千兆宽带全光室内远端覆盖研究.pdf

2 0 2 4年3期 2 1 2 0 2 4年第4 6卷第3期千兆宽带全光室内远端覆盖研究胡岸然1 张 立1 陈 馨2作者简介:胡岸然(1 9 9 0-),硕士,工程师,研究方向为运营商传送网、承载网、接入网建设维护;张立(1 9 8 5-),本科,研究方向为传输网络技术;陈馨(1 9 9 3-),本科,助理工程师,研究方向为电子信息、质量管理。(1.中国移动通信集团湖北有限公司武汉分公司 武汉4 3 0 0 1 5;2.湖北省电子信息产品质量监督检验院 武汉4 3 0 0 6 0)摘 要 为解决室内网络传输速度慢、信号覆盖范围小等问题,文中对全光远端覆盖技术(F T T R)进行了研究。首先,介绍了千兆宽带技术的发展现状,然后分析了影响信号覆盖的主要因素,最后提出了优化室内W I F I覆盖方案、F T T R技术应用等措施。根据测试结果可知,优化后的室内网络传输速度明显加快,且信号覆盖均匀,可为网络通信优化改造提供参考。关键词:千兆宽带;室内覆盖;远端覆盖;信号传输中图分类号 T N 9 2 9.5R e s e a r c ho nG i g a b i tB r o a d b a n dA l lO p t i c a l I n d o o rR e m o t eC o v e r a g eHU A n r a n1,Z HAN GL i1a n dCHE NX i n2(1.Wu h a nB r a n c ho fC h i n aM o b i l eC o mm u n i c a t i o n sG r o u pH u b e iC o.,L t d.,W u h a n4 3 0 0 1 5,C h i n a;2.H u b e iP r o v i n c i a l I n s t i t u t eo fE l e c t r o n i c I n f o r m a t i o nP r o d u c tQ u a l i t yS u p e r v i s i o na n dI n s p e c t i o n,Wu h a n4 3 0 0 6 0,C h i n a)A b s t r a c t I no r d e r t os o l v e t h ep r o b l e m so f s l o wi n d o o rn e t w o r k t r a n s m i s s i o ns p e e da n ds m a l l s i g n a l c o v e r a g e,a l l-o p t i c a lr e m o t ec o v e r a g e t e c h n o l o g y(F T T R)i s s t u d i e d i n t h i sp a p e r.F i r s t,t h ed e v e l o p m e n t s t a t u s o f g i g a b i t b r o a d b a n d t e c h n o l o-g y i s i n t r o d u c e d,t h e nt h em a i n f a c t o r sa f f e c t i n gs i g n a l c o v e r a g ea r ea n a l y z e d,a n d f i n a l l ym e a s u r e s s u c ha so p t i m i z i n g i n-d o o rW I F I c o v e r a g es c h e m ea n dF T T Rt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o na r ep r o p o s e d.A c c o r d i n gt ot h et e s t r e s u l t s,t h eo p t i m i z e di n d o o rn e t w o