FTTH和LTE固移协同的农村宽带网络发展策略研究*
发布时间:2017-12-12
郭娟1,薛延侠2,畅志贤1
(1.西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西 西安 710121;
2.西安邮电大学电子工程学院,陕西 西安 710121)
*基金项目:工业和信息化部通信软科学项目(2017R19);陕西省工业攻关项目(2014K09-14);陕西省教育厅自然科学研究项目(16JK1685);陕西省教育厅专项项目(我国宽带农村的发展模式研究)

【摘要】针对“宽带中国”、“互联网+农业”对农村宽带网络的目标和要求,研究了FTTH和LTE固移协同建设农村宽带网络的策略。通过调研我国农村宽带网络的现状和存在的问题,分析农村用户对固定、移动宽带的需求,并在比较FTTH和LTE的接入能力及发展定位的基础上,提出了“固移协同”发展农村宽带网络的策略。现阶段可以光纤到村结合LTE无线覆盖的方式进行农村宽带网络基础设施建设,并逐步尽快实现光纤到户,为实现“互联网+农业”提供有力保障。
【关键词】LTE    FTTH    宽带中国    互联网+    固移协同
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2017.16.002      中图分类号:TN915      文献标志码:A      文章编号:1006-1010(2017)16-0006-06
引用格式:郭娟,薛延侠,畅志贤. FTTH和LTE固移协同的农村宽带网络发展策略研究[J]. 移动通信, 2017,41(16): 6-11.

1   引言
    “互联网+”计划旨在推进“大智移云”(大数据、智能化、移动互联网、云计算)等技术在工业、农业等领域的应用,促进互联网和经济社会融合深度发展[1-2]。实施“互联网+农业”行动计划,对于加快转变农业发展方式、改善农民生活、促进城乡一体化发展、全面建成小康社会具有重要意义[3]。农村网络基础设施的建设是农村信息化普及和发展的根基,没有高速畅通的网络和完善的通信服务,“互联网+农业”就会成为无源之水,无本之木[4]。然而,农村宽带网络一直是建设的难点和发展的薄弱点,尽管大部分行政村已经通了宽带,但是宽带速率低、网络速度慢,仍然无法满足农村电子商务、农业信息化、农业物联网、农村互联网金融等快速发展的需求。因此,深入分析目前农村宽带发展的现状和问题,调研农村用户宽带需求,尽快推动“宽带乡村”工程,建设农村网络基础设施,是“互联网+农业”实现的关键问题。

2   我国农村宽带发展现状和问题
    我国农村的宽带网络建设和用户发展近年来实现了跨越式发展,如宽带接入能力持续提升、骨干网络综合承载能力进一步增强、应用基础设施支撑能力不断提高、技术储备和产业支撑能力不断提升。据中国互联网络信息中心统计数据显示,2016年底我国农村网民达到2.01亿,占比27.4%,充分显示了农村互联网的快速发展[5]。但也应该看到,农村宽带网络基础设施发展取得积极进展的同时,还存在一些矛盾和问题,具体如下:
    (1)城乡数字鸿沟进一步加大
    随着“宽带中国”战略的实施,农村宽带网络的覆盖范围、接入速率、上网体验等各方面都有了明显提高,但受经济发展水平、地理条件、人口密度等多种因素的影响,发展速度和普及率远低于城镇地区,城乡数字鸿沟仍在进一步拉大。
    以2007年至2016年间互联网普及率为例,虽然农村互联网普及率从7.4%大幅提升到33.1%,但同时城乡互联网普及率差异却从17.6%扩大到36.09%[6]。这主要是由地区经济发展不平衡造成的,反过来数字鸿沟的拉大也会导致城乡经济发展的进一步失衡,因此如何解决城乡数字鸿沟是急需继续探索解决的问题。
    (2)农村宽带建设难度大
    农村及偏远地区宽带建设和运营成本较高,一般农村宽带建设成本至少是城市的2倍以上,中西部农村及偏远地区宽带建设和运营成本更高。不同区域光纤到村所需投资对比如图1所示:
 
图1    不同区域光纤到村所需投资对比
    一方面,农村地区宽带建设成本高;另一方面,农村用户对资费较敏感,导致运营商投资大甚至难以回收,部分地区投资回收期甚至在10年以上,企业作为市场主体,缺乏足够的投资动力。农村地区尤其是偏远农村地区,宽带网络很难盈利,而具有一定的公共服务属性、如此大规模的投入仅靠运营商自己的力量也无法实现[7]。

