智能FTTR業(yè)務(wù)應(yīng)用創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐

譚 明，王九九，馬永亮，廖 慧，任燦麗（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 100033）

1 千兆光網(wǎng)發(fā)展需求及發(fā)展趨勢

光纖接入網(wǎng)是我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是構(gòu)建電信運(yùn)營商全業(yè)務(wù)競爭優(yōu)勢的基礎(chǔ)。從2013年起，我國政府出臺了多項(xiàng)政策，包括“寬帶中國”“提速降費(fèi)”“通信業(yè)十三五發(fā)展規(guī)劃”等，加大對通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的扶持力度，推動運(yùn)營商加大對光網(wǎng)絡(luò)的投資。2021 年的政府工作報(bào)告明確提出要“加大5G 網(wǎng)絡(luò)和千兆光網(wǎng)建設(shè)力度，豐富應(yīng)用場景”，工信部發(fā)布的《“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展行動計(jì)劃（2021—2023 年）》進(jìn)一步明確了“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)及任務(wù)，光纖寬帶已成為國家層面的重要戰(zhàn)略。同時(shí)，隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，8K 視頻、在線教育、家庭康養(yǎng)、網(wǎng)絡(luò)游戲、云VR、在線辦公、智能IoT 等新興業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出高品質(zhì)化的趨勢，使得家庭和中小企業(yè)對帶寬的需求日益增加［1］。對此，電信運(yùn)營商在加速推動“雙千兆”的落地工作，構(gòu)建千兆網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)底座的同時(shí)，開始全面深度思考如何構(gòu)建高質(zhì)量的寬帶精品網(wǎng)，以滿足用戶對高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的需求。

2 家庭網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及存在問題

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)家庭網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)通過Wi-Fi 接入的已超過94%，而90%以上的家庭流量也源自Wi-Fi。因此，Wi-Fi 已成為家庭的剛性需求，家庭Wi-Fi 的質(zhì)量也成為制約家庭用戶網(wǎng)絡(luò)感知的重要因素。然而，用戶使用家庭寬帶業(yè)務(wù)時(shí)卻遇到許多體驗(yàn)不佳的情況，例如在線教育灰課（例如VIPKID 灰課率達(dá)到19%）、視頻卡頓（例如某省IPTV質(zhì)差率達(dá)到3.6%），遠(yuǎn)程辦公掉線（掉線率達(dá)到15%）等問題。經(jīng)分析，家庭網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不佳是用戶投訴的最主要原因，根據(jù)中國聯(lián)通部署的智能板卡統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，家庭網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差占比達(dá)到96.55%，其他原因包括光纜線路、傳輸鏈路、內(nèi)容源等問題。

如圖1 所示，在家庭網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差因素中，室內(nèi)Wi-Fi質(zhì)量不佳的問題較為突出，占比60.62%，部分用戶存在室內(nèi)Wi-Fi 測速遠(yuǎn)小于簽約帶寬的情況，尤其是對于大戶型和別墅的網(wǎng)絡(luò)覆蓋來說，Wi-Fi 帶寬不足、覆蓋差等問題導(dǎo)致寬帶業(yè)務(wù)頻繁卡頓，用戶體驗(yàn)差，已經(jīng)成為用戶的主要投訴點(diǎn)［2］。

圖1 家庭網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差問題

目前用戶家庭網(wǎng)絡(luò)還存在室內(nèi)網(wǎng)線和百兆路由設(shè)備老舊不合格，以及內(nèi)網(wǎng)設(shè)備多方集成、互連接口及配置不規(guī)范等問題，這些問題都會影響網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際速率和質(zhì)量［3］。特別是在中大型戶型的家庭中，還存在Wi-Fi信號覆蓋差、干擾嚴(yán)重等問題，影響用戶網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

