摘要：近年来，我国宽带网络建设取得了巨大成就，随着光纤宽带接入技术的进步和新兴高带宽业务如高清视频、智慧家庭等的逐步应用，千兆级宽带将成为下一步全球宽带发展的焦点。基于这样的背景，家庭网络宽带技术面临着重要的机遇, 且伴随着智能终端的普及，智能家庭应用场景也越发丰富。本文围绕网络带宽提升和智能家庭应用两方面进行相关探索和研究。
关键词：千兆接入；智能家庭；部署方案
引言：谷歌2012年7月推出了千兆宽带服务Google Fiber，之后千兆宽带服务推进缓慢。入云业务、云VR业务、高清视频业务、行业应用等不断出现，对网络提出了上行大带宽、低时延、大吞吐量以及网络隔离的需求，推动了千兆网络的加速发展。去年5月15日，国务院常务会议提出“在 300 个以上城市部署千兆宽带接入网络，推动固定和移动宽带迈入千兆时代”。三大基础电信运营商纷纷宣布推出千兆产品。新一代信息基础设施正成为全球价值链的驱动力，对促进经济、社会发展具有重大意义。加快建设千兆宽带网络是运营商提高竞争力的重要手段， 随着 5G 网络的建设，“双千兆”逐渐成为各大运营商争夺的热点，2020 年千兆宽带网络建设正当时。
1、千兆智能家庭网络发展现状
1.1以10G PON光纤接入技术为核心
截至2019年底，我国固定互联网宽带接入用户总数达4.49亿户，FTTH 用户达91.3%，100Mbps及以上接入速率用户总数达3.84亿户。FTTH从局端到用户全程以光纤为介质，理论上，光缆的带宽可以做到无穷大，FTTH 的普及为千兆宽带建设打下了良好基础。目前局端主要采用 GPON/EPON OLT 设备，FTTH 模式下单个PON树下用户数量一般不超过64个。由于 EPON/10G-EPON标准完成时间较早，并且具有实现方案简单、成本低等优点，曾一度广受运 营商欢迎。但 GPON、10G-GPON 标准不断完善，产业链不断成熟，成本不断降低，在市场上逐渐占据主导地位。
1.2家庭智能家居普遍应用
随着网络通信技术、自动控制技术和音视频技术的发展，智能家居得以普遍应用，各类智能终端呈现指数式增长，给传统的家庭组网带来挑战。智能家居涉及家庭宽带接入、物联网和智慧家庭应用等多个方面。对于运营商宽带而言，主要通过智能网关提供宽带接入以及业务的控制入口。在智能家居应用中，家庭安防中的视频监控、云存储等应用需要较高的上联带宽。这些变化将会推动光纤网络突破传统的产业边际，更多的联接万物：包括家庭的每一个房间，每一栋办公楼宇，每一台工业设备等等，以前所未有的方式推动社会运行。
1.3宽带业务需求大幅提高
宽带业务主要包括普通上网业务、互联网电视业务、OTT 业务三部分。其中互联网电视业务又分为 4K 电视、高清电视和标清电视三种，对应的带宽分别按45M、10M、2.5M测算；OTT 业务目前主要是基于互联网电视的宽带应用，其带宽与之相对应。随着技术发展，未来宽带应用场景也会拓宽至各类更高带宽的视频应用，以4K/8K/AR/VR为代表的视频内容业务已经进入井喷期，中国4K内容时长已经超过1万小时、新增4K电视的渗透率已经超过70%，全球VR的主流平台应用数量也超过了6000个。Cloud VR作为下一代IPTV，产业界已构建起了完整的端到端生态体系，对宽带业务需求也相应大幅提高。
2、千兆网络部署
2.1 千兆网络的演进方案
早期GPON向10G-GPON演进方案主要是WDM1r（单收波分复用器）方案。 WDM1r方案的核心设备是WDM1r机框。WDM1r机框为无源设备，高度为 3U，可支持 16 个 WDM1r 模块。 此方案需同时部署 GPON 板卡、10G-GPON 板卡和 WDM1r 机框。局端的GPON和10G-GPON信号先由WDM1r模块整合至同一根光纤内，再通过 ODN（光分配网）到达用户侧，以实现GPON和10G-GPON ONU在同一根光纤中的共存。因此，WDM1r 方案会加速机房空间、OLT 设备槽位空间消耗，还会增加光纤衰耗和故障点，运营商 CAPEX（资本开支）和 OPEX（运维开支）也随之提高。当下主流演进方案是 Combo PON（双模无源光网络）方案。Combo PON 方案将 GPON 光器件、10G-GPON 光器件、WDM1r 模块集成在一个光模块内，光模块集成度已能满足单 PON 板 16 个 PON口的密度需求。同时支持 GPON、XG-PON（非对称10G-GPON）的Combo PON板称为双模ComboPON板 ，同时支持GPON、XG-PON（非对称10G-GPON）、XGS-PON（对称 10G-GPON）的Combo PON 板称为三模Combo PON板。Combo PON 口带宽等于 GPON 和 10G-GPON 的带宽之和。由于GPON和10G-GPON上、下行波长相互独立，上、下行最大速率可达到11.25 Gbit/s、12.5 Gbit/s。
