在线教育家庭Wi-Fi网络技术白皮书.pdf

2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 i 版权所有 华为技术有限公司 2020 。 保留一切权利。 非经本公 司书面 许可， 任何 单位和个 人不得 擅自摘 抄、 复制本文 档内容 的部分 或全 部，并不 得以任 何形式 传 播。 商标声明 和其他华为 商标均 为华为 技术有限 公司的 商标。 本文档提 及的其 他所有 商标 或注册商 标，由 各自的 所有 人拥有。 注意 您购买的 产品、 服务或 特性 等应受华 为公司 商业合 同和 条款的约 束，本 文档中 描述 的全部或 部分产 品、服 务 或特性可 能不在 您的购 买或 使用范围 之内。 除非合 同另 有约定， 华为公 司对本 文档 内容不做 任何明 示或默 示 的声明或 保证。 由于产品 版本升 级或其 他原 因，本文 档内容 会不定 期进 行更新。 除非另 有约定 ，本 文档仅作 为使用 指导， 本 文档中的 所有陈 述、信 息和 建议不构 成任何 明示或 暗示 的担保。 华 为技术 有限公司 地址： 深圳市龙 岗区坂 田华为 总部 办公楼 邮编：518129 网址： huawei 客户服务 邮箱： supporthuawei 客户服务 电话： 4008302118 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 目 录 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 ii 目 录 1 在 线教 育市 场洞察. 1 1.1 教育发展的新阶 段：在 线教育发 展现状 和趋势 . 1 1.2 在线教育产业链 参与的 公司 . 2 1.3 在线教育技术发 展 . 2 2 在 线教 育流 畅体验 的宽 带要 求 . 4 2.1 家庭宽带问题分 析 . 4 2.2 室内覆盖问题凸 显 . 4 2.3 在线教育对宽带 网络的 能力和业 务指标 要求 . 5 2.3.1 几种典型在线 教育对 宽带网络 能力的 要求 . 5 2.3.2 目前在线教育 业务体 验的关键 指标要 求 . 6 3 在 线教 育对 家庭 Wi-Fi 和 光猫 的要求 . 7 3.1 家庭 Wi-Fi 和光猫的 具 体规格要 求 . 7 3.2 Wi-Fi 6 光猫大幅提 升在 线教育的 沉浸式 体验 . 9 4 华 为高 品质 在线教育 Wi-Fi 网络 方案 . 10 4.1 华为高品质在线 教育家 庭网络产 品和解 决方案 . 10 4.1.1 基于全光 Wi-Fi 的 在 线教育承 载解决 方案 . 10 4.1.2 基于 AI 人工 智能的 PremiumWi-Fi 在 线教育 承载 解决方案 . 12 4.2 华为+VIPKID 在线教育深度合作 . 14 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 1 在线教育市场 洞察 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 1 1 在线教育市场洞察 1 月 27 日， 教育 部发 布关 于 2020 年 春季 学期 延期开 学 的通 知 ，要 求部 属各高 等 学 校、地 方所 属院 校、 中小 学校、 幼儿 园等 学校 适当 推迟春 季学 期开 学时 间， 利用网 络 平台“ 停课 不停 学” ，各 网 络视听 平台 通过 优势 技术 赋能在 线教 育。 针对 延期 开学， 教 育部正 在统 筹整 合国 家、 有关地 方和 学校 相关 教学 资源， 提供 丰富 多样 、可 供选择 、 覆盖各 地的 优质 网上 教学 资源， 全力 保障 教师 们在 网上教 、孩 子们 在网 上学 。 2 月 4 日， 教育 部印 发 关于在 疫情 防控 期间 做好 普通高 等学 校在 线教 学组 织与管 理工 作的指 导意 见 ，要 求学 校 利用网 络平 台实 施在 线教 学，保 证“ 停课 不停 教、 停课不 停 学 ”。 