上述問題說明，雖然千兆光網(wǎng)正在加速發(fā)展，但不可否認(rèn)的是，千兆入戶易、百兆入房難，“最后十米”的家庭網(wǎng)絡(luò)用戶體驗(yàn)仍然存在瓶頸［4］，要真正實(shí)現(xiàn)“數(shù)字家庭”，需要端到端高質(zhì)量的光纖網(wǎng)絡(luò)，電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)注重點(diǎn)將由“最后一公里”發(fā)展到“最后十米”。而從寬帶網(wǎng)絡(luò)自上而下來看，越靠近用戶終端，“不匹配”問題越嚴(yán)重，如圖2 所示。因此，要保障用戶網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，重點(diǎn)是要改善用戶家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，提升房間內(nèi)的Wi-Fi質(zhì)量。

圖2 “漏斗”模式家庭組網(wǎng)

3 FTTR技術(shù)方案

3.1 FTTR組網(wǎng)架構(gòu)

FTTR 是一種全新的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為上述問題提供了一種較好的解決方案。FTTR 技術(shù)通過將光纖資源從戶內(nèi)配線箱進(jìn)一步延伸到戶內(nèi)房間信息點(diǎn)［5］，使傳統(tǒng)的光纖入戶進(jìn)一步升級為光纖接入到每個(gè)房間，通過全光傳輸?shù)慕M網(wǎng)方式，為家庭提供全新的千兆網(wǎng)絡(luò)覆蓋解決方案。

FTTR 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)由主光貓（網(wǎng)關(guān)+路由）、從光貓（路由）、光網(wǎng)絡(luò)和C 系統(tǒng)中間件（網(wǎng)絡(luò)管理平臺）4 部分組成。其中，主光貓位于OLT 與從光貓之間。在配線箱或家庭關(guān)鍵位置部署FTTR 主光貓，以主光貓為核心，通過分光器和單芯雙向傳輸光纖，組建成FTTR的家庭光網(wǎng)絡(luò)。FTTR 主光貓上行通過XG（S）-PON或10G EPON 連接OLT，下行通過光纖、分光器進(jìn)入到每一個(gè)房間，連接各房間的從光貓，主光貓除基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)功能外，還需對所有從網(wǎng)關(guān)進(jìn)行統(tǒng)一管理和配置；從光貓滿足各類終端的千兆帶寬接入需求，分布于各房間，為用戶提供Wi-Fi 6 無線接入和千兆有線接口，由主光貓進(jìn)行統(tǒng)一配置和管理［6］。FTTR 技術(shù)組網(wǎng)方案如圖3所示。

圖3 FTTR技術(shù)組網(wǎng)方案

C 系統(tǒng)中間件位于主光貓硬件內(nèi)，負(fù)責(zé)采集家庭網(wǎng)絡(luò)信息并匯總整理，然后上報(bào)至C 系統(tǒng)智能管理平臺，從而全面實(shí)現(xiàn)對家庭千兆網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維管理。C 系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 C系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

3.2 FTTR組網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)

FTTR 組網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)方案相比，在特定參數(shù)和特性上也表現(xiàn)出一定優(yōu)勢，如表1所示。

表1 FTTR組網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)比較

另外，F(xiàn)TTR組網(wǎng)技術(shù)具有四大技術(shù)特點(diǎn)。

a）全屋超千兆全覆蓋。采用Wi-Fi 6 技術(shù)，Wi-Fi 6 作為目前應(yīng)用最廣泛的Wi-Fi 標(biāo)準(zhǔn)，支持2.4 GHz和5 GHz 雙頻MU-MIMO［7］，具備160 MHz 超大頻寬，有效保障了Wi-Fi 的輻射和覆蓋，實(shí)現(xiàn)千兆Wi-Fi 在房間內(nèi)無死角全覆蓋，保障通信不間斷、視頻不卡頓。同時(shí)，還易于升級，在技術(shù)進(jìn)一步更新迭代的情況下，能夠充分利用新技術(shù)手段進(jìn)行平滑升級，為用戶提供更高傳輸速率的服務(wù)。

