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1、 FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)i 前前 言言 2020年宽带发展联盟发布 FTTR新一代家庭千兆全光组网白皮书,在业界首次提出了 FTTR(Fiber To The Room 即光纤到房间)新一代家庭千兆全光组网解决方案,介绍了 FTTR 的技术方案和工程实施方案,同时对 FTTR 的技术特点、实践案例、商业模式、产业生态建设进行了初步的探讨。近年来,FTTR 在技术产业、场景应用、国内外标准化方面取得了重大进展,业界急需全面了解 FTTR 的最新进展,以期引导促进 FTTR 的大规模化发展。在此背景下,宽带发展联盟对FTTR 新一代家庭
2、千兆全光组网白皮书进行动态更新,编制FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)。本白皮书首先总结了支持 FTTR 发展的相关政策情况、运营商加速推动 FTTR 业务情况和 FTTR 产业链各环节不断发展的情况,随后介绍了FTTR 从家庭应用拓展到小微企业应用的情况,并重点分析了家庭应用和小微企业应用对 FTTR 网络需求的差异,并且根据业务体验的发展诉求提出了 FTTR 新的网络架构及关键技术进展,同时对 FTTR 国内外标准化进展情况进行了总结,最后对 FTTR 未来发展进行了展望。本白皮书由中国信息通信研究院牵头,宽带发展联盟多家成员单 FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)ii位与高
3、校参加编写完成。主要参与单位有(排名不分先后):中国电信集团公司、中国移动通信集团公司、中国联合网络通信集团有限公司、华中科技大学、东南大学、清华大学。牵头编写单位:中国信息通信研究院 参与编写单位:中国电信集团公司、中国移动通信集团公司、中国联合网络通信集团有限公司、华中科技大学、东南大学、清华大学。编写组成员(排名不分先后):中国信息通信研究院:刘谦、敖立、程强、苟书智 中国电信集团公司:蒋铭、张德智、曾涛、赵伟峰、侍芯蕊 中国移动研究院:李俊玮、朱景龙 中国联合网络通信集团有限公司:邵岩、杨雨苍、丁海、王逸凡、张佳男 华中科技大学电子信息与通信学院:刘应状 东南大学信息科学与工程学院:洪
4、伟 清华大学集成电路学院:池保勇 FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)iii 目目 录录 目录 前 言.i 目 录.iii 1 FTTR 产业进展.1 1.1 部省联动出台政策支持 FTTR 发展.1 1.2 国内运营商引领推进 FTTR 部署.3 1.3 产业链持续发展壮大加速 FTTR 应用.5 2 FTTR 应用场景进展.7 2.1 FTTR 千兆家宽应用场景.7 2.2 FTTR 小微企业应用场景.10 2.3 FTTR 网络发展需求.11 2.4 FTTR 网络部署现状.13 3 FTTR 技术进展.15 3.1 全光组网 C-WAN 架构.17 3.2 光与无线协同机制.18
5、 3.3 低时延保障技术.19 3.4 动态链路管理机制.20 3.5 漫游控制技术.21 3.6 绿色节能技术.22 3.7 设备管理技术.24 3.8 线缆与连接器技术.25 4 FTTR 标准进展.27 4.1 FTTR 技术产品标准.27 4.2 FTTR 工程线路标准.29 5 总结与展望.33 5.1 业务体验升级驱动 FTTR 技术演进与创新.33 5.2 多方协同构建 FTTR 产业生态.35 FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)1 1 FTTR 产业进展产业进展 1.1 部省联动出台政策支持部省联动出台政策支持 FTTR 发展发展 2021 年政府工作报告提出了要加大
6、5G 网络和千兆光网建设力度,丰富应用场景。随后,工信部印发“双千兆”网络协同发展行动工信部印发“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023 年)计划(2021-2023 年),提出用三年时间,基本建成全面覆盖城市地区和有条件乡镇的“双千兆”网络基础设施,实现固定和移动网络普遍具备“千兆到户”能力。“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023 年)明确提出要重点促进全光接入网进一步向用户端延伸,同时要求按需开展支持千兆业务的家庭网络设备升级,通过推进家庭内部布线改造、千兆无线局域网组网优化以及引导用户接入终端升级等,提供端到端千兆业务体验。这是业界首个支持 FTTR 发展的政策。此
7、后工信部发布“十四五”信息通信行业发展规划工信部发布“十四五”信息通信行业发展规划,明确提出要加快“千兆城市”建设,持续扩大千兆光纤网络覆盖范围,完善产业园区、商务楼宇、学校、医疗卫生机构等重点场所千兆光纤网络覆盖。推动全光接入网进一步向用户终端延伸,推广实施光纤到房间、到桌面、到机器,按需开展用户侧接入设备升级。加快光纤接入技术演进升级,支持有条件地区超前布局更高速率宽带接入网络。同年住建部联合网信办、工信部、科技部等 16 个部委出台关住建部联合网信办、工信部、科技部等 16 个部委出台关FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)2 于加快发展数字家庭提高居住品质的指导意见于加快发展数字家
8、庭提高居住品质的指导意见,明确要加大住宅和社区的信息基础设施规划建设投入力度,实现光纤宽带与第五代移动通信(5G)等高速无线网络覆盖,鼓励开展光纤到房间、光纤到桌面建设,着力提升住宅户内网络质量,提升满足数字家庭系统需求的网络信息连接能力。此外,地方政府和行业主管部门积极出台相关政策和发展指导,明确发布 FTTR 用户发展目标,助力 FTTR 的加速发展。广西“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023 年)广西“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023 年)明确提出大力发展光纤到房间、光纤到桌面的重点任务。要推动制定住宅及商务楼宇室内光纤布线的设计、施工及验收规范,推进新建住宅
