全光家庭组网与技术

《全光家庭组网与技术》是“第五代固定网络(F5G)全光网技术丛书”中的一个分册，介绍了F5G全光家庭组网相关技术。《全光家庭组网与技术》共分为6章。第1章是家庭网络概述，第2章讲述了4种传统家庭网络组网的组网原理及对比，第3章讲述了现在通用的一些家庭网络用到的技术，第4章介绍了下一代家庭网络的趋势和下一代家庭网络用到的相关技术原理，第5章介绍了两个家庭网络实践的解决方案，第6章展望了未来家庭网络的发展与导向。全书提供了大量应用组网实例，可以帮助读者理解业务原理与建网方案。

《全光家庭组网与技术》可作为运营商家庭网络规划、设计、运维工程师等从业人员学习家庭网络的技术和工程的参考书，也可作为高等教育、职业教育在校学生以及家庭网络技术爱好者学习和了解家庭网络历史和前沿技术的参考书。

邱才明，教授，IEEE Fellow，国家重大人才工程A类，华中科技大学电子信息与通信学院院长。在通信领域有20余年的国际经验，领导并参加过多个重量级的通信领域的研究和开发项目，于2011年荣获ICC最佳论文奖。

汪伊明，华为家庭网络解决方案技术首席专家，研究方向包括家庭网络、WiFi技术、AI应用以及未来家庭网络新业务新体验提升研究等。曾设计业界端云协同家庭网络Premium WiFi产品和解决方案，在业界率先实现可管理可运营的家庭网络，并已得到大规模应用。拥有家庭网络技术方面的发明专利PCT十余项。

（1）5G是天上一张网，F5G是地上一张网，共同支撑着我国新型基础设施发展、助力数字经济发展及各行业数字化转型。“第五代固定网络（F5G）全光网技术丛书”向读者介绍了F5G全光网的网络架构、热门技术以及在千行百业的应用场景和实践案例。

（2）《全光家庭组网与技术》为“第五代固定网络（F5G）全光网技术丛书”的一个分册，紧扣读者需求，采用循序渐进的叙述方式，深入浅出地论述了全光家庭网络组网的发展代际、关键技术、应用实例、家庭组网演进和未来家庭网络前沿技术。全书提供了大量应用组网实例，可以帮助读者理解业务原理与建网方案。

（3）本书由高校学者和华为公司技术专家共同编写，得到了多位重量级专家的联袂推荐，针对家庭网络分门别类、层层递进地进行了详细的叙述和透彻的分析，既体现了各知识点之间的联系，又兼顾了渐近性。

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前言

随着通信和计算机技术的飞速发展，家庭网络技术已经深入到每个家庭。电话、上网、高清电视业务等家庭业务的广泛应用，极大地丰富了人们的沟通和生活方式，为推动社会数字化进步作出了巨大贡献。当前，在光接入、WiFi、人工智能等新兴学科的推动下，超大带宽、智能化业务、超低时延的需求推动了家庭网络的持续发展，家庭网络已经发展到F5G时代。

家庭组网是一门实践性很强的学科，贴近用户，同时要求具有深厚的理论基础。以往关于家庭组网的书籍通常强调指导用户如何配置一个普通的家用路由器、如何配置PC上网等一些入门性内容，没有深入地对家庭网络组网技术和方案进行深入分析，读者难以理解各种操作背后的理论知识，从而无法对家庭网络新技术有深入的了解和学习。

本书紧扣读者需求，采用循序渐进的叙述方式，深入浅出地论述了全光家庭网络组网的发展代际、关键技术、应用实例、家庭组网演进和未来家庭网络前沿技术； 此外，本书还分享了大量关键技术原理和实战案例并附有详细注解，有助于读者加深对家庭网络相关技术原理的理解。

一、 内容特色

与同类书籍相比，本书有如下特色：

例程丰富，解释翔实

本书编者从事家庭网络解决方案设计多年，所设计的家庭网络解决方案服务于全球Top 100+运营商，研发的家庭网络产品在现网拥有2亿设备保有量。本书通过家庭网络技术的详细介绍，涵盖PON宽带接入、WiFi、Mesh组网、全光FTTR等技术，图文并茂、深入浅出，不但可以加深读者对相关理论的理解，而且可以有效提高读者对未来家庭网络组网及业务的认识。

原理透彻，注重应用

将理论和实践有机结合是进行未来全光家庭网络组网研究和应用成功的关键。本书针对家庭网络分门别类、层层递进地进行了详细的叙述和透彻的分析，既体现了各知识点之间的联系，又兼顾了渐近性。

