以千兆級(jí)應(yīng)用為基礎(chǔ)的智能家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)部署研究

付小高，習(xí)建新

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，北京 100070）

1 以千兆級(jí)應(yīng)用為基礎(chǔ)的智能家庭網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力

1.1 行業(yè)發(fā)展

通過(guò)分析目前的寬帶市場(chǎng)的實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)，皮線(xiàn)光纜入戶(hù)已經(jīng)是各個(gè)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)展業(yè)務(wù)的直接接入資源。為了提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)業(yè)務(wù)能力和水平的提高，各大基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)商在當(dāng)前寬帶市場(chǎng)中，不斷地推出千兆業(yè)務(wù)，從而提升自身競(jìng)爭(zhēng)力與品牌力。比如中國(guó)電信在全面推廣千兆寬帶業(yè)務(wù)，進(jìn)行光纖升級(jí)改造，投入較多的人力、物力建設(shè)100～1000 Gbps容量的寬帶系統(tǒng)，上海電信率先在2015年5月，開(kāi)始實(shí)施千兆寬帶示范區(qū)的建設(shè)，對(duì)于百兆寬帶的老用戶(hù)來(lái)說(shuō)，其速率可以直接提高到200 Mbps；隨后，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通等運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始全面推出千兆級(jí)的寬帶升級(jí)產(chǎn)品，這也意味著，我國(guó)的寬帶網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)步入到千兆時(shí)代[1]。

1.2 智能應(yīng)用發(fā)展

智能家居建設(shè)涉及的內(nèi)容較多，包含寬帶接入、智能家居產(chǎn)品入戶(hù)、物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)層面。寬帶運(yùn)營(yíng)商在系統(tǒng)建設(shè)中，會(huì)為用戶(hù)提供寬帶接入口、智能網(wǎng)關(guān)接口、業(yè)務(wù)控制端口。隨著智能家居向家庭層面的融入，其應(yīng)用了大量的先進(jìn)技術(shù)，如在家庭安防系統(tǒng)中應(yīng)用了監(jiān)控、云存儲(chǔ)等技術(shù)，這些技術(shù)的實(shí)施均需擁有更高速率的上聯(lián)帶寬作為支撐[2]。

1.3 業(yè)務(wù)流量驅(qū)動(dòng)

當(dāng)前階段，各大運(yùn)營(yíng)商所提供的寬帶業(yè)務(wù)包含普通上網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)電視、OTT三部分業(yè)務(wù)。在主要業(yè)務(wù)中，互聯(lián)網(wǎng)電視包含4K、高清、標(biāo)清等三種業(yè)務(wù)，相應(yīng)的寬帶業(yè)務(wù)按照45 Mbps、10 Mbps、2.5 Mbps展開(kāi)測(cè)試計(jì)算；依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)電視寬帶應(yīng)用所催生的OTT業(yè)務(wù)需要確保寬帶可以提供相應(yīng)的支撐。隨著技術(shù)的不斷升級(jí)，寬帶業(yè)務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)景也得到了拓展，如在8KTV、VR/VR+等業(yè)務(wù)中，對(duì)千兆上網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行了疊加。

以某地某運(yùn)營(yíng)商的寬帶業(yè)務(wù)流量現(xiàn)狀及未來(lái)規(guī)劃作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)（見(jiàn)表1、表2），可以直觀地獲得如下結(jié)論：基于現(xiàn)有模型，用戶(hù)的平均帶寬峰值為218 Mbps，百兆帶寬接入網(wǎng)的建設(shè)，可以滿(mǎn)足用戶(hù)帶寬與服務(wù)質(zhì)量的要求。在現(xiàn)有模型假設(shè)之中，假設(shè)視頻業(yè)務(wù)包含VR、8K、4K等幾種類(lèi)型，千兆上網(wǎng)業(yè)務(wù)包含200 Mbps、500 Mbps、1000 Mbps。在如圖表所示模型之中，用戶(hù)的平均帶寬等值為219 Mbps，原有的百兆寬帶難以滿(mǎn)足其需求，因此需要提供千兆級(jí)的寬帶接入，以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)于帶寬與服務(wù)質(zhì)量的要求[3]。

表1 某運(yùn)營(yíng)商寬帶業(yè)務(wù)流量現(xiàn)狀表

表2 未來(lái)寬帶業(yè)務(wù)流量規(guī)劃表

2 網(wǎng)絡(luò)部署現(xiàn)狀及演進(jìn)

