家庭Wi-Fi网络承载超高清视频通用规范(征求意见稿)中国超高清视频产业联盟目录01 01范围06 47附录02 02规范性引用文件03 03术语和缩略语044.2 家庭Wi-Fi网络的性能要求4.1 家庭网关和AP 的规格要求4.3 家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频的KPI/KQI 标准要求4.4 家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频的技术要求04技术要求125.1 设备特性5.3 家庭Wi-Fi网络性能测试5.2 测试环境5.4 家庭Wi-Fi网络承载超高清视频性能测试05测试方法本标准为家庭Wi-Fi网络承载超高清视频通用规范及测试方法。在本标准的制定过程中注意与下列标准协调统一：BBF TR-398 Wi-Fi In-Premises Performance Tesing本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国超高清视频产业联盟提出并归口。本标准起草单位：华为技术有限公司、中国电信集团有限公司、中国移动通信集团有限公司、中兴通讯股份有限公司。本标准主要起草人：汪伊明（华为技术有限公司）、陈溥（华为技术有限公司）、唐友国（华为技术有限公司）、罗传飞（中国电信集团有限公司）、孙齐峰（中国超高清视频产业联盟）、郭勐（中国移动通信集团有限公司）、张远建（中兴通讯股份有限公司）。前言01 0202规范性引用文件01范围家庭Wi-Fi网络承载超高清视频通用规范中国超高清视频产业联盟范围规范性引用文件本标准根据IEEE 802.11mc规范提供了一系列针对IEEE 802.11n/ac实现的家庭Wi-Fi性能测试用例和与之对应的通过/失败要求。本标准主要目标是提供一组测试用例和框架来验证AP（例如，带有Wi-Fi的客户端设备）和一个或多个终端（例如个人电脑、移动电话）之间的性能。测试案例是针对被测设备（仅限AP，终端性能不在此标准中考虑）定义的，针对一个或一组终端进行测试。待测设备不应该是一个参考设计，并且应该包含必要的系统功能来执行这个测试计划（参见第5章） 本标准中的技术内容包括测试设置信息，设备配置要求，测试程序以及每个测试用例的通过/失败要求。测试和测量的具体制造商信息未包含在本文件中，除非选择或使用替代设备可能会对测试结果产生负面影响。下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 IEEE 802.11 无线局域网接入控制与物理层规范（IEEE standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks- Specific requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications specification） BBF TR-126 Triple-play Services Quality of Experience (QoE) BBF TR-398 Wi-Fi In-Premises Performance Tesing CCSA 2017-0950T-YD宽带视频服务用户体验评估03 0404技术要求03术语和缩略语家庭Wi-Fi网络承载超高清视频通用规范中国超高清视频产业联盟术语和定义技术要求下列术语定义适用于本标准。下列缩略语适用于本文件。构建最佳体验的家庭网络，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；通过组建Mesh家庭网络，支持网络参数智能同步、终端设备无缝漫游切换、整网的Wi-Fi信道调优以及Wi-Fi承载视频QoS等关键特性，实现家庭Wi-Fi网络智能全覆盖和视频的最佳体验。