3   固定宽带与移动宽带接入能力分析
    下面以FTTH(Fiber To The Home,光纤到户)光纤接入和LTE移动接入为代表来分析固、移宽带的接入能力。
    (1)固定宽带能力与成本分析
    随着“光进铜退”工程的推进,光纤接入成为固定宽带的建设重点,FTTH成为“光进铜退”的主流改造模式,光网络也由EPON(Ethernet Passive Optical Network,以太网无源光网络)转向GPON(Gigabit Passive Optical Network,吉比特无源光网络)、10 GPON以及更高速率的技术。
    从速率来看,采用GPON和10 GPON,FTTH可以为家庭用户分别提供35 Mb/s和100 Mb/s以上的稳定速率;从建设成本来看,在新建网络并且全覆盖的前提下,每用户FTTH平均建设成本在1 000元左右,且与接入速率基本无关。国内某运营商FTTH和LTE平均每用户建设成本如图2所示:
 
图2    FTTH和LTE成本变化趋势对比
    (2)移动宽带能力与成本分析
    理论上,LTE技术在20 MHz频谱带宽下能够提供下行100 Mb/s、上行50 Mb/s的峰值速率。从实测结果来看,小区边缘速率可达4 Mb/s,单载扇均速约为34 Mb/s。考虑到LTE空口业务信道为共享信道,且用户速率受无线信道条件和用户密度的影响,一般认为室外条件下平均每用户速率可达10 Mb/s。当下行速率确保用户2 Mb/s速率时,可同时支持17个用户。
    从建设成本来看,LTE每用户成本随速率提高而显著上升。由图2可以看出,与FTTH相比,速率较低时LTE成本较低;而当速率提高时,LTE的成本迅速超过了FTTH,两者的交叉点大约出现在2 Mb/s至4 Mb/s。
    总而言之,FTTH和LTE在应用领域、应用场景、业务应用、商用模式、接入速率、适用终端、成本等方面存在差异化发展空间,具体如表1所示:
表1    FTTH和LTE接入方式对比

对比项

FTTH

LTE

应用领域

大中城市、发达乡村

全覆盖

应用场景

室内用户

室内外移动用户

业务应用

高质、长时间宽带业务,如高清电视、商务办公等

中低带宽数据业务和碎片型视频业务,如短片、移动办公等

商用模式

包月制

流量受限的阶梯流量制

接入速率

20 Mb/s以上

10 Mb/s以下

可用频谱

有线频谱是无限的,无需缴纳频占费

无线频谱是有限的,只有60 G,资源有限,需要缴纳频占费

接入带宽

独享、稳定、足够高

共享、不稳定、受限

适用终端

高质、大屏电视机或计算机

低质、小屏、低耗电的手机

成本方面

运营成本(OPEX

高,线路维护量大

较低,没有线路拖累

资本性支出(CAPEX

在一定的速率范围内维持不变;窄高宽低,用户平均体验速率4 Mb/s以上便宜

窄低宽高,用户平均体验速率2 Mb/s以下便宜


4   固移宽带发展定位分析
    目前移动宽带承担的流量与固定宽带所承担的流量无法相比。以2016年为例,移动互联网接入流量为93.6亿GB,固定宽带接入时长达30.2万亿分钟,流量超过2 000亿GB,移动互联网的流量占比不足5%[8]。由此可见,固定互联网承担了绝大部分的宽带业务流量。
    从未来发展来看,固定宽带未来5年至10年仍然是网络流量的主要承担者。思科Visual Networking Index™针对2013年至2018年的全球预测和互联网服务采用情况报告显示,源于固定终端和移动终端的全球IP流量预计2018年将达到1.6 ZB,Wi-Fi设备和移动终端设备将生成76%的互联网流量,其中Wi-Fi将占61%,蜂窝流量将占15%,固定终端流量将占互联网总流量的24%,由于Wi-Fi网络的流量最终仍然由固定宽带网络疏通,所以固定宽带网络仍将承担全网85%左右的流量。
    从所提供的宽带来看,固定宽带定位于企业、机构、家庭等高带宽业务。表2描述了接入不同下载速率宽带的美国人口比例,可以看到,25 Mb/s以下的宽带人口比例中,选择使用有线宽带接入和无线网络接入的人口基本相当。但在高带宽领域,使用有线宽带的比例超过95%;在超过1 Gb/s带宽的领域,则全部由有线宽带提供[9-10]。
表2    接入不同下载速率宽带的美国人口比例

速率

所有宽带/%

有线宽带/%

无线宽带/%

3 Mb/s

98.20

93.40

94.47

6 Mb/s

96.20

92.80

84.20

10 Mb/s

94.40

90.90

80.70

25 Mb/s

78.50

78.10

4.90

50 Mb/s

75.20

74.90

3.03

100 Mb/s

47.10

46.90

1.80

1 Gb/s

3.20

3.20

0


    目前固定宽带网络正朝着“无线化”和“户外部署”发展,同时移动网络也朝着“宽带化”和“室内部署”发展。随着LTE、LTE-A等移动通信技术的发展,移动宽带速率迅速提升,近年来其峰值速率已实现了指数增长,在速率的数量级上已经逐步接近有线宽带。但移动宽带和固定宽带各有优劣势,任何一种技术都不能完全满足用户“随时随地、任意业务”的多样化需求,仍然需要协同发展。