数十万 大中 小学 校的 老师 们“离 校不 离教 ” ， 各培 训 机构也 发现 线上 机会 ，通 过网上 的 课程代 替各 类线 下课 程， 运营商 、互 联网 厂商 等也 在推广 各自 在线 教育 业务 。充分 利 用网络 教学 平台 开展 线上 教学和 辅导 ，帮 助上 亿学 生“停 课不 停学 ” 。 1.1 教育发展的新阶段：在线教育发展现状和趋势 在线教 育一 般指 的是 指一 种基于 网络 的学 习行 为， 是以网 络为 介质 的教 学方 式，通 过 网络， 学员 与教 师之 间开 展的教 学活 动。 借助 网络 课件， 学员 还可 以随 时随 地进行 学 习，真 正打 破了 时间 和空 间的限 制， 在线 教育 具有 跨越时 空和 人力 物力 限制 的资源 利 用最大 化、 随时 随地 进行 选择的 学习 行为 自主 化、 师生交 流与 学生 自学 等学 习形式 交 互化、 个性 化的 教学 形式 、利用 新型 教育 工具 即网 络的教 学管 理自 动化 的诸 多优势 。 图1-1 教育课堂的演进图 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 1 在线教育市场 洞察 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 2 1.2 在线教育产业链参与的公司 在线教 育产 业链 参与 的公 司主要 有 ToC 的在 线学 习内 容 提供 商、ToB 的企 业在 线 教育 提供商 和基 础设 施提 供商 。 ToC 内容 提供 商： 为最 终消 费 者直 接提 供在 线教 育服 务 ，如 VIPKID 、猿 辅导、 作 业帮， 猿题 库， 网易 有道 ，51talk 等。 ToB 内 容提 供商 ：为 企业 提供在 线教 育服 务， 如作 业盒子 ，ATA ，立 思辰 ，智 慧 树等。 基 础 设施 提供 商：如 3 大电 信 运营 商，BAT 、 美团 、今日 头条 等互 联网 公司 ，为 在线教 育提 供必 要的 基础 设施， 是影 响用 户体 验的 关键因 素。 图1-2 在线教育的产业链 来源：艾 瑞咨询 报告 1.3 在线教育技术发展 除了优 质的 教育 资源 外， 沉浸感 体验 提升 是在 线教 育技术 发展 演进 主线 ，与 以往的 电 视教学 不同 ，现 在的 在线 教育都 是交 互式 视频 教育 ，直播+AI 是主流 。影 响 教学质 量 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 1 在线教育市场 洞察 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 3 的另一 个关 键因 素是 家庭 网络体 验， 主要 挑战 在家 庭 Wi-Fi 覆盖、干 扰及 网 络拥塞 等 问题影 响在 线教 育的 体验 。 图1-3 在线教育的几种教学形式优劣势对比 来源：艾 瑞咨询 报告 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 2 在线教育流畅 体验的 宽带 要求 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 4 2 在线教育流畅体验的宽带要求 在家庭 场景 中， 越来 越多 的用户 同时 使用 多屏 在线 视频、 聊天 、游 戏、 在线 教育、 远 程办公 等业 务， 宽带 体验 问题集 中爆 发。 1. 家庭多 业务 并发 导致 宽带 的带宽 不足 ，宽 带提 速需 求强烈 ； 2. 家庭性 能差 的 Wi-Fi 路由问题突 显， 上网 体验 变差 ； 3. 在线教 育等 业务 需求 爆发 ，少儿 英语 和网 上课 堂等 成为家 长首 选， 网课 掉线 、登 录缓慢 、网 课卡 顿、 语音 延迟增 大问 题大 规模 集中 爆发。 