2.1 網(wǎng)絡(luò)部署現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)寬帶網(wǎng)絡(luò)在不斷進(jìn)行光纖轉(zhuǎn)變，升級(jí)與改造逐步進(jìn)行，接入網(wǎng)開(kāi)始不斷地向FTTH發(fā)展，現(xiàn)網(wǎng)OLT以G/EPON設(shè)備為主，而近年來(lái)新建設(shè)或者升級(jí)改造系統(tǒng)內(nèi)開(kāi)始全面應(yīng)用10GPON設(shè)備[4]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

EPON發(fā)展到10GEPON，并于2009年9月完成了IEEE802.3av的10GEPON標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.3av提出了兩種速率模式，分別為下行10 Gbps、下行1 Gbps的不對(duì)稱(chēng)模式，以及10Gbps上下對(duì)稱(chēng)模式。

GOPN的演進(jìn)可以劃分為兩個(gè)階段：

NG-PON1發(fā)展到10GGPON，即G.987系列，也被稱(chēng)作XGPON，在系統(tǒng)之中，不對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)稱(chēng)之為XGPON1，其上下行的數(shù)值分別為2.5 Gbps和10 Gbps；對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)也被稱(chēng)作XG-PON1，其上下行數(shù)值均為10 Gbps，在2010年六月頒布了非對(duì)稱(chēng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

NG-PON2主要含WDMPON（無(wú)光源網(wǎng)絡(luò)）、HybiridPON（混合PON）等不同種類(lèi)的演進(jìn)方向，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為G.988。WDM-PON對(duì)帶寬的拓展是依托于光波分復(fù)用技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的，而HybridPON則是利用OFDM技術(shù)以及10 Gbps/40 Gbps等高速電域技術(shù)對(duì)帶寬進(jìn)行擴(kuò)展[5]。

PON技術(shù)研究的路線(xiàn)可通過(guò)圖1進(jìn)行展示。

圖1 PON技術(shù)演進(jìn)路線(xiàn)圖

現(xiàn)階段兩種主流的10GPON技術(shù)，其相關(guān)的關(guān)鍵性指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 現(xiàn)有PON技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比表

從上述表中可知，使用10GPON技術(shù)，將為寬帶網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行提供更高的上下行帶寬及分光比，因此在進(jìn)行千兆級(jí)應(yīng)用時(shí)，對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先考慮。

3 千兆網(wǎng)絡(luò)部署

3.1 10GGPON演進(jìn)方案闡述

3.1.1 10GGPON演進(jìn)以及共存方案

通過(guò)對(duì)各項(xiàng)PON的指標(biāo)展開(kāi)分析可知，GPON與10GPON，兩者在上下行波長(zhǎng)方面沒(méi)有重合的情況。因此，在組網(wǎng)環(huán)節(jié)，可應(yīng)用ODN系統(tǒng)上行方向的前端設(shè)置，增加WDM合波器，安排GPON與10GPON同時(shí)使用一段光纖線(xiàn)路，但在使用時(shí)應(yīng)布置在獨(dú)立運(yùn)行的信道中，這樣，對(duì)原有結(jié)構(gòu)的ODM不需要進(jìn)行修改和調(diào)整[6]。

3.1.2 10GEPON演進(jìn)及共存方案

該部分需要考慮兩個(gè)內(nèi)容，首先是用戶(hù)端，因10GEPON可以向下兼容至EPONONT/ONU，所以當(dāng)用戶(hù)進(jìn)行升級(jí)時(shí)，可以將其EPON端口直接替換為10G端口；其次是EPON口，在ODN端，ODF與使用者之間的ODN部分無(wú)須更改，僅將ODF與OLT之間的連接線(xiàn)插入10GEPONOLT端口即可。EPON與10GEPON的下行波段不重疊，而上行波段交疊，可通過(guò)利用時(shí)分多路傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)了相同的ODN。

3.2 千兆級(jí)應(yīng)用的寬帶網(wǎng)絡(luò)部署案例

3.2.1 現(xiàn)有寬帶的覆蓋區(qū)

根據(jù)已有的寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的實(shí)際需求，需要對(duì)滿(mǎn)足業(yè)務(wù)接入速率的傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)部分進(jìn)行改造。對(duì)FTTH并未全覆蓋的區(qū)域，需進(jìn)行FTTH的改造，其分光比應(yīng)控制在1：8以?xún)?nèi)，在OLT上行段，可通過(guò)試用雙路10GE板卡來(lái)保障用戶(hù)帶寬；而對(duì)于FTTH已經(jīng)覆蓋的區(qū)域，也需做出調(diào)整，一是將OLT上行更換為雙路10GE板卡；二是將分光比從原有的1：31/64下降至1：8的范圍之內(nèi)（依照并發(fā)率數(shù)值為50%，業(yè)務(wù)需求為200 Mbps進(jìn)行測(cè)算）；三是將用戶(hù)端的ONT更換為可以支持千兆的終端設(shè)備。

