基于千兆級應(yīng)用的智能家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)部署研究

李勝 雷景智

1 中國聯(lián)通江蘇省分公司；2 中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司

0 前言

隨著“寬帶中國”戰(zhàn)略的實施，各主流運營商近五年進行了一輪較大規(guī)模的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)升級改造，基本完成了DSLAM/LAN接入方式的退網(wǎng)改造，新增寬帶業(yè)務(wù)基本實現(xiàn)了PON網(wǎng)絡(luò)承載、FTTH/O全覆蓋，有力支持了移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的業(yè)務(wù)創(chuàng)新。各運營商也以此為契機，陸續(xù)推出200M（多地市、多運營商）、500M（如北京聯(lián)通、河北聯(lián)通等），甚至1000M接入產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層面，近些年IT、家電、安防等行業(yè)逐步融合的趨勢推動了智慧家庭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能硬件、智能家庭平臺發(fā)展迅速。

本文從業(yè)務(wù)發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的角度研究寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的驅(qū)動力，并對帶寬大幅提升情況下如何高效組網(wǎng)，以及智慧家庭技術(shù)及應(yīng)用進行分析，助力運營商網(wǎng)絡(luò)演進和業(yè)務(wù)升級。

1 千兆智能家庭網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的驅(qū)動

1.1 行業(yè)驅(qū)動

近幾年隨著國務(wù)院“寬帶中國”戰(zhàn)略的實施，各大運營商紛紛推進光纖寬帶覆蓋建設(shè)和已有銅纜網(wǎng)絡(luò)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(yè)務(wù)的接入資源基礎(chǔ)。

為確保競爭優(yōu)勢、保持業(yè)務(wù)增收，各運營商紛紛發(fā)布千兆業(yè)務(wù)，提升品牌競爭力。如鵬博士率先于2014年10月推出“逸千兆”產(chǎn)品；電信在完成網(wǎng)絡(luò)光纖化改造基礎(chǔ)上，重點打造百兆至千兆能力，上海電信在2015年5月發(fā)布千兆示范小區(qū)，百兆用戶可免費提速至200M；之后移動、聯(lián)通各分公司陸續(xù)推出千兆產(chǎn)品，標(biāo)志著寬帶產(chǎn)品進入千兆時代。

1.2 智能應(yīng)用驅(qū)動

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)和音視頻技術(shù)的發(fā)展，智能家居得以普遍應(yīng)用，各類智能終端呈現(xiàn)指數(shù)式增長，給傳統(tǒng)的家庭組網(wǎng)帶來挑戰(zhàn)。

智能家居涉及家庭寬帶接入、物聯(lián)網(wǎng)和智慧家庭應(yīng)用等多個方面。對于運營商寬帶而言，主要通過智能網(wǎng)關(guān)提供寬帶接入以及業(yè)務(wù)的控制入口。在智能家居應(yīng)用中，家庭安防中的視頻監(jiān)控、云存儲等應(yīng)用需要較高的上聯(lián)帶寬。

1.3 業(yè)務(wù)流量驅(qū)動

目前，寬帶業(yè)務(wù)主要包括普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)電視業(yè)務(wù)、OTT業(yè)務(wù)三部分。其中互聯(lián)網(wǎng)電視業(yè)務(wù)又分為4K電視、高清電視和標(biāo)清電視三種，對應(yīng)的帶寬分別按45M、10M、2.5M測算；OTT業(yè)務(wù)目前主要是基于互聯(lián)網(wǎng)電視的寬帶應(yīng)用，其帶寬與之相對應(yīng)。

隨著技術(shù)發(fā)展，未來寬帶應(yīng)用場景也會拓寬至各類更高帶寬的視頻應(yīng)用，如8K TV、VR/VR+業(yè)務(wù)等，疊加千兆上網(wǎng)業(yè)務(wù)，可以得出未來（需結(jié)合各類應(yīng)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(yè)務(wù)的流量規(guī)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(shè)百兆寬帶接入網(wǎng)能滿足用戶帶寬和Qos要求。

表1 某運營商寬帶業(yè)務(wù)流量現(xiàn)狀表

表2 未來寬帶業(yè)務(wù)流量規(guī)劃表

該模型假定視頻業(yè)務(wù)包含VR（占比30%）、8K（占比50%）、4K（占比20%）等幾種，千兆上網(wǎng)業(yè)務(wù)包含200M（占比20%）、500M（占比60%）、1000M（占比20%）?？梢钥闯鲈谠撃Ｐ拖拢坑脩羝骄逯祹挒?19M，需建設(shè)千兆寬帶接入網(wǎng)方能滿足用戶帶寬和Qos要求。

注：互聯(lián)網(wǎng)電視流量=（4K×觀看比例+高清×觀看比例+標(biāo)清×觀看比例）×互聯(lián)網(wǎng)電視用戶占比×并發(fā)比；上網(wǎng)流量=上網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬×流量占空比×并發(fā)率。

2 網(wǎng)絡(luò)部署現(xiàn)狀及演進

2.1 網(wǎng)絡(luò)部署現(xiàn)狀

隨著近些年網(wǎng)絡(luò)光纖化改造，接入網(wǎng)呈全部FTTH化趨勢；現(xiàn)網(wǎng)OLT以G/EPON設(shè)備為主，近兩年在新建區(qū)域和改造區(qū)域逐步出現(xiàn)了10G PON設(shè)備覆蓋。

