jiān)測方案示意圖基于相干信號DSP解調技術的監(jiān)測系統(tǒng)包含相干光生成、信號解調及數(shù)據(jù)分析。相干光生成：相干光信號在承載數(shù)據(jù)的同時，受到光纜鏈路沿線的環(huán)境變化影響，通過高穩(wěn)定性和相干性的光源，控制光源的偏振態(tài)、相位和功率，為后續(xù)的信號解調和環(huán)境監(jiān)測提供合適的光源。信號解調：在信號的接收端，相干光通信系統(tǒng)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(tài)、相位和功率變化，量化環(huán)境因素造成的影響，為環(huán)境監(jiān)測提供依據(jù)。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中提取反映環(huán)境變化的特征向量。通過大量標記數(shù)據(jù)集進行訓練，使模型能夠學習和理解不同環(huán)境變化與信號特征之間的關聯(lián)。機器學習算法利用長期收集和分析的監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化網絡配置和維護策略，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)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(fā)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。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(xiàn)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(guī)模采用常規(guī)G.652.D單模光纖，具有損耗較高、15IMT-2020(5G3.3.1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(xiàn)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(guī)模采用常規(guī)G.652.D單模光纖，具有損耗較高、15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(xù)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(fā)生大SOP事件場景；SOP事件持續(xù)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(xiàn)光鏈路的狀態(tài)監(jiān)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(tǒng)的分布式傳感系統(tǒng)相比，相干信號數(shù)字信號處理（DSP）解調方案能夠充分利用現(xiàn)有的光纖通信基礎設施進行環(huán)境參數(shù)的監(jiān)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(tǒng)的靈活性和可擴展性，同時可避免對現(xiàn)有光纖通信網絡的影響，實現(xiàn)對光纖鏈路環(huán)境參數(shù)的便捷快速、靈活監(jiān)測。尤其是在應對架空光纜遭受雷擊導致的大規(guī)模偏振態(tài)（SOP）變化的情況下，該方案可以提供高精度、高響應度的監(jiān)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(zhàn)。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，這使得系統(tǒng)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(tǒng)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：開發(fā)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；提升系統(tǒng)的抗干擾能力，特別是對于鏈路噪聲和非線性效應的抑制；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(yōu)化系統(tǒng)性能；探索如何利用現(xiàn)有硬件資源進行更深層次的數(shù)據(jù)處理和信息提取，以實現(xiàn)更高精度的監(jiān)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(xiàn)出巨大潛力，備受期待。然而，要充分發(fā)揮其優(yōu)勢，還需要業(yè)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(fā)展。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(yè)應用場景及復雜外界環(huán)境的光纖光纜技術，具有非常重要的實際意義。及缺陷前驅體，達到輻射硬化的效果。3.3.2光纜光纜是光纖的重要載體，光纖通信網絡通?；诠饫|進行大規(guī)模鋪設，部分通感一體應用可基于16IMT-2020(5G及缺陷前驅體，達到輻射硬化的效果。3.3.2光纜光纜是光纖的重要載體，光纖通信網絡通常基于光纜進行大規(guī)模鋪設，部分通感一體應用可基于16非線性閾值功率低、散射信號信噪比不足等問題，導致光纖傳感系統(tǒng)測量距離和靈敏度有限。新型超低損耗系列光纖在實現(xiàn)數(shù)百乃至上千公里的超長距傳輸與傳感距離具有一定優(yōu)勢。另一方面，惡劣環(huán)境場景帶給光纖系統(tǒng)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。新型超低損耗系列光纖相較于常規(guī)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(shù)（≤0.17dB/km@1550nm），這一特性能夠延長傳輸系統(tǒng)及傳感系統(tǒng)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125μm2@1550nm），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，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(yōu)勢，基于OPGW光纜，已實現(xiàn)BOTDR單端253km的傳感距離[5]。