3.2.2 新建寬帶覆蓋區(qū)域

對(duì)于原有寬帶尚未被覆蓋的區(qū)域，在新建時(shí)需采用10GEPON技術(shù)進(jìn)行FTTH覆蓋。

在新建設(shè)的用于10GPON的OLT部分，需要的上聯(lián)數(shù)值為2×10GE，最少需要兩塊這一數(shù)值的上聯(lián)板卡；此外，其分光比以并發(fā)率數(shù)值50%，業(yè)務(wù)需求量為200 Mbps進(jìn)行計(jì)算并控制在1：64之間；用戶(hù)端網(wǎng)絡(luò)需使用10GPONONT[7]。

3.3 千兆網(wǎng)絡(luò)模型及測(cè)算

3.3.1 建設(shè)模型搭建

分析運(yùn)營(yíng)商目前的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，了解覆蓋范圍的情況，選取720戶(hù)小區(qū)（40幢×18戶(hù)/幢）為樣本；在該寬帶系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)用10GPON FTTH進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)體系的搭建，分光系統(tǒng)選擇二級(jí)，一級(jí)位于每個(gè)單元的機(jī)房或者光交箱之中，而二級(jí)則位于每個(gè)單元的單獨(dú)樓棟之內(nèi)；從單元機(jī)房到每個(gè)樓棟的間距需控制在150米之內(nèi)。

3.3.2 投資造價(jià)分析

基于上述模型，其涉及到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)內(nèi)容及造價(jià)如表4所示，總投資約為13.5萬(wàn)元，分?jǐn)偟綉?hù)為187元，由于設(shè)備、耗材等隨著市場(chǎng)變動(dòng)而波動(dòng)，所以該方案只作為建設(shè)參考[8]。

表4 投資造價(jià)分析表

4 以千兆級(jí)應(yīng)用為基礎(chǔ)的智能家庭寬帶應(yīng)用技術(shù)分析

4.1 網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)及其功能

其一，遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)與控制。利用家庭網(wǎng)關(guān)能夠進(jìn)行家庭網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)，并控制系統(tǒng)的運(yùn)行。其二，智能聯(lián)網(wǎng)。在智能網(wǎng)絡(luò)入戶(hù)過(guò)程中，想要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化水平，需依賴(lài)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，也要依托網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備完成資源共享，完成協(xié)同控制；此外，家庭網(wǎng)絡(luò)需具備訪(fǎng)問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò)的功能；其三，智能家居。利用家庭網(wǎng)關(guān)，確保智能化設(shè)備均可以實(shí)現(xiàn)智能化功能，通過(guò)設(shè)置設(shè)備的相關(guān)功能及其網(wǎng)絡(luò)權(quán)限，可通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，直接訪(fǎng)問(wèn)、控制設(shè)備。其四，應(yīng)用智能化。從用戶(hù)角度出發(fā)，利用家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)內(nèi)各項(xiàng)內(nèi)容和應(yīng)用的訪(fǎng)問(wèn)；從運(yùn)營(yíng)商角度分析，利用家庭網(wǎng)關(guān)能夠進(jìn)行家庭網(wǎng)絡(luò)的安裝、管理，并且可以升級(jí)服務(wù)，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)于各項(xiàng)業(yè)務(wù)的使用需要，及時(shí)升級(jí)改造，達(dá)到智能化發(fā)展的要求。

4.2 智能家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)用分析

一是家庭網(wǎng)絡(luò)中心在家庭之中可以將所有網(wǎng)絡(luò)的流量入口匯總，包含內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)使用及外部網(wǎng)絡(luò)的訪(fǎng)問(wèn)流量；二是家庭的媒體中心：利用外部設(shè)備，如內(nèi)置硬盤(pán)、USB接口支持下載等功能，將網(wǎng)絡(luò)中的圖片、音頻、視頻存儲(chǔ)到設(shè)備內(nèi)，也可以按照用戶(hù)的設(shè)置播放指定的內(nèi)容，達(dá)到家庭媒體中心的功能需求；三是智能設(shè)備的硬件控制中心，基于家庭網(wǎng)關(guān)的聯(lián)通性，各類(lèi)智能家居設(shè)備與智能家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行相互聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)智能家居應(yīng)用和智能安防等控制功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著居民對(duì)生活質(zhì)量要求不斷提高，智能終端的普及效率也在增加，智能家庭的建設(shè)越來(lái)越普遍。未來(lái)必然會(huì)有更加廣闊的使用空間，讓網(wǎng)絡(luò)部署發(fā)展以及智慧家庭技術(shù)更加有效地應(yīng)用，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)智能化產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展。■