基于千兆級應用的智能家庭寬帶網絡部署研究

李勝 雷景智

1 中國聯通江蘇省分公司；2 中訊郵電咨詢設計院有限公司

0 前言

隨著“寬帶中國”戰略的實施，各主流運營商近五年進行了一輪較大規模的寬帶接入網絡升級改造，基本完成了DSLAM/LAN接入方式的退網改造，新增寬帶業務基本實現了PON網絡承載、FTTH/O全覆蓋，有力支持了移動互聯網、云計算、物聯網等領域的業務創新。各運營商也以此為契機，陸續推出200M（多地市、多運營商）、500M（如北京聯通、河北聯通等），甚至1000M接入產品（如江蘇電信、上海電信等），以此提升用戶體驗、增強市場競爭力。

另一方面，在網絡應用層面，近些年IT、家電、安防等行業逐步融合的趨勢推動了智慧家庭產業的發展，智能硬件、智能家庭平臺發展迅速。

本文從業務發展、網絡發展的角度研究寬帶網絡發展的驅動力，并對帶寬大幅提升情況下如何高效組網，以及智慧家庭技術及應用進行分析，助力運營商網絡演進和業務升級。

1 千兆智能家庭網絡發展的驅動

1.1 行業驅動

近幾年隨著國務院“寬帶中國”戰略的實施，各大運營商紛紛推進光纖寬帶覆蓋建設和已有銅纜網絡的光纖化改造，目前皮線光纜入戶已成為運營商開展各類業務的接入資源基礎。

為確保競爭優勢、保持業務增收，各運營商紛紛發布千兆業務，提升品牌競爭力。如鵬博士率先于2014年10月推出“逸千兆”產品；電信在完成網絡光纖化改造基礎上，重點打造百兆至千兆能力，上海電信在2015年5月發布千兆示范小區，百兆用戶可免費提速至200M；之后移動、聯通各分公司陸續推出千兆產品，標志著寬帶產品進入千兆時代。

1.2 智能應用驅動

隨著網絡通信技術、自動控制技術和音視頻技術的發展，智能家居得以普遍應用，各類智能終端呈現指數式增長，給傳統的家庭組網帶來挑戰。

智能家居涉及家庭寬帶接入、物聯網和智慧家庭應用等多個方面。對于運營商寬帶而言，主要通過智能網關提供寬帶接入以及業務的控制入口。在智能家居應用中，家庭安防中的視頻監控、云存儲等應用需要較高的上聯帶寬。

1.3 業務流量驅動

目前，寬帶業務主要包括普通上網業務、互聯網電視業務、OTT業務三部分。其中互聯網電視業務又分為4K電視、高清電視和標清電視三種，對應的帶寬分別按45M、10M、2.5M測算；OTT業務目前主要是基于互聯網電視的寬帶應用，其帶寬與之相對應。

隨著技術發展，未來寬帶應用場景也會拓寬至各類更高帶寬的視頻應用，如8K TV、VR/VR+業務等，疊加千兆上網業務，可以得出未來（需結合各類應用的普及情況，大致需要3-5年）的帶寬需求。

以某地運營商寬帶業務的流量規劃為例進行分析：

可以看出在該模型下，每用戶平均峰值帶寬為21.8M，建設百兆寬帶接入網能滿足用戶帶寬和Qos要求。

表1 某運營商寬帶業務流量現狀表

表2 未來寬帶業務流量規劃表

該模型假定視頻業務包含VR（占比30%）、8K（占比50%）、4K（占比20%）等幾種，千兆上網業務包含200M（占比20%）、500M（占比60%）、1000M（占比20%）?？梢钥闯鲈谠撃Ｐ拖?，每用戶平均峰值帶寬為219M，需建設千兆寬帶接入網方能滿足用戶帶寬和Qos要求。

注：互聯網電視流量=（4K×觀看比例+高清×觀看比例+標清×觀看比例）×互聯網電視用戶占比×并發比；上網流量=上網業務帶寬×流量占空比×并發率。

2 網絡部署現狀及演進

2.1 網絡部署現狀

隨著近些年網絡光纖化改造，接入網呈全部FTTH化趨勢；現網OLT以G/EPON設備為主，近兩年在新建區域和改造區域逐步出現了10G PON設備覆蓋。

2.2 網絡演進

EPON向10G EPON演進，2009年9月已經完成10G EPON標準制定（標準號為IEEE 802.3av）。IEEE 802.3av規定了10Gbit/s下行、1Gbit/s上行的非對稱模式，和10Gbit/s上下行對稱模式兩種速率模式。

GPON演進分成了兩個階段∶

NG-PON1向10G GPON演進，該階段標準號為G.987系列，又稱為XG PON。其中，非對稱系統（上行2.5Gbit/s、下行10Gbit/s）稱為XG-PON1，對稱系統（上行10Gbit/s、下行10Gbit/s）稱為XG-PON2。非對稱相關標準于2010年6月發布。