9、及商务楼宇光纤一步到户、到房间、到桌面,避免二次布线造成的资源浪费和污染。要推进既有住宅、商务楼宇的室内光纤布线改造。要通过推进室内光纤布线改造、引导用户接入终端升级等,提供端到端千兆业务体验,满足数字家庭系统对信息网络连接能力的需求,助力企业加速数字化、智能化转型。到 2023 年,发展光纤到房间、光纤到桌面用户达到 100 万。山东省“双千兆”网络协同发展行动方案(2021-2023 年)山东省“双千兆”网络协同发展行动方案(2021-2023 年)明确提出大力发展光纤到房间、光纤到桌面的重要任务。要推动制定住宅区、住宅建筑及商务楼宇室内光纤布线的设计、施工及验收地方标准,推进新建住宅及商
10、务楼宇光纤一步到户、到房间、到桌面,避免二次布线造成的资源浪费和污染。要推进既有住宅、商务楼宇的室内光纤布线改造。要通过推进室内光纤布线改造、引导用户接入终端FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)3 升级等措施,提供端到端千兆业务体验,满足数字家庭系统对信息网络连接能力的需求,助力企业加速数字化、智能化转型。到 2023 年底,要发展光纤到房间用户 35 万户。江苏省“十四五”信息通信业发展规划江苏省“十四五”信息通信业发展规划中明确提出要推动全光接入网进一步向用户终端延伸,推广实施光纤到房间、到桌面、到机器,按需开展用户侧接入设备升级。河北省信息通信行业河北省信息通信行业“十四五十四五”
11、发展规划发展规划提出要持续推进千兆光纤网络的建设升级,聚焦千兆家庭、产业园区、学校、医院等场景的深度覆盖,鼓励面向有需求的用户试点推进光纤到房间、光纤到桌面等服务。广东省“十四五”信息通信业发展规划广东省“十四五”信息通信业发展规划中明确提出要推动全光接入网进一步向用户终端延伸,推广实施光纤到房间、到桌面、到机器,按需开展用户侧接入设备升级。1.2 国内运营商引领推进国内运营商引领推进 FTTR 部署部署 当前形势下,居家办公、线上教育、在线写作等对网络容量提出了更高的要求,而高清视频、VR 等应用也不断普及,流量始终都在挑战着家庭宽带的承载量。在大流量需求猛增的情况下,千兆光网建设逐渐提上日
12、程,FTTR 为光纤光缆行业发展带来新机遇。目前,全球已有 57 个国家的 234 家运营商相继发布了千兆业务,发展高速光网已成为业界共识。中国移动通信集团有限公司广东分公司在汕头正式发布全球第FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)4 一个 FTTR(Fibre to the Room)全光 Wi-Fi 商用套餐。该套餐采用全光纤网络,可完美解决各种户型与商铺场景下的Wi-Fi全覆盖问题,并保证真千兆带宽,是支持全域无缝漫游的下一代 Wi-Fi 覆盖方案。山东联通在业内第一个推出“宽带星级标准”,是致力于让“每个家庭信号满格”,享受千兆 5G、千兆宽带、千兆 Wi-Fi“三千兆”通信网络服
13、务的新举措,将家庭宽带分为一星到五星 5 个等级,每个星级标准均有对应的网络和服务细则,并以“免费上门、免费检测、专业设计、专业服务”等优质服务满足客户的不同需求。为加快五星宽带 FTTR 的普及,山东联通联合地产商共同打造全国首个“FTTR 全光网络科技住宅项目”,这在地产及运营商行业均为首创,在建筑伊始就将智慧家庭设备多链接、广覆盖的网络底座纳入到住宅设计规范里,充分打通 FTTH 到 FTTR 的关键一步,实现全屋千兆 Wi-Fi 无缝覆盖。中国电信与产业伙伴共同推动了 FTTR 产品化,实现 FTTR 全光组网能力和家庭网络智能特性的深度融合,通过 App 方便地管理全光家庭网络,并且
14、实现应用一键加载、故障一键检测、网络一键优化,全力打造光纤全联接、千兆全覆盖、Wi-Fi 全漫游、管理全智能的绿色低碳四“全”家庭网络。随着智慧家庭、8K 等业务的不断普及,和宽带网络的深入发展,FTTR 也从高端走向全民普及。截止 2022 年 8 月,广西、山东、江苏、河北、广东、四川、云南、陕西、山西、宁夏、北京、上海等超二十省市发布了 FTTR 的业务,山东、河北等地发展用户数已超十万,其FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)5 他多个省市发展用户数已超一万。中国有 4.6 亿家庭,预计在十四五期间,将可能有 1520%左右家庭改造 FTTR,由此将带来累计超过1300 亿的改造空
15、间。同时,FTTR 千兆体验将带动家庭数字应用与智能家居产业的蓬勃发展,将可能带来 5000+亿的市场空间。1.3 产业链持续发展壮大加速产业链持续发展壮大加速 FTTR 应用应用 随着 FTTR 商用套餐的不断推出和普及,国内主要设备厂家也在不断迭代其 FTTR 产品。华为公司在 2020 年 5 月即发布了首代 FTTR产品,并与运营商进行了大范围的试点工作和商用推广。2021 年,9月 28 日消息,华为正式发布了基于鸿蒙智联的 FTTR 解决方案,降低光纤到房间的实现难度,为即将到来的全屋智能打好基础,并针对中小微企业推出 Business-FTTR,全面推广该技术的普及和发展。中兴P
16、2MP 架构的 FTTR 方案,打造稳定的网络基础,满足在家用户的娱乐、教育、办公等需求。烽火家庭全光 Wi-Fi 组网方案已在部分省份启动试点,在多个城市助力用户畅游千兆网络,改善使用体验。天邑股份推出 FTTR 全屋光网解决方案,自动控制漫游切换,提升用户体验。此外,光纤光缆厂家也在积极开发适用于 FTTR 室内布线的光纤光缆器件,部分厂家在 2021 年光博会上展示了 FTTR 产品,包括光电分配箱、光电复合缆组件、光信息面板、隐形光缆等布局全套自研产品。房地产商和家装公司可以在房屋建设阶段和装修过程中提前敷设光缆,避免后装场景下的光缆敷设施工过程,为 FTTR 的快速发展FTTR 光纤