传承经典，展示未来

第4章详细探讨了家庭网络的最新进展，以及家庭网络领域研究热点和最新研究动向。针对家庭网络未来架构、家庭内FTTR全光数字化底座、智慧家庭IoT、家庭智能化应用、场景化应用的基本原理和实现过程进行了详细论述。

图文并茂，语言生动

为了更加生动地诠释知识要点，本书配备了大量图片，以便提升读者的兴趣，加深对相关理论的理解。在文字叙述上，本书摒弃了枯燥的平铺直叙，和家庭业务应用相结合，贴近实际； 同时，本书还增加了“家庭网络实践”板块，真正体现了理论联系实际的理念，使读者能够体会到“学以致用”的乐趣。

二、 结构安排

本书主要介绍全光家庭组网相关知识，共6章，内容包括家庭网络概述、传统家庭网络组网、家庭网络技术、下一代家庭网络、家庭网络实践以及展望。

三、 致谢

本书主要由邱才明、汪伊明编写，参与编写的人员还有罗勇、唐刚、张西刚、严成安、胡淑宝、胡明、唐友国、李晓梅。

限于编者的水平和经验，加之时间比较仓促，疏漏或者错误之处在所难免，敬请读者批评指正。

编者

2022年1月

CONTENTS

目录

第1章家庭网络概述

1.1什么是家庭网络

1.2家庭网络的历史变迁

1.3家庭网络面临的挑战

1.4家庭网络新业务需求

第2章传统家庭网络组网

2.1传统家庭网络组网拓扑

2.2电力线组网

2.2.1组网方案

2.2.2电力线介绍

2.3WiFi组网

2.3.1组网方案

2.3.2WiFi介绍

2.4网线组网

2.4.1组网方案

2.4.2网线介绍

2.5组网方案对比

第3章家庭网络技术

3.1PON技术

3.1.1PON网络架构

3.1.2PON工作原理

3.1.3PON带宽分配

3.1.4PON多ONT处理技术

3.1.5PON安全保障技术

3.1.6PON技术演进

3.1.7PON技术标准

3.2WiFi基础技术

3.2.1WiFi系统介绍

3.2.2WiFi数据传输机制

3.2.3工作信道和工作频宽

3.2.4WiFi速率

3.2.5WMM(WiFi多媒体标准)

3.2.6WiFi测试标准TR-398

3.3WiFi 6技术

3.3.1OFDMA频分复用技术

3.3.2DL/UL MU-MIMO技术

3.3.3更高阶的1024-QAM调制技术

3.3.4空分复用技术SR和BSS着色机制

3.3.5扩展覆盖范围ER

3.3.6支持2.4GHz频段

3.3.7目标唤醒时间

3.4WiFi Mesh组网技术

3.4.1WiFi Mesh组网概述

3.4.2WiFi Mesh组网模式

3.4.3WiFi Mesh组网协议

3.4.4WiFi Mesh工作流程

第4章下一代家庭网络

4.1下一代家庭网络业务趋势及需求

4.1.1极低时延游戏体验

4.1.2实时在线教育、在线办公

4.1.3IPTV迈向8K超高清

4.1.4极致体验Cloud VR

4.2下一代家庭网络架构

4.3超千兆宽带

4.3.110G PON超千兆固定接入

4.3.2WiFi 6超千兆无线接入

4.3.3FTTR超千兆到房间

4.4智能化

4.4.1家庭大脑架构

4.4.2智能加速

4.4.3AI WiFi

4.4.4AI视觉分析

4.4.5AI安全

4.4.6AI智能语音

4.4.7环境感知

4.5智慧家庭IoT

4.5.1IoT物联行业标准现状

4.5.2IoT物联技术

4.5.3各物联协议的网络层次对比

4.5.4IoT物联软件架构

4.5.5IoT新趋势

4.6端云协同

4.6.1家庭网络业务切片

4.6.2 5G固移融合FMC

4.7开放用户态协议栈

4.8家庭网络管理

4.8.1家庭网络管理技术发展

4.8.2家庭网络可视可管

4.8.3家庭网络远程运维

第5章家庭网络实践

5.1全光WiFi FTTR网络实践

5.1.1应用案例

5.1.2部件设备

5.1.3光网组件

5.1.4工勘和施工流程

5.1.5暗管施工

5.1.6明线施工

5.1.7安装设备

5.1.8竣工验收

5.2WiFi Mesh网实践

5.2.1应用案例

5.2.2组网注意事项

5.2.3组网性能要求

第6章展望

附录专业术语