这些新 的业 务需 求变 化和 问题对 家庭 宽带 网络 提出 了更高 要求 ，高 可靠 、高 品质的 家 庭宽带 需求 剧增 。 2.1 家庭宽带问题分析 考虑目 前典 型的 五口 之家 场景： 小孩 上网 课、 父母 刷网络 视频 和上 网购 物、 爷爷奶 奶 看 IPTV 电视 直播 ，整 个 家庭宽 带业 务的 下行 带宽 峰值突 破 100Mpbs ，多 用 户家庭 峰值 带宽甚 至突 破 200Mbps 。 传统网 课业 务上 行带 宽峰 值在 2Mbps-20Mbps 之间 ，随着 今 年更高 清晰 度 1080P 网课和 云 VR 教 育业 务出 现， 上行带 宽峰 值要 求会 达到 35M100Mbps ； 随现 在用 户业务 需求 变化 ，下 行带 宽需求逐 步向 300Mbps 、 500Mbps 和 1000Mbps 发展 ，对 称 型上行 带宽 需求 占比 逐步 提升。 2.2 室内覆盖问题凸显 在线教 育、 远程 家庭 办公 等业务 发展 ，用 户基 本都 是使用 笔记 本电 脑、Pad 等移动 终 端 ， 通过 家里的 Wi-Fi 网络来完 成的 （而 不是 网线 ） 。这样 家庭 的 Wi-Fi 网络家庭用 户 的刚性 需求 。但 是受 家庭 路由器 、光 纤网 络家 庭终 端 ONT （即 大家 俗称 的“光 猫 ” ） 规 格 、覆 盖不 足以 及传统 Wi-Fi 技术限制， 让家 庭 Wi-Fi 网络已成为 影响 在线 教育业 务 体验的 关键 瓶颈 。有 数据 表明在 线教 育出 现卡 顿等 体验差 的问 题 90% 原因 出在 家 里的 网络质 量不 佳导 致, 10% 的 出现在 网络 侧。 经过 大量 的分析 研究 ，家 庭 Wi-Fi 网络的 体 验不佳 主要 是因 为三 方面 的问题 导致 。 1. 网线问 题。 对于 通过 网线 下挂路 由器 实 现 Wi-Fi 覆 盖的用 户来 说， Wi-Fi 路 由器 和光猫 之间 连接 的还 是速 率只能 到 100M 的 5 类 网线(Cat 5) ，网 线质 量不 合 格也限 制了千 兆路 由器 的性 能。 据 2019 年 9 月份 央视 每周 质 量报 告 报道 ：市 场销 售 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 2 在线教育流畅 体验的 宽带 要求 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 5 的近三 成网 线不 合格 ，网 线厂家 为降 成本 细线 冒充 粗线， 绝大 多数 不合 格网 线导 体直径 不合 格， 限制 了路 由器 的 Wi-Fi 体验不超过 百兆。 2. 单频 Wi-Fi 问题。大 量现 网 2.4G 单频 Wi-Fi 光猫或 路由器 占比 高 达 60% 以上 ，目 前 2.4G 频段 Wi-Fi 吞吐量 为 70Mbps-90Mbps ， 在特 定时期 及高 密小 区居 家率 高的 情 况 下， 加剧 了用 户之间 2.4G 同 频干 扰， 严重降 低 用户体 验； 同时 ，运 营商 提供 的光纤 家庭 网关 很多 是部 署在信 息箱 内，Wi-Fi 信号被遮挡 ，严 重影 响在 线教 育体 验。 3. 组网问 题。 儿童 上网 课通 常在书 房，Wi-Fi 室内覆盖 差是影 响体 验的 另外 一个 关键 问题， 上行 带宽 也是 影响 在线教 育业 务体 验的 关键 因素。 高品 质家 庭 Wi-Fi 网络 针对在 线教 育业 务进 行智 能加速 、以 及家 庭内 部组 网成为 关键 需求 。 2.3 在线教育对宽带网络的能力和业务指标要求 2.3.1 几 种典型 在线教育 对宽带 网络能力 的要求 对于在 线教 育带 宽和 时延 是关键 指标 。要 想取 得流 畅且稳 定的 体验 ，1 对 1 和 1 对 N 的 网 课需要 20Mbps 对称型 带 宽/50ms 时延支 持， 对 应于运 营商 的套 餐需 要 200M 起 步。对 于视 频直 播教 室， 标准需 要 300M 套 餐，4K 则 需要 500M 套餐 。