千兆网络发展背景下FTTR技术发展与应用研究

2021-02-25陈平聂赵之健王修雄

通信电源技术 2021年17期

陈平聂，赵之健，王修雄

（1.中讯邮电咨询设计院有限公司，北京 100048；2.北京电信规划设计院有限公司，北京 100048；3.中讯邮电咨询设计院有限公司广东分公司，广东广州 510627）

0 引言

基于5G技术和ICT基础设施的信息网络是ICT基础设施的关键支撑，固定通信的网络连接主要由光纤网络进行提供，光纤网络同时也是数据中心、5G通信技术以及物联网技术信息通信的基础。在我国“宽带中国”和“光进铜退”战略的推动下，我国不断加强并完善光改工作，目前已经圆满完成第一次光改工作，千兆光网作为第二次光改工作的核心也正在稳步推进。2021年成功召开“中国光网络研讨会”，千兆光网再次成为人们关注的重要发展方向[1]。

1 千兆光网发展需求及发展趋势

就光纤建设情况而言，我国光纤业务的渗透率和普及率与欧美等发达国家相比更高，同样大幅领先于世界平均水平。传统的家庭内部组网一般由用户或者是装修工作者进行设计实施，专业性不足引起WiFi设备安装位置不合理和预埋网线质量差等问题，在家庭网络承载能力方面的直接体现就是其承载能力不足，导致用户使用的网络速率和签约宽带的速率相差甚远，家庭内部宽带体验较差[2]。研究者和工作者指出目前家庭网络建设的痛点和难点主要集中在以下两个方面。

1.1 家庭WiFi覆盖难、易受干扰

光纤到户的建设中往往只能到用户的客厅或者弱电箱，这样就导致最终规划的WiFi覆盖范围有限，并且存在较多盲点。一般用户房间较多，WiFi在穿透每个房间墙壁时会导致性能下降，出现时延较长与连接不稳定的情形。

1.2 传统布线不可靠、升级难

目前，我国网络建设中应用最普遍的是百兆（100 Mb/s）网络，传统网线还存在网线、电话线以及同轴线三线并行的情况，网线较粗且施工复杂。另外使用寿命较短，只有10年左右，如果线路出现腐蚀情况还会影响网线传输速率。因此，千兆网络升级改造中不能直接利用现有网线，需要对90%以上的网线进行更换。这也成为了发展瓶颈，需要在介质方面做更多努力和工作[3]。

2 千兆网络背景下FTTR技术的发展

前面分析指出目前很多宽带仍然采用电话线、网线以及同轴线的三线并行线，华为在FTTR建设中引入光纤取代了传统的三线并行线，利用光纤进行WiFi组网，同时利用华为星光智能光猫实现光纤和路由器二合一，对家庭网络和带宽进行升级，也给用户带来了更好的体验[4]。和传统组网相比，华为提出的FTTR技术具备典型优势和亮点。

2.1 全屋超千兆覆盖

华为FTTR技术充分利用了160 MHz超频宽技术，有效保障了WiFi的辐射和覆盖，实现千兆WiFi在每个房间的全覆盖。能够实现全屋超千兆覆盖的FTTR技术还具有可升级性，在技术更新迭代的背景下，能够充分利用新技术和新手段升级到更高的传输速率，为用户提供更高传输速率保障。

2.2 WiFi连接瞬间切换

传统WiFi网络在不同房间中传输时，可能会出现传输速率减弱等问题。而华为FTTR技术支持的WiFi连接能够实现房间全覆盖，且信号辐射和传输效率极高，能够提供极佳的用户体验，保障用户在使用WiFi时不会出现网络波动衰减的情况。例如，视频会议、微信电话以及游戏切换时，使用传统WiFi可能会因网络波动出现网络中断的情况，但基于FTTR技术支持的WiFi完全规避了这种情况[5]。

2.3 FTTR方案施工更便捷

华为提出的FTTR全光房间方案，其施工方案十分便捷，能够实现2～3 h完成室内布线，简单、节省人力和成本。芯片技术在FTTR方案中的应用提升了FTTR组网的智能化，为智慧家庭构建提供了可能，另外智能休眠机制在FTTR中的应用还极大地提升了FTTR全光房间组网的节能性。