Wi-Fi由Wi-Fi联盟创建和注册的名称，用于描述基于IEEE 802.11标准的技术SSID服务集标识（Service Set Identifier）DTIM投递传输指示信息（Delivery Traffic Indication Message）UDP用户数据包协议（User Datagram Protocol）LAN局域网（Local Area Network）WLAN无线局域网（Wireless Local Area Network）NSS空间流数量（Number of Spatial Stream）AP接入点（Access Point）TCP传输控制协议（Transmission Control Protocol）IEEE国际电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）VLAN虚拟局域网（Virtual Local Area Network）MAC媒体介入控制（Media Access Control）WMM Wi-Fi多媒体协议（Wi-Fi Multimedia）QoS服务质量（Quality of Service）DHCP动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol）TR技术报告（Technical Report） IP互联网协议（Internet Protocol）WAN广域网（Wide Area Network）MTU最大发送单元 （Maximum Transmission Unit）WPA Wi-Fi安全接入协议（Wi-Fi Protected Access）RSSI接收信号强度指示（Receive Signal Strength Indicator）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。因此家庭网关和AP的规格要求建议如下：4.1 家庭网关和AP的规格要求规格项家庭智能网关规格要求AP规格要求内存256MByte以上64MByte以上Flash 128MByte以上64MByte以上Wi-Fi规格2*2 11ac + 2*2 11n以上2*2 11ac + 2*2 11n 以上NNI GPON / XG-PON / 10G EPON / 1GE 1GE / 5G Wi-Fi/PLCUNI 2-4GE+2.4G Wi-Fi+5G Wi-Fi 1GE+2.4G Wi-Fi+5G Wi-FiAntenna gain 2 dBi以上2 dBi以上Wi-Fi信道调优自主调优自主信道调优及智能网关控制的信道调Wi-Fi主动漫游支持802.11k/802.11v控制STA漫游切换漫游切换决策中心支持802.11k/802.11v控制STA漫游切换视频承载视频报文优先级标记及WMM支持WMM 支持，应 支持802.1Q的VLAN；不同VLAN数据二层隔离；支持VLAN透传，能同时透传tag和untag报文。应支持IGMP/MLD（Multicast Listener Discovery）SNOOPING，组播协议符合IGMP V2和MLD（Multicast Listener Discovery）V1版本协议要求Band Steering支持5G优先，2.4G优先配置支持5G优先，2.4G优先配置表4-1 家庭网关和AP的规格05 06Beamforming波束成型，定向发送波束成型，定向发送业务发放继承运营商现有发放模式免配置即插即用智能操作系统基于OSGi开放系统-远程管理维护支持基于插件的家庭网络管理支持被智能网关管理节能Wi-Fi节能模式Wi-Fi节能模式防雷4KV 4KVCE认证要支持要支持Wi-Fi Alliance认证要支持要支持家庭Wi-Fi网络承载超高清视频通用规范中国超高清视频产业联盟技术要求技术要求2.4GHz只有3个无重复的信道，所有的AP均只能在这三个信道中选择，而物理相邻的AP之间的信道必须不同。5GHz信道虽然比较多，但同样需要妥善处理相邻AP之间的信道和功率关系。在没有实现该功能的情况下，必须由用户手动对每一个AP所处的信道和功率进 行配置，配置过程不但繁复，而且周围环境动态变化后，已经配置好的AP的信道和功率可能又不再满足使用要求。在这种情况下，为了简化用户的配置过程，一个统揽全局的智能频道及功率调整就显得尤为重要。