17、到房间白皮书(2022 年)6 提供基础和保障。为顺应国家十四五规划提出的“推广升级千兆光纤网络”战略方向,为用户提供更高品质的全光网络体验,2021 年 5 月,昌建控股与河南联通、华为联合签署“合作打造三千兆科技住宅”战略合作协议,发展科技住宅理念,打造千兆全光智慧家庭 Wi-Fi 新体验。2021 年 12 月土巴兔面向家装公司发布 FTTR 全光智慧家庭产品包,并联合广东移动、华为颁布住宅装修 FTTR 全光组网规范,该规范从方案设计、光纤部署、设备安装、验收、维护等 5 个维度定义家装公司和运营商的分工。2022 年 1 月,济南联通携手中信泰富地产、山东麦可智能科技有限公司签订三方
18、战略合作协议,打造全市首个 FTTR 千兆光纤智慧社区项目。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)7 2 FTTR 应用场景进展应用场景进展 FTTR 是将光纤进一步延伸至家庭/小微企业内部的每一个房间,通过光纤构建信息基础设施的同时,实现全屋超越千兆的覆盖能力,如下图所示。图 1 FTTR 组网图 FTTR 由主设备、从设备和室内光纤分布式网络三部分组成。FTTR基于光纤 P2MP(Point to Multiple Point)物理拓扑结构为基础,在家庭/小微企业接入点位置部署主设备并以其为中心,构建家庭/小微企业全光网络。主设备往局端连接 OLT PON 口,室内连接多个从设备,从设
19、备可根据家庭/小微企业布局延伸至用户所需部署的区域,为每个区域提供网络覆盖,实现高质量网络。2.1 FTTR 千兆家宽应用场景千兆家宽应用场景 FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)8 家庭网络的发展从数字化全面走向智能化,从仅提供上网、语音业务逐步扩展到用户工作和生活的方方面面,出现了数字办公、数字教育、数字娱乐、家庭安全与健康、智能家居等各类场景。家庭用户在使用智能终端进行工作办公、语音通信、视频浏览时,随着用户移动,为了保持连接的质量,终端设备应在移动时连接在信道较好的 Wi-Fi 接入点,以保障用户的业务体验,在视频业务、游戏业务、VR/XR 等业务上做到不卡顿、不掉线。8K 视频
20、/云游戏/虚拟现实(VR)/增强现实业务(AR)等新兴业务对网络时延敏感。比如,影响 VR 业务体验的主要是画质体验和交互体验两个方面。画质体验要求有较高的视觉信息质量,避免产生眩晕感;交互体验要求运动和视野延迟时间短,避免产生黑边、滞后感。因此网络时延对 VR 业务尤其是强交互 VR 业务尤为重要。随着家庭网络新兴业务的不断发展,网络需要支持更高的传输速率、更低的交互时延、更多的连接能力等。FTTR 全光网络方案基于实际房屋户型进项光纤拓扑与 FTTR 从设备的位置选点,达到每个房间都有“网络信号源”的效果,实现千兆网络无死角覆盖,网络无感知切换,为用户提供高质量的网络体验。对于平层户型,光
21、纤从 FTTR 主设备经过光分路器连接到各个从设备,如下图所示。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)9 图2 平层户型的FTTR部署示例 对于多层户型,将光纤直接从FTTR主设备位置部署到各个房间,存在部署困难和光纤浪费的问题。利用多级分光,在不同楼层间使用光分路器进行级联是一种高效、简易的部署方案,即通过在每个楼层部署光分路器,再通过光分路器把光纤布放到每个相应楼层的房间,如下图所示。图 3 多层户型 FTTR 部署示例 FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)10 2.2 FTTR 小微企业应用场景小微企业应用场景 据中国市场主体发展活力研究报告和国家市场监督管理局第四次经济普查的
22、结果,截至 2021 年底,全国登记在册的企业共计4842.3 万户,其中小微企业共计超过 4600 万户,占比超过 95%。近年来随着小微企业数字化办公的需求升级,在线办公、移动无边界混合办公、高清多媒体实时交互成为普遍趋势,传统的小微企业内网在承载视频会议、云化协同办公、企业直播等业务经常存在开视频会议掉线、卡顿、微信传输文件出现突然中断转圈、直播卡顿花屏、云桌面分辨率低操作响应迟钝等待的情况;云业务开通时间长且掉线与卡顿时有发生,小微企业内/外网访问模式复杂安全事故频发,小微企业内网人工现场运维效率低,究其原因,主要是小微企业内网存在六方面能力不足:一是传统多级以太网络组网层级复杂、故障
23、点多,而且多部件间没有协同业务间干扰冲突大,导致网络稳定性差。二是小微企业内网网络层级多带宽收敛大,且网线链路成为带宽升级瓶颈。三是小微企业内网目前缺乏统一业务间调度,多业务混合并发差异化 SLA 承载能力不足。四是运营商当下重点聚焦小微企业专线接入,没有发挥自身规划设计和运维专业经验,小微企业网络和云网协同的能力不足。五是内网网元部件分散规划集成,没有系统性实施内网和云的云端协同安全设计,对小微企业网络安全防护能力不足。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)11 六是小微企业网络没有一体化管控,各部件间是孤立的,网络自服务能力不足。针对以上六方面不足,FTTR 能够为小微企业提供集中管控
24、、承载能力平滑演进、差异化服务保障、高性能云边协同、安全态势感知、内网闭环运维的光承载与光空口协同的一张网,提供高品质的宽带业务体验。以商业办公应用场景商业办公应用场景为例,写字楼一般面积较大,内部有较多的办公区域,传统方案各 AP 之间干扰严重。FTTR 支持从设备间的无感漫游,Wi-Fi 信道频段自动规划避免从设备间的干扰,以及支持访客网络隔离,可提供优质的宽带业务体验。图 4 办公场景 FTTR 部署示例 2.3 FTTR 网络发展需求网络发展需求 根据宽带发展联盟发布的打造千兆品质家宽业务 家宽业务体验分级白皮书和打造面向企业智慧办公的千兆品质宽带业务 业FTTR 光纤到房间白皮书(2