b）Wi-Fi 連接瞬間切換。傳統(tǒng)的Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)在不同房間之間傳輸時(shí)，會因?yàn)閃i-Fi信號的衰減，出現(xiàn)傳輸速率降低和網(wǎng)速變慢等問題。而FTTR 組網(wǎng)方案通過部署1拖N個(gè)Wi-Fi 6智能光貓路由一體機(jī)的方式，支持N個(gè)Wi-Fi 熱點(diǎn)連接和256 個(gè)以上的智能設(shè)備同時(shí)上網(wǎng)［8］，支持無線漫游功能，能夠?qū)崿F(xiàn)房間無死角全覆蓋，且信號輻射和傳輸效率極高，能夠?yàn)橛脩籼峁O佳的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，確保用戶在使用Wi-Fi 時(shí)不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)波動和速率衰減的情況。例如，在進(jìn)行視頻會議、微信電話以及游戲切換時(shí)，使用傳統(tǒng)的Wi-Fi可能會因網(wǎng)絡(luò)波動出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷的情況，但基于FTTR 技術(shù)支持的Wi-Fi可完全避免這種情況的發(fā)生［9］。

c）裝維實(shí)施更便捷。FTTR 全屋光Wi-Fi 組網(wǎng)方案具有施工十分便捷、簡單，節(jié)省人力和材料成本等優(yōu)點(diǎn)。光纖全連接支持“明暗”部署，以暗管穿線為主，明線使用隱形光纖敷設(shè)無需穿墻打洞，也可以達(dá)到近似無痕的效果，確保美觀、環(huán)保，使用戶易于接受［10］。同時(shí)，光纖本身具有輕柔，不氧化、不腐蝕、不受電磁干擾等特性，使用壽命長，其帶寬可以持續(xù)演進(jìn)到100 Gbit/s 以上，能夠滿足未來高帶寬業(yè)務(wù)的需求［11］。

d）掌上管控全智能。手機(jī)APP可實(shí)時(shí)監(jiān)控Wi-Fi狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)Wi-Fi 狀態(tài)隨時(shí)可視、Wi-Fi 質(zhì)量問題快速診斷等功能。同時(shí)，可以通過APP 隨時(shí)管控家中的網(wǎng)絡(luò)情況，實(shí)現(xiàn)防蹭網(wǎng)、防入侵、綠色上網(wǎng)、孩子上網(wǎng)管控等功能，用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)控家庭Wi-Fi狀態(tài)，暢享科技帶來的智慧生活。

4 FTTR組網(wǎng)模式分析

FTTR 組網(wǎng)方案包括點(diǎn)對多點(diǎn)（Point to Multi Point，P2MP）及點(diǎn)對點(diǎn)（Point to Point，P2P）2 種組網(wǎng)模式。P2MP 模式下，F(xiàn)TTR 主設(shè)備僅包含一個(gè)光口，通過無源分光器擴(kuò)展多個(gè)從設(shè)備，當(dāng)從設(shè)備數(shù)量大于1時(shí)，需要增加分光器。P2P 模式下，F(xiàn)TTR 主設(shè)備具備多個(gè)光口（4 個(gè)），當(dāng)主設(shè)備與從設(shè)備直接通過光纖連接，安裝IPTV 時(shí)需要加裝有源的光電轉(zhuǎn)換器件，當(dāng)從設(shè)備數(shù)量大于4 時(shí)，需要增加有源光交換機(jī)對從設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展。2 種組網(wǎng)模式均不需要改造上層網(wǎng)絡(luò)。P2MP架構(gòu)如圖5所示，P2P架構(gòu)如圖6所示。

圖5 P2MP架構(gòu)

圖6 P2P架構(gòu)

本文從速率感知、裝維復(fù)雜度、終端成本及產(chǎn)業(yè)共識等4 個(gè)方面對以上2 種組網(wǎng)模式進(jìn)行了對比分析。

4.1 速率感知對比分析

如表2所示，P2MP方案支持2.5 Gbit/s上行速率和1.25 Gbit/s 下行速率；P2P 目前支持的最高速率為900 Mbit/s，且需要技術(shù)方案升級支持；P2MP 方案漫游切換時(shí)延為20 ms，并支持有序調(diào)度。因此，P2MP 模式的速率體驗(yàn)更優(yōu)。

