FTTR技术白皮书.pdf

i i 版权所有 华为技术有限公司 2020。 保留一切权利。 非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部，并不得以任何形式传播。 商标声明 和其他华为商标均为华为技术有限公司的商标。 本文档提及的其他所有商标或注册商标，由各自的所有人拥有。 注意 您购买的产品、服务或特性等应受华为公司商业合同和条款的约束，本文档中描述的全部或部分产品、服务或特性可能不在您的购买或使用 范围之内。除非合同另有约定，华为公司对本文档内容不做任何明示或暗 示的声明或保证。 由于产品版本升级或其他原因，本文档内容会不定期进行更新。除非另有约定，本文档仅作为使用指导，本文档中的所有陈述、信息和建议不构成任何明示或暗示的担保。 华为技术有限公司 地址： 深圳市龙岗区坂田华为总部办公楼 邮编： 518129 网址： huawei 客户服务邮箱： supporthuawei 客户服务电话： 4008302118 FTTR 技术白皮书 目 录 ii 目 录 1 什么是 FTTR（ Fiber to The Room/Request） . 1 2 FTTR 的应用场景 . 3 2.1 光纤到房间：全屋千兆覆盖 . 3 2.2 基于 FTTR 的创新业务： Wi-Fi感知 . 5 3 FTTR 技术方案 . 9 3.1 架构 . 9 3.2 FTTR 光网关 . 10 3.3 边缘 ONT. 11 3.4 家庭光纤组件 . 11 4 实践案例 . 13 4.1 广州电信 FTTR 实践案例 . 13 4.2 东莞溪村公寓 FTTR 实践项目 . 14 5 FTTR 产业发展初探 . 15 FTTR 技术白皮书 1 什么是 FTTR（ Fiber to The Room/Request） 1 1 什么是 FTTR（ Fiber to The Room/Request） 通信行业一直在持续加快光纤带宽升级，当前，接入网络已大部分实现光纤接入，光纤到户渗透率全球平均水平已达到 65%。 在中国 ，光纤宽带发展保持全球领先地位， 据国家互联网信息办公室发布的 2019 年通信业统计公报， 截至 2019 年 12 月底，全国互联网宽带接入端口数量达到 9.16 亿个，其中，光纤接入端口占比达 91.3%，远高于全球平均水平。 光纤接入以及其它网络基础设施的不断提升，为互联网业务的繁荣提供了坚实的信息底座。与此同时，创新的业务应用也层出不穷，超高清视频、云 VR、云游戏、线上教育、远程办公等，对网络的带宽 、时延、抖动等提出了越来越高的要求，这驱使着用户对宽带套餐的需求不断向上迁移。截止 2019 年 12 月底 ，国内三家基础电信运营商的固定互联网宽带接入用户总数达到 4.49 亿户，其中， 100M 及以上接入速率的用户为 3.84 亿户 ，占比85.5%， 1000M 以上接入速率的用户也达到了 87 万户 ， 全国已有 29 个省的 59 家省级运营商实现了千兆业务商用 。 针对 河北电信 198 万家庭宽带用户的统计分析 ，也显示了同样的趋势： 200M 宽带已成为基础套餐（用户占比 68%）。 图 1-1 截至 2019年 12月 ， 29省 59个运营商商用千兆 FTTR 技术白皮书 1 什么是 FTTR（ Fiber to The Room/Request） 2 不断提升的带宽带来更好的上网体验，但调研发现，很多高带宽套餐的能力未能充分发挥出来。如上述河北电信购买了 200M 套餐的 家宽用户，有 76%以上的用户，其家庭网络并没有完全体现出 200M 宽带的能力。经过分析，主要原因有三： 1、用户使用的 Wi-Fi 设备的能力限制了用户最终能感知的速率，这既包括 Wi-Fi 设备本身接入速率不足，也包括因为穿墙等原因造成 Wi-Fi 信号在房间里的覆盖不够好； 2、网线分线 /不合格等降低了网线的承载能力； 3、 ONT 的网口为百兆以太口，约束了协商速率。这些因素，在宽带速率较低的时候，不会造成问 题，但随着带宽不断提升，这些因素都浮现出来，制约了用户的最终上网体验。 解决这些问题，必须要优化家庭网络，保证 稳定的大带宽无处不在，随需连接。 运营商已经开始行动，从带宽经营转向上网体验服务运营 。