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[视频] 如何在家庭网络之上承载4K视频

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发表于 2019-8-11 14:39:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。
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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。
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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;
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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。

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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。
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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。

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