以千兆级应用为基础的智能家庭宽带网络部署研究

付小高，习建新

（北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100070）

1 以千兆级应用为基础的智能家庭网络发展的驱动力

1.1 行业发展

通过分析目前的宽带市场的实际情况发现，皮线光缆入户已经是各个运营商开展业务的直接接入资源。为了提高自身竞争力，促进业务能力和水平的提高，各大基础运营商在当前宽带市场中，不断地推出千兆业务，从而提升自身竞争力与品牌力。比如中国电信在全面推广千兆宽带业务，进行光纤升级改造，投入较多的人力、物力建设100～1000 Gbps容量的宽带系统，上海电信率先在2015年5月，开始实施千兆宽带示范区的建设，对于百兆宽带的老用户来说，其速率可以直接提高到200 Mbps；随后，中国移动、中国联通等运营商开始全面推出千兆级的宽带升级产品，这也意味着，我国的宽带网络已经步入到千兆时代[1]。

1.2 智能应用发展

智能家居建设涉及的内容较多，包含宽带接入、智能家居产品入户、物联网等多个层面。宽带运营商在系统建设中，会为用户提供宽带接入口、智能网关接口、业务控制端口。随着智能家居向家庭层面的融入，其应用了大量的先进技术，如在家庭安防系统中应用了监控、云存储等技术，这些技术的实施均需拥有更高速率的上联带宽作为支撑[2]。

1.3 业务流量驱动

当前阶段，各大运营商所提供的宽带业务包含普通上网、互联网电视、OTT三部分业务。在主要业务中，互联网电视包含4K、高清、标清等三种业务，相应的宽带业务按照45 Mbps、10 Mbps、2.5 Mbps展开测试计算；依据互联网电视宽带应用所催生的OTT业务需要确保宽带可以提供相应的支撑。随着技术的不断升级，宽带业务的应用场景也得到了拓展，如在8KTV、VR/VR+等业务中，对千兆上网业务进行了叠加。

以某地某运营商的宽带业务流量现状及未来规划作为数据基础（见表1、表2），可以直观地获得如下结论：基于现有模型，用户的平均带宽峰值为218 Mbps，百兆带宽接入网的建设，可以满足用户带宽与服务质量的要求。在现有模型假设之中，假设视频业务包含VR、8K、4K等几种类型，千兆上网业务包含200 Mbps、500 Mbps、1000 Mbps。在如图表所示模型之中，用户的平均带宽等值为219 Mbps，原有的百兆宽带难以满足其需求，因此需要提供千兆级的宽带接入，以满足用户对于带宽与服务质量的要求[3]。

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

2 网络部署现状及演进

2.1 网络部署现状

近年来，我国对宽带网络在不断进行光纤转变，升级与改造逐步进行，接入网开始不断地向FTTH发展，现网OLT以G/EPON设备为主，而近年来新建设或者升级改造系统内开始全面应用10GPON设备[4]。

2.2 网络演进

EPON发展到10GEPON，并于2009年9月完成了IEEE802.3av的10GEPON标准。IEEE 802.3av提出了两种速率模式，分别为下行10 Gbps、下行1 Gbps的不对称模式，以及10Gbps上下对称模式。

GOPN的演进可以划分为两个阶段：

NG-PON1发展到10GGPON，即G.987系列，也被称作XGPON，在系统之中，不对称系统称之为XGPON1，其上下行的数值分别为2.5 Gbps和10 Gbps；对称系统也被称作XG-PON1，其上下行数值均为10 Gbps，在2010年六月颁布了非对称的相关标准。

NG-PON2主要含WDMPON（无光源网络）、HybiridPON（混合PON）等不同种类的演进方向，标准号为G.988。WDM-PON对带宽的拓展是依托于光波分复用技术所实现的，而HybridPON则是利用OFDM技术以及10 Gbps/40 Gbps等高速电域技术对带宽进行扩展[5]。

PON技术研究的路线可通过图1进行展示。

图1 PON技术演进路线图

现阶段两种主流的10GPON技术，其相关的关键性指标对比见表3。

表3 现有PON技术的关键指标对比表

从上述表中可知，使用10GPON技术，将为宽带网络的运行提供更高的上下行带宽及分光比，因此在进行千兆级应用时，对这一技术进行优先考虑。

3 千兆网络部署

3.1 10GGPON演进方案阐述

3.1.1 10GGPON演进以及共存方案

通过对各项PON的指标展开分析可知，GPON与10GPON，两者在上下行波长方面没有重合的情况。因此，在组网环节，可应用ODN系统上行方向的前端设置，增加WDM合波器，安排GPON与10GPON同时使用一段光纤线路，但在使用时应布置在独立运行的信道中，这样，对原有结构的ODM不需要进行修改和调整[6]。