如，电信智慧宽带战略推出“ 全屋 Wi-Fi 服务 ” 业务，全面提升用户宽带体验感知。 在这一大背景下 ，为了给用户提供更好的宽带体验，华为提出了 “光纤随需连接”解决方案 FTTR（ Fiber to The Room/Request）： 在 ONT 下行提供光纤介质接入到房间 。在客厅布置 FTTR 光网关 ，以 FTTR 光网关 为核心，构建家庭光纤网络。 FTTR 光网关 上接 光 网 ，向下 连接多个 边缘 ONT， 边缘 ONT 支持千兆以太口、双频 Wi-Fi， 随 光纤进入到每一个房间，为每个房间提供有线、无线千兆覆盖 。 FTTR 方案的提出 ， 起源于对家庭网络的优化 ，但其技术架构在园区场景同样有用武之地，是全光园区方案的 有益 补充。 FTTR 的适用场景、技术架构将在下面的章节中予以介绍。 FTTR 技术白皮书 2 FTTR 的应用场景 3 2 FTTR的 应用 场景 2.1 光纤 到房间 ： 全屋千兆覆盖 目前家庭终端大多数都是以手机、平板电脑、笔记本等为代表的移动设备， 并且基本都是通过 Wi-Fi 接入互联网的。多居室的千兆宽带用户在洗手间、厨房、卧室等居室的边缘地带，因为终端距离接入点过远，或者信号连续穿墙后的严重衰减，容易 出现 无线连接不稳定、不能流畅上网的情况。对大户型和别墅场景，这一情况则更为严重。因此当千兆宽带服务通过光纤送入家门，如何保证每个房间都能被高质量的网络覆盖，是提升用户体验的关键。 针对这一需求，近年来运营商纷纷推出全屋 Wi-Fi、家庭智能组网等个性化服务，消费者市场也有品类众多的改善 Wi-Fi 接入体验的产品。 基于华为全光场景实验室收集到的 逾5000 份 家庭宽带 调查问卷 反馈的数据，可以看出 随着居室数的增加，不少用户有意识 地 通过增加 Wi-Fi 热点数量改善房间的网络体验。 如下图所示 ，代表家中 1 个热点的曲线随着居室的增加有明显的下降趋势，而代表家中有多个热点的曲线则明显上升。 图 2-1 用户家中 Wi-Fi热点数量与户型的关系 FTTR 技术白皮书 2 FTTR 的应用场景 4 收到的反馈中有不少对自家网络体验不满意的用户 ， 就算是已经开通了千兆套餐的用户 ，也有 24.8%的比例希望网络体验能进一步提升 。 把千兆用户按照户型占比分析 ，“单身公寓/一室一厅”户型占比达到 10.4%， 但对网络体验不满意的人群中 ， 这一户型占比只有1.8%。“ 四室一厅及以上 ” 户型在千兆用户中占比 15.8%，但是却有 21.1%的不满意声音来自这一户型。可见在 多居室的用户 中，希望自己家网络 体验能进一步提升的比例明显大于单身公寓 /一室一厅 ，实际体验与心理预期之间 存在 差距。 图 2-2 千兆用户 希望网络体验进一步提升的用户在各户型中的分布 为了解决家庭 Wi-Fi 覆盖的问题，主要有两种思路，一是增加 Wi-Fi 接入点的数量，二是增大单个热点 Wi-Fi 覆盖范围。常见的方案有大发射功率 AP、 Wi-Fi 无线中继、电力猫、使用网线把多台 AP 连接起来 等。与这些方案对比， FTTR 方案具备多方面的优势。 从建设和维护成本来看， 光 纤部署灵活，支持独立布线，适应于多种多样的新老户型；光纤寿命长，一次铺设可长期使用。 各方 案综合对比如下： 方案 网线 +AP 大发射功率 AP Wi-Fi 中继 电力猫 FTTR 覆盖能力 良好 （通过网线+AP 部署家庭主要房间） 一般 （受限于 Wi-Fi穿墙能力） 中等 （主副 AP部署 距 离 受限） 中等 （电力线信号衰弱明显） 优秀 （可通过光纤 +边缘 ONT灵活扩展） 传输速率 一般 （无法达到千兆） 一般 （受限于 Wi-Fi穿墙能力） 一般 （副 AP传输速率受限于主 AP） 一般 （电力线传输速率衰减明显；受家用电器影响明显） 优秀 （使用光纤扩展，保障速率不衰减） FTTR 技术白皮书 2 FTTR 的应用场景 5 方案 网线 +AP 大发射功率 AP Wi-Fi 中继 电力猫 FTTR 建设与维护 网线速率需要与带宽匹配，否则只能更换 较易部署和维护 较难运维 复用电力线； 较易部署和维护 一次铺设，长期使用； 部署灵活，支持多种拓扑； 可按需快速增减分支 2.2 基于 FTTR的创新业务 ： Wi-Fi感知 早在 2000 年 ， 微软研究院提出了利用 Wi-Fi 解决室内定位的方法 ， 主要基于 RSSI 的指纹匹配算法，到 2011 年人们实现了基于 Wi-Fi 信号的 人体定位和行为状态感知。 