基于智慧家庭应用的组网方案

江小平

（中国电信股份有限公司东莞分公司，广东 东莞 523123）

0 引 言

智慧家庭是以高带宽网络为基础，综合运用云计算、大数据、物联网等技术，通过感应与控制技术实现家庭设施的智能化联动，满足用户智慧化的家庭生活方式。智慧家庭已成为智能领域的发展重点，电信运营商、家电及终端企业等产业链各方均在积极布局，意图在智慧家庭这个蓝海市场中抢占先机。中国电信在网络建设和运营以及家庭客户服务的多触点方面的经验，有利于在智慧家庭产业链中发挥优势。智慧家庭的发展将呈现出业务多元化、终端多样化、管理智能化等特征，对支撑网络的承载需求提出了更高的要求。扩大高速宽带网络及移动网络覆盖，提升家庭网络接入能力，是推动智慧业务发展的基础保障[1-2]。

1 智慧家庭主要应用场景

智慧家庭发展进程分为3个阶段：第1阶段为单品智能化，聚焦产品重在培养智能单品使用习惯；第2阶段为多智能产品互联阶段，聚焦场景实现智能场景的转换；第3阶段为系统化智能阶段，聚焦用户、体现个性化和全屋设施的智能协同。目前第1阶段的产业发展方兴未艾[2-3]。

1.1 智慧家庭单品应用

AI语音技术在智能终端和传统家电领域的应用，使得智能单品的种类和体验更加丰富，“万物互联”进入发展快车道。智能控制类比如智能音箱、万能遥控器、多功能网关；智能安防类比如智能摄像头、智能门锁、传感器；智能家居类比如智能电视、智能家电、智能灯泡、智能插座、智能窗帘、扫地机器人；家庭娱乐类比如高清音视频、AR/VR游戏等。

1.2 智慧家庭场景化应用

通过智能单品培养用户使用习惯并完成用户积累，加之AI语音助手的增强、智能设备的不断推出，智慧家庭人机交互模块构建系统逐步形成。随着交互方式的多元化，任一智能设备都可能成为交互接口，去网关化、去中心化使得家庭中心消失，向区域场景过渡。

游戏娱乐方面：在重大新闻事件、体育比赛、演唱会和发布会等大型全景视频直播活动中，借助VR技术及头戴设备，在家收看也能获得亲临现场的虚拟现实体验。通过与“电视陪看机器人”智能互动，可以获得多人一起看电视时的感受，避免独自看电视时的孤独感。

家居医疗保健方面：物联网技术在医疗保健行业的深入运用，正在延伸现在居家护理和求医问诊的服务方式，也即在家也可以方便地享受到医院等传统的医疗环境的便捷服务。当然，目前人们的接受程度及AI助手的技术局限在一定程度上限制了家居医疗保健的使用范围，仅限于风险较低的护理服务，比如远程监测在家患者的治疗、休养状况，通过智能护理应急响应系统，使得被护理人在紧急情况下只需一个按键便能呼救[4-5]。

1.3 智慧家庭系统化应用

AI正在语音和视像技术方面突飞猛进，智能产品的细分场景越来越丰富，并从细分场景向整体方案、系统化集成等方向发展。AI技术在越来越多的设备上得到应用，智慧家庭产业链将在智能化的趋势下完成迭代升级。

通过硬件设备的自动化集成，智慧家庭应用逐步向家居自动化、节能控制、系统集成方向拓展，转型为数字化运营控制。聚焦用户的系统化智能时代，注重个性化舒适体验和全屋设施的智能协同。如通过手机终端在外也能方便监控家中，查看家庭数据中心等；设置雨天自动关上窗户，查看冰箱存货情况及时补充，到家之前预先打开空调；在家起床后窗帘自动打开，走进客厅电视打开，智能镜子会检测人们的身体健康状况、出门自动关灯等。这些都将为用户提供更完善的智慧家庭体验。

2 智慧家庭网络建设方案

2.1 网络需求分析

随着智慧家庭新业务、新应用的日趋丰富，对接入家庭的网络速率要求也将越来越高[6]。几种主要智慧家庭业务的带宽要求见表1。近期智慧家庭业务对接入带宽要求应不低于100 Mb/s，中远期接入带宽要求应不低于1 000 Mb/s。

表1 几种主要智慧家庭业务的带宽要求

智慧家庭业务的应用与网络能力是密不可分的，运营商应把握好网络建设与业务拓展的时机。千兆宽带、千兆5G及千兆WiFi的“三千兆”网络组合，可实现室内室外、有线无线的全场景、全触点、无缝覆盖的“沉浸式千兆体验”。

