智能FTTR业务应用创新关键技术研究与实践

谭 明，王九九，马永亮，廖 慧，任灿丽（中国联合网络通信集团有限公司，北京 100033）

1 千兆光网发展需求及发展趋势

光纤接入网是我国数字经济发展战略的重要组成部分，也是构建电信运营商全业务竞争优势的基础。从2013年起，我国政府出台了多项政策，包括“宽带中国”“提速降费”“通信业十三五发展规划”等，加大对通信基础设施建设的扶持力度，推动运营商加大对光网络的投资。2021 年的政府工作报告明确提出要“加大5G 网络和千兆光网建设力度，丰富应用场景”，工信部发布的《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021—2023 年）》进一步明确了“双千兆”网络建设目标及任务，光纤宽带已成为国家层面的重要战略。同时，随着数字经济的加速发展，8K 视频、在线教育、家庭康养、网络游戏、云VR、在线办公、智能IoT 等新兴业务呈现出高品质化的趋势，使得家庭和中小企业对带宽的需求日益增加［1］。对此，电信运营商在加速推动“双千兆”的落地工作，构建千兆网络基础底座的同时，开始全面深度思考如何构建高质量的宽带精品网，以满足用户对高品质网络体验的需求。

2 家庭网络现状及存在问题

据统计，目前国内家庭网络业务通过Wi-Fi 接入的已超过94%，而90%以上的家庭流量也源自Wi-Fi。因此，Wi-Fi 已成为家庭的刚性需求，家庭Wi-Fi 的质量也成为制约家庭用户网络感知的重要因素。然而，用户使用家庭宽带业务时却遇到许多体验不佳的情况，例如在线教育灰课（例如VIPKID 灰课率达到19%）、视频卡顿（例如某省IPTV质差率达到3.6%），远程办公掉线（掉线率达到15%）等问题。经分析，家庭网络质量不佳是用户投诉的最主要原因，根据中国联通部署的智能板卡统计数据，家庭网络质差占比达到96.55%，其他原因包括光缆线路、传输链路、内容源等问题。

如图1 所示，在家庭网络质差因素中，室内Wi-Fi质量不佳的问题较为突出，占比60.62%，部分用户存在室内Wi-Fi 测速远小于签约带宽的情况，尤其是对于大户型和别墅的网络覆盖来说，Wi-Fi 带宽不足、覆盖差等问题导致宽带业务频繁卡顿，用户体验差，已经成为用户的主要投诉点［2］。

图1 家庭网络质差问题

目前用户家庭网络还存在室内网线和百兆路由设备老旧不合格，以及内网设备多方集成、互连接口及配置不规范等问题，这些问题都会影响网络的实际速率和质量［3］。特别是在中大型户型的家庭中，还存在Wi-Fi信号覆盖差、干扰严重等问题，影响用户网络体验。

上述问题说明，虽然千兆光网正在加速发展，但不可否认的是，千兆入户易、百兆入房难，“最后十米”的家庭网络用户体验仍然存在瓶颈［4］，要真正实现“数字家庭”，需要端到端高质量的光纤网络，电信运营商网络建设的关注重点将由“最后一公里”发展到“最后十米”。而从宽带网络自上而下来看，越靠近用户终端，“不匹配”问题越严重，如图2 所示。因此，要保障用户网络体验，重点是要改善用户家庭内部网络，提升房间内的Wi-Fi质量。

图2 “漏斗”模式家庭组网

3 FTTR技术方案

3.1 FTTR组网架构

FTTR 是一种全新的家庭网络技术，为上述问题提供了一种较好的解决方案。FTTR 技术通过将光纤资源从户内配线箱进一步延伸到户内房间信息点［5］，使传统的光纤入户进一步升级为光纤接入到每个房间，通过全光传输的组网方式，为家庭提供全新的千兆网络覆盖解决方案。

FTTR 组网结构由主光猫（网关+路由）、从光猫（路由）、光网络和C 系统中间件（网络管理平台）4 部分组成。其中，主光猫位于OLT 与从光猫之间。在配线箱或家庭关键位置部署FTTR 主光猫，以主光猫为核心，通过分光器和单芯双向传输光纤，组建成FTTR的家庭光网络。FTTR 主光猫上行通过XG（S）-PON或10G EPON 连接OLT，下行通过光纤、分光器进入到每一个房间，连接各房间的从光猫，主光猫除基础的网络功能外，还需对所有从网关进行统一管理和配置；从光猫满足各类终端的千兆带宽接入需求，分布于各房间，为用户提供Wi-Fi 6 无线接入和千兆有线接口，由主光猫进行统一配置和管理［6］。FTTR 技术组网方案如图3所示。

图3 FTTR技术组网方案

C 系统中间件位于主光猫硬件内，负责采集家庭网络信息并汇总整理，然后上报至C 系统智能管理平台，从而全面实现对家庭千兆网络的运维管理。C 系统架构如图4所示。

图4 C系统软件结构

3.2 FTTR组网技术特点

FTTR 组网技术与传统组网技术方案相比，在特定参数和特性上也表现出一定优势，如表1所示。

表1 FTTR组网技术与传统组网技术比较

另外，FTTR组网技术具有四大技术特点。

a）全屋超千兆全覆盖。采用Wi-Fi 6 技术，Wi-Fi 6 作为目前应用最广泛的Wi-Fi 标准，支持2.4 GHz和5 GHz 双频MU-MIMO［7］，具备160 MHz 超大频宽，有效保障了Wi-Fi 的辐射和覆盖，实现千兆Wi-Fi 在房间内无死角全覆盖，保障通信不间断、视频不卡顿。同时，还易于升级，在技术进一步更新迭代的情况下，能够充分利用新技术手段进行平滑升级，为用户提供更高传输速率的服务。