3.1.2 10GEPON演进及共存方案

该部分需要考虑两个内容，首先是用户端，因10GEPON可以向下兼容至EPONONT/ONU，所以当用户进行升级时，可以将其EPON端口直接替换为10G端口；其次是EPON口，在ODN端，ODF与使用者之间的ODN部分无须更改，仅将ODF与OLT之间的连接线插入10GEPONOLT端口即可。EPON与10GEPON的下行波段不重叠，而上行波段交叠，可通过利用时分多路传输技术实现了相同的ODN。

3.2 千兆级应用的宽带网络部署案例

3.2.1 现有宽带的覆盖区

根据已有的宽带业务发展的实际需求，需要对满足业务接入速率的传统宽带网络部分进行改造。对FTTH并未全覆盖的区域，需进行FTTH的改造，其分光比应控制在1：8以内，在OLT上行段，可通过试用双路10GE板卡来保障用户带宽；而对于FTTH已经覆盖的区域，也需做出调整，一是将OLT上行更换为双路10GE板卡；二是将分光比从原有的1：31/64下降至1：8的范围之内（依照并发率数值为50%，业务需求为200 Mbps进行测算）；三是将用户端的ONT更换为可以支持千兆的终端设备。

3.2.2 新建宽带覆盖区域

对于原有宽带尚未被覆盖的区域，在新建时需采用10GEPON技术进行FTTH覆盖。

在新建设的用于10GPON的OLT部分，需要的上联数值为2×10GE，最少需要两块这一数值的上联板卡；此外，其分光比以并发率数值50%，业务需求量为200 Mbps进行计算并控制在1：64之间；用户端网络需使用10GPONONT[7]。

3.3 千兆网络模型及测算

3.3.1 建设模型搭建

分析运营商目前的网络系统结构，了解覆盖范围的情况，选取720户小区（40幢×18户/幢）为样本；在该宽带系统内，应用10GPON FTTH进行网络体系的搭建，分光系统选择二级，一级位于每个单元的机房或者光交箱之中，而二级则位于每个单元的单独楼栋之内；从单元机房到每个楼栋的间距需控制在150米之内。

3.3.2 投资造价分析

基于上述模型，其涉及到网络建设内容及造价如表4所示，总投资约为13.5万元，分摊到户为187元，由于设备、耗材等随着市场变动而波动，所以该方案只作为建设参考[8]。

表4 投资造价分析表

4 以千兆级应用为基础的智能家庭宽带应用技术分析

4.1 网关结构及其功能

其一，远程访问与控制。利用家庭网关能够进行家庭网络的远程访问，并控制系统的运行。其二，智能联网。在智能网络入户过程中，想要实现设备的智能化水平，需依赖无线网络技术与家庭网关进行网络连接，也要依托网络与设备完成资源共享，完成协同控制；此外，家庭网络需具备访问外部网络的功能；其三，智能家居。利用家庭网关，确保智能化设备均可以实现智能化功能，通过设置设备的相关功能及其网络权限，可通过家庭网关与互联网应用，直接访问、控制设备。其四，应用智能化。从用户角度出发，利用家庭网关进行联网内各项内容和应用的访问；从运营商角度分析，利用家庭网关能够进行家庭网络的安装、管理，并且可以升级服务，满足用户对于各项业务的使用需要，及时升级改造，达到智能化发展的要求。

4.2 智能家庭网关应用分析

一是家庭网络中心在家庭之中可以将所有网络的流量入口汇总，包含内部网络使用及外部网络的访问流量；二是家庭的媒体中心：利用外部设备，如内置硬盘、USB接口支持下载等功能，将网络中的图片、音频、视频存储到设备内，也可以按照用户的设置播放指定的内容，达到家庭媒体中心的功能需求；三是智能设备的硬件控制中心，基于家庭网关的联通性，各类智能家居设备与智能家庭网关进行相互联系，以实现智能家居应用和智能安防等控制功能。

5 结束语

随着居民对生活质量要求不断提高，智能终端的普及效率也在增加，智能家庭的建设越来越普遍。未来必然会有更加广阔的使用空间，让网络部署发展以及智慧家庭技术更加有效地应用，进而推动我国智能化产业全面发展。■