25、022 年)12 务体验分级白皮书小微企业(以下:业务体验分级白皮书),FTTR需要从超高带宽、无感漫游、智能连接、超低时延、绿色安全、自动驾驶六个维度构建的网络承载能力,以满足千兆品质家宽业务体验和小微企业智慧办公体验的需求。面向千兆品质家宽业务体验,FTTR 需要重点解决传统 Wi-Fi 网络不可控、不稳定等关键问题,通过光+Wi-Fi 中心化控制下的一张网协同,提供可靠稳定的空口连接,以满足网络业务布放的核心诉求:1)带宽上,支持2.5Gbit/s到10Gbit/s的速率平滑演进;2)延时上,针对时延敏感业务,支持小于 20ms 通信时延;3)连接上,提供 16 个接入点覆盖,128、2
26、56 用户终端接入能力;4)漫游上,针对移动终端接入,支持小于 20ms 漫游切换能力;5)绿色安全上,使能更高安全保障和更加绿色节能的机制;6)运维管理上,打造易用好用的管理、运维工具,让网络可运营。其次,通过快速和高效的光纤布放,实现光纤设施,支持 FTTR 高效部署:1)通过 P2MP 物理拓扑,提升光纤布放效率;2)通过多级分光架构,增强网络的可扩展性。面向小微企业智慧办公体验,FTTR 需要重点解决小微企业业务差异性大、连接场景复杂、用户数多等问题:1)带宽上,支持2.5Gbit/s到10Gbit/s的速率平滑演进;2)延时上,针对时延敏感业务,支持小于 20ms 通信时延;FTTR
27、 光纤到房间白皮书(2022 年)13 3)连接上,提供 32 个接入点覆盖,256 以上用户终端接入能力;4)云网一体,应用感知入云;5)立体安全,防入侵、防病毒;6)运维管理上,基于业务差异化的体验要求进行自闭环运维管理。其次,通过灵活、快速和高效的光纤布放,实现更复杂的光纤设施高效部署:1)通过 P2MP 物理拓扑,支持数百米的快速光纤布放;2)通过光电复合缆和多级分光架构,提供灵活的设备部署能力。2.4 FTTR 网络部署现状网络部署现状 当前 FTTR 网络部署广泛基于 P2MP 的网络光纤拓扑。相较 P2P 光纤拓扑,P2MP 拓扑具备建设成本低、部署简单、扩展性强、设备简化等优点
28、:1)主设备仅通过单个光口为多个从设备提供光连接,从而大大减少设备实现复杂度和体积;2)P2MP 拓扑通过多级光纤部署,大大减少光纤部署数量,从而减少光纤部署的成本,减弱对布线管道的要求,提升光纤部署的效率;3)基于 P2MP 拓扑,通过级联扩展,主设备一跳连接从设备,避免了 P2P 拓扑的级联转发,保证网络单级调度,提升网络稳定性;4)FTTR 系统在 P2MP 拓扑上实现带宽共享,基于网络业务需求动态分配带宽,提升带宽利用效率,平滑支持运营商业务升级。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)14 另外,为了更好匹配家庭和小微企业业务带宽需求,适应 Wi-Fi 6、Wi-Fi 7 在实际应
29、用中的连接带宽,充分利用现有光通信产业链有优势,FTTR网络部署在产业达成采用2.5Gbit/s和10Gbit/s速率共识,以支持短期和长期的持续发展。在此基础上,还需要进一步通过技术创新和突破,面向当前无源光网络技术和 Wi-Fi 无协同,仅提供简单数据传输无法实现整网可靠传输的问题,打造体验可保障的网络。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)15 3 FTTR 技术进展技术进展 为了保障家庭和小微企业用户 FTTR 网络发展需求,FTTR 从带宽、连接、时延、漫游、绿色安全和运维管理等六个维度为业务体验提供保障机制。具体技术实现包括全光组网架构、管理平台技术、接入局端技术、主设备技术、
30、FTTR 协同技术、从设备技术、终端侧技术以及线缆工程技术等八个方面,如下图所示。图 5 FTTR 网络技术视图 全光组网架构:协同管理平台技术、接入局端技术、主设备技术、FTTR 协同技术、从设备技术和终端侧技术,提升整网性能满足用户业FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)16 务体验需求。管理平台技术:远程管理实现对 FTTR 主设备代理管理从设备。全局无线优化技术具备对 FTTR 系统全局无线信息统计、计算和分析能力,建立无线干扰模型和下发优化决策。在云-管-端对数据流量模型、线路质量进行分析和预测,对 FTTR 系统给出主从设备数据调度和线路优化决策。接入局端技术:完成主设备与上层
31、 OLT 之间的连接,执行 FTTR系统部分算力上移和业务感知。主设备技术:实时的感知主从设备业务状态、数据状态和设备状态,对 FTTR 系统和终端之间的连接关系、收发状态、参数设置进行控制调整。实现整个 FTTR 系统有序、高效、快速的数据调度及无感漫游。FTTR 协同控制技术:完成 FTTR 网络内的主设备和多个从设备的光纤网络与Wi-Fi网络在频率、时间和功率等维度的协同和资源调度,并为资源调度决策以及业务流提供全局低延时、及整网链路管理的通道。从设备技术:根据调度决策实现单个或多个从设备调优,数据并发和有序通信,大幅提高系统的总通信容量及抗干扰能力,有效降低能耗实现绿色节能。终端侧技术
32、:在数据通信的技术上,扩展感知、交互等非通信功能,通过智能天线、射频技术,提升 FTTR 系统对终端设备、用户等交互对象的覆盖、感知能力。线缆工程技术:既要考虑施工的便捷性、高效性,又要考虑室内装修的美观性。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)17 当前,FTTR 主要技术进展涉及当前,FTTR 主要技术进展涉及全光组网架构、管理平台技术、主设备技术、FTTR 协同技术、从设备技术和线缆工程技术等六个方面,具体包括:全光组网 C-WAN 架构、设备管理技术、漫游控制技术、光全光组网 C-WAN 架构、设备管理技术、漫游控制技术、光与无线协同机制、低时延保障技术、动态链路管理机制、绿色节能