纖多芯光纖常規(guī)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/km@1550nm，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(tǒng)，適用于短距離高電壓變電站和長距離海纜傳輸?shù)葓鼍?。在傳感方面，多芯光纖有助于解決傳統(tǒng)單模光纖傳感系統(tǒng)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。散射增強光纖由于散射回解調端的傳感信號強度較弱，瑞利散射信號信噪比低，限制了DAS系統(tǒng)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。特殊境光纖通感一體化光網絡應用場景或伴隨極端惡劣環(huán)境，例如，在液化天然氣管道的監(jiān)測系統(tǒng)中，光纖通信系統(tǒng)需承受-190℃的極低溫度環(huán)境；在核電站殼內區(qū)域等應用環(huán)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(tǒng)對惡劣環(huán)境的適應性。例如，耐溫型的丙烯酸酯、聚酰亞胺甚至銅、鋁、金等金屬涂層材料的應用可將光纖的適用溫度由-60℃~85℃擴展至-273℃~700℃；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17IMT-2020(5G)推進組17現(xiàn)有通用光纜，部分通感一體應用需通過光纜的結構創(chuàng)新或特性參數(shù)優(yōu)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(jiān)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(huán)境監(jiān)測，并通過緊耦合松套和緊套光纜實現(xiàn)管道系統(tǒng)的變形、泄漏及環(huán)境風險（如滑坡、泥石流等）等應用的高精度監(jiān)測。在電力電網領域，通用的OPGW光纜可監(jiān)測雷擊和山火引發(fā)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(jiān)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(xié)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(tǒng)的監(jiān)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(jiān)測的干擾，可進行溫度、振動、聲波的監(jiān)測。對于海纜應變和錨害監(jiān)測，緊套光纖的引入可提升實時應力監(jiān)測能力。光纖通信網絡通感一體化產業(yè)發(fā)展及標準化基于現(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(yè)正積極依托現(xiàn)有的網絡基礎設施，推進通感一體技術的試驗驗證與產業(yè)化應用進程。(1)電信領域中國聯(lián)通針對現(xiàn)網的運維監(jiān)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(jiān)測方面，如圖15所示。圖16中國聯(lián)通光纜路由的可視化研究18IMT-2020(5G)圖16中國聯(lián)通光纜路由的可視化研究18圖15中國聯(lián)通現(xiàn)網通感一體化試驗光纖資源管理：通過振動感知技術實現(xiàn)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(huán)境下的光纜狀態(tài)，為光纖資源的規(guī)劃、維護和優(yōu)化提供了支撐。如圖16所示，通過遠程部署光纜監(jiān)測單元，監(jiān)測光纜資源的路由核查和光纜環(huán)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。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(xiàn)場試驗研究，如圖18所示，依托自主研發(fā)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(shù)增19IMT-20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(xiàn)場試驗研究，如圖18所示，依托自主研發(fā)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(shù)增19光纜故障監(jiān)測：結合光纜的多維參量感知，如溫度、應變、振動、偏振態(tài)變化等，構建光纜健康監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過實時監(jiān)測光纜的各項物理參數(shù)，實現(xiàn)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(wěn)定性和可用性。針對光纜不同外破風險事件的監(jiān)測試驗現(xiàn)場分析光譜響應模式，實現(xiàn)光纜資源的遠程安全監(jiān)測，如圖17所示。圖17中國聯(lián)通不同光纜外破風險事件的監(jiān)測試驗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(xiàn)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(huán)境中的光纖收集動態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。