在 2011年 ， 华盛顿大学和 Intel 合作开发 了 一套获取 Wi-Fi 信道状态信息 （ Channel State Information， 简称 CSI）的工具，加快了基于 Wi-Fi 的无线感知技术和应用的发展。 Wi-Fi 感知的基本原理 Wi-Fi 信号也是无线电磁波的一种 。 根据电磁波的传播特性 ，在室内环境中墙面、物体表面、地面、活动的人体等都会对信号产生反射而使电磁波产生不同的传播路径。这些路径与直射路径一起形成多径（ Multipath）在空间中传播，并最终叠加在一起形成了接收端收到的 Wi-Fi 信号。 图 2-3 基于多径效应的 Wi-Fi感知原理 a) 多径传播信号的叠加 FTTR 技术白皮书 2 FTTR 的应用场景 6 b) 信道频率响应的叠加 在无线通信技术中，这种“干扰”通常因为会降低信号传播的质量而被滤除， 但换个角度来看 ，这些信号同时也携带了物体方位、活动状态的信息，如果能将接收到的信号模型与实际物体的状态建立联系，就可以对“干扰源”进行定位、行动识别等。 FTTR 组网下的 Wi-Fi 人体感知功能 与其他感知方式相比 ，使用 Wi-Fi 信号进行人体感知时的检测是被动式 、 非接触式的 ， 因此检测对象不需要穿戴任何设备 。采集到的数据可以在户内进行计算，对外仅在有异常发生时输出警报信号，而且 并不直接采集用户居家生活的视频或图像 ， 用户感知度好 ，隐私暴露的风险低。 FTTR 家庭组网环境中 ， Wi-Fi 热点的位置进一步下移 ， 从客厅走到了每一个房间 ， 甚至厨房和浴室 。 各设备之间通过光纤组网 ， 可以实现 多设备低延迟 的 Wi-Fi 感知信号协同处理 ， 并且不需要额外再布设传感器设备 。多 ONT 组网结合 Wi-Fi 天线的 MIMO 技术，多路径同时进行判断， 可以大大 提升系统可靠性，实现高准确率的识别。 表 2-1 人体活动感知方式优缺点比较 检测方式 原理 优点 缺点 被动式检测 视觉感知 通过摄像头等采集图像或视频，再通过图像识别和计算机视觉进行活动识别 发展多年，算法成熟 图像和视频数据量巨大，数据处理代价大 隐私暴露风险极大 对环境光线有要求 不适合有遮挡的场景 微波雷达感知 通过采集人体对雷达信号的回波，提取运动人体的多普勒特征进行识别 低频信号可以实现穿墙检测 隐私保护性较好 不受环境光线条件约束 需要在环境中增加专门的硬件设备 硬件成本高，多用于特殊场景 FTTR 技术白皮书 2 FTTR 的应用场景 7 检测方式 原理 优点 缺点 红外热成像感知 通过采集人体的红外热成像画面，结合图像算法对人体及其活动进行识别 对人体识别准确率高 不受环境光线条件约束 仍会暴露一定的隐私 对环境温度有要求，不适用于浴室、厨房等环境 深度相机感知 通过 TOF、 RGB 多目相机、结构光等对环境进行深度测量，感知环境中的人体并进行识别 TOF、结构光等方案不依赖环境光线 可以做到细微动作的识别 采集数据量巨大，算法处理最为复杂 设备昂贵 不适合有遮挡的场景 Wi-Fi感知 利用监测 Wi-Fi 信道CSI 信息，感知环境中物体的移动状态 被动式监测 用户无明显感知 获取隐私数据最小，数据不出户 不受光线、墙体等影响 设备位置需要根据实际情况布放，需要装维人员评估 细微动作识别（如手势等）目前识别精度较差 主动式检测 可穿戴设备 通过 设备内置的多种传感器采集人体运动动作、姿态等信息并进行识别 非视觉，隐私保护性较好 可集成的传感器种类丰富 需要用户一直穿戴指定设备 受功耗、通信传输的限制 FTTR+Wi-Fi 人体感知技术的典型应用场景 1. 家庭安防 目前市面最常见的家庭安防设备为监控摄像头 ， 但存在易受环境光线影响 ，有 监控死角等问题 。基于 Wi-Fi 感知的安防检测系统，可以工作在穿墙性能较好的 2.4GHz 频段上，实现全屋无死角的连续动态监测，不受环境光纤的影响。结合 ONT 对联网终端上线状态的管理，可以在家庭成员离家时开启防入侵功能，归家时将系统静默，实现智能启停，无需人工干预。