概述

最近的十幾年間，受益于通信技術的發展和運營商在網絡基礎設施的巨大投入，家庭固網經歷了幾輪的迭代升級，僅在“帶寬”（傳輸速率）這一個參數上，從最初的64Kbps（ADSL電話線撥號上網），到幾兆，幾十兆，以及現在已經普遍達到的一兩百兆，甚至從2019年下半年起逐漸走向千兆時代。但不為眾人所知的是，家庭固網在迭代升級的過程中，除了帶寬以外，還有其它幾個重要（會顯著影響用戶體驗）的參數也同步進行了優化提升。

本文將重點介紹“千兆寬帶”好在哪，并分析“千兆寬帶”在時延、抖動、誤碼率等性能參數上的提升原理。

“千兆寬帶”好在哪？

1、家庭寬帶接入網長什么樣？

PON是英語Passive Optical Network的首字母縮寫，譯為無源光網絡，“無源”指ODN（光分配網絡）不含有電源，無需供電，ODN全部由光分路器Splitter（實際上為玻璃器件）組成。

圖1：PON的體系結構［1］

運營商在PON系統建設時，一般在用戶數達幾千上萬戶的一個社區，建設一個PON系統，部署一臺OLT、幾百臺光分路器Splitter、一戶一臺ONU（俗稱光貓）。

圖2：PON系統中的物理設備

圖3：分路器Splitter及內部結構［2］

PON系統上下行數據傳輸在同一根光纖中的不同波長上，單芯“皮光纖”即可實現光纖入戶，無需使用雙纖芯的光纜。當前主流的PON系統包括GPON和EPON，它們有相同的上下行波長，即中心波長為1310nm和1490nm。而“千兆寬帶”普遍采用新一代的是10G－PON系統，它的上下行波長在1270nm和1577nm左右［3］。因此，兩代PON系統之間，可以通過波分復用器件共存在同一個ODN上，帶寬升級不影響原有業務。正是由于這個原因，運營商在實現小區“千兆寬帶”覆蓋時，并不需要重新在小區地下管道和樓道弱電井施工，僅需更換OLT上的一兩個XG－PON板卡，在幾分鐘的時間內即可實現“千兆寬帶入小區”的建設施工。

圖4：千兆小區

值得一提的是，中國移動家庭固網普遍采用GPON進行家庭接入，網上關于GPON與EPON比較的文章已經很多了，筆者不在此贅述，請讀者自行百度：詳細分析EPON vs GPON哪種更好？由此看來“裝千兆寬帶，就選中國移動”，還是很有道理的。

下面用某地市的真實網絡拓撲圖，結束本小節的介紹：

圖5：家庭寬帶端到端拓撲圖

2、傳輸資源是怎么分的？

在本節開始之前，有一點需要提前說明：家庭寬帶不是專線，傳輸資源是“競爭共享”的。我們平時講的“我開了100M的寬帶”指的是：你家里的寬帶“最大可用帶寬”是100M，同小區的人都不用網，僅你自己用網時，頂多用到100M的傳輸速率。很自然地，大家就會問：大家都用網時，我實得帶寬是多少？本節就來解答這個疑惑。

以性能相對較好的GPON系統為例， OLT的一個PON端口的下行傳輸速率是2．5Gbps，上行傳輸速率為1．25Gbps，分光比最高可達1：128［4］，其中分光比可以簡單理解為：有多少ONU（光貓）競爭這下行2．5G和上行1．25G的傳輸資源。顯然，分光比1：N中N越小，用戶分得的傳輸資源越多，實得帶寬越大，體驗越好。

在“百兆時代”運營商的真實網絡中，分光比一般為1：64［4］（第一級分光8＊第二級分光8），戶均實得帶寬＝2．5Gbps／64＝39Mbps，這是競爭最激烈、最極端時的情況。一般情況下，這64戶不可能同時都這么“忙”，一般符合“泊松分布”統計模型，所以實得帶寬基本上都能達到簽約的百兆。

但正是因為這種“競爭共享”機制，導致用戶實得帶寬是不穩定的，抖動較大，時延時大時小，誤碼率也不穩定。對于一些時延敏感型業務，業務體驗在晚上8點左右的用網高峰期就會下降。這就是出現“家里的網，白天好好的，晚上8點比較卡”現象的一個重要原因（但這不是全部原因，晚上下班時間，家里和鄰居家里的Wi－Fi設備增多，向空間中收發數據量增大，出現嚴重的Wi－Fi資源競爭，導致Wi－Fi丟包率高，是另一個重要原因，這也就是為什么說中國移動千兆寬帶與全家WiFi業務是“黃金搭檔”）。