通過將ISU與SDN控制器配合，實現(xiàn)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(fā)了多個獨立的基礎學習器，基礎學習器根據(jù)振動事件曲線20IMT-2020(5G)推進組20多帶來的過擬合現(xiàn)象，有效評估外破風險，實現(xiàn)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(shù)字化、可視化，保障光傳輸網絡系統(tǒng)安全運行。此外，基于環(huán)境相似度算法，開展了光纜同路由監(jiān)測，節(jié)省人力成本，在不開井、不損害光纜的前提下，降低光纜故障對業(yè)務的影響。圖18中國電信基于現(xiàn)網光纜的外破事件監(jiān)測試驗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(huán)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(jiān)測、可燃氣體檢測、周界入侵等）、站場工藝及介質數(shù)據(jù)（閥門狀態(tài)、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(tǒng)、控制系統(tǒng)、網絡設備等），如圖19所示。圖19國家管網某天然氣管道項目

IMT-2020(5G)推進組圖圖20多傳感器融合的管道監(jiān)測21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(tǒng)等，結合站場的光纖周界傳感和激光可燃氣體監(jiān)測，實現(xiàn)了對管道本體、周邊環(huán)境、站場設備及安全狀況的全方位、全天候監(jiān)測，如圖20所示。利用油氣管線的光纖資源，集成光纖振動監(jiān)測功能，實現(xiàn)智能管道多維立體感知聯(lián)動。利用通信光纜建成巨型光纖傳感網，實時監(jiān)測并與多維感知聯(lián)動，形成管道周邊環(huán)境立體“保護帶”，預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。22IMT-2020(5G)推進組22電力電網從2018年起，國網信通公司聯(lián)合多家研究機構和相關企業(yè)設計研發(fā)了OPGW光纜在線監(jiān)測設備，用于監(jiān)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(qū)域電網中開展試點應用。結合監(jiān)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(tài)在線監(jiān)測。分布式光纖傳感在線監(jiān)測設備典型應用系統(tǒng)如圖21所示，在變電站設備安裝點安裝監(jiān)測設備，將設備光端口與被監(jiān)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(xù)監(jiān)測采集被測線路的實際運行特征，實現(xiàn)被監(jiān)測線路全線路分布式監(jiān)測。圖21基于OPGW的在線監(jiān)測示意圖以其中一段監(jiān)測鏈路為例，首先在A站和B站之間建立模擬的通信業(yè)務鏈路，通信業(yè)務收發(fā)業(yè)務正常占用2芯纖芯，作為通信測試鏈路，開通調試通信業(yè)務，并在兩端站點掛誤碼測試儀表，對業(yè)務誤碼進行實時監(jiān)測，驗證在線監(jiān)測信號對通信業(yè)務的影響；其次，部署兩套分布式光纖傳感在線監(jiān)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(jiān)測方案，如圖22所示23IMT-2020(5G)推進組23圖22基于OPGW的通感一體化監(jiān)測系統(tǒng)利用通感融合的光纜在線監(jiān)測設備，可實現(xiàn)對全線光纜衰耗、溫度、應變和覆冰分布進行實時監(jiān)測，下面結合實際的覆冰監(jiān)測和溫度監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)進行分析。覆冰監(jiān)測應用圖23所示為系統(tǒng)監(jiān)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(qū)間存在覆冰，其中覆冰區(qū)域主要存在13-19#(5.2~9.6km)、47#(23.6km)、59-63#(29.2~31.9km)、124-127#(58.9~61.0km)這四個檔區(qū)間，且前端覆冰較嚴重。根據(jù)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23圖覆冰監(jiān)測結果為了更好地利用光纜資源監(jiān)測數(shù)據(jù)，需將通感一體化監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)有的運維管理平臺深度融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、分析與決策支持。包括開發(fā)兼容性接口、優(yōu)化數(shù)據(jù)處理程序，以及建立自動化工作流程，實現(xiàn)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(tǒng)的初期建設成本較高，24IMT-2020(5G)推進組為了更好地利用光纜資源監(jiān)測數(shù)據(jù)，需將通感一體化監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)有的運維管理平臺深度融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、分析與決策支持。包括開發(fā)兼容性接口、優(yōu)化數(shù)據(jù)處理程序，以及建立自動化工作流程，實現(xiàn)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(tǒng)的初期建設成本較高，24圖2417#和47#檔覆冰變化曲線溫度監(jiān)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?shù)靥鞖忸A報，和預報的數(shù)據(jù)變化趨勢一致。