4.2 家庭Wi-Fi网络的性能要求4.2.1 智能信道管理图4-1 Wi-Fi周期性自动调优的原理示意图上报各信道WIFI干扰和NON-WIFI干扰情况周期调优定时器到下发信道监控参数（射频制式、发射功率、探测信道、信道扫描）全局调优算法，通盘考虑，遍历全局信道组合，选择干扰最小的信道组合转为终端模式，扫描信道，获取邻居AP的RSSL、丢包率、工作信道、BSSID、用户数等，频谱数据分析匹配NON-WIFI特征下发新的信道和发送功率参数网关AP图4-2 Wi-Fi事件触发调优的原理示意图上报网关相关信息，申请局部调优局部调优：保持其他AP信道和功率不变，局部调整该AP信道、功率以及CCA阈值检测到非法AP（未识别的SSID）,干扰超过阈值通过频谱数据分析检测到NON-WIFI设备，干扰超过阈值误码率超过门限网关AP下发新的信道和发送功率参数智能功率管理的目的是保证覆盖最大，和对外界干扰最小的平衡，如下图，按照房间布局和业务需要定义强覆盖区域和弱覆盖区域，比如2.4G信道定义>-70dbm为强覆盖区域，-90dbm到-70dbm为弱覆盖区域，强覆盖区域必须要覆盖该AP主要服务的终端业务点；如果邻居AP处在失效区域，则可能造成覆盖不足；让尽量多的邻居AP位于弱覆盖区域，保证一定的覆盖重叠；尽量不要让邻居AP进入强覆盖区域，否则会造成无冲突信道分配困难；通过调整AP发射功率来扩大/减小覆盖区域达到以上原则。例如，当新的分布式AP加入，为了防止无意义的对外干扰，网关和AP可以减小发射功率，反之当某个分布式AP故障时，其他网关和AP会增大发射功率，来增强覆盖；数据流量越多，发射功率越大，对外的干扰就会越大，所以在性能满足要求的前提下，流量小并且误码率低的情况下，可以适当减小发送功率；当数据流量增大或者误码率增大的情况下就需要适当增大发送功率失效区域弱覆盖区域强覆盖区域AP邻居AP邻居AP图4-3 智能功率管理示意图网关或者AP可以进行逐包功率控制， 网关和AP实时检测各个终端的信号强度，如果某个终端信号强度强大于功控目标值（距离AP较近），则发送数据包给该终端时自动降低实际发送的功率；如果终端信号强度小于目标值（距离AP较远），则发送该报文时增加发射功率。在密集的高层住宅环境中，想要找到比较干净的信道将会非常困难，当AP不得不使用一个拥挤的信道时，采用CCA动态调整的办法可以提高系统对干扰的容忍度 CCA（Clear Channel Assessment），即空闲信道评估。AP或者终端是通过对信道进行能量检测的方式判断信道空闲的：4.2.2 动态抗干扰在密集的高层住宅环境下，由于AP以及终端密度大，距离近，信号强度比普通场景要强，信道上检测到的能量很容易超过CCA门限，导致AP或者终端无法发送数据。CCA优化特性可以通过根据无线信道干扰情况、误码率以及业务需求来动态调整CCA门限，当针对某个终端的误码率满足要求，并且该终端的优先级较高时，可以适当提高CCA门限来获得更大的发送机会。 当检测到某信道的能量>=CCA门限，认为信道繁忙，不在该信道发送。 当检测到某信道的能量35M >50MRTT 15-25ms 10-25ms丢包率-68dBm >-68dBm表4-2 家庭Wi-Fi网络承载超高清视频 KPI标准要求家庭Wi-Fi网络承载超高清视频 KPI标准要求见表4-2。11 12家庭Wi-Fi网络承载超高清视频通用规范技术要求3. TXOP（Transmission Opportunity，传输机会），一次竞争成功后，该业务类型可占用信道的最大时长。针对视频业务可以配置小的AIFSN和ECWmin和ECWmax，配置较大的TXOP来保证视频业务的空口优先。802.11AC wave2的MU-MIMO技术是网关可以将多个数据流同时传输给不同的用户终端，下行MU-MIMO可以在接收端通过消除/零陷的方法，分离传输给不同终端的数据流，还可以通过在发送端采用波束成形的方法，提前分离不同终端的数据流，从而简化接收端的操作；如果家庭网关和STB或者STB AP都支持MU-MIMO技术，也可以使能该技术，使得STB或者STB AP接收信号增益最大。