万兆宽带网络商业应用场景白皮书

商业应用场景白皮书 从64K拨号猫开始，宽带技术先后又经历了XDSL铜接入和FTTX光接入两大发展阶段，宽带套餐也稳步提升到了千兆，为人们的工作和生活提供了前所未有的便利，承载业务也从纯文字的BBS，发展到图文并茂的网页和丰富多彩的长短视频，再到云游戏、虚拟/增强现实等相关应用，让人类在视听体验上获得了长足的发展和进步。千兆光网除提供固定宽带通信网络连接外，还是5G、数据中心、物联网等新型基础设施的“承载底座”，是支撑社会经济发展的基石，在拉动有效投资、促进信息消费、赋能千行百业等方面发挥了重要作用。据社科院统计，在十四五期间，千兆光网每年创造的经济价值高达2.5万亿元，累计共带动了约89.96万亿元的数字经济产值。而随着各行各业的不断探索和实践，光接入技术本身也在沿着两个方向快速发展。纵向上，从FTTC/FTTB开始的光进铜退，再到FTTH的光纤到户，光纤连接一直在持续地向下延伸。虽然在疫情压力下，暴露出过末端Wi-Fi覆盖不足的短板，但也成功驱动了新一轮的网络技术革新，即2019年的FTTR解决方案，它通过在柔性微光缆和部署方法上的创新，将光纤进一步延伸到每个房间，可以确保带宽网络的无死角覆盖和无缝切换，极大改善了Wi-Fi质量，同步也优化了上层应用体验，并从中国运营商开始，快速进入规模部署阶段；另一个是正在探索和试部署的Fiber to the Terminal解决方案，它尝试将光纤接口直接融入到各类传感、互动终端和算存设备上，例如：摄像头、VR眼镜、个人计算机/家用NAS等，能将时延控制到最低，距离拉到最远，并能大幅提升网络时延的确定性，为最终用户带来最极致的数字世界体验。横向上，光连接的对象也在不断丰富，一个是面向运营商云网融合应用的Fiber for the Family，通过结合确定性光接入、边缘云等技术，淡化云网边界，提供随需的高品质虚拟局域网和共享云服务，支撑亲朋好友、同事等在各自家/办公室里更好地分享生活与工作信息。另一个是面向工业应用的Fiber to the Machine，通过在光接入技术的架构上，针对工业的确定性需求做了专项增强，能够以10ms/1ms/10us级别时延的确定性支撑工业园区/生产线/设备内部的连接，不但能彻底规避工业头疼的电磁干扰问题，还能以千兆万兆的大带宽，支撑工业中机器视觉类应用技术的普及，支持更高速、更高精控制的工艺创新。无论纵横，这些新发展都体现出人类社会资源使用的变化：一个人，或一台机器，其单一的某项活动，耗用的物质和能量资源有削减的长期趋势；消耗的数字化信息资源却在持续提升，以此实现人或机器在个体和群体间更高效的沟通、协作，助力人类社会的熵减，促进可持续发展。数字化信息资源的消耗可分为个人和群体两个层次。在家庭中，既有面向个人的个体应用，也有作为家庭整体的群体应用。个人应用的带宽正在从数十M发展到数百M，甚至超千兆，典型如视频/VR/AR/高速上下载；家庭应用则包括多个家庭成员的个人应用组合以及家庭基础应用，如安防/家庭数据备份等，相应带宽达到千兆、超千兆、乃至万兆。这些新发展，揭开了超千兆/万兆时代的序幕。海外有50多家运营商提供了万兆套餐，其最主要的客户群就是包括自媒体在内的视频生产者和频繁使用高速上下载的极客群体，费用相对高些，普通用户使用较少。而50GPON、FTTR、Wi-Fi 7、随需切片以及新一代OTN等新技术的引入则为万兆宽带网络带来了与以往不同的关键变化和新特性，将为相关产业和用户带来新收益，大幅提升超千兆/万兆套餐的性价比，将这些业务从小众市场推广到大众市场。对此，本文将结合细分场景一一展开，供业界同仁研讨。