b）Wi-Fi 连接瞬间切换。传统的Wi-Fi 网络在不同房间之间传输时，会因为Wi-Fi信号的衰减，出现传输速率降低和网速变慢等问题。而FTTR 组网方案通过部署1拖N个Wi-Fi 6智能光猫路由一体机的方式，支持N个Wi-Fi 热点连接和256 个以上的智能设备同时上网［8］，支持无线漫游功能，能够实现房间无死角全覆盖，且信号辐射和传输效率极高，能够为用户提供极佳的网络体验，确保用户在使用Wi-Fi 时不会出现网络波动和速率衰减的情况。例如，在进行视频会议、微信电话以及游戏切换时，使用传统的Wi-Fi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Wi-Fi可完全避免这种情况的发生［9］。

c）装维实施更便捷。FTTR 全屋光Wi-Fi 组网方案具有施工十分便捷、简单，节省人力和材料成本等优点。光纤全连接支持“明暗”部署，以暗管穿线为主，明线使用隐形光纤敷设无需穿墙打洞，也可以达到近似无痕的效果，确保美观、环保，使用户易于接受［10］。同时，光纤本身具有轻柔，不氧化、不腐蚀、不受电磁干扰等特性，使用寿命长，其带宽可以持续演进到100 Gbit/s 以上，能够满足未来高带宽业务的需求［11］。

d）掌上管控全智能。手机APP可实时监控Wi-Fi状态，实现Wi-Fi 状态随时可视、Wi-Fi 质量问题快速诊断等功能。同时，可以通过APP 随时管控家中的网络情况，实现防蹭网、防入侵、绿色上网、孩子上网管控等功能，用户可实时监控家庭Wi-Fi状态，畅享科技带来的智慧生活。

4 FTTR组网模式分析

FTTR 组网方案包括点对多点（Point to Multi Point，P2MP）及点对点（Point to Point，P2P）2 种组网模式。P2MP 模式下，FTTR 主设备仅包含一个光口，通过无源分光器扩展多个从设备，当从设备数量大于1时，需要增加分光器。P2P 模式下，FTTR 主设备具备多个光口（4 个），当主设备与从设备直接通过光纤连接，安装IPTV 时需要加装有源的光电转换器件，当从设备数量大于4 时，需要增加有源光交换机对从设备进行扩展。2 种组网模式均不需要改造上层网络。P2MP架构如图5所示，P2P架构如图6所示。

图5 P2MP架构

图6 P2P架构

本文从速率感知、装维复杂度、终端成本及产业共识等4 个方面对以上2 种组网模式进行了对比分析。

4.1 速率感知对比分析

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为900 Mbit/s，且需要技术方案升级支持；P2MP 方案漫游切换时延为20 ms，并支持有序调度。因此，P2MP 模式的速率体验更优。

表2 速率感知对比

4.2 装维复杂度对比分析

从装维复杂度的角度来看，2 种组网模式各有优劣。在1 主+1 从的组网方式下，2 种模式都可通过光纤直连从设备；在1 主+2/3/4 从的组网方式下，P2MP模式需要增加无源分光器；而在1 主+5 及以上从的组网方式下，P2MP 模式需要增加无源分光器，P2P 模式需要增加有源光交换机。对于IPTV 组网，P2P 模式在连接IPTV 时需增加有源的光电转换器，而P2MP 模式则可以通过电口直连机顶盒。装维复杂度对比如表3所示。

表3 装维复杂度对比

4.3 终端成本对比分析

从终端成本角度来看，P2P 模式更具优势。在1主+1从+IPTV 的组网方式下，采用P2P模式，可以节省约10%的成本（约100 元）；在1 主+2/3/4 从+IPTV 组网方式下，采用P2P 模式，可以节省约8%的成本（约120元）；在1主+5及以上从+IPTV的组网方式下，采用P2P模式，会增加约12%的成本（约240 元）。终端成本对比分析如表4所示。

4.4 产业共识分析

在产业共识方面，P2MP 模式已经在运营商、设备商和产业标准方面形成了产业共识，而P2P 方案目前暂无行业标准和规范。在国内，只有广东、江苏移动进行了试点应用，而在国外，只有Nokia 正在研究相关标准。

4.5 小结

综合以上对比分析，P2MP 组网模式在用户体验和产业共识方面具有优势。在装维复杂度方面，2 种模式各有优缺点。而在终端成本方面，P2P 组网模式可以节省约100 元/每户。FTTR P2MP 与P2P 组网模式对比如表5所示。

表5 FTTR P2MP与P2P组网模式对比

5 FTTR业务应用前景

在迈向数字化和智能化的进程中，家庭数字化是至关重要的场景，也是推动数字经济发展的重要支柱［12］。FTTR 是未来10 年光网的“二次革命”，是家庭宽带发展历程中具有划时代意义的解决方案［13-14］。它是社区信息高速通道构建中一种重要的网络接入方式，且其在当前的接入网改造和建设中具有使用的可行性［15］，是实现家宽业务差异化、精细化运营，打造家庭网络品牌，提升用户ARPU 值的一种有效技术手段，是构建智慧家庭生态的关键切入点和智家业务的收入增长点。同时，除了可以成为家庭组网的主流套餐外，在酒店、商场、办公楼等应用场景，FTTR 也将成为网络铺设的首要之选［16］。将FTTR 创新业务应用于小型商企、沿街商铺、乡镇等局域组网的场景，致力于为小微企业的数字化转型提供高质量的全光网络底座。