3 FTTR技术对千兆网络发展的意义

3.1 千兆光网和5G互相补充，互相促进

我国千兆光网建设和5G建设均在如火如荼地进行，两者相互协同，相互促进，积极影响并潜移默化地改变着人们的生活。在5G通信网络和千兆光网快速发展的高速期，两大技术也不断成熟，如何实现两者协同发展，也成为人们以及业界共同关注的问题。5G通信网络和千兆光网均具备千兆接入能力，并且两大技术均具有超低时延、超大带宽、可靠稳定、先进的特征，但又具备其自身的专有属性。千兆光网连接中一般采用固定光纤，保证了其具有强抗干扰性能、大传输带宽，在复杂环境和室内均具有很好的应用性。5G通信网络不断完善，逐渐由商用拓展到其他领域，具备方便易用、灵活性高等优势。如果将两种技术相互协同、补充和促进，对于各行业、各领域发展均有裨益[6]。

5G网络的发展也推动千兆网络不断升级改造。两大技术协同，共享基础设施，充分发挥各自优势，优势互补，能够满足不同场景、不同行业对网络的不同需求[7]。同时，千兆光网和5G技术各自的发展还能够推动另一技术的革新，同时相互协同融合，希望最终能够实现固定网络和移动网络深度融合的新局面，形成以建促用、建用并举的良好发展循环[8]。

3.2 FTTR加速智能化和数字化转型

在FTTR技术创新和政策利好推动下，未来一段时间内我国超过50%的家庭和用户将接受并应用FTTR，这也必将带来千亿级甚至万亿级智能家居和数字应用市场。从家庭的智能应用到企业园区的办公网络，若采用FTTR技术，将能够真正实现网络全覆盖，使网络覆盖到每个办公室、每个房间、每个宿舍，构建高品质宽带体验，为新一代数字家庭、数字企业提供可能[9]。

4 千兆网络发展背景下FTTR全光网络建设方案

基于千兆网络和FTTR构建“城市大脑-社区小脑-智慧家庭”三位一体的智慧管控平台，能够为城市多维度服务一体化、物联网一体化、数据一体化以及管理一体化的实现提供支持。通过FTTR组网方案能够解决传统网络建设中存在的很多问题和不足，实现网络的全方位提升[10]。

当前通信网络建设中的关键信息载体是光纤，光纤的应用保证了通信网络具备传输距离远、容量大以及抗干扰能力强等优势。本文在研究中一共提出了如图1所示的4种部署方案，几种部署方案均基于不同的传输协议和传输介质，因此其最终的稳定性及带宽也具有差异。

图1 FTTR全光网络技术方案

WiFi中继组网方式的建设基于802.11协议，该种组网方式极易受到环境的影响，网络传输速率衰减迅速，稳定性也相对较差。电力线组网方式是在G.hn协议基础上构建的，该种组网方式中引入链路共享机制，因此可能引发多设备组网性能劣化，在大带宽数据传输中适用性较差。网线组网方式是在以太网协议的基础上构建的，该种组网方式对网线品质要求较高，目前室内预埋网线的方式传输速率最高仅能达到100 Mb/s，无法满足用户对高速率和高性能的要求。全光组网方式是在PON协议基础上构建的，其传输介质采用光纤，因此具有可靠性高和运维协议成熟的特征，在未来家庭、社区等场景中具备很好应用性。

FTTR全光网络架构如图2所示，其包括边缘ONT、FTTR光网关、配套光纤组件。

图2 FTTR全光网络架构

边缘ONT主要用于连接用户设备，家庭千兆光网用于连接边缘ONT和FTTR光网关。基于匹配业务发展需求和功能需求，边缘ONT能够提供高质量保障与便捷接入方式。FTTR光网关作为新的网络设备类型，应用于边缘ONT和运营商网络、家庭网络管理平台之间的连接，为保证网络传输效率，该连接同样需要千兆网络支持。FTTR光网关在组网中的应用，保障了组网方式的灵活性。配套光纤组件包含光插座、蝶形光缆、预制小微连接头的线缆、光扩展器（分光器）以及室内终端盒（Access Terminal Box，ATB）等。

FTTR全光网络的最终目标主要集中在以下3个方面。第一希望能够实现超千兆，即WiFi在用户房间应用中的传输效率能够超千兆；第二希望易升级，基础设施能够一步到位，在后期带宽升级中不需要再对设备进行升级，也无需对组网架构进行更改，即使是10G、100G带宽仍具有良好应用性；第三是希望能够实现智运维。FTTR组网中应用光纤，并且将WiFi和光纤进行融合，能够真正实现WiFi的无缝漫游以及整个家庭智能网络。结合计算机技术、智能终端技术搭建相应的手机App，实现对整个网络的智能运维和管理。