对 于未 来 VR 教 室 ，由 于带 宽需要 100M 上下 行对 称带 宽以 上， 因此需 要 1000Mbps 套餐。 具 体参 考 如下表 。 表2-1 典型的在线教育业务对宽带网络的能力要求 业务类 型 终端类型 接入终 端数 业务带宽需求 宽带套 餐推荐 接入 侧时 延 丢包率 容忍度 1 对 1 网课 PAD 1 个 2M20Mbps ( 上下行 对称) 200M3 00Mbps 套餐 100ms 30ms (OFDM) 10ms (OFDMA) 多用户 64 128 256(UL/DL MU-MIMO) 多业务 上网、 标清 在线游 戏、4K 云游戏、8K 、AR/VR 抗干扰 弱（EDCA ） 中（EDCA, LDPC ） 强（Spatial Reuse, BSS Color ） 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 4 华为高品质在 线教育 Wi-Fi 网络方 案 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 10 4 华为高品质在线教育 Wi-Fi 网络方案 4.1 华为高品质在线教育家庭网络产品和解决方案 4.1.1 基于 全光 Wi-Fi 的 在线教 育承载解 决方案 为了解 决中 小学 生在 线上 课的要 求， 华为 推出 了基 于 OptiXstar 系列 光猫 的全光 Wi-Fi 的在线 教育 承载 解决 方案 ，打造 极致 体验 的千 兆家 庭网络 。该 方案 获得 了 人民邮 电 报的 “千 兆创 新” 奖， 具有如 下优 点： 光纤全屋 Wi-Fi 覆盖，100% 户型可达千兆：针 对大 中小户 型、 跃层 、 别墅 户型 100%覆盖 ，支 持 100M1000M 家庭 Wi-Fi 带宽需求；华为 双频 光猫 家庭 组网 ，提 供 全屋 Wi-Fi 覆盖，在 线 视频课 程流 畅， 师生 交 流 0 卡 顿。 双频光猫覆盖，在线 课程 体验提升：体验 带宽 平均提 升 6 倍， 远端 覆盖 效果 提升 5 倍， 在线 课程 通过 Wi-Fi 承载， 双频 光猫 直接 出 Wi-Fi 覆盖效果优 于路 由器 ， 而 且 光 猫自 带电 信级的 Wi-Fi 服务保 障。 方案成熟施工简单， 入户 时间降到最低：光纤可 达任 意 房间 ，采 用暗 管穿 线和 明 线 施工 2 种方 案， 四步 操作 方 法， 操作 时间 平均 10 分钟， 最大 限度 的减 少入 户时 间。 用户省钱省电省空间 ：用一 个 光猫+ 路 由器 二合 一的 双频光 猫， 替换 原来 的单 频光 猫+ 路由 器， 节省 布放 空间 ，设备 成本 节省 ，同 时每 年最多 可节 省 70 块钱 左右的 电费 。 采用华 为双 频千 兆光 猫全 光 Wi-Fi 解决方案 ，使 用 华为 OptiXstar 双 频千 兆光猫 直 接覆 盖 ， 客厅 测速 达可达 600M 以上 ，穿 1 堵墙 仍然 可以 到 200 M 以 上， 满足 一个 家庭 2 个孩子 同时 流畅 上网 课的 网络要 求， 远离 掉线 和卡 顿的烦 恼， 提升 上课 效果 。 全光 Wi-Fi 典型组网场景 部署 1. 中小户 型 Wi-Fi 方案设计 入户带 宽 覆盖方 案 部署建 议 200M 1* 华为双频 光猫 光猫需 要放 在家 庭中 心位 置，如 电视 墙旁 边， 开 阔无遮 挡。 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 4 华为高品质在 线教育 Wi-Fi 网络方 案 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 11 图4-1 中小户型的全光 Wi-Fi 部署方案 中小户 型隔 断少 ，部 署一 个双频 网关 就可 以满 足在 线教育 业务 体验 要求 ，需 要注意 的 是光猫 需要 放在 家庭 中心 位置， 如电 视墙 旁边 ，开 阔无遮 挡， 才能 获得 良好 覆盖效 果。 