基于智慧家庭應用的組網方案

江小平

（中國電信股份有限公司東莞分公司，廣東 東莞 523123）

0 引 言

智慧家庭是以高帶寬網絡為基礎，綜合運用云計算、大數據、物聯網等技術，通過感應與控制技術實現家庭設施的智能化聯動，滿足用戶智慧化的家庭生活方式。智慧家庭已成為智能領域的發展重點，電信運營商、家電及終端企業等產業鏈各方均在積極布局，意圖在智慧家庭這個藍海市場中搶占先機。中國電信在網絡建設和運營以及家庭客戶服務的多觸點方面的經驗，有利于在智慧家庭產業鏈中發揮優勢。智慧家庭的發展將呈現出業務多元化、終端多樣化、管理智能化等特征，對支撐網絡的承載需求提出了更高的要求。擴大高速寬帶網絡及移動網絡覆蓋，提升家庭網絡接入能力，是推動智慧業務發展的基礎保障[1-2]。

1 智慧家庭主要應用場景

智慧家庭發展進程分為3個階段：第1階段為單品智能化，聚焦產品重在培養智能單品使用習慣；第2階段為多智能產品互聯階段，聚焦場景實現智能場景的轉換；第3階段為系統化智能階段，聚焦用戶、體現個性化和全屋設施的智能協同。目前第1階段的產業發展方興未艾[2-3]。

1.1 智慧家庭單品應用

AI語音技術在智能終端和傳統家電領域的應用，使得智能單品的種類和體驗更加豐富，“萬物互聯”進入發展快車道。智能控制類比如智能音箱、萬能遙控器、多功能網關；智能安防類比如智能攝像頭、智能門鎖、傳感器；智能家居類比如智能電視、智能家電、智能燈泡、智能插座、智能窗簾、掃地機器人；家庭娛樂類比如高清音視頻、AR/VR游戲等。

1.2 智慧家庭場景化應用

通過智能單品培養用戶使用習慣并完成用戶積累，加之AI語音助手的增強、智能設備的不斷推出，智慧家庭人機交互模塊構建系統逐步形成。隨著交互方式的多元化，任一智能設備都可能成為交互接口，去網關化、去中心化使得家庭中心消失，向區域場景過渡。

游戲娛樂方面：在重大新聞事件、體育比賽、演唱會和發布會等大型全景視頻直播活動中，借助VR技術及頭戴設備，在家收看也能獲得親臨現場的虛擬現實體驗。通過與“電視陪看機器人”智能互動，可以獲得多人一起看電視時的感受，避免獨自看電視時的孤獨感。

家居醫療保健方面：物聯網技術在醫療保健行業的深入運用，正在延伸現在居家護理和求醫問診的服務方式，也即在家也可以方便地享受到醫院等傳統的醫療環境的便捷服務。當然，目前人們的接受程度及AI助手的技術局限在一定程度上限制了家居醫療保健的使用范圍，僅限于風險較低的護理服務，比如遠程監測在家患者的治療、休養狀況，通過智能護理應急響應系統，使得被護理人在緊急情況下只需一個按鍵便能呼救[4-5]。

1.3 智慧家庭系統化應用

AI正在語音和視像技術方面突飛猛進，智能產品的細分場景越來越豐富，并從細分場景向整體方案、系統化集成等方向發展。AI技術在越來越多的設備上得到應用，智慧家庭產業鏈將在智能化的趨勢下完成迭代升級。

通過硬件設備的自動化集成，智慧家庭應用逐步向家居自動化、節能控制、系統集成方向拓展，轉型為數字化運營控制。聚焦用戶的系統化智能時代，注重個性化舒適體驗和全屋設施的智能協同。如通過手機終端在外也能方便監控家中，查看家庭數據中心等；設置雨天自動關上窗戶，查看冰箱存貨情況及時補充，到家之前預先打開空調；在家起床后窗簾自動打開，走進客廳電視打開，智能鏡子會檢測人們的身體健康狀況、出門自動關燈等。這些都將為用戶提供更完善的智慧家庭體驗。

2 智慧家庭網絡建設方案

2.1 網絡需求分析

隨著智慧家庭新業務、新應用的日趨豐富，對接入家庭的網絡速率要求也將越來越高[6]。幾種主要智慧家庭業務的帶寬要求見表1。近期智慧家庭業務對接入帶寬要求應不低于100 Mb/s，中遠期接入帶寬要求應不低于1 000 Mb/s。

表1 幾種主要智慧家庭業務的帶寬要求

智慧家庭業務的應用與網絡能力是密不可分的，運營商應把握好網絡建設與業務拓展的時機。千兆寬帶、千兆5G及千兆WiFi的“三千兆”網絡組合，可實現室內室外、有線無線的全場景、全觸點、無縫覆蓋的“沉浸式千兆體驗”。