表2 速率感知對比

4.2 裝維復(fù)雜度對比分析

從裝維復(fù)雜度的角度來看，2 種組網(wǎng)模式各有優(yōu)劣。在1 主+1 從的組網(wǎng)方式下，2 種模式都可通過光纖直連從設(shè)備；在1 主+2/3/4 從的組網(wǎng)方式下，P2MP模式需要增加無源分光器；而在1 主+5 及以上從的組網(wǎng)方式下，P2MP 模式需要增加無源分光器，P2P 模式需要增加有源光交換機(jī)。對于IPTV 組網(wǎng)，P2P 模式在連接IPTV 時(shí)需增加有源的光電轉(zhuǎn)換器，而P2MP 模式則可以通過電口直連機(jī)頂盒。裝維復(fù)雜度對比如表3所示。

表3 裝維復(fù)雜度對比

4.3 終端成本對比分析

從終端成本角度來看，P2P 模式更具優(yōu)勢。在1主+1從+IPTV 的組網(wǎng)方式下，采用P2P模式，可以節(jié)省約10%的成本（約100 元）；在1 主+2/3/4 從+IPTV 組網(wǎng)方式下，采用P2P 模式，可以節(jié)省約8%的成本（約120元）；在1主+5及以上從+IPTV的組網(wǎng)方式下，采用P2P模式，會增加約12%的成本（約240 元）。終端成本對比分析如表4所示。

4.4 產(chǎn)業(yè)共識分析

在產(chǎn)業(yè)共識方面，P2MP 模式已經(jīng)在運(yùn)營商、設(shè)備商和產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面形成了產(chǎn)業(yè)共識，而P2P 方案目前暫無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在國內(nèi)，只有廣東、江蘇移動進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，而在國外，只有Nokia 正在研究相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4.5 小結(jié)

綜合以上對比分析，P2MP 組網(wǎng)模式在用戶體驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)共識方面具有優(yōu)勢。在裝維復(fù)雜度方面，2 種模式各有優(yōu)缺點(diǎn)。而在終端成本方面，P2P 組網(wǎng)模式可以節(jié)省約100 元/每戶。FTTR P2MP 與P2P 組網(wǎng)模式對比如表5所示。

表5 FTTR P2MP與P2P組網(wǎng)模式對比

5 FTTR業(yè)務(wù)應(yīng)用前景

在邁向數(shù)字化和智能化的進(jìn)程中，家庭數(shù)字化是至關(guān)重要的場景，也是推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱［12］。FTTR 是未來10 年光網(wǎng)的“二次革命”，是家庭寬帶發(fā)展歷程中具有劃時(shí)代意義的解決方案［13-14］。它是社區(qū)信息高速通道構(gòu)建中一種重要的網(wǎng)絡(luò)接入方式，且其在當(dāng)前的接入網(wǎng)改造和建設(shè)中具有使用的可行性［15］，是實(shí)現(xiàn)家寬業(yè)務(wù)差異化、精細(xì)化運(yùn)營，打造家庭網(wǎng)絡(luò)品牌，提升用戶ARPU 值的一種有效技術(shù)手段，是構(gòu)建智慧家庭生態(tài)的關(guān)鍵切入點(diǎn)和智家業(yè)務(wù)的收入增長點(diǎn)。同時(shí)，除了可以成為家庭組網(wǎng)的主流套餐外，在酒店、商場、辦公樓等應(yīng)用場景，F(xiàn)TTR 也將成為網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)的首要之選［16］。將FTTR 創(chuàng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用于小型商企、沿街商鋪、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等局域組網(wǎng)的場景，致力于為小微企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供高質(zhì)量的全光網(wǎng)絡(luò)底座。