智慧城市建設中寬帶接入網全光化問題研究

馬 寧

（中國鐵通湖北分公司，湖北武漢 430071）

隨著全球物聯網、新一代移動寬帶網絡、下一代互聯網、云計算等新一輪信息技術迅速發展和深入應用，信息化發展正醞釀著重大變革和新的突破，向更高階段的智慧化發展已成為必然趨勢。在此背景下，一些國家、地區和城市率先提出了建設智慧國家、智慧城市的發展戰略。

對此，作者在歸納整理了已有的關于建設智慧城市的有關研究成果后，從基礎通信運營商的角度上，提出了寬帶接入網全光化是建設智慧城市的基本條件這一結論。

1 寬帶接入網全光化在智慧城市建設中的意義

1.1 寬帶接入網全光化是智慧城市建設的基礎條件之一

現在普遍的關于智慧城市的定義包括：充分借助物聯網、傳感網，涉及到智能樓宇、智能家居、路網監控、智能醫院、城市生命線管理、食品藥品管理、票證管理、家庭護理、個人健康與數字生活等諸多領域，發揮信息通信（ICT）產業發達、RFID相關技術、電信業務及信息化基礎設施優良等優勢，通過ICT基礎設施、認證、安全等平臺和工程，構建城市發展的智慧環境，形成基于海量信息和智能過濾處理的新生活、產業發展、社會管理等模式，面向未來構建全新的城市形態。1

從上述定義我們可以直觀的看出，這一切應用都有一個共同的需求和特點，即對高速穩定的數據傳輸通道有著極強的依賴性，其中的物聯網、傳感網、監控網絡以及個人數字生活的重要組成部分——高清影視資源等方面更是對數據傳輸帶寬提出了更高的要求，僅以個人高清影視這一需求為例，標清IPTV業務帶寬需求為3.2Mbit／s，高清IPTV業務帶寬需求更是高達13Mbit／s，而我國當前互聯網平均接入速率僅為1.774M／s2，不但低于其它發達國家和地區，更是遠遠無法滿足智慧城市的各項應用的需求。

因此，大力推廣采用無源光纖網絡（PON）技術進行光纖到戶（FTTH）、光纖到樓（FTTB）的全光接入網絡建設，提速寬帶接入帶寬已成為建設智慧城市的基礎和前提條件。

1.2 進一步加快寬帶接入網建設是智慧城市發展的客觀需要

智慧城市的發展是一個逐步推進的過程，而智慧城市對基礎硬件和軟件都有很高的要求，軟件方面不在本文討論范圍之內，且軟件必須基于滿足智慧城市基本需求的硬件才具有應用前提和價值，故硬件條件－－－結合現實來看即是高速穩定的寬帶接入網的建設才是智慧城市發展的基礎。基于全光寬帶接入網，利用寬帶信息處理技術和寬帶通信技術，將城市的各種信息資源加以整合并充分應用，提供速度更快的網絡和隨時隨地的接入。說到底還是構建寬帶的城市基礎“高速公路”，使得城市的基礎通信硬件設施能夠提供給人無處不在的寬帶服務，基于這樣的寬帶服務，智慧城市的諸多應用才能真正得以實現。

為實現智慧城市的發展，當務之急是著力建設高效、優質、快速的寬帶接入網絡，以此支撐并帶動各類智能化設施、智慧化項目的建設與應用。比如2010年美國公布了未來10年高速寬帶發展計劃，目標是讓現在的寬帶網速度提高25倍，讓一億美國家庭用戶的互聯網傳輸平均速度從目前的4M／S提高到100M／S，從而催生更多的智能化項目應用與發展。同樣，在國內，要實現相通的目標，必須要建成寬帶、泛在、融合、安全的信息基礎設施體系，在寬帶接入網方便，必須基于PON技術，建設全光寬帶接入網，實現光纖到樓或直接入戶，為用戶提供百兆級的接入速率。只有帶寬和服務水平達到國際先進水平，才能通過高速寬帶的建設迅速提升信息化競爭力，加快智慧城市建設的進程。

1.3 重視接入網質量是運營商適應智慧城市發展的需求

放眼寬帶網絡的發展歷程，從早期的以512kbit／s為代表的第一代寬帶網絡，只能基本滿足用戶單終端的寬帶上網基本需求，到現在的1－4Mbit／s為主流的寬帶網絡，已能勉強滿足用戶多終端上網、高速下載以及單路標清IPTV視頻業務需求；再到未來的100Mbit／s級別的高速寬帶接入網，可全面滿足未來智慧城市中的各種數據業務應用。用戶對寬帶網絡的業務需求正由傳統的、單一的上網數據類業務向多元化、融合性的信息化應用轉變。