3、“千兆寬帶”怎么提升了網絡品質？

正如上一節所述，讓用戶獲得更大的實得帶寬、減小時延、減小抖動、降低誤碼率，全面提升網絡品質，主要有兩個重要途徑：1）提高一個PON端口傳輸容量；2）減小分光比1：N中的N。“千兆寬帶”正是圍繞這兩點，進行了PON系統升級改造。

如在某運營商現網中，有三種支持千兆寬帶接入的PON系統，在資管系統以“可接入帶寬”進行標識為：1000a／1000b／1000c。

從上表可以看出，“千兆寬帶”一方面提升了OLT系統的傳輸容量；另一方面限制了OLT單PON口接入客戶數，最大只允許6個用戶參與資源競爭，并且在接入數超過2個后就會預警擴容。

就拿上一節討論過的“競爭最激烈、最極端時的情況”為例，僅就“下行帶寬”這一個參數而言，“千兆寬帶”1000a為10Gbps／64＝156Mbps，較“百兆寬帶”（39Mbps，見上一節）提升了400％；“千兆寬帶”1000b和1000c為1Gbps／6＝167Mbps，較“百兆寬帶”提升了428％。

除此之外，“千兆寬帶”在時延、抖動、誤碼率等性能參數上，較“百兆寬帶”有顯著提升。從參考文獻［5］這個篇SCI論文中的數據（下圖）可以看出，誤碼率BER與單PON口下ONU數成反比，由于“千兆寬帶”嚴格地控制了單PON口接入客戶數（即ONU數），“千兆寬帶”較“百兆寬帶”將成倍地降低誤碼率，顯著減少用戶數據“丟包重傳”的概率，進而降低用戶的時延和抖動，提升游戲等時延敏感型業務的體驗。

圖6： 接入ONU數與誤碼率BER的關系［5］

4、“千兆寬帶”的黃金搭檔

在文章的第二小節提到了空間中Wi－Fi資源競爭導致的Wi－Fi丟包率高，是影響家庭網絡體驗的一個重要原因，而僅靠“千兆寬帶”是無法解決該問題的，還需“千兆寬帶”的黃金搭檔—中國移動全家WiFi業務。

中國移動全家WiFi通過雙千兆路由器，提供有線千兆＋無線（Wi－Fi）千兆的家庭內網覆蓋能力，解決千兆到PC、千兆到手機的最后十來米的問題。中國移動全家WiFi業務針對房屋面積、戶型、墻體結構和周圍Wi－Fi的情況，提供個性化的組網方案設計，同時優化同頻干擾和臨頻干擾的影響，保證用戶獲得真正的千兆體驗。除此之外，隨著Wi－Fi6設備的普及，中國移動全家WiFi業務還將提供Wi－Fi網絡的差異化服務能力，基于OFDMA信道切片技術，動態為關鍵用戶和應用分配獨占的專用子載波資源，根據服務等級將業務調度在不同的Wi－Fi子載波上，從而實現在任何時間上“用戶和應用”不必排隊等待，不必因競爭Wi－Fi空口資源而丟包，為用戶在游戲、云VR期間帶去高品質網絡體驗。

圖7：“千兆寬帶”的黃金搭檔—中國移動全家WiFi業務

5、“千兆寬帶”引領未來

2019年世界移動大會期間，各運營商和設備商達成共識，宣布固定網絡向Fifth Generation Fixed Network （F5G）發展演進，2020年2月26日歐洲電信標準協會（ETSI）成立了一個新工作組，專門負責制定第五代固定網絡標準（ETSI ISG F5G）。從相關的業界動態可以看出，以10G－PON和Wi－Fi6為技術硬核的“千兆寬帶”，符合F5G的演進方向，未來，則可能是50G PON和“全光連接”為技術硬核的“萬兆時代”。當前，“千兆寬帶”正與5G移動通信協同聯動，共同實現網絡的體驗升級。

綜上所述，“千兆寬帶”好在哪？它不僅僅好在上下行傳輸速率的成倍提升，它還好在時延、抖動、誤碼率等性能參數上的全面優化，非常適用于對家庭寬帶有更高品質要求的用戶。

審核編輯：符乾江