2.2 千兆宽带网络建设

目前10G PON主要有10G-EPON及10G-GPON两种技术，工程建设上可对现网PON网络进行改造或新建ODN网络[7-9]。

（1）对于原EPON小区，OBD分光比大都为1∶64，主要提供100M/200M的宽带。主要通过对现网改造或新建10G-EPON PON口：依据OBD端口冗余度，ODN网络利旧或者新建。实现场景为EPON和10G-EPON ONU共存于同一ODN网络，10G-EPON PON口兼容原EPON下带的ONU。10G-EPON OLT可以兼容现网EPON终端，原EPON端口下带用户可以割接到10G-EPON端口。

（2）对于原GPON小区，OBD分光比大都为1∶64，主要提供200M/500M的宽带。主要通过用Combo PON板卡替换现网的GPON OLT上的板卡。在Combo PON板卡上可实现GPON和10G-GPON的共存，一个Combo端口向下兼容多种ONU，实现GPON和XG-P0N混合组网，以及GPON向XG-P0N平滑演进。ODN网络利旧，用户终端根据后续实际需求更换。

2.3 5G网络建设

5G网络可采用独立组网（SA）或非独立组网（NSA）。NSA是基于4G网络在高流量4G基站区域部署5G系统，通过双连接方式实现5G与4G联合组网；有利于运营商在5G建网初期快速、高效推进5G信号覆盖。SA组网具有独立、完整的5G无线接入网和核心网功能，支持网络切片、边缘计算等5G新特性，在eMBB、低时延、高可靠等多种场景的灵活应用，从而满足垂直行业的差异化需求，是未来5G商用网络发展的长远目标[10-11]。

SA的主要优势为一次性建网，5G与4G无线设备不要求是同厂商；支持5G新特性，拓展垂直行业更方便。NSA的主要优势为建网初期网络新建，改造难度相对较低，在5G未达到连续覆盖时，网络使用感知略优。国外运营商在建网初期也大多首选NSA。NSA与SA建网相关指标对比见表2。从建网成本及网络平滑升级考虑，5G网络与4G网络将长期共存，并协同组网实现4G网络逐步向5G网络过渡。

2.4 智慧家庭千兆WiFi网络

家庭网络的技术实现方式主要有3种：有线接入、电力载波接入和无线接入。其中应用最广泛的无线方式的传输协议主要有ZigBee、WiFi、蓝牙等。几种智慧家庭无线传输协议的技术指标见表3。几种无线传输协议将长期共存于智慧家庭中，实现短距离通信和数据传输，构建家庭网络，提供智能服务[12-13]。

表2 NSA与SA建网相关指标对比

表3 智慧家庭无线传输协议的技术指标

ZigBee协议具有传播距离近、低功耗、可自组网等优点，缺点是穿墙能力弱，适用于自动控制和远程控制领域，主要用于家庭自动化，比如智能开关、传感器、灯和安防等。蓝牙协议具有低功耗的优点，缺点是传输距离近，无法进行组网；在多种智能家居产品中使用普遍，如智能开关、家庭门锁、窗帘、灯光照明等。WiFi是生活中最常见的无线协议，传输速率高，缺点是功耗大、穿墙弱。在一些无线传输大数据的智能单品上应用，如电子门铃和摄像头等。三种无线协议，各有优缺点，现阶段可结合家庭具体使用的智能家居及终端来选择合适的无线通信协议。为避免不同智能单品的无线协议不同或厂家不同等产生的不兼容的问题，兼容多种无线协议的智能平台也已应运而生[14-15]。

从“双千兆”到“三千兆”网络的实现，解决了家庭中手机、智能家居、机顶盒等各种终端设备能在任意位置高速连接网络，是智慧家庭实现系统化智能的关键。通过智能组网，千兆WiFi无线信号能轻松覆盖居所内各个角落，使用户全屋设施的智能协同和场景转换有了可靠的网络基础。

为全面满足用户的网络接入及应用需求，东莞电信推出了2 000个智慧工程师免费上门的一对一服务，向用户提供WiFi检测、组网设计、施工服务等一站式全屋WiFi解决方案，定制家庭千兆WiFi个性化方案。现阶段百兆/千兆网络较好地满足了用户天翼超高清、天翼云游戏、天翼看家、智慧家居等智慧家庭业务的接入需求。

3 结 语

网络技术的发展进步、信息化技术的大力应用和宽带中国战略的落实，智慧化信息服务正在进入千家万户。智慧家庭作为新兴竞争行业，国内外电信运营商及生态链的各方都在积极拓展其市场空间。本文针对智慧家庭3个阶段的主要应用场景，对几种主要智慧家庭业务的带宽需求进行了分析和预测，提出满足智慧家庭业务需求的“5G+宽带+WiFi”的“三千兆”网络建设方案，并在智慧工程师上门一站式全屋WiFi解决方案实践中，百兆/千兆网络能很好地满足现阶段的智慧家庭业务需求。未来网络的发展具有大容量、智能化、多业务的特点，5G大规模商用后，智慧家庭业务的发展有望迎来重要增长机遇。