圖2515#檔處線路溫度變化與預報數(shù)據(jù)對比結合上述光纖通信網絡通感一體化技術的現(xiàn)網試驗分析，總結該技術在實際應用中面臨的關鍵挑戰(zhàn)：集成化運維管理平臺建設初始階段，業(yè)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(tǒng)一調度、協(xié)同工作的解決方案。（2）器件25IMT-2020(5G初始階段，業(yè)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(tǒng)一調度、協(xié)同工作的解決方案。（2）器件25需不斷推動關鍵設備和器件的標準化和發(fā)展成熟制造制備工藝。智能化故障識別與精準告警感知系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)量大，需借助人工智能和機器學習技術，構建更加精準的光纜故障事件模型識別系統(tǒng)。通過學習歷史故障數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)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。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(jiān)測、環(huán)境監(jiān)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(xù)的大規(guī)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(yè)伙伴的合作，共同推動技術的跨界應用與商業(yè)化進程?；诂F(xiàn)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(jiān)測橋梁、隧道的安全狀況；在農業(yè)領域，通過光纖網絡實時監(jiān)測土壤濕度、溫度等關鍵參數(shù)，實現(xiàn)智能種植；在環(huán)保領域，光纖傳感可以用于大氣質量監(jiān)測、水質監(jiān)測等，協(xié)助環(huán)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(xiàn)網光纜資源的應用，為各行各業(yè)帶來前所未有的應用前景。產業(yè)發(fā)展需多維度協(xié)同推動產業(yè)成熟度（1）設備OTDR已成為電信領域運營商規(guī)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(tài)范圍的OTDR以國外的儀表廠家VIAVI、EXFO等為主?，F(xiàn)有的OTDR傳感單元采集的數(shù)據(jù)，僅用于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(yōu)化。基于DAS的傳感單元國外以LUNAInnovations、Silixa等專業(yè)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LUNAInnovations為主，國內的BOTDR設備發(fā)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(yè)化能力，但通感一體化技術尚處于發(fā)展的加強數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的分類分級管理是根據(jù)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)隱私，減少數(shù)據(jù)泄露風險，確保關鍵信息的高效處理和利用。同時，26IMT-2020(5G)推進組加強數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的分類分級管理是根據(jù)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)隱私，減少數(shù)據(jù)泄露風險，確保關鍵信息的高效處理和利用。同時，26OTDR、DAS等傳感設備的關鍵器件國內外企業(yè)均可實現(xiàn)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(yè)為主，國外以Coherent、NKTPhotonics等企業(yè)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(yè)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(jiān)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(yè)界正在探討通感一體化光纖通信網絡的頻段規(guī)范，規(guī)劃波分系統(tǒng)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(fā)，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。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，從龐雜的數(shù)據(jù)中提取有效信息是通感一體技術實現(xiàn)規(guī)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(jiān)測策略。AI模型的建立需要大量的數(shù)據(jù)輸入，因此將感知數(shù)據(jù)歸類存儲形成數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理面臨諸多挑戰(zhàn)，一是數(shù)據(jù)量大可操作性差，全部數(shù)據(jù)云化存儲難度高，數(shù)據(jù)篩選準確度及時效性存在挑戰(zhàn)；二是光纖傳感靈敏度高，可記錄全場景所有事件，對受控區(qū)域安全的管理灰度造成沖擊，存在數(shù)據(jù)披露風險；三是實驗室難以模擬出各種復雜的實際監(jiān)測環(huán)境，引起AI模型搭建的泛化困難、數(shù)據(jù)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(yè)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(shù)據(jù)分類分級管理、構建數(shù)據(jù)共享共研平臺等。