5   农村用户固移宽带需求分析
    以FTTx为代表的固定宽带优势在于高速、稳定、安全,适用于企业、机构、家庭的接入;以LTE为代表的移动宽带优势在于具有速率高、移动性、广域覆盖等特点,适用于移动客户的全业务接入。从成本上考虑,固定宽带在大中城市的成本要远远低于农村地区,而移动宽带则在城市和农村成本基本相当。
    由于固定宽带和移动宽带各自优劣势明显,存在差异化发展空间,单独使用任何一种都不能完全满足接入环境、用户终端和网络业务的多样性需求,因此在宽带网络建设和宽带业务发展方面要明确两者的特点及定位,进行统筹协调、差异化发展。在宽带建设上要根据地域和场景选择合理的覆盖方式、建网模式,使得固网宽带和移动宽带能够因地制宜、优势互补,实现协同发展[11]。
通过对陕西省关中地区农村用户的调研分析,发现家里是农村网民的主要上网场所,具体如图3所示:
 
图3    农村用户上网场所对比
    比照“宽带中国”战略2020年农村宽带用户接入能力12 Mb/s的目标,对于宽带接入技术的选择,基于光纤的固定接入和基于LTE的移动接入都是可以实现这个目标的[10]。但与城镇用户不同的一点是,农村用户对价格更敏感,如果目前移动宽带按流量计费的模式不改变,则在具备条件的情况下,农村家庭用户也会优先选择固定宽带接入方式,而把移动宽带接入作为第二接入手段,仅在无法使用固定宽带的场所才使用移动宽带会成为农村用户的典型宽带接入使用模式。因此,对于农村用户,从接入带宽、成本、稳定性三个方面考虑,多数用户在条件允许的情况下,将选择固定宽带接入方式,辅以Wi-Fi来实现室内宽带接入的无缝覆盖;在室外公共场所和固定宽带接入成本高或无法提供固定宽带接入的地区,则主要通过LTE实现宽带接入。
    长期来看,农村地区需要同时支持固定和移动两类宽带接入方式,其中固定宽带仍然扮演室内覆盖,而LTE则实现自由灵活的农村更广大地区的无缝覆盖。随着“互联网+农业”的大力发展,对能够直接支持农业生产一线的应用将会有巨大的需求,也将推动农村地区移动宽带应用的发展普及[12-13]。

6   固移协同的农村宽带发展策略
    我国宽带发展中的城乡“二元结构”突出,农村地区的宽带发展与城市差距较大,这既是宽带建设的关键也是建设的难点。根据“宽带中国”战略中农村地区宽带发展的目标要求,2020年行政村通宽带比例要达到98%,农村家庭接入能力要达到12 Mb/s,预计农村家庭宽带普及率将达到55%[14]。
    针对以上目标要求,农村地区要因地制宜,根据当地经济发展、地理形势,灵活地进行固定宽带和移动宽带建设[15]。具体如下:
    (1)现阶段侧重移动宽带,尽快实现村通宽带
    2015年末,“宽带中国”战略中“4 Mb/s的农村宽带接入能力和30%的互联网普及率”目标已经完成,但仍有5%的行政村尚未通宽带。由于大部分未通宽带的行政村地处偏远,宽带建设难度大,而且无线宽带技术基本可以满足需要接入能力要求,因此现阶段农村地区应加强无线宽带覆盖,侧重3G/LTE的快速覆盖,尽快实现村通宽带要求,从而实现4 Mb/s基本接入能力的目标。
    (2)逐步向FTTV(Fiber To The Village,光纤到村)和FTTH过渡,实现宽带目标要求
    2020年农村家庭接入能力要达到12 Mb/s,并且预计农村宽带普及率也将达到55%左右,并发率显著提高,为实现宽带战略的目标要求,大部分行政村需要采用有线接入方式进行覆盖[16]。建议中西部地区农村采用FTTV、东部发达地区农村采用FTTH,大力推进“光进铜退”,使铜缆接入距离缩短到1 km。
    (3)结合农村发展,统筹光纤网络部署
    目前农村固定宽带网络建设以光纤为主,光纤网络的部署还要注意与农村人口、经济的发展和新农村建设、城镇化进程相协调。农村光缆网的部署要以人口聚居地为节点,并把乡镇驻地作为农村光缆网的主干节点,将行政村作为普通接入节点,自然村和家庭以这些光缆节点为中心进行接入。另外,随着我国城镇化进程的推进,常住人口城镇化率将大幅提升,部分农村人口聚居地会产生变化,因此光纤网络的发展还要关注农村人口流动。对于人口相对聚集、能够长期存在的村落,进行FTTV或FTTH建设;而对于人口流动性较大、人口逐步迁离的行政村,则主要以移动宽带覆盖为主。对于城乡结合部,建议以光纤接入FTTH或者FTTB(Fiber To The Building,光纤到楼)为主;对于城中村等特定新建区域,可以先部署LTE实现无线宽带接入[17],待用户达到一定规模后再建设FTTB或FTTH。