r kt r a n s m i s s i o ns p e e di ss i g n i f i c a n t l ya c c e l e r a t e da n dt h es i g n a lc o v e r a g ei su n i f o r m,w h i c hc a np r o v i d ear e f e r e n c e f o r t h eo p t i m i z a t i o na n dt r a n s f o r m a t i o no fn e t w o r kc o mm u n i c a t i o n.K e y w o r d s G i g a b i tb r o a d b a n d,I n d o o rc o v e r a g e,R e m o t ec o v e r a g e,S i g n a l t r a n s m i s s i o n0 引言当前,室内无线信号会受到障碍物、摆放位置、周围信号的干扰,普遍存在信号覆盖面积小、覆盖不均匀、信号传输速度慢等问题。为改善用户的上网体验,我国高度重视宽带改造升级,千兆宽带面世后,陆续推广到全国各地,使“宽带中国”战略得以贯彻落实。同时,在引入F T T R技术后,中小企业与大型住宅的光纤接入点发生了改变,各房间的上网质量明显提升,真正从传统的光纤到户转变为光纤到屋,充分满足了用户的个性化用网需求。1 千兆宽带技术的发展现状在国际市场方面,堪萨斯城早在2 0 1 2年便推出了千兆宽带服务,即G o o g l e f i b e r,其以G P ON技术为支撑,实现了信号的快速传播,但线路成本较高,用户扩散速度较慢,现已停止研发。我国在2 0 1 8年开始启动千兆宽带规模化发展计划,并在上海进行试点,截至2 0 1 8年,已经覆盖1.2万用户,有2 6 8个小区实现了千兆宽带的接入,用户反响良好。在这种趋势下,上海电信将创新成果标准化、规模化,根据用户的不同需求进行创新,共获得7个省级科技进步奖项。从光网覆盖情况来看,截至2 0 2 0年,上海电信光网覆盖用户已经超过9 5 0万,比例达到9 9%,平均用户接入带宽超过5 0M,位于全国榜首。上海的成功经验吸引了大量海外运营商的注意,西班牙、德国等的电信运营商纷纷到我国学习成功经验,并将该服务推广至全世界1。2 影响室内W I F I信号覆盖的主要因素2.1 室内墙体过厚一般情况下,无线路由器的覆盖范围是在无障碍的理想状态下测试的。但在实际应用中,W I F I信号频率较高,衍射能力较弱,将其应用到室内环境下,在穿越承重墙体、玻璃或水的过程中,会产生大幅度衰减。根据大量理论与实践可知,正面5 GH z的W I F I信号的穿墙能力相对更弱。因此,若室内房间数量、承重墙较多或墙体过厚,则会使信2 2 2 0 2 4年3期号产生明显衰减,衰减程度甚至高达5 0%7 5%,影响用户的正常使用。W I F I信号的本质是电磁波,其在穿越不同材质的障碍物时,所产生的损耗也不相同。相关试验表明,混凝土墙与金属对信号造成的损耗最明显,如表1所列2。表1 W I F I穿越障碍物的损耗情况障碍物穿透损耗/d bW I F I信号强度降低比例/%混凝土墙1 22 09 3.6 29 9.0 0玻璃88 4.1 3金属板3 09 9.9木材365 07 52.2 路由器摆放位置不合理室内W I F I信号质量受路由器摆放位置的影响,常见的无线路由器多为内置、外置全线天线。这类天线没有特定的指向性,在天线直立时,会形成以天线为中心的信号覆盖面,其周围信号最强,天线上方和下方的信号相对较弱。在摆放路由器时,部分用户摆放不够合理,无法保证信号覆盖面积的最大化,进而降低室内网速,影响了用户的上网体验。此外,一些用网设备与路由器间的距离过远,这种问题可通过购入无线中继的方式解决,其可放大搜索到已知的无线热点信号,但传输速率会降低5 0%,从而对无线数据传输产生较大影响。2.3 受周围信号干扰当前,常用无线路由器为2.4 GH z,在该频段工作的产品数量较多,如无线键盘、无线鼠标、微波炉等。