2.2 千兆寬帶網絡建設

目前10G PON主要有10G-EPON及10G-GPON兩種技術，工程建設上可對現網PON網絡進行改造或新建ODN網絡[7-9]。

（1）對于原EPON小區，OBD分光比大都為1∶64，主要提供100M/200M的寬帶。主要通過對現網改造或新建10G-EPON PON口：依據OBD端口冗余度，ODN網絡利舊或者新建。實現場景為EPON和10G-EPON ONU共存于同一ODN網絡，10G-EPON PON口兼容原EPON下帶的ONU。10G-EPON OLT可以兼容現網EPON終端，原EPON端口下帶用戶可以割接到10G-EPON端口。

（2）對于原GPON小區，OBD分光比大都為1∶64，主要提供200M/500M的寬帶。主要通過用Combo PON板卡替換現網的GPON OLT上的板卡。在Combo PON板卡上可實現GPON和10G-GPON的共存，一個Combo端口向下兼容多種ONU，實現GPON和XG-P0N混合組網，以及GPON向XG-P0N平滑演進。ODN網絡利舊，用戶終端根據后續實際需求更換。

2.3 5G網絡建設

5G網絡可采用獨立組網（SA）或非獨立組網（NSA）。NSA是基于4G網絡在高流量4G基站區域部署5G系統，通過雙連接方式實現5G與4G聯合組網；有利于運營商在5G建網初期快速、高效推進5G信號覆蓋。SA組網具有獨立、完整的5G無線接入網和核心網功能，支持網絡切片、邊緣計算等5G新特性，在eMBB、低時延、高可靠等多種場景的靈活應用，從而滿足垂直行業的差異化需求，是未來5G商用網絡發展的長遠目標[10-11]。

SA的主要優勢為一次性建網，5G與4G無線設備不要求是同廠商；支持5G新特性，拓展垂直行業更方便。NSA的主要優勢為建網初期網絡新建，改造難度相對較低，在5G未達到連續覆蓋時，網絡使用感知略優。國外運營商在建網初期也大多首選NSA。NSA與SA建網相關指標對比見表2。從建網成本及網絡平滑升級考慮，5G網絡與4G網絡將長期共存，并協同組網實現4G網絡逐步向5G網絡過渡。

2.4 智慧家庭千兆WiFi網絡

家庭網絡的技術實現方式主要有3種：有線接入、電力載波接入和無線接入。其中應用最廣泛的無線方式的傳輸協議主要有ZigBee、WiFi、藍牙等。幾種智慧家庭無線傳輸協議的技術指標見表3。幾種無線傳輸協議將長期共存于智慧家庭中，實現短距離通信和數據傳輸，構建家庭網絡，提供智能服務[12-13]。

表2 NSA與SA建網相關指標對比

表3 智慧家庭無線傳輸協議的技術指標

ZigBee協議具有傳播距離近、低功耗、可自組網等優點，缺點是穿墻能力弱，適用于自動控制和遠程控制領域，主要用于家庭自動化，比如智能開關、傳感器、燈和安防等。藍牙協議具有低功耗的優點，缺點是傳輸距離近，無法進行組網；在多種智能家居產品中使用普遍，如智能開關、家庭門鎖、窗簾、燈光照明等。WiFi是生活中最常見的無線協議，傳輸速率高，缺點是功耗大、穿墻弱。在一些無線傳輸大數據的智能單品上應用，如電子門鈴和攝像頭等。三種無線協議，各有優缺點，現階段可結合家庭具體使用的智能家居及終端來選擇合適的無線通信協議。為避免不同智能單品的無線協議不同或廠家不同等產生的不兼容的問題，兼容多種無線協議的智能平臺也已應運而生[14-15]。

從“雙千兆”到“三千兆”網絡的實現，解決了家庭中手機、智能家居、機頂盒等各種終端設備能在任意位置高速連接網絡，是智慧家庭實現系統化智能的關鍵。通過智能組網，千兆WiFi無線信號能輕松覆蓋居所內各個角落，使用戶全屋設施的智能協同和場景轉換有了可靠的網絡基礎。

為全面滿足用戶的網絡接入及應用需求，東莞電信推出了2 000個智慧工程師免費上門的一對一服務，向用戶提供WiFi檢測、組網設計、施工服務等一站式全屋WiFi解決方案，定制家庭千兆WiFi個性化方案。現階段百兆/千兆網絡較好地滿足了用戶天翼超高清、天翼云游戲、天翼看家、智慧家居等智慧家庭業務的接入需求。

3 結 語

網絡技術的發展進步、信息化技術的大力應用和寬帶中國戰略的落實，智慧化信息服務正在進入千家萬戶。智慧家庭作為新興競爭行業，國內外電信運營商及生態鏈的各方都在積極拓展其市場空間。本文針對智慧家庭3個階段的主要應用場景，對幾種主要智慧家庭業務的帶寬需求進行了分析和預測，提出滿足智慧家庭業務需求的“5G+寬帶+WiFi”的“三千兆”網絡建設方案，并在智慧工程師上門一站式全屋WiFi解決方案實踐中，百兆/千兆網絡能很好地滿足現階段的智慧家庭業務需求。未來網絡的發展具有大容量、智能化、多業務的特點，5G大規模商用后，智慧家庭業務的發展有望迎來重要增長機遇。