7   结束语
    本文通过介绍我国农村宽带发展现状和问题,分析了农村用户对固定、移动宽带的需求,并研究了FTTH和LTE固移协同建设农村宽带网络的策略。农村宽带建设是实现“互联网+农业”的必要条件,有了高速、稳定、便捷的网络,农业物联网、精准农业、农业电子商务、农村互联网金融才有实现的可能。但由于农村地区经济发展不均、地理形势复杂,宽带基础设施建设难度大。因此,农村宽带网络发展要因地制宜,根据不同接入地域和接入场景来灵活选择有线、无线技术进行宽带建设,支持固定和移动两类宽带接入方式[18]。现阶段可采用FTTV结合LTE无线覆盖的方式进行农村宽带网络基础设施建设,并逐步尽快实现FTTH,从而实现2020年农村宽带接入能力达到12 Mb/s的目标。

参考文献:
[1] 国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见[EB/OL]. (2015-07-04)[2017-04-12]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-07/04/content_10002.htm.
[2] 2015《政府工作报告》缩略词注释[EB/OL]. (2015-03-11)[2017-04-12]. http://www.gov.cn/xinwen/2015-03/11/content_2832629.htm.
[3] 万宝瑞. 我国农村又将面临一次重大变革——“互联网+三农”调研与思考[J]. 农业经济问题, 2015(8): 4-7.
[4] 徐志成,王明衡. 黑龙江电信对“互联网+农业”的探索[J]. 通信管理与技术, 2015(5): 45-46.
[5] 中国互联网络信息中心. 第39次中国互联网络发展状况统计报告[EB/OL]. (2017-01-23)[2017-04-12]. http://cnnic.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/201701/P020170123364672657408.pdf.
[6] 中国互联网络信息中心. 2014年农村互联网发展状况研究报告[EB/OL]. (2015-06-17)[2017-04-12]. http://www.cnnic.net.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/ncbg/201506/P020150617584989585460.pdf.
[7] 马源. 对宽带中国战略实施的思考[J]. 世界电信, 2014(7): 39-43.
[8] 工业和信息化部运行监测协调局. 2016年通信运营业统计公报[EB/OL]. (2017-01-22)[2017-04-12]. http://www.miit.gov.cn/n1146290/n1146402/n1146455/c5471508/content.html.
[9] 王秋实,吴梦兮. 4G的冲击与有线宽带的机遇[J]. 中国电信业, 2014(5): 32-33.
[10] 张英冕. 有线宽带用户感知提升策略研究[J]. 西安邮电学院学报, 2012,17(5): 112-115.
[11] 韦乐平. LTE与FTTH应统筹规划协调发展[J]. 世界电信, 2014(7): 24-29.
[12] 章冠华,叶黎达,陆炯,等. WiFi在农村宽带接入网中的应用[J]. 中国有线电视, 2016(2): 161-165.
[13] 邓萌. 基于TD-LTE移动宽带技术解决农村区域无线宽带接入的应用[J]. 电信工程技术与标准化, 2016(1): 30-33.
[14] 国务院关于印发“宽带中国”战略及实施方案的通知[EB/OL]. (2013-08-17)[2017-04-12]. http://www.gov.cn/zwgk/2013-08/17/content_2468348.htm.
[15] 朱东照. 移动宽带的协同发展[J]. 移动通信, 2014,38(15): 24-27.
[16] 牟春波. 国家战略下的宽带建设策略及长远规划[J]. 通信世界, 2014(13): 27.
[17] 方泉,陈玉萍. TD-LTE网络在中国电信4G混合组网网络中的应用与部署策略[J]. 江西通信科技, 2015(1): 5-8.
[18] 贾莹,王铁山,徐玲. 基于“互联网+”的生产性服务业发展路径[J]. 西安邮电大学学报, 2015,20(5): 96-100.★

作者简介
郭娟:副教授,工学硕士,现任职于西安邮电大学通信与信息工程学院,主要从事宽带通信网、互联网研究工作。 
薛延侠:副教授,工学硕士,现任职于西安邮电大学电子工程学院,主要从事通信网络、集成电路方面的教学与科研工作。 
畅志贤:讲师,工学硕士,现任职于西安邮电大学通信与信息工程学院,主要从事宽带无线通信研究工作。
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