2.2 網(wǎng)絡(luò)演進

EPON向10G EPON演進，2009年9月已經(jīng)完成10G EPON標(biāo)準(zhǔn)制定（標(biāo)準(zhǔn)號為IEEE 802.3av）。IEEE 802.3av規(guī)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(biāo)準(zhǔn)號為G.987系列，又稱為XG PON。其中，非對稱系統(tǒng)（上行2.5Gbit/s、下行10Gbit/s）稱為XG-PON1，對稱系統(tǒng)（上行10Gbit/s、下行10Gbit/s）稱為XG-PON2。非對稱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)于2010年6月發(fā)布。

NG-PON2主要包括WDM PON、Hybirid PON（混合PON）等演進方向，標(biāo)準(zhǔn)號為G.988系列。WDM-PON采用光波分復(fù)用技術(shù)擴展帶寬，Hybrid PON混合采用光波分復(fù)用技術(shù)和10G/40G、OFDM等高速電域技術(shù)擴展帶寬。

PON技術(shù)演進路線如下圖所示：

圖1 PON技術(shù)演進路線圖

兩種主流的10G PON技術(shù)：10G EPON、10G GPON，及與EPON、GPON的幾項關(guān)鍵指標(biāo)對比如下表：

表3 現(xiàn)有PON技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)對比表

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

3 千兆網(wǎng)絡(luò)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(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)對比中可以看出，GPON和10GPON的上下行波長互不重疊，因此組網(wǎng)時可在ODN系統(tǒng)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(tǒng)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(cè)：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(cè)：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(fù)用實現(xiàn)共用同一ODN。

圖3 10G EPON演進及共存方案圖

3.2 千兆業(yè)務(wù)部署實例

（1）現(xiàn)網(wǎng)寬帶已覆蓋區(qū)域

根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況，對不滿足業(yè)務(wù)接入速率需求的傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)進行改造：

非FTTH覆蓋區(qū)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(xiàn)網(wǎng)FTTH覆蓋區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)需進行下述調(diào)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(fā)率、滿足200M業(yè)務(wù)需求測算）；

3）用戶側(cè)ONT需更換為支持千兆的終端。

圖4 現(xiàn)網(wǎng)已覆蓋區(qū)域部署分案圖

（2）新建寬帶覆蓋區(qū)域

新建覆蓋區(qū)域采用10G EPON技術(shù)進行FTTH覆蓋：

新建用于10G PON的OLT應(yīng)采用2×10GE上聯(lián)，上聯(lián)板卡應(yīng)當(dāng)至少選用2塊2×10GE板卡；分光比建議不超1∶64（按50%并發(fā)率、滿足200M業(yè)務(wù)需求測算）；用戶側(cè)采用10G PON ONT。

圖5 新建寬帶覆蓋區(qū)域部署方案圖

3.3 千兆網(wǎng)絡(luò)模型及測算

（1）建設(shè)模型搭建

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

（2）投資造價分析

在上述模型下，涉及的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)內(nèi)容包括：小區(qū)上聯(lián)光纜及PON口建設(shè)，小區(qū)內(nèi)光纜交接箱、配線光纜、分光器等建設(shè)；合計投資13.5萬元，戶均造價187元（由于設(shè)備、主材價格受合同影響較大，本分析數(shù)據(jù)僅供參考）。

表4 投資造價分析表

4 智能家庭技術(shù)分析

4.1 智能家庭網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)及功能

家庭網(wǎng)關(guān)作為家庭網(wǎng)絡(luò)到互聯(lián)網(wǎng)的流量入口和運營商固網(wǎng)業(yè)務(wù)的落地設(shè)備，它能夠在多個設(shè)備之間通過有線或無線技術(shù)共享網(wǎng)絡(luò)接入，并能為用戶提供存儲、媒體共享和VoIP等多種業(yè)務(wù)。主要實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

（2）智能連網(wǎng)：智能連網(wǎng)設(shè)備能通過無線通信技術(shù)接入家庭網(wǎng)絡(luò)，并與家庭中的其他設(shè)備實現(xiàn)資源共享和協(xié)同，也可以經(jīng)家庭網(wǎng)絡(luò)訪問外部網(wǎng)絡(luò)。

（3）智能家居：家電和家居設(shè)施實現(xiàn)智能化，可設(shè)置權(quán)限通過家庭網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)訪問與控制。

（4）應(yīng)用智能化：對用戶而言，實現(xiàn)各種內(nèi)容或應(yīng)用的訪問和使用；對運營商而言，實現(xiàn)對家庭網(wǎng)絡(luò)安裝、管理、升級和業(yè)務(wù)發(fā)放的智能化。

4.2 智能家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)用分析

（1）家庭網(wǎng)絡(luò)中心：家庭中所有的網(wǎng)絡(luò)流量入口及匯集功能，包括內(nèi)部流量和連接到互聯(lián)網(wǎng)的流量。

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

（3）智能硬件控制中心：以智能家庭網(wǎng)關(guān)為中心，各種智能硬件設(shè)備均與之相連，實現(xiàn)智能家居、智能安防等控制。

5 結(jié)束語

在寬帶中國戰(zhàn)略推動下，網(wǎng)絡(luò)帶寬大幅提升至千兆級，各種智能家庭應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的良好互動。本文通過分析千兆接入網(wǎng)部署策略和智慧家庭技術(shù)與應(yīng)用分析，助力運營商網(wǎng)絡(luò)演進和業(yè)務(wù)升級。