如何在家庭网络之上承载4K视频

meisheng

如何在家庭网络之上承载4K视频


随着5G和IPv6的发展，超高宽带的飞速发展已经是未来趋势，有数据表明目前运营商的80% 流量来自 Wi-Fi 且大部分是 视频 业务，而主要消耗场景为家庭场景。那么在家庭网络中如何承载4K视频也成了一个令人关心的话题。

4K视频承载网络要求
仅仅是720P的高清视频，需要10Mbps+ 网络带宽 ，如今，2160P的4K视频已经越来越普及了，其直播码率在25~40M，需要大约30M~50M+的带宽，当前百兆宽带也进入不少家庭，带宽层面上来讲已经不是主要问题。


4K视频的网络要求

当前4K视频的来源主要有电信运营商的IPTV，互联网企业的OTT以及广电CATV。这里我们在 家庭网络 下主要关注的就是IPTV和OTT业务了。


IPTV和OTT视频业务对比

通过上面对比，可以总结到：

1. IPTV 媒体流通常基于UDP，这部分业务对网络丢包很敏感；对于点播业务，媒体流通常是基于TCP的，这部分对时延较为敏感；

2. OTT 视频场景基于TCP，对于时延较为敏感。

因此，要解决家庭网络场景下的4K视频承载，家庭网络要实现100M连续覆盖，主要上网位置 Wi-Fi 的 吞吐量都能达到 100Mbps 左右。 不同的视频节目对承载网络有要求，体现在网络的 KPI 三个指标：带宽，时延，丢包率。对于 运营商级 4K，承载网络要求达到丢包率要小于 5*10E-5。必须要能解决Wi-Fi突发丢包率在 10E2~10E-3 的家居场景下4K视频承载不卡顿问题。

4K视频在家庭网络下面临的问题
4K视频的码率有2种方式，一种是固定码率，一种是动态码率。4K视频会因为画面内容的变化，单位时间内需要携带的信息量不同。视频流通过网络传输时，码率会动态变化，对网络带宽的需求也会发生变化。

4K视频直播原理—为减少换台时延，收到数据就开始播放，机顶盒的初始播放缓存会较小。

造成4K IPTV直播卡顿原因：4K 直播采用 UDP 传输，没有确认机制，如果网络偶尔丢包，会导致花屏。出现一次卡顿后，后续因为缓存增加，再次出现卡顿的概率降低。如果换台，则原来缓存的报文丢弃，再次回到初始状态。

4K 视频点播 原理—点播可以先缓存较多的数据，再开始播放，因此点播的初始缓冲时间 , 相比直播的换台时间要长很多。开始播放以后，还可以边播放边缓存更多的数据，这样抵抗网络抖动的能力更强。

造成4K视频点播的卡顿原因：4K点播采用 TCP 传输，有确认机制，网络丢包不会直接导致卡顿。但如果网络丢包，传输速率会降低会导致机顶盒缓存耗尽，出现卡顿。

Wi-Fi对4K视频的影响

1. Wi-Fi的空口效率

通过调整设备摆放位置和天线角度（外置天线设备），可以提高信号强度，提高空口速率。通 过选择底噪比较低的 信道 ，可以提高信噪比，提高空口速率来承载 4K 视频的效果越好。

2. Wi-Fi的发送时延

由于空口中可能存在多个Wi-Fi设备，因此Wi-Fi设备发送数据时，不能直接发送，而是需要进行 空口竞争，如果空口中Wi-Fi设备不多，比较容易竞争到发送机会，Wi-Fi发送时延不大。如果Wi-Fi设备下接入多个用户，Wi-Fi设备需要轮流发送不同用户的报文，对单个用户而言，会 增加排队等待时延。

3. Wi-Fi的丢包情况

Wi-Fi有重传确认机制，如果没有收到对方的确认，会重传报文。但如果某段时间内，空口冲突特别严重，每次都冲突，达到一定重传次数后，Wi-Fi设备会丢弃报文，导致丢包；如果某段时间内，空口持续繁忙，一直没有发送机会，会因为空口超时丢弃报文，导致丢包；如果某段时间内Wi-Fi等效速率不足，低于视频码率，Wi-Fi设备的报文队列持续增长，最终溢 出，导致丢包。

4K视频在Wi-Fi下的解决方式
建设最佳视频体验的家庭网络，需要以家庭 网关 为中心，通过以太网线、电力线、无线中继和 5G Wi-Fi 等多介质灵活延伸 Wi-Fi 信号，有效解决家庭 Wi-Fi 覆盖和性能 问题。

家庭网关和AP的规格要求

网关和 AP 的硬件配置和规格对家庭网络的性能和质量至关重要，如 CPU、内存和 Flash 以及 Wi-Fi 的规格对转发和 Wi-Fi 吞吐量等有很大影响，防雷和节能对安全和稳定性很重要，智能网关能 支撑未来家庭智慧业务。

家庭网关或AP要求：内存256MB+，FLASH128MB+，Wi-Fi信道自主调优，主动漫游，2.4G/5G双频；


小户型组网图

户型特点：小户型一般为1-2房。

用户特征：客厅和主卧有电视。客厅，卧室有非视 频用户，1~2个用户左右。

干扰特征：干扰源包括本栋的上下左右后，前栋， 后栋有本栋其它房子遮挡，可忽略。前栋不同楼层的房 子也会产生干扰，并且高层住宅的层数很多。干扰源的 套数在30个以上。

解决方案要求：该户型一个ONT（HS8245W）就 能覆盖所有区域，支持1路4K节目。


大户型组网图

户型特点：大户型一般为3~4房。

用户特征：客厅和主卧有电视。客厅，卧室有非视 频用户， 5个用户左右。

干扰特征：干扰源包括本栋的上下左右，前栋，后 栋。前后栋不同楼层的房子也会产生干扰。干扰源的套 数在20个以上，每套有1~2个AP。

解决方案要求：户型面积较大，且信号传递需穿越 2堵以上墙体，需要部署2个AP扩展，支持2~3路4K节 目，1个HS8245W+2个WA8011Y。


别墅组网图

户型特点：独栋或双拼，2~3层，一般5~6房。

用户特征 ：客厅和多个卧室有电视，需要多级级联。客厅，卧室有非视频用户，10个用户左 右。

干扰特征：干扰源来自双拼的另一套房子，以及附近的其它别墅，干扰相对较少。干扰源的套 数在10个左右，每套需要部署多个AP。

解决方案要求：以每层2-3个房间为例，一层需要1~2个三频AP，Wi-Fi中继时对三频AP穿楼板 有强烈要求，需要多级AP级联组网，多级级联后对网络拓扑稳定性要求很高，多级组网后至少要支 持3~4路4K节目，每级AP之间的信号要求在-65dBm，1个HS8245W+3个WA8011Y。