基于千兆级应用的智能家庭宽带网络部署研究

李胜 雷景智

1 中国联通江苏省分公司；2 中讯邮电咨询设计院有限公司

0 前言

随着“宽带中国”战略的实施，各主流运营商近五年进行了一轮较大规模的宽带接入网络升级改造，基本完成了DSLAM/LAN接入方式的退网改造，新增宽带业务基本实现了PON网络承载、FTTH/O全覆盖，有力支持了移动互联网、云计算、物联网等领域的业务创新。各运营商也以此为契机，陆续推出200M（多地市、多运营商）、500M（如北京联通、河北联通等），甚至1000M接入产品（如江苏电信、上海电信等），以此提升用户体验、增强市场竞争力。

另一方面，在网络应用层面，近些年IT、家电、安防等行业逐步融合的趋势推动了智慧家庭产业的发展，智能硬件、智能家庭平台发展迅速。

本文从业务发展、网络发展的角度研究宽带网络发展的驱动力，并对带宽大幅提升情况下如何高效组网，以及智慧家庭技术及应用进行分析，助力运营商网络演进和业务升级。

1 千兆智能家庭网络发展的驱动

1.1 行业驱动

近几年随着国务院“宽带中国”战略的实施，各大运营商纷纷推进光纤宽带覆盖建设和已有铜缆网络的光纤化改造，目前皮线光缆入户已成为运营商开展各类业务的接入资源基础。

为确保竞争优势、保持业务增收，各运营商纷纷发布千兆业务，提升品牌竞争力。如鹏博士率先于2014年10月推出“逸千兆”产品；电信在完成网络光纤化改造基础上，重点打造百兆至千兆能力，上海电信在2015年5月发布千兆示范小区，百兆用户可免费提速至200M；之后移动、联通各分公司陆续推出千兆产品，标志着宽带产品进入千兆时代。

1.2 智能应用驱动

随着网络通信技术、自动控制技术和音视频技术的发展，智能家居得以普遍应用，各类智能终端呈现指数式增长，给传统的家庭组网带来挑战。

智能家居涉及家庭宽带接入、物联网和智慧家庭应用等多个方面。对于运营商宽带而言，主要通过智能网关提供宽带接入以及业务的控制入口。在智能家居应用中，家庭安防中的视频监控、云存储等应用需要较高的上联带宽。

1.3 业务流量驱动

目前，宽带业务主要包括普通上网业务、互联网电视业务、OTT业务三部分。其中互联网电视业务又分为4K电视、高清电视和标清电视三种，对应的带宽分别按45M、10M、2.5M测算；OTT业务目前主要是基于互联网电视的宽带应用，其带宽与之相对应。

随着技术发展，未来宽带应用场景也会拓宽至各类更高带宽的视频应用，如8K TV、VR/VR+业务等，叠加千兆上网业务，可以得出未来（需结合各类应用的普及情况，大致需要3-5年）的带宽需求。

以某地运营商宽带业务的流量规划为例进行分析：

可以看出在该模型下，每用户平均峰值带宽为21.8M，建设百兆宽带接入网能满足用户带宽和Qos要求。

表1 某运营商宽带业务流量现状表

表2 未来宽带业务流量规划表

该模型假定视频业务包含VR（占比30%）、8K（占比50%）、4K（占比20%）等几种，千兆上网业务包含200M（占比20%）、500M（占比60%）、1000M（占比20%）。可以看出在该模型下，每用户平均峰值带宽为219M，需建设千兆宽带接入网方能满足用户带宽和Qos要求。

注：互联网电视流量=（4K×观看比例+高清×观看比例+标清×观看比例）×互联网电视用户占比×并发比；上网流量=上网业务带宽×流量占空比×并发率。

2 网络部署现状及演进

2.1 网络部署现状

随着近些年网络光纤化改造，接入网呈全部FTTH化趋势；现网OLT以G/EPON设备为主，近两年在新建区域和改造区域逐步出现了10G PON设备覆盖。

2.2 网络演进

EPON向10G EPON演进，2009年9月已经完成10G EPON标准制定（标准号为IEEE 802.3av）。IEEE 802.3av规定了10Gbit/s下行、1Gbit/s上行的非对称模式，和10Gbit/s上下行对称模式两种速率模式。

GPON演进分成了两个阶段∶

NG-PON1向10G GPON演进，该阶段标准号为G.987系列，又称为XG PON。其中，非对称系统（上行2.5Gbit/s、下行10Gbit/s）称为XG-PON1，对称系统（上行10Gbit/s、下行10Gbit/s）称为XG-PON2。非对称相关标准于2010年6月发布。