前言 目录01020304宽带发展进入万兆时代万兆宽带网络的丰富内涵万兆宽带网络十大商业应用场景总结与展望1.1 产业驱动：产业链繁荣，推动宽带从千兆向万兆时代稳步迈进11.2 业务需求：更好体验、更高确定性、更多并发，将催生更丰富应用 11.3 技术发展：更高速率、更好确定性和海量接入能力，将加速算存上云、感知升维与聚合31.4 人机兼顾：人机兼顾：量变引发质变，从连接人到连接机器，万兆将持续扩展行业应用32.1 整体愿景42.2 关键技术52.3 场景内核53.1 超高清视频73.1.1 场景介绍73.1.2 市场空间93.1.3 商业实践93.1.4 网络要求103.2 XR元宇宙113.2.1 场景介绍113.2.2 市场空间113.2.3 商业实践123.2.4 网络要求123.3 云网光宽133.3.1 场景介绍133.3.2 市场空间143.3.3 商业实践153.3.4 网络要求163.4 泛园区接入163.4.1 场景介绍163.4.2 市场空间173.4.3 商业实践173.4.4 网络要求173.5 网络直播173.5.1 场景介绍173.5.2 市场空间183.5.3 商业实践193.5.4 网络要求193.6 在线教育203.6.1 场景介绍203.6.2 市场空间213.6.3 商业实践213.6.4 网络要求223.7 普惠医疗223.7.1 场景介绍223.7.2 市场空间233.7.3 商业实践233.7.4 网络要求243.8 工业制造243.8.1 场景介绍243.8.2 市场空间253.8.3 商业实践263.8.4 网络要求263.9 数字城市273.9.1 场景介绍273.9.2 市场空间283.9.3 商业实践293.9.4 网络要求293.10 人工智能293.10.1 场景介绍293.10.2 市场空间303.10.3 商业实践313.10.4 网络要求314.1 万兆宽带网络推动社会发展324.2 商业应用场景发展节奏334.3 万兆宽带网络商业模式334.4 万兆宽带网络未来展望34 1.1 产业驱动：产业链繁荣，推动宽带从千兆向万兆时代稳步迈进在国内，三家运营商均已规模部署了10G PON网络，有力地支撑了超高清视频、全民直播、智慧园区等业务的发展。在2023年2月举办的第二届“千兆城市”高峰论坛上，又有81个城市获得了“千兆城市”的授牌，累计总数已达到110个，占到了全国地级市数量的约三分之一，这充分显示出了我国千兆光网建设领域的出色成绩。在全球，千兆同样成为了普遍共识，提供千兆服务的运营商从2020年的300家增加到了2022年的450家，并普遍开始向“千兆+”、“万兆”演进。据统计，全球目前已经有超过55家的运营商开始提供万兆及以上的宽带服务。展望未来2到5年，随着裸眼3D、光场、XR元宇宙、云计算、教育信息化、分布式远程医疗、工业质检等千兆/超千兆创新应用场景的不断推广和普及，以及工业装备/园区/城市数字化变革带来的更高确定性要求，也催生出了万兆到家、万兆入云、万兆到校、万兆入园、万兆到产线/机器的新一代网络需求。而作为支撑万兆宽带规模部署的下一代接入网关键技术，50G PON在标准研究制定、产业链发展、运营商支持等方面也都已准备就绪；家庭组网方面，随着FTTR的规模商用，成功的将光纤延伸到了每个房间，也可平滑升级到万兆；终端通信接口方面，Wi-Fi 7 2x2 MIMO理论速率高达5Gbps以上。繁荣的产业链为宽带业务的跨代发展奠定了坚实的社会需求和技术基础，正推动着宽带从千兆向万兆时代稳步迈进。1.2 业务需求：更好体验、更高确定性、更多并发，将催生更丰富应用在传统家宽市场，主流应用可以大致归纳为以下两类：•下载类：本质是存量数据和文件的上传和下载，能够在瞬间消耗大量网络资源，流量具有秒级突发特征，相关应用包括高清视频点播、应用更新下载、文件备份共享、网络存储等。•实时类：数据流量由应用程序实时生成和传输，不同的业务类型和体验等级有对应的网络指标要求，一旦无法满足，业务质量就会受到影响。受帧编码影响，视频流量通常有周期性毫秒级突发行为，相关应用包括视频监控、4K/8K高清直播、云游戏、XR元宇宙等。