无线路由器普及广,常常会同时搜索到周围的无线热点,加上该频段只有3个完全独立的信道,很容易受到周围信号的干扰,致使信号质量降低,网速减慢。针对这一问题,可通过升级路由器、升级设备无线网卡等方式解决,将其工作频段提升到5.0 GH z(但这会增加使用成本,需要用户结合实际用网需求进行选择)。2.4 天线的增益较低从整体上看,天线可分为定向与全向两种,路由器采用的是全向天线,传统路由器多采用增益为2 d b i的天线,信号覆盖面积较小,网速较低。当前,无线路由器基本配备了23根5 d b i的天线,信号覆盖范围得以扩大,网络质量得到提升。在室内远端房间中,W I F I信号的覆盖情况可用链路预算原则进行计算,如式(1)所示:P=P1+G1-L1-P L(d)(1)其中,P代表接收公路;P1代表发射公路;G1代表天线增益;P L(d)代表路径损耗。根据式(1)可知,在设备接收/发射公路、天线增益固定的情况下,通过降低损耗,可提升信号传播性能。可见,天线增益对路由器的使用效果具有较大影响,可通过更换高增益天线的方式,增加路由器所带天线,改善用户的上网体验3。3 千兆宽带全光室内远端覆盖的实施策略3.1 优化室内W I F I覆盖方案在房屋装修中,家庭网络已成为重要内容之一。若想提高网络传输速度,实现W I F I信号的室内全覆盖,则需要在装修期间做好规划,从网络布线、设备选用等方面,制定完善、可行的W I F I覆盖方案,具体如下。3.1.1 家庭网络布线网络布线十分重要,良好的布线方式可为后续设备安装、家庭组网等打下坚实的基础。对此,需尽量选择质量好、标准高的网线,如使用六类网线,其支持千兆以上的传输速率,适用于千兆室内局域网组建,还应选择知名厂家的网线产品,保证网络质量。从外观上看,六类网线的表皮带有C A T.6标识及十字骨架,可以避免相互缠绕、干扰,与传统的五类网线相比较粗。此外,可以在弱电箱内放置光猫、交换机或路由器,弱电箱到各个房间均布设一根网线,到电视柜应布设超过3根网线,分别与路由器、I P T V电视盒子、客厅电脑相连。3.1.2 网络设备选择在上述布线方案的基础上,有两种网络设备选择形式,具体如下。(1)P O E/A C路由器与各房间A P面板相结合。将路由器和光猫置于弱电箱内,各房间A P面板利用网线与A C路由器相连,由路由器提供网络信号,启动A C管理功能后,对各房间A P面板集中配置,选用相同的S S I D与密码,便可实现室内W I F I网络的无缝漫游。一些无需P O E功能的设备,如I P T V电视,可将路由器与之匹配的接口关闭,停止P O E供电即可。(2)交换机与普通无线路由器相结合。将交换机与各无线路由器相连,路由器经过L AN接口与交换机连接,各路由器配置成一个网段的I P地址,并暂停使用DHC P功能,由光猫提供DHC P服务。在路由器之间,依靠W I F I信号中继连接,其中一个与无线路由连接至光猫,剩余均依靠W I F I信号中继。路由器之间以级联方式连接,不需要交换机参与,连接方式同上。全部路由器共用一个网段的I P地址,停用DHC P功能,由根路由器提供该项服务。两种方案相比,第一种的应用效果较为显著,其通过A C路由器与各室内A P面板结合,便可实现W I F I信号在室内的全面覆盖。第二种方案较为常规,采用交换机与多个无线路由器相结合的方式,同样可实现室内无线W I F I信号的全面覆盖,但应用效果略低。3.2 全光远端覆盖技术(F T T R)的应用该技术是全光宽带网络的创新,其将运营商P ON系统内的宽带加入室内信息箱,再延伸到远端房间。在原本的P ON系统基础上,将ON T部分演变为入户光网关设备或远端延伸设备,可利用类接入网组网,使各项设备均实现光纤互联。上述方案的应用可使全光远端房屋覆盖W I F I,有移动信息2 0 2 4年3期 2 3 效避免信号穿越障碍物时出现的衰减现象,保障传输速度。3.2.1 设备选型与传统覆盖技术相比,F T T R技术在传输距离、带宽速率、可靠性等方面具有明显优势。设备组网可根据实际需求,采用类接入网或光以太网两种形式。