在業務需求轉變過程中，電信運營商應發揮核心主導作用，大力提升寬帶接入網的速度和質量，滿足智慧城市條件下的高帶寬應用，以適應用戶業務需求的快速轉變。同時，寬帶服務質量也是影響電信運營商開展更多信息化應用成敗的關鍵因素，尤其在全光網絡環境下，良好的質量保障是用戶對光網絡高帶寬的基本要求。因此，運營商應以服務客戶為導向，提供用戶精品化的寬帶服務，可在寬帶提速基礎上實現對寬帶價值的延伸，同時也在智慧城市建設的浪潮下，主動提供更多的信息化增值業務服務，如高清視頻的云存儲及點播，靈活便捷的遠程視頻監控等。既可使用戶充分體驗到全光網下的數字生活帶來的舒適與便捷，也能使基礎電信運營商直接參與到智慧城市產業鏈的每個環節，使基礎電信運營商在智慧城市建設過程中實現多業務均衡發展，最終實現由單一的基礎通信接入服務提供者向以信息內容提供為主體的多業務綜合信息運營商的戰略轉型，確保基礎電信運營商在信息產業中的核心地位。

2 我國寬帶接入網全光化建設中存在的問題

以提供高質量高速率為特征的全光寬帶接入網建設可謂是實現智慧城市的基本前提條件之一，然而當前我國寬帶接入網仍以銅纜入戶、xDSL（數字用戶線路）技術接入為主，此種接入方式以傳統大對數銅芯通信電纜作為骨干接入線纜，通過多級電纜交接箱、電纜分線盒逐級分解至樓道分線盒后，以電話線方式入戶，通過在用戶端使用xDSL－MODEM進行信號調制解調后與局端DSLAM（數字用戶線路接入復用器）進行通信，利用傳統銅纜電話線路的高頻信號部分傳輸高速（上行最大1Mbit／s，下行最大8Mbit／s，理論值）數據3。以這種落后技術作為我國當前主要寬帶接入方式的前提下，進行智慧城市的建設會遇到諸多障礙。

2.1 全光接入網建設覆蓋率不足

由于傳統接入方式無法提供智慧城市的各種通信應用對10Mbit／s以上的大帶寬通信的需求，為順利打造智慧城市，寬帶接入網全光化勢在必行，然后當前實際應用中，全光接入網的建設嚴重滯后，網絡覆蓋率嚴重不足。以武漢市為例，截止2010年底，互聯網寬帶用戶已達166萬戶4，覆蓋總用戶數約400萬戶，然后其中以FTTB（光纖到樓）方式接入的光纖寬帶用戶不足10萬戶，FTTH（光纖到戶）方式接入的還處于個別試點狀態。全光接入網覆蓋率嚴重不足，成為制約智慧城市建設的主要原因之一。

2.2 既有接入網接入帶寬過低

由于全光接入網覆蓋率低，以傳統通信電纜加xDSL技術的既有接入方式仍是當前寬帶用戶的主要接入方式，受制于基礎電信運營商設備、通信電纜質量等客觀原因，實際使用中該技術方式以ADSL（非對稱數字用戶環路）技術為主，該技術為非對稱傳輸方式，能夠在普通電話線上提供下行最大8Mbit／s，下行最大1Mbit／s的理論傳輸速率。然而在實際應用中，受制于通信電纜質量，交接箱、分線盒接頭質量等客觀因素，實際能保障的傳輸速率僅為下行最大2Mbit／s，上行最大640kbit／s左右。且局端DSLAM至客戶端最大距離僅為3－5km5，如此低的傳輸帶寬和傳輸距離，完全無法滿足智慧城市應用對通信帶寬和通信距離的需求。

2.3 既有接入網接入質量較差

既有寬帶接入網絡除上述接入帶寬過低的技術限制外，在實際應用中，還存在接入質量較差的問題，具體而言有以下幾種：（1）電話信號的鄰頻干擾，ADSL技術使用傳統電話線，利用POTS分離器將電話語音業務所使用的低頻信號和寬帶數據業務所使用的高頻信號進行分離，但由于分離器質量問題和技術限制，在實際使用中，如果寬帶通信和電話語音通信同時進行，會產生一定程度的互相干擾，表現為電話有雜音，寬帶接入速率降低、丟包率升高等；（2）電話入戶線質量差且易受干擾，由于成本原因，普通電話線多為平行銅芯線甚至鐵芯線，且由于裝修走線不規范等原因，電話線很容易受到相鄰的電力線路或電氣設備的干擾，嚴重影響寬帶接入質量；（3）交接箱分線盒年久失修，接頭銹蝕，嚴重影響通信質量，進而造成寬帶接入速率下降、穩定性變差，掉線率增加；（4）主干通信線纜中寬帶用戶占比不能過高，傳統大對數銅芯通信電纜在實際應用中，受技術條件限制，寬帶用戶使用的芯對數占比不能超過總芯對數的30%，如1000P通信電纜中使用寬帶用戶的芯對數不能超過300P，如超過該比例，會產生高頻型號干擾等現象，同樣造成寬帶接入速率下降、穩定性變差，掉線率增加。