33、技与无线协同机制、低时延保障技术、动态链路管理机制、绿色节能技术、线缆与连接器技术等八项技术术、线缆与连接器技术等八项技术。3.1 全光组网全光组网 C-WAN 架构架构 全光组网 C-WAN 架构(Centralized/Cloud Wireless-optical Access Network),主要解决的问题是家庭组网技术间缺乏有效的协同,空口无序竞争严重,难以满足用户在新兴业务体验上的要求。C-WAN 架构的核心是由主设备进行信息搜集和决策,对光和 Wi-Fi 传输进行中心化一张网控制,实现光链路和空口链路的资源进行统一协同配置。图 6 C-WAN 功能架构图 C-WAN 架构包括管理
34、面、控制面和数据面三个方面,如上图所示。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)18 管理面 主设备的管理功能实体通过南向接口管理从设备,搜集从设备的工作状态信息、维护FTTR系统组网,实现拓扑可视化等。主设备通过北向接口向FTTR管理平台上报FTTR网络运行情况,管理平台可帮助运营商实现资产管理,设备状态管理,以及提供FTTR网络优化等功能,从而全面提升运营商对FTTR网络在网管理、快速定障、性能优化等价值,提供一张可运营的品质网络。控制面 主设备中心控制器实时采集本地和从设备的网络信息,通过内生决策机制,进行整网通信的决策控制,实现中心化控制光和无线协同功能,突破传统Wi-Fi空口竞争机
35、制下的不稳定因素,为运营商提供一张确定性体验网络奠定基础。数据面 数据收发(通过FTTR光收发器、Wi-Fi等)基于P2MP的光纤拓扑,承载实时业务数据传输。从设备之间的东西向数据通过主设备进行二层转发。数据面为管理面、控制面的信令传输提供保障通道。3.2 光与无线协同机制光与无线协同机制 光与无线协同机制当前主要进展集中在中心化光与 Wi-Fi 协同机制上,即主设备对从设备进行实时控制(通过下图中主设备的控制器),确保 FTTR 网络内 Wi-Fi 空口的有序协同,漫游无感切换,空口性能最大化等目标,其框架如下图所示。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)19 图 7 中心化光和 Wi-
36、Fi 协同框架 其中,中心化控制器位于主设备内,实时搜集各个从设备的网络状态信息,同时通过内生决策机制形成主、从设备的 Wi-Fi 空口协同的执行策略。FTTR 收发器提供低时延的通信通道,保障及时的信息搜集上报和决策下发,以匹配 Wi-Fi 空口的快速传输。从设备实现 Wi-Fi 传输信息和参数配置的转换。中心化控制模块可根据业务 QoE 需要实时发起网络数据传输和Wi-Fi 空口状态搜集请求,请求消息通过 FTTR 协议进行低时延保障承载,从设备把请求消息通过系统内部接口进行映射,快速读取 Wi-Fi 的通信传输状态,包括待传数据(队列、缓存等),Wi-Fi 空口状态(干扰、冲突、通信质量
37、等)等。通过 Wi-Fi 读取的信息封装为 FTTR协议信息,通过低时延机制快速上报到中心化控制模块,完成实时数据采集。3.3 低时延保障技术低时延保障技术 随着新兴业务的发展,对 Wi-Fi 承载的带宽要求越来越高,Wi-FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)20 Fi 6 及其演进支持 160MHz 和 320MHz 频宽,极大提升了 Wi-Fi 连接速率。然而,由于 Wi-Fi 使用非授权的微功率频谱,资源极大受限,中国当前仅有一个可用的连续 160MHz 频段,当越来越多的高速设备工作在相同频段,在 Wi-Fi CSMA 的竞争接入机制下,频繁的冲突难以避免。低时延保障技术当前进展
38、主要集中在空口有序传输机制上。空口有序传输机制是以中心化光与 Wi-Fi 协同机制为基础,主设备实时搜集从设备业务数据状态和空口状态,根据业务优先级和体验保障需要,实时调度主设备和从设备的空口传输资源(时间、频率、空间等),从而确保不同主、从设备之间的 Wi-Fi 空口不会存在报文的冲突,将FTTR Wi-Fi 网络从无序升级为有序,并且可保障不同类型业务的带宽和时延需求。空口有序传输机制如下图所示。图 8 空口有序传输机制 3.4 动态链路管理机制动态链路管理机制 家庭的数字化发展涉及家庭网络用户的各个方面,不同业务对网络的要求差异显著,需要做到对整个网络的实时控制优化,达到整网体验保障。动
39、态链路管理机制当前进展主要集中在自智链路管理机制上。自FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)21 智链路管理机制是以中心化光与 Wi-Fi 协同机制为基础,首先,通过业务感知和识别,明确网络中传输的各种业务的质差要求,分解形成网络优化的核心关键目标;其次,通过信息采集(如各类网络探针)得到网络状态和网络资源的全局分布图;再次,通过在主设备的决策大脑,基于专家经验、AI 模型等算法类决策机制,在充分保障用户各类业务体验的前提下,形成网络资源按需分配等目标。自智链路管理机制如下图所示。图 9 自智链路管理机制 3.5 漫游控制技术漫游控制技术 漫游性能的好坏直接影响用户移动中的业务体验,传统
40、IEEE 802.11k、802.11v、802.11r 协议在使用过程中存在切不动(漫游切换成功率低),切不快(无法实时感知终端状态,切换不及时),切不准(无统一控制,无法接入最佳热点)等问题。漫游控制技术当前进展主要集中在无感切换技术上。无感切换是FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)22 以中心化光与 Wi-Fi 协同机制为基础,主设备通过感知和维护整网连接拓扑,统一配置空口连接状态和数据转发路径,所有终端连接统一管理和控制。切换决策一跳直达从设备,主从设备间交互极简,数据转发切换和连接切换同步进行,进而大幅减少漫游切换时间和保证数据交互连续性。如下图所示。图 10 无感切换技术 3