如果无法让视频业务使用单独的无线信道，则也需要在共享信道时给予视频业务尽量多的优先权，例如，家庭网关通过某个2.4G信道级联STB AP，同时还有多个其他终端也通过这个信道接入家庭网关，则检测到STB开机后，家庭网关需要提高STB AP（这里也看做是家庭网关2.4G频段下的一个终端）的时间片调度权重；WMM CAC机制：1. 终端在上行方向发送高级别的voice和video报文首先要获得AP或者家庭网关的许可，所以在检测到STB开机后，家庭网关可以只允许STB或者STB AP在上行方向发送voice和video类别报文，不允许其他终端发送这两个类别的报文，防止对家庭网关空口下行方向的视频报文形成竞争。2. 在STB或者STB AP的接收误码率恶化时，则将低速的以及接收信号弱的终端强制下线，防止它们拖累下行视频业务。4.4.2 视频优先的CAC控制和空口时间保证中国超高清视频产业联盟技术要求IPTV直播采用UDP承载，IPTV业务对丢包非常敏感，在支持4K后，持续的大流量以及高通量要求，需要通过视频重传来保证家庭Wi-Fi空口瞬时大量丢包能及时重传。在网关和AP缓存RTP报文，对丢弃的视频报文发起重传请求，降低对Wi-Fi网络的时延需求。在进行RTP报文重传时，需要提高重传报文的优先级，优先调度，减少转发时延。VABA使能和不使能对比效果：VABA使能和不使能对比效果视频重传机制TV/STB AP BNG Core Router ServerHGWWANIGMP JoinMulticast UDP trafficRTCP重传请求/RTP单播RTCP重传请求/ RTP单播IGMP JoinMulticast UDP trafficMulticast UDP traffic缓存RTP组播流，并对丢弃的视频报文进行重传，并进行流量控制VABA (Video Aware Bandwidth Adjustment) 智能视频带宽调整技术解决在队列拥塞时，UDP视频报文随机丢包问题。VABA算法通过智能感知Wi-Fi链路拥塞情况，动态智能调整视频节目带宽来解决4K视频节目由于队列拥塞丢包的卡顿问题。VABA算法公式4.4.3 视频重传技术4.4.4 VABA智能视频带宽调整技术13 14家庭Wi-Fi网络承载超高清视频通用规范中国超高清视频产业联盟测试方法测试方法待测设备应支持北向管理协议或本地图形用户界面，该协议允许在此测试计划中配置和检索5.3中的设置。管理协议是由待测设备供应商自行决定的。终端应支持执行此测试计划所需的南向管理协议，如配置终端和LAN接口之间传递以太网通信所需的协议。5.1.2 待测设备与终端的管理用于传输测试流量的LAN接口应该是千兆以太网端口，支持至少1 Gbps的速度。配对终端应向/从待测设备空口或同轴电缆接口（如果需要的话）发送/接收Wi-Fi数据包。数据包的生成和接收应使用测试软件完成。如果测试案例要求LAN接口的测试流量大于1 Gbps，则应采用多个千兆以太网端口来满足测试中的测试流量需求。图5-1显示了通过待测设备和单个终端传递以太网/IP流量的基本设置。 附录I提供了测试设置的实例。Wi-Fi性能测试环境很容易受到外部因素和环境的影响，如现有的办公室Wi-Fi系统或附近的电器（如微波炉）。本测试计划使用的测试环境构建，应以减轻这些外部因素对测试结果影响的方式构建。 执行测试计划的测试环境应符合本章节中所有测试的要求。5.2 测试环境5.2.1 测试配置以太网/IP流量配置图5-1 单个终端性能测试设置下行数据流量上行数据流量数据包发生器/分析仪待测设备终端物理层测试设置数据包发生器/分析仪05测试方法表5-1和表5-2旨在向测试工程师和测试报告的读者提供有关待测设备和连接终端的足够信息，以确保结果的可重复性并准确比较报告的测试结果。表中定义的信息应在测试开始前提供给测试工程师，并应作为测试报告的一部分。所有字段都应该填充；如果某个项目不适用于待测设备或连接的终端，则该项目可能被标记为“不适用”。