2.2 城区千兆宽带的建设策略
城区千兆宽带建设应以市场部门为主导，由市场部门提交计划开通千兆业务的热点区域名单，然后建设部门针对这部分区域优先部署10G-GPON网络，建成一批，交付运维一批，实现市场和建设联动，保障建设投资。后续根据市场部门获得的客户反馈和网管系统的流量监控信息，分批次建设10G-GPON 网络，避免在初期千兆需求量较小时就盲目建设千兆网络。部署千兆宽带应参照 CMNET （中国移动互联网）宽带网络拓扑结构，以OLT为中心，采用端到端思路进行建设。OLT部署应综合考虑现网OLT状况和预期业务量。城区新增、替换OLT设备应选择新平台OLT设 备 ，包括中兴C600、烽火AN6000以及华为MA5800系列等。 新平台设备交叉、上联、接入能力 较老平台设备有大幅提升，以中兴产品为例，老平台C300和新平台C600相比，背板交换能力分别为6.4 Tbit/s 和 14 Tbit/s，10GE 上联端口数分别为16和136，XGS-PON 端口数分别为128和272。此外，新平台设备还支持 SDN（软件定义网络）、虚拟 OLT 切片、VxLAN（虚拟可扩展局域网）等新技术，未来可向智能化演进。
2.3非城区千兆宽带的建设策略
非城区开展千兆业务应更充分考虑经济效益，以OLT的合理部署为前提。 充分利旧城区替换下来的老平台机架式 OLT，严格控制小型盒式OLT的规模。 可以将非城区区域分为中心地带和外围地带两个区域。中心地带为非城区具有明显城区特征的区域。在中心地带，若原有OLT为小型盒式OLT，可替换为机架式 OLT，以提升其收敛能力。中心地带外的农村区域，可考虑将小型盒式 OLT 归并至其所属中心地带机架式OLT。非城区不建议提前新增10G-GPON板卡，可待GPON PON口流量超限时再考虑新增10G-GPON板卡。由于GPON下行有效带宽约为2.3G，在千兆需求较少时可以直接利用GPON开通千兆业务，避免盲目扩容。GPON 可承载的千兆用户数可通过数学模型计算，非城区场景下取用户占空比为30%，用 户并发比为70%。此外，还可采取降低分光比的方式，这样既可延长中心地带 OLT 辐射外围地带的范围，又可提升现有OLT千兆用户接入数量。。
3、智能家庭千兆级网络应用分析
千兆智能家庭网络能够综合运用宽带网络、云计算等技术将家庭设备智能控制以及信息交流、消费服务等家居生活有效地结合起来，配合智能家居产品为消费者提供、健康、舒适、易用、安全、可靠等智能体验
不论从智能家居的角度，还是为了家庭娱乐的目的，千兆网络都成为家庭互联网的服务终瑞和新中枢，千兆网络具有高可靠性、高效率、低延时等突出特点，它的极高网速将在视听生态为家庭生活带来全新的变革。在国家“宽带中国”及“智慧城市”两大战略的指引下，开展广电智慧家庭业务，如智能远程医疗、智能远程教育、智能家电家居、家庭安防、家庭能源管理等。千兆网络的应用场景非常多，创新模式也非常多。比如在智能远程教育方面，三维影响对网速和延时的要求比较高，千兆网络突破了这限制，可利用传输过来的数据解码成三维影像。这便为电视发挥教育功能提供了实现的可能性，由于普通网络的网速达不到虚拟投影的速度，互动性与真实感不够强，我们可以利用千兆网络高速的特点实现虚拟投影，实现真人讲解，增强学习趣味性与真实感。用户随时可以观看4K、8K的视频，足不出户即可在家享受极致流畅、色彩鲜艳、画质细腻、极富现场感的观感体验。传统智能家居一股是通过手机APP进行控制，但是存在屏幕小、不便于监控多个设备等问题。后来，亚马逊推出echo、Google Home 等智能音箱产品，不少人便认为智能首箱可成为智能家居的控制中心，但是智能音箱仪仅靠语音交互，没有语音+屏幕互动更直观、高效。但是10G-GPON网络技术以其独一无二的信息传递优势为具备视听能力的智能大屏提供便利，弥补了手机APP与智能音箱存在的缺点，还可以带来额外的便利功能。集成了智能语音助手的家庭大屏将会是未来智能家居的中心，也将会成为家庭情感中心。
结束语
随着多媒体、高清视频、在线游戏、VR/AR 等宽带业务的持续发展，用户对带宽的需求不断增加。在宽带中国战略推动下，各主流运营商也在接入网光纤化改造基本完成后，网络带宽大幅提升至千兆级，各种智能家庭应用不断涌现，一体化的智能家庭网络建设收到越来越多的关注。本文首先阐述千兆智能家庭网络目前的发展状况，然后从千兆网络的演进方案为着眼点，分析城区千兆宽带的建设策略和非城区千兆宽带的建设策略问题。最后结合具体案例对智能家庭千兆级网络应用展开分析。
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