由于上述問題的存在，即使加大對傳統既有接入網的整治力度，也完全無法滿足智慧城市應用對寬帶通信質量的需求，進一步表明寬帶接入網的全光化是智慧城市建設的先決條件。

3 我國寬帶接入網全光化建設的對策

3.1 加快城域網建設力度，提升骨干城域網帶寬

光網可謂是智慧城市的高速公路和鐵路，因此，智慧城市的建設對光通信技術的要求很高，簡而言之，就是智慧城市的建設需要以全光接入網等現代通信技術做基礎，離開了信息技術和信息設施，智慧城市就是“空中樓閣”，智慧不起來。因此，作為通信市場的核心組成部分的基礎通信運營商，應大力加快城域網建設改造的力度，大幅提升骨干城域網帶寬，為智慧城市的信息化建設打下了堅實的基礎。具體做法如提升核心IDC（互聯網數據中心）機房的網絡出口總帶寬，加大IDC機房建設力度，提升城域網骨干環路帶寬等。

以武漢市為例，預計2015年，武漢寬帶總接入戶數將超過300萬戶，按現有三家基礎電信運營商計算，即使將預期用戶數平均至三家，即每家運營商接入100萬戶寬帶，按每戶10Mbit／s的接入速率計算，基于PON網絡接入，城域網扁平化規劃，綜合參考當前行業平均值及未來網絡發展預測，接入層收斂比按2：1，匯聚層收斂比按4：1或5：1計算，城域網骨干環路帶寬未來應達到1000G規模。這對當前基礎電信運營商多采用10G傳輸的現狀提出了更高的要求和挑戰。

3.2 加強全光寬帶接入網覆蓋范圍，實現全業務接入全光化

仍以武漢市為例，截止2011年底，三家基礎電信運營商已建成的具備全光接入能力的覆蓋規模分別為：中國電信約60萬戶，中國聯通約20萬戶，中國移動（含中國鐵通）約30萬戶，其中還有大量重復覆蓋的區域。按未來武漢市需達到300萬戶全光接入覆蓋能力的需求來看，基礎電信運營商應進一步加強全光寬帶接入網覆蓋范圍，最終實現全業務接入的全光化。同時在接入帶寬方面，應充分考慮未來發展的需求，接入技術方面應摒棄已略顯過時的EPON技術而直接采用更為先進的GPON技術，實現“千兆到樓，百兆入戶”的接入能力。

3.3 優化網絡結構，提高網絡質量

基礎電信運營商應進一步提高對管內網絡的分析和管理能力，加強各種分析系統和網管監控系統的建設，并根據上述系統的分析數據，及時掌握網絡設備的運行情況、資源使用情況、鏈路利用率、設備性能、用戶故障、用戶體驗、質量指標等，找出網內的問題和隱患，及時采取措施進行網絡結構優化和網絡升級改造。在優化網絡結構的同時提高網絡的鍵壯性，強化網絡的結構管理。

3.4 完善城市基礎寬帶通信網絡運營管理體系

基礎電信運營商在智慧城市建設的大潮中，除做好基礎網絡的升級改造，特別是接入網全光化這個當務之急任務外，還應針對智慧城市發展中依托于通信技術所產生的大量新業務，做好自身運營管理體系的升級與改造，以適應新業務、新技術帶來的挑戰。智慧城市的初級階段主要表現在數字化城市建設過程中，需要實現對眾多行業的信息化，也將帶來更多行業信息化項目。最后，隨著基礎網絡完善、移動互聯網和物聯網的發展，智慧城市的建設將會推動個人信息化的快速發展。面對智慧城市建設和運營涉及的龐大的產業鏈條，電信運營商應積極尋找更加有效的網絡運營管理模式，加強在價值鏈中的地位和影響力，進一步重視多業務運營環境中的網絡資源的開發與提升，實現為智慧城市建設中的各種業務及應用提供綜合的、全方位的解決方案，最終為智慧城市建設打下堅實的基礎。

1 傅云瑾，何訓，王干，王俊陶.在智慧城市建設背景下運營商應積極實施市場轉型［J］.世界電信，2011（3）.

2 洪佩琳，李津生.xDSL技術及應用［J］.電信科學，1998（4）.

3 李松，彭重嘉，湯庸.高速網絡接入技術ADSL［J］.現代計算機，2000（8）