前者为P 2MP模式,远端延伸设备之间利用短距离P ON技术相连,并通过分路器分光后,使光纤相连,构成房间微型光分配网,还可将分路器集成到网关设备内,减少物理设备数量。在设备类型方面,需利用光电转换模块、P ON光处理模块等(各1个),通过X G-P ON接入,远端延伸设备架构,支持千兆以太网口。光以太网为P 2 P模式,其利用光网关设备、远端延伸设备相互连接,实现组网目标。在实际应用中,其需要用到多个光电转换模块,远端延伸设备数量超过4个,并配置到局域网 交 换 机 上,支 持 千 兆 以 太 网 口,空 口 速 率 超 过千兆4。3.2.2 硬件设置在房间信号全覆盖的需求下,光网关设备作为核心内容之一,对室内任意设备具有管理效能,放置点位于远端延伸设备、光线路终端,上方与通信机房O L T设备相连,下方与远端延伸设备相连。同时,光网关设备具备延伸设备的各项功能,最好放置在房间中央,以便与室内光线有效衔接。例如,在住宅建筑中,可将其放在客厅的弱电箱中,最大程度地发挥作用。在远端延伸设备布设中,支持有线、无线两种方式接入,对布设位置要求不严格,可放置在室内的各个空间,上方与光网关设备相连,下方由G E端口接入。远端延伸设备以桥接的方式,受光网关设备的控制,使房间内设备相互关联,共处于一张可相互交流的局域网中。在硬件配置方面,推荐使用桌面形态,也可利用吸顶式,将其与吊顶、墙面或家具相融合,使室内整体装修风格统一。在条件允许的情况下,也可将其面板隐藏起来,使室内空间的视觉效果更加简约、大方。3.2.3 设备漫游千兆F T T R技术支持多种协议,如I E E E 8 0 2.1 1 K等,可在终端对多个远端延伸设备进行W I F I漫游,且切换控制时延低于1 0 0 m s。该协议的应用可使终端设备实时掌握周围远端延伸设备的信号强度,在存在漫游需求的情况下,快速定位漫游。此外,其还支持I E E E 8 0 2.1 1 v协议,可在漫游状态下为终端设备指明方向,使漫游效果更加显著。3.3 应用测试本文以某企业室内光纤优化项目为例,该企业原为1 0 0 0M b i t/sF T TH无线拉远室内覆盖,为使室内网络传输效果更强、信号覆盖范围更广,需要将其升级优化为F T T R全光室内覆盖。企业现已部署W I F I 5路由器(3端,以无线方式组网)。经过优化后,改为W I F I 6入户光网关设备,端口为1个,远端延伸设备的端口为4个,采用全光纤组网模式。为检验优化效果,在企业内部选取5个测试点进行检测,与优化前的数据进行比较,结果如表2所列。根据结果可知,优化后的漫游触发切换时间不超过1 0 0 m s,覆盖范围明显扩大,在相同测试点位进行文献下载与传输时,优化后所用时间明显短于优化前,即便是与路由器距离较远的测点,其传输速率也得到了明显提升。通过该测试可以发现,优化改 造 效 果 显 著,可 为 企 业 的 信 息 化 发 展 提 供 强 大助力5。表2 F T T R优化前后网速测试结果对比测试点位优化前/M b i t s优化后/M b i t s文件下载文件传输文件下载文件传输15 5 04 0 21 0 5 47 9 823 1 02 2 71 0 2 67 5 435 44 06 0 84 5 644 02 91 0 7 58 3 153 571 0 8 08 0 34 结语在“宽带中国”的战略背景下,我国通信技术不断发展,进一步扩大了路由器的信号覆盖范围,数据传输速度明显提升。在F T T R技术的支持下,通过合理的设备选型与硬件布置,可使房间内实现无处不在的全光W I F I,构建高品质的宽带体验,打造新一代数字家庭。根据测试结果可知,与改造前相比,在相同测试点位进行文献下载与传输时,优化后的网速得到了明显提升,这意味着网络改造目标顺利达成。未来,还应进一步加强F T T R技术的研发,将其应用到更多场景中,取得更理想的应用成果。参考文献1刁兴玲.千兆宽带覆盖超1 5 0 0万用户双千兆时代来袭J.通信世界,2 0 2 1(3 1):2 1-2 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