如图1-1所示，未来随着网络传输速率和确定性的不断提升，一方面，势必将加速视频类应用向着更高分商业应用场景白皮书万兆宽带网络1宽带发展进入万兆时代01 201 宽带发展进入万兆时代辨率、更高帧率和更多视点的方向发展，从4K/8K高清平面视频向XR/裸眼3D/全息等空间视频演进，进而更好地还原出真实世界，让用户能获得身临其境的沉浸式体验；另一方面，更多的网络交互操作可以在更短的时间内完成，满足用户即点即看、即点即存的极致体验要求；同时，即使是在大量终端并发的情况下，也要能有效保证实时性业务的硬性指标要求，确保业务体验的流畅，如：云游戏、多机位、自由视角直播回传等。在政企市场，网络性能提升带来的商业机会和社会效益更大，医疗、教育、工业等领域都能从中受益。举例来说，在医疗领域，通过助力分布式医疗影像数据上云，可以有效降低终端设备成本，推动优质医疗资源下沉；通过助力在线3D CT等在线阅片技术的推广，可以有效提升医学诊断精度和效率。在教育领域，通过万兆到校、千兆到班，保障专递课堂、名师课堂和名校网络课堂“三个课堂”的远程视频传输和交互质量，可以有效扩大优质教育资源的覆盖面；通过助力元宇宙XR仿真教育规模落地，可以帮助学生重塑学习体验，激发学习兴趣。而在工业制造领域，性能的持续提升还将加速互联网络从办公区域向生产区域延伸，承载诸如AOI质检和危化气体检测等场景。此外，在AIGC（生成式AI）领域，ChatGPT的火爆同样让人兴奋，能聊天能说话，还能写论文、出稿件，甚至策划方案，这让全社会都能从中受益。而随着GPT模型在各领域的应用越来越广泛，社会对算力的需求也在不断增加。公有云作为目前运行、储存、交互AI数据的基础，承接了AIGC运行的主要算力需求。而作为连接公有云算力服务和最终用户之间的桥梁，网络同样扮演着重要角色。一方面，用户与云端大模型需要进行实时数据交互，过程中涉及到的数据上传和下载都需要高速的网络来支撑。另一方面， 伴随着多模态大模型的进一步发展，未来AIGC将不仅限于简单的文本和图像处理，而是能满足全场景交互，例如：用户可以通过AR眼镜等终端把采集到的情景图像实时上传到云端，再由云端处理后作出响应，这势必又会带来新的算力和网络需求的增长。图1-1万兆带来更好体验、更高确定性和更多并发千兆万兆下载类业务：给多少用多少实时类业务：用多少给多少支持更多内容即开即看，即写即存满足更高体验等级，更多终端并发业务本质是上传下载，能瞬时消耗大量网络带宽资源存量数据、存在秒级突发业务按体验分级、有特定带宽和时延要求实时数据、压缩后仍有毫秒级突发，尤其是关键帧•超高清点播：4~8K 高清点播•传统下载：应用更新，迅雷、电驴•视频直播：4~8K 高清直播•实时视频通信：4K在线教育、会议等•强交互渲染类业务：4K 云游戏/XR云应用•新型图像传感器：激光点云、红外光谱•部分网络操作在1S内完成，满足即开即看即存•网速仍低于RAID硬盘组或SSD硬盘读写速率•大文件并发读写仍可能存在带宽强占的情况•满足4~8K视频观看要求•支持大部分4~8K在线交互类应用•大多网络操作能在1S内完成，满足即开即看即存•发挥网络化存储极限性能，读写体验达到最优•突发错峰更容易，并发用户相互抢占概率更低•支持更多视角/更高分辨率的空间视频显示•支持更多视频端并发播放/采集端并发回传•泛8K视频点播：超8K XR/裸眼3D/光场全息•极速网络存储：万兆多媒体网盘•空间视频生产回传、直播、实时通信：多机位视频直播、全息通信•数字孪生园区~城市：云端3维建模技术聚合海量新型传感数据 3商业应用场景白皮书万兆宽带网络1.3 技术发展：更高速率、更好确定性和海量接入能力，将加速算存上云、感知升维与聚合如图1-2所示，固定网络的发展历程都是由业务需求驱动、以技术发展作为支撑的。与前几代固定接入技术相比，万兆网络以50 GPON为基础、同时融合了FTTR，Wi-Fi 7等关键技术，在带宽、确定性和连接数等方面都将有大幅的提升。万兆带来的最直接变化就是网速的大幅提升。届时，宽带用户网络资源抢占概率更低、统计复用性更强，运