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(shù)據(jù)存儲和處理的挑戰(zhàn)。分布式計算通過在網絡中的多個節(jié)點并行處理數(shù)據(jù)，有效分攤計算負擔，縮短數(shù)據(jù)處理時延，提升系統(tǒng)響應速度。邊緣計算則將數(shù)據(jù)處理能力放于數(shù)據(jù)生成的源頭，即傳感器附近。邊緣節(jié)點過濾非關鍵數(shù)據(jù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)篩選機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時分析與決策，僅將重要信息上傳至數(shù)據(jù)中心，減輕數(shù)據(jù)中心的計算壓力，降低數(shù)據(jù)的存儲成本，提升事件響應的時效性。加強數(shù)據(jù)分類分級與安全管理數(shù)據(jù)格式和編碼規(guī)則，確保不同來源的數(shù)據(jù)能被統(tǒng)一解析和處理；數(shù)據(jù)共享方面，建立數(shù)據(jù)共享機制和安全策略，促進跨組織、跨行業(yè)的數(shù)據(jù)流通；數(shù)據(jù)接口協(xié)議方面，定義數(shù)據(jù)交換的接口標準，包括API接口規(guī)范，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)間的無障礙交互。27IMT-2020(5G)數(shù)據(jù)格式和編碼規(guī)則，確保不同來源的數(shù)據(jù)能被統(tǒng)一解析和處理；數(shù)據(jù)共享方面，建立數(shù)據(jù)共享機制和安全策略，促進跨組織、跨行業(yè)的數(shù)據(jù)流通；數(shù)據(jù)接口協(xié)議方面，定義數(shù)據(jù)交換的接口標準，包括API接口規(guī)范，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)間的無障礙交互。27建立嚴格的數(shù)據(jù)審計和追溯機制，確保數(shù)據(jù)使用的合規(guī)性與透明度。構建數(shù)據(jù)共享共研平臺建立產學研用的數(shù)據(jù)共享共研平臺，提升AI數(shù)據(jù)模型的泛化能力。該平臺應支持跨行業(yè)應用的數(shù)據(jù)交換與協(xié)作，匯集不同環(huán)境下的監(jiān)測數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化和豐富AI模型庫。數(shù)據(jù)共享共研平臺可加速AI模型的迭代優(yōu)化，提高模型在復雜環(huán)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。標準化是產業(yè)規(guī)模發(fā)展的基礎標準化建議隨著光纖通信網絡通感一體化技術的迅速發(fā)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(tǒng)架構標準化：聚焦構建光纖通信網絡通感一體化系統(tǒng)架構，明確通信模塊和感知模塊的功能定義、互操作性規(guī)范，以及與現(xiàn)有網絡基礎設施的兼容性，實現(xiàn)不同廠商設備的兼容性。接口和協(xié)議標準化：為確保不同廠商設備的兼容和互操作性，實現(xiàn)光學接口和數(shù)據(jù)接口協(xié)議的標準化至關重要，標準化內容涉及接口的物理規(guī)格、信號傳輸協(xié)議、光電轉換效率、安全協(xié)議及互操作性準則等。波長規(guī)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(xié)調標準，引入抗干擾抑制技術，保障通信與感知任務在共享光纖中的共存，降低相互干擾，優(yōu)化網絡資源利用率。傳感網絡構建標準化：應涵蓋網絡設計、部署、維護及優(yōu)化策略，包括傳感器的選擇、部署位置、數(shù)據(jù)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(jié)點，確保網絡覆蓋全面、數(shù)據(jù)傳輸可靠、以及網絡的可擴展性和靈活性。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(jiān)測等；二是確保兼容性，可與現(xiàn)有系統(tǒng)和網絡兼容；三是開發(fā)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(shù)據(jù)處理與安全標準化：隨著海量感知數(shù)據(jù)的產生，數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)一、共享及安全的標準至關重要。數(shù)據(jù)采集方面，規(guī)范數(shù)據(jù)采集的頻率、精度、以及傳感數(shù)據(jù)的預處理方法；數(shù)據(jù)統(tǒng)一方面，制定光纖光纜國內外標準化進展見表1：28IMT-2020(5G)推進組光纖光纜國內外標準化進展見表1：28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(xù)改進和創(chuàng)新提供支持。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(yī)療健康等多個領域的廣泛應用，跨行業(yè)、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(shù)據(jù)交互的規(guī)范性標準，包括數(shù)據(jù)交換協(xié)議、安全性標準、更新與維護機制等。標準化進展國際電信聯(lián)盟（ITU）、中國通信標準化協(xié)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：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，SG15Q6相關標準提案逐年增多。中國聯(lián)通、中國信息通信研究院、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(tǒng)中的集成研究，關注光纖接口和光參數(shù)指標等規(guī)范。在2024年7月