41、.6 绿色节能技术绿色节能技术 从运营商视角,业务发生的时间和对网络的要求呈现显著的差异性,导致一部分从设备业务流量大,另一部分从设备流量较小甚至没有流量。同时主、从设备的状态也在不断变化,最佳节能需要从整网视角来考虑,在不对用户使用产生影响的前提下,需要有针对性快速识别实际使用场景进行动态自适应调节。绿色节能技术当前进展主要集中在自适应能耗配给技术上。自适应能耗配给是以中心化光与 Wi-Fi 协同机制为基础,下图给出了自适应能耗配给技术实现的示例。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)23 图 11 自适应能耗配给技术实现示例 1)主设备定期向从设备收集业务信息,包括业务类型、数据流量、
42、连接终端个数、LAN 口用户个数等,以及从设备的资源占用情况,包括 CPU 频率、NP 频率、接口使用情况等 2)从设备收到信息收集请求后,快速反馈相应信息 3)主设备获取整网设备业务情况及资源占用信息后,统一制定各从设备节能策略 4)主设备向下挂所有从设备发送对应的节能策略 5)从设备获取节能策略后,执行相应操作 6)若从设备业务类型或者业务流量发生较大变化,可自行决定快速退出节能状态,并等待下一次节能策略刷新 通过自适应能耗配给技术,FTTR 可达到节能效果如下:1)动态功耗控制:主设备依据负载情况动态选择合适的节能策FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)24 略 2)节能无感知:节能
43、策略的实施不影响用户正常的业务接入、使用和退出 3)负载均衡:从设备业务量尽可能均衡,避免个别业务量过大影响用户体验 4)整网能耗最优:FTTR 整网通过节能策略后,整网能耗最低,不追求单个设备能耗最低 3.7 设备管理技术设备管理技术 设备管理技术当前进展主要集中在远程管理技术上。FTTR 设备远程管理包括两层功能:管理平台南向管理 FTTR 全光家庭网络,以及主设备代理管理从设备,如下图所示。图中 FTTR 管理平台和已部署的接入网网元管理系统、网关管理平台一起构成FTTR远程管理平台。主设备和 FTTR 远程管理平台建立远程管理通道,接受远端管理,同时主设备代理管理从设备。图 12 FT
44、TR 网络的管理架构 FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)25 上图中,接入网网元管理系统和 FTTR 主设备之间的接口,可通过 OLT 代理方式管理,基于 10G GPON OMCI、10G EPON OAM 协议,实现 PON 层功能的管理。上图中网关管理平台和 FTTR 设备之间的接口,可基于 BBF TR-069 系列协议对 FTTR 设备进行管理,包括网关功能管理、设备状态管理、WAN 口管理、VoIP 业务管理等。上图中 FTTR 管理平台和主设备之间的接口,封装协议可以采用但不限于 MQTT、JSON 等。通过此接口实现 FTTR 网络的管理,包括网络拓扑查询、状态查询、告
45、警、FTTR 配置与调优、FTTR 网络故障与维护等。上图中主设备代理管理从设备的接口,主要功能包括:1)从设备管理,包括从设备上线管理、设备状态管理、设备信息查询、设备升级等 2)从设备告警管理,包括光路告警、设备资源异常告警等 3)从设备配置管理,包括 Wi-Fi 配置、VLAN 配置等 4)从设备 Wi-Fi 漫游与调优管理,主从协同漫游和调优 5)接入设备(STA、IoT 等)的管理,包括接入设备的状态与信息查询、上下线管理等。3.8 线缆与连接器技术线缆与连接器技术 FTTR 室内光纤网络的部署,既要考虑施工的便捷性、高效性,又要考虑室内装修的美观性,因此,需要有配套的专门针对家庭场
46、景的光网络部件和布线施工方式。目前包括室内专用超柔蝶形光缆、光缆FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)26 面板等新型光网络部件;暗管、隐形光纤、明线槽等配套布线方案已日趋成熟。(1)光电混合缆 光电混合缆是一种适用于通信接入网系统的新型接入方式,它将输电铜线与光纤集合在一起,可以一次性同步解决宽带接入、设备用电、信号传输的问题,因此在家庭场景下,采用 86 盒式的从设备时可以使用光电混合缆进行信号传输和设备供电,避免使用本地电源对FTTR 供电,在中小微企业的吸顶式从设备,由于本地取电困难,也可以通过光电混合缆解决取电问题。(2)不等比分光器 FTTR 解决方案采用 P2MP 的架构进行
47、布线,主设备到从设备使用星型拓扑,一般情况下使用一个分光器既可以满足系统要求。但是,在跃层住宅、别墅或者企业场景,单级分光的架构可能会使布线复杂。为了最大程度地利用链路预算以及分光器物料归一,业界提出了使用不同比分光器进行级联组网的解决方案,如下图所示。从 1 层分光器的级联端口(70%的分光比)引 1 根光纤到 2 层,再在 2 层安装分光器并部署光纤到每个房间,有效地简化了布线施工。图 13 使用不等比分光器进行级联组网 FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)27 4 FTTR 标准进展标准进展 伴随着 FTTR 的技术和产业进展,国内外各标准化组织积极开展FTTR 标准化工作,FTT
48、R 的标准体系正逐步完善,将为 FTTR 更大规模的推广应用进行规范和引导。FTTR 相关的标准主要包含两类,一类是涉及 FTTR 的技术产品标准,另外一类是涉及线路和建筑内部部署的工程建设标准。4.1 FTTR 技术产品标准技术产品标准 FTTR 解决方案是光纤在通信领域的创新应用,因此 FTTR 相关的产品技术标准都在通信行业的标准化组织中进行,包括中国通信标准化协会(CCSA)、国际电信联盟(ITU-T)、以及欧洲电信标准化协会(ETSI)。在这些标准化组织中,FTTR 相关的标准如下图所示:图 14 FTTR 技术产品标准化情况 2019 年 11 月,中国通信标准化协会(CCSA)的