NG-PON2主要包括WDM PON、Hybirid PON（混合PON）等演进方向，标准号为G.988系列。WDM-PON采用光波分复用技术扩展带宽，Hybrid PON混合采用光波分复用技术和10G/40G、OFDM等高速电域技术扩展带宽。

PON技术演进路线如下图所示：

图1 PON技术演进路线图

两种主流的10G PON技术：10G EPON、10G GPON，及与EPON、GPON的几项关键指标对比如下表：

表3 现有PON技术的关键指标对比表

从表中可以看出，10G PON技术能够带来更大的上下行带宽和更高的分光比，是应对千兆级应用的首要技术选择。

3 千兆网络部署

3.1 10G PON演进方案分析

（1）10G GPON演进及共存方案

从前面PON技术的关键指标对比中可以看出，GPON和10GPON的上下行波长互不重叠，因此组网时可在ODN系统上行方向的前端增加WDM合波器，GPON和10GPON共用同一段光缆，但工作在互相独立的两个通道，原有ODN系统不需要其他任何改动。

图2 10G GPON演进及共存方案图

（2）10G EPON演进及共存方案

用户侧：由于10G EPON向下兼容EPON ONT/ONU，因此在用户升级时，直接将该用户所在的EPON口更换成10G EPON口；

ODN侧：从ODF到用户这一段ODN不需要变动，只需从ODF到OLT的尾纤插到10G EPON OLT口上。EPON和10G EPON下行波长没有波长重叠，但上行波长重叠，通过时分复用实现共用同一ODN。

图3 10G EPON演进及共存方案图

3.2 千兆业务部署实例

（1）现网宽带已覆盖区域

根据业务发展情况，对不满足业务接入速率需求的传统宽带网络进行改造：

非FTTH覆盖区域，需进行FTTH改造，分光比建议不超1∶8、OLT上行采用双路10GE板卡，以保证用户带宽；

现网FTTH覆盖区域，网络需进行下述调整：

1）OLT上行升级替换为双路10GE板卡；

2）分光比由原有的1∶64/1∶32降至1∶8以下（按50%并发率、满足200M业务需求测算）；

3）用户侧ONT需更换为支持千兆的终端。

图4 现网已覆盖区域部署分案图

（2）新建宽带覆盖区域

新建覆盖区域采用10G EPON技术进行FTTH覆盖：

新建用于10G PON的OLT应采用2×10GE上联，上联板卡应当至少选用2块2×10GE板卡；分光比建议不超1∶64（按50%并发率、满足200M业务需求测算）；用户侧采用10G PON ONT。

图5 新建宽带覆盖区域部署方案图

3.3 千兆网络模型及测算

（1）建设模型搭建

根据某运营商的现网覆盖情况，取小区户数720户（40栋×18户/栋）的模型；采用10G PON FTTH建设方式，采用两级分光，其中一级分光器位于小区机房/光交箱内、二级分光器位于各楼栋内；小区机房至各楼栋平均距离150米以内。

（2）投资造价分析

在上述模型下，涉及的网络建设内容包括：小区上联光缆及PON口建设，小区内光缆交接箱、配线光缆、分光器等建设；合计投资13.5万元，户均造价187元（由于设备、主材价格受合同影响较大，本分析数据仅供参考）。

表4 投资造价分析表

4 智能家庭技术分析

4.1 智能家庭网关结构及功能

家庭网关作为家庭网络到互联网的流量入口和运营商固网业务的落地设备，它能够在多个设备之间通过有线或无线技术共享网络接入，并能为用户提供存储、媒体共享和VoIP等多种业务。主要实现以下几方面的功能：

（1）远程访问和控制：可以远程访问家庭网络应用。

（2）智能连网：智能连网设备能通过无线通信技术接入家庭网络，并与家庭中的其他设备实现资源共享和协同，也可以经家庭网络访问外部网络。

（3）智能家居：家电和家居设施实现智能化，可设置权限通过家庭网络或互联网实现访问与控制。

（4）应用智能化：对用户而言，实现各种内容或应用的访问和使用；对运营商而言，实现对家庭网络安装、管理、升级和业务发放的智能化。

4.2 智能家庭网关应用分析

（1）家庭网络中心：家庭中所有的网络流量入口及汇集功能，包括内部流量和连接到互联网的流量。

（2）家庭媒体中心：通过内置硬盘、提供USB接口、支持下载功能，实现各种音视频、图片和文件存储，实现家庭媒体中心的功能。

（3）智能硬件控制中心：以智能家庭网关为中心，各种智能硬件设备均与之相连，实现智能家居、智能安防等控制。

5 结束语

在宽带中国战略推动下，网络带宽大幅提升至千兆级，各种智能家庭应用不断涌现，呈现网络和业务的良好互动。本文通过分析千兆接入网部署策略和智慧家庭技术与应用分析，助力运营商网络演进和业务升级。