5.1 设备特性5.1.1 待测设备与终端待测设备供应商待测设备系统固件版本待测设备芯片供应商待测设备芯片固件版本表5-1 待测设备信息终端类型（如个人电脑，移动电话等）终端系统供应商终端系统固件版本终端芯片供应商终端芯片固件版本终端支持的IEEE规范表5-2 终端信息备注：如果测试终端能力不同（多个终端情况下），应该分别为其填写本表格本节内容参考以下标准： BBF TR-126 Triple-play Services Quality of Experience (QoE)； BBF TR-398 Wi-Fi In-Premises Performance Tesing。15 165.2.2 测试环境参数测试计划应处于工作频率和信道中无法检测到Wi-Fi或非Wi-Fi干扰的环境中。此处的“无法检测”应定义为：满足工作频率在80 MHz带宽内小于-100 dBm。这种情况保证不会发生虚假退避或竞争，并且在极端情况下有助于正确的性能测量（例如，具有大衰减的性能测试）。本标准推荐使用屏蔽房来保证测试的效果和可重复性。一般环境待测设备和终端通过Wi-Fi测试信道分离。这种分离可以被定义为特定的距离，或者是特定的路径损耗。具体分离方法在每个测试用例中单独定义，以下规定了测试信道的通用要求：如果使用距离，则关联终端应放置在与待测设备相同的高度。此外，待测设备和终端都应放置为其制造商所定义的“直立”状态。如果测试仅使用一个终端，则待测设备和终端应放置为其制造商所定义的互相“正对”状态。如果测试使用了一组终端，则终端应以待测设备为中心，测试距离为半径均匀分布；终端旋转角度应放置为其制造商所定义的“正对”待测设备状态。如果设备使用了外置天线，则应调整其天线角度使之垂直于水平面。如果使用路径损耗，则关联终端应该通过工作频率上的等效自由空间路径损耗与待测设备分离。各向同性天线之间的自由空间路径损耗表示为：路径衰减(dB)=20log10(f(GHz)+20log10(d(米)+32.45(dB)其中，f为工作的中心频率（单位GHz），d为待测设备天线和终端天线之间的距离（单位米）。本标准使用上述公式实现物理距离和自由空间衰减之间的转化。例如，在2.4 GHz时，1米距离的路径损耗为40 dB；在5.2 GHz时，1米距离的路径损耗为46.8 dB。距离与测试信道实现在整个测试过程中，测试设备的温度和湿度范围应被记录为测试过程中观察到的最高值和最低值（见下表），并应作为测试报告的一部分。温度应该在21±5°C之内。湿度应该在20和60之间。温度与湿度参数最高值最低值温度湿度表5-3 测试设备的温度与湿度范围家庭Wi-Fi网络承载超高清视频通用规范中国超高清视频产业联盟测试方法测试方法待测设备和终端应该满足以下要求来支撑测试计划。待测设备应该支持：1. 基于MAC学习或VLAN标记，在Wi-Fi接口和北向以太网接口之间转发以太网/IP流量。2. 通过物理接口（空口或同轴电缆）和流量发生器为终端分配本地IP地址。终端应该至少支持以下配置：如果终端使用了数据包生成器/分析仪，则终端和数据包生成器/分析仪之间的接口应满足流量要求，不会影响性能测试。本小节提供TCP和UDP设置的要求，以便在测试中使用不同的测试软件，操作系统或独立设备时创建一致的流量模型。如果在此测试计划中使用数据包发生器/分析仪来实现流量的生成和监控，则应使用以下设置来配置流量生成器。1. TCP与UDP的通用设置a. 在生成业务流之前通过IP配对建立TCP / UDP链路，即设置待测设备和终端的IP地址以确保所有设备都在同一LAN中。b. 流生成应基于IPv4。c. 在待测设备和每个终端之间创建5个测量流。待测设备和终端之间的吞吐量应该是所有测量流的总和。d. 开始测量后应保留无延迟。e. 不应为TCP/UDP流设置速率限制。f. 通过TCP发送的数据不应被压缩。2. TCP设置a. TCP窗口大小应设置为64KB。b. 应在TCP连接中模拟文件传输（用于2.4GHz测试的文件大小为100000字节，用于5 GHZ测试的文件大小为10000000字节）。 在测试过程中应不断重复执行本操作。c. 在模拟文件传输的过程中，每个文件分片的大小应连续发送至测试软件运行的操作系统。 大小应该由操作系统决定。3. UDP设置a. 应在UDP连接中模拟文件传输（文件大小为730000字节）。在测试过程中应不断重复执行本操作。b. 在模拟文件传输的过程中，发送到操作系统的每个文件片段大小应设置为1460字节。以太网帧大小