49、 TC6 WG2 完成了光纤到房间(FTTR)技术研究与应用分析的课题。该课题从家庭FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)28 网络需求、传统家庭网络组网方案、光纤到房间的家庭组网方案、方案性能验证以及室内光纤布线等多个方面展开了分析,并对未来的技术发展进行了展望。基于该研究课题的成果,在 2021 年 6 月的会议中启动 FTTR 的技术系列标准制定工作,该系列标准由 5 部分组成:应用场景和需求、总体架构、物理层、协议层以及管理,预计于 2023年逐步完成标准的制定。通过区分业务体验等级,可以牵引家庭网络为超高清视频、在线教育、VR、健康等业务提供高质量的体验,满足用户对美好智慧生活的
50、不断向往。为此,CCSA 在 2021 年底立项基于家庭网络的宽带业务体验和网络性能评价指标体系和基于家庭网络的宽带业务体验和网络性能指标测试方法两个行业标准,标准分别制定家庭网络业务体验和网络性能指标、评分方法、分级分类方法和家庭网络的业务的体验指标和网络性能指标测试方法。在国际标准中,国际电信联盟 ITU-T 的十五组的家庭网络研究组(Q18)率先展开了下一代家庭网络架构功能和业务的研究,明确提出家庭光纤组网是继传统铜线(电话线、同轴线)和空口(Wi-Fi 回传)组网方式的新组网方式,为家庭网络新兴业务提供更高质量的网络能力。研究组在 2021 年 4 月全会推动发布家庭光纤组网(FTTR
51、)的场景和网络需求技术报告,阐述了家庭组网的独特场景和有别于光接入网络的网络需求,初步明确了 FTTR 的技术方向。同时在本次会上立项基于 FTTR 的系统架构、物理层、数据链路层以及网络管理标准,开启了 FTTR 标准制定的时代。研究组计划优先完成 FTTR 技术的顶层设计(系统架构),优先制定基于点到多点(P2MP)的系统架构体系,催动 FTTR 技术在业界的快速应用。为了更好地凝聚全球固定宽带网络产业上下游各环节力量,实现FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)29 生态及应用的繁荣,ETSI 于 2019 年 12 月创立了 ISG F5G 工作组,并于 2020 年 2 月正式启动
52、,。在 F5G 中,多个标准研究项目都在稳步推进中,包括技术全景图、应用场景、端到端的网络架构、管理及体验等。在 F5G 场景 release 1 中,FTTR 的场景已经被纳入标准。随后,在 F5G 的端到端网络架构标准中,集中管控的 FTTR 系统架构也被接纳。2022 年初,F5G 立项了F5G Residential Services Quality Evaluation and Classification,该标准项目正在研究基于不同家宽业务的服务质量体验评估标准,根据不同业务体验的质量分级评定为不同业务质量等级。当前,该标准正在制定过程中,已完成标准初稿的编制。4.2 FTTR 工
53、程线路标准工程线路标准 建筑内部光纤到房间的预部署,是 FTTR 快速推广上量的重要挑战之一。全光家庭组网方案从 2019 年被提出就受到了业界的广泛关注和一直好评。除了通信行业的设备厂和运营商在积极拓展方案的应用场景和商业落地,住建行业也希望借助全光解决方案来构建全屋智能的数字家庭体系。FTTR 相关的工程线路标准如下图所示:FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)30 图 15 FTTR 布线标准化情况 针对住宅和其他民用建筑,有对应的建筑设计和工程建设标准,在这些标准中,会涉及到弱电布线系统及信息网络系统,都涉及到FTTR 的光纤布线和组网。此外,为了推进光纤宽带在住宅和商务楼宇的接入
54、,住建部和工信部联合发布了国家标准 GB50846/7“光纤到户”和 GB50311/2“综合布线”的工程设计和验收规范,以强制条款要求新建住宅和商务楼宇需要实现光纤到户和光纤到用户单元。为了推进光纤向终端进一步延伸,住建部和工信部正在启动这两个系列标准的修订和完善。为了推动智慧社区的产业发展,国标 智慧城市 建筑及居住区 第 1 部分:智慧社区建设规范中也明确了“宜将光纤部署至房间”的要求。此外,TC6WG3 也启动了住宅通信综合布线系统、信息通信综合布线系统 第 1 部分:总规范 以及 光电复合缆等标准的制定,为 FTTR 的发展提供基础支撑。除了国家标准,全国多个地方省市也启动了针对 F
55、TTR 的地方工程建设标准制定,云南省住建厅已完成云南省住宅区、住宅建筑和FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)31 商务楼宇光纤到户通信及有线电视设施工程建设标准的送审稿,明确了增补光纤到房间的内容,用于支持未来持续演进的数字家庭网络带宽需求;上海通管局联合临港开发区政府、住建委、经信委、三大运营商,联合发布了上海市住宅和商务楼宇 FTTR 光网络布线白皮书,用于指导光纤到房间、光纤到桌面的工程部署,同时也发布了上海市住宅区和住宅建筑通信配套工程技术标准 修订的征求意见稿,明确了光纤到房间的敷设要求;山东省住建厅修订了智能建筑工程技术标准智能建筑工程技术标准,提出了 FTTR 布线要求和
56、组网方案,在新建住宅及商务楼宇建筑室内仅采用光纤布线,为打开 FTTR前装市场及后装流程做好准备,支撑运营商高标准建设千兆光网和FTTR 千兆创新应用规模发展。此外,深圳、广西等多个地方标准也正在编写过程中。此外,部分行业协会也针对 FTTR 的需求,制定了相关标准。中国建筑装饰协会发布并实施住宅装饰装修工程施工技术规程T/CBDA 51-2021 中,增加了光纤信息网络系统相关内容,用于指导装饰装修公司在对房屋进行装修时把光纤部署至房间;为了适应建筑内宽带光纤网络发展的需要,中国电子节能技术协会针对已经建设了无源光网络的建筑内,发布了 TDZJN 63-2021 建筑室内全光网络系统工程技术