NG-PON2主要包括WDM PON、Hybirid PON（混合PON）等演進方向，標準號為G.988系列。WDM-PON采用光波分復用技術擴展帶寬，Hybrid PON混合采用光波分復用技術和10G/40G、OFDM等高速電域技術擴展帶寬。

PON技術演進路線如下圖所示：

圖1 PON技術演進路線圖

兩種主流的10G PON技術：10G EPON、10G GPON，及與EPON、GPON的幾項關鍵指標對比如下表：

表3 現有PON技術的關鍵指標對比表

從表中可以看出，10G PON技術能夠帶來更大的上下行帶寬和更高的分光比，是應對千兆級應用的首要技術選擇。

3 千兆網絡部署

3.1 10G PON演進方案分析

（1）10G GPON演進及共存方案

從前面PON技術的關鍵指標對比中可以看出，GPON和10GPON的上下行波長互不重疊，因此組網時可在ODN系統上行方向的前端增加WDM合波器，GPON和10GPON共用同一段光纜，但工作在互相獨立的兩個通道，原有ODN系統不需要其他任何改動。

圖2 10G GPON演進及共存方案圖

（2）10G EPON演進及共存方案

用戶側：由于10G EPON向下兼容EPON ONT/ONU，因此在用戶升級時，直接將該用戶所在的EPON口更換成10G EPON口；

ODN側：從ODF到用戶這一段ODN不需要變動，只需從ODF到OLT的尾纖插到10G EPON OLT口上。EPON和10G EPON下行波長沒有波長重疊，但上行波長重疊，通過時分復用實現共用同一ODN。

圖3 10G EPON演進及共存方案圖

3.2 千兆業務部署實例

（1）現網寬帶已覆蓋區域

根據業務發展情況，對不滿足業務接入速率需求的傳統寬帶網絡進行改造：

非FTTH覆蓋區域，需進行FTTH改造，分光比建議不超1∶8、OLT上行采用雙路10GE板卡，以保證用戶帶寬；

現網FTTH覆蓋區域，網絡需進行下述調整：

1）OLT上行升級替換為雙路10GE板卡；

2）分光比由原有的1∶64/1∶32降至1∶8以下（按50%并發率、滿足200M業務需求測算）；

3）用戶側ONT需更換為支持千兆的終端。

圖4 現網已覆蓋區域部署分案圖

（2）新建寬帶覆蓋區域

新建覆蓋區域采用10G EPON技術進行FTTH覆蓋：

新建用于10G PON的OLT應采用2×10GE上聯，上聯板卡應當至少選用2塊2×10GE板卡；分光比建議不超1∶64（按50%并發率、滿足200M業務需求測算）；用戶側采用10G PON ONT。

圖5 新建寬帶覆蓋區域部署方案圖

3.3 千兆網絡模型及測算

（1）建設模型搭建

根據某運營商的現網覆蓋情況，取小區戶數720戶（40棟×18戶/棟）的模型；采用10G PON FTTH建設方式，采用兩級分光，其中一級分光器位于小區機房/光交箱內、二級分光器位于各樓棟內；小區機房至各樓棟平均距離150米以內。

（2）投資造價分析

在上述模型下，涉及的網絡建設內容包括：小區上聯光纜及PON口建設，小區內光纜交接箱、配線光纜、分光器等建設；合計投資13.5萬元，戶均造價187元（由于設備、主材價格受合同影響較大，本分析數據僅供參考）。

表4 投資造價分析表

4 智能家庭技術分析

4.1 智能家庭網關結構及功能

家庭網關作為家庭網絡到互聯網的流量入口和運營商固網業務的落地設備，它能夠在多個設備之間通過有線或無線技術共享網絡接入，并能為用戶提供存儲、媒體共享和VoIP等多種業務。主要實現以下幾方面的功能：

（1）遠程訪問和控制：可以遠程訪問家庭網絡應用。

（2）智能連網：智能連網設備能通過無線通信技術接入家庭網絡，并與家庭中的其他設備實現資源共享和協同，也可以經家庭網絡訪問外部網絡。

（3）智能家居：家電和家居設施實現智能化，可設置權限通過家庭網絡或互聯網實現訪問與控制。

（4）應用智能化：對用戶而言，實現各種內容或應用的訪問和使用；對運營商而言，實現對家庭網絡安裝、管理、升級和業務發放的智能化。

4.2 智能家庭網關應用分析

（1）家庭網絡中心：家庭中所有的網絡流量入口及匯集功能，包括內部流量和連接到互聯網的流量。

（2）家庭媒體中心：通過內置硬盤、提供USB接口、支持下載功能，實現各種音視頻、圖片和文件存儲，實現家庭媒體中心的功能。

（3）智能硬件控制中心：以智能家庭網關為中心，各種智能硬件設備均與之相連，實現智能家居、智能安防等控制。

5 結束語

在寬帶中國戰略推動下，網絡帶寬大幅提升至千兆級，各種智能家庭應用不斷涌現，呈現網絡和業務的良好互動。本文通過分析千兆接入網部署策略和智慧家庭技術與應用分析，助力運營商網絡演進和業務升級。