57、标准,标准规范了住宅建筑和公共建筑室内光纤到屋(房间)通信设施的建设,可以满足人们对通信业务的更高需求。除了新建场景,国内还有海量的存量房屋,为了规范存量房屋二次装修时预设光缆,土巴兔联合广东移动、华为共同制定的住宅装修 FTTR 全光组网规范,这对整个家居、家装行业有着非常重要的意义:一方面把 FTTR 布线要求纳入装修规范里,极大地促进了 FTTR 产FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)32 业走向标准化、规范化,提升 FTTR 服务品质;另一方面,对家居家装企业来说,规范的制定也是一种有效的赋能,可以推动家装行业高标准、高品质地发展。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)33
58、5 总结与展望总结与展望 5.1 业务体验升级驱动业务体验升级驱动 FTTR 技术演进与创新技术演进与创新 随着业务的不断发展及用户对网络体验需求的不断升级,对网络的吞吐量、时延、漫游等将会有更加严格的要求,对 FTTR 网络架构和末端无线带宽都会提出新的需求。C-WAN 架构将不断演进,实现光与 Wi-Fi 深度的融合C-WAN 架构将不断演进,实现光与 Wi-Fi 深度的融合。C-WAN 架构将首先实现光与 Wi-Fi 的访问控制层(MAC)的融合,通过信息交互实现资源分配的联合优化,可有效提升整体系统的 QoS 保障,降低融合模块成本和降低时延。更进一步,C-WAN 架构将实现光与 Wi
59、-Fi的物理层(PHY)的融合,Wi-Fi 信号不需再经过媒介访问控制层处理,降低信号处理时延和系统帧封装的带宽开销及时延,进一步降低融合模块的成本,提升系统效率。网络时延不断逼近端到端全网“零”等待延时引领技术创新网络时延不断逼近端到端全网“零”等待延时引领技术创新。随着时延敏感业务(沉浸 XR 等)的发展,需要极低的端到端的网络时延需,无压缩无解码的数据流传输让网络延时的上限压缩在物理传输的理论边界,追求业务传输“零”等待延时、“零”业务卡顿的终极梦想。无感漫游融合创新构建一家一张网无感漫游融合创新构建一家一张网。家庭连接技术的融合创新面向驱使家庭网络联成一片,实现“零”等待无感漫游,让用
60、户感知网络无处不在,任意畅游。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)34 FTTR 将与 Q 波段毫米波相结合,为数字家庭合力打造极强信息FTTR 将与 Q 波段毫米波相结合,为数字家庭合力打造极强信息底座。底座。工信部无2013502 号4050 吉赫兹频段移动业务中宽带无线接入系统频率使用相关事宜 中已发放 45GHz 频谱(Q 波段:42.3G-47.0GHz,47.2GHz-48.4GHz)用于低功率无线接入。这部分频谱资源是当前国内 Wi-Fi 在用频谱的 15 倍以上,将极大缓解当前 Wi-Fi 频谱资源不足问题。基于毫米波可实现 100Gbps 以上的吞吐,单用户流量可达万兆
61、。FTTR 与 Q 波段毫米波结合的用场景中,墙体对毫米波具有较好的隔离作用,毫米波穿透性差的特点反而可有效解决 FTTR 网络内及网络间干扰问题,能满足更多并发用户的网络需求,对于部署 Cloud VR、全息通信等业务极其有利,如下图所示。图 16 FTTR 与Q波段结合解决跨房间干扰和互联问题 干扰问题的解决,有利于光纤传输链路与毫米波链路融合更彻底,物理层上可形成光纤与毫米波速率适配,实现上下行信道、时隙划分上光与毫米波的映射,形成光到终端的协同调度新机制,如下图所示。FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)35 图17 FTTR链路间协同 5.2 多方协同构建多方协同构建 FTTR
62、产业生态产业生态 近年来,FTTR 在技术产业、应用场景、国内外标准化方面取得了重大进展,突出体现在如下六个方面:一是部省联动出台政策支持 FTTR 发展一是部省联动出台政策支持 FTTR 发展。工信部、住建部、广西壮族自治区、山东省、江苏省、河北省、广东省等陆续出台明确支持FTTR 发展的相关政策,形成部省联动的配套政策,有效促进了 FTTR的产业发展。二是国内运营商引领推进 FTTR 部署二是国内运营商引领推进 FTTR 部署。中国移动、中国联通、中国电信加快 FTTR 用户的发展。当前广西、山东、江苏、河北、广东、四川、云南、陕西、山西、宁夏、北京、上海等超二十省市发布了 FTTR的业务
63、,FTTR 用户全国已开通几十万户,FTTR 即将进入规模化发展时期。三是产业链不断壮大加速 FTTR 发展。三是产业链不断壮大加速 FTTR 发展。房地产商和家装公司加入FTTR产业链生态,为FTTR加速发展注入新鲜血液。FTTR 设备制造商、光纤光缆厂家根据市场需求不断丰富完善 FTTR 产品系列,加速 FTTR发展。四是 FTTR 从家庭应用拓展到小微企业应用四是 FTTR 从家庭应用拓展到小微企业应用。FTTR 不仅能为家庭FTTR 光纤到房间白皮书(2022 年)36 带来“真千兆”的体验,也能解决小微企业历史的办公网络“痛点”。面对两种应用需求 FTTR 网络需求和布线需求略有差别
64、,FTTR 网络架构的演进以及布线技术的实施需同时兼顾家庭用户和小微企业用户的需求。五是 FTTR 技术随着业务体验需求的提升不断演进五是 FTTR 技术随着业务体验需求的提升不断演进。根据宽带联盟发布业务体验分级白皮书描述,当前用户体验要求正处于快速发展期,FTTR 技术进展主要集中在全光组网 C-WAN 架构、中心化光与 Wi-Fi 协同机制、空口有序传输机制、自智链路管理机制、无感切换技术、自适应能耗配给技术、远程管理技术、线缆与连接器技术等八项技术,不断提升千兆业务体验。同时,光与 Wi-Fi 深度融合、“零”等待时延与漫游、FTTR 与 Q 波段结合等新的创新技术不断涌现,为 FTTR 技术不断演进奠定基础。六是 FTTR 标准体系逐步完善六是 FTTR 标准体系逐步完善。ITU-T、ETSI、CCSA、CECS 等国际国内标准化组织积极开展 FTTR 技术产品和工程线路标准制定工作,FTTR 的标准体系正逐步完善,将为 FTTR 更大规模的推广应用进行规范和引导。