2. 大户 型及 多层 别墅 Wi-Fi 方案设 计 入户带 宽 优选覆 盖方 案 部署建 议 200M 多台华 为双 频光 猫 数量=房间 数/2 大户型 光纤 到房 间， 跨层 别墅每 层 1 台光 猫， 光猫 需要放 在家 庭中 心位 置， 开阔无 遮挡 ，才 能获 得良 好覆盖 效果 。 图4-2 大户型的全光 Wi-Fi 部署方案 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 4 华为高品质在 线教育 Wi-Fi 网络方 案 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 12 图4-3 多层别墅的全光 Wi-Fi 部署方案 大户型 隔断 多， 家居 环境 复杂， 可将 光纤 延伸 至主 要的房 间， 采用 多台 双频 光猫提 升 在线教 育的 用户 体验 ；多 层别墅 户型 是塔 楼结 构， 混凝土 墙较 多较 厚， 对 Wi-Fi 信号 的阻隔 较大 ，客 厅和 主卧 做为重 点覆 盖， 上下 两个 露台有 门和 窗口 和客 厅相 通，可 以 获 得 客厅的 Wi-Fi 信号。 在方案 方面 ，华 为在 国内 电信、 移动 和联 通等 运营 商渠道 销售 华为 OptiXstar HS8145V5/HN8145V/HS8546V5 HN8546Q/HS8346V5/HN8346V5 等型 号的 光猫均 已 具 备此能 力。 在产 品的 获取 渠道方 面，家 庭用 户想 要用 上 华为 的全光 Wi-Fi 的在线教 育 承载方 案， 一是 可以 寻找 宽带运 营商 申请 ，另 一方 面也可 以在 京东 和淘 宝等 平台线 上 购 买 上述 华为的 OptiXstar 光猫。 4.1.2 基于 AI 人 工智能的 PremiumWi-Fi 在 线教 育承载 解决 方案 对于 1080P 或 4K 、VR 的 超高清 和沉 浸式 在线 教育 的业务 需求 ，华 为推 出了 基于 AI 人 工智能 的 PremiumWi-Fi 在 线教育 承载 解决 方案 ，智 慧型教 育光 猫华为 OptiXstar V864/854 通过 AI 智能算 法保证 在线 教育 业务 数据 优先转 发， 多业 务并 发、 空口拥 塞 场 景下 0 丢包 ，低 时延 ，是 在 线教 育业 务极 致体 验的 最 优解 决方 案。 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 4 华为高品质在 线教育 Wi-Fi 网络方 案 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 13 图4-4 华为 PremiumWi-Fi 在线教育承载方案 智慧型 教育 光猫 华为 OptiXstar V854，在 网络 侧支 持 10G PON 光纤 上行 ，用户 侧 支持 4 个 GE 千兆 端口+2 个 POTS 端口 ，Wi-Fi 支持最新 的 Wi-Fi 5 双频 4*4 MU-MIMO （多用 户输 入输 出技 术） ， 空口速 率可 以达 到 2.3Gbps ，内置 嵌入 式人 工智 能(eAI) 实现对 在线教 育、 游戏 、VR 等 VIP 业务 进行 专属 保障 ，最 高可支 持 2 路 Cloud VR 在线 课 堂。 智慧型 教育 光猫 华为 OptiXstar V864，在 网络 侧支 持 10G PON 光纤 上行 ，用户 侧 支持 1 个 2.5GE 超 千兆 端口+4 个 GE 千兆 端口+2 个 POTS 端 口，Wi-Fi 支持最新的 Wi-Fi 6 技 术 ，双频 4*4 MU-MIMO ，空 口速 率可 以达 到 6 Gbps ，内 置嵌 入式 人工 智能(eAI) 实 现对在 线教 育、 游戏 、VR 等 VIP 业务 进行 专属 保障， 最 高可 支持 4 路 Cloud VR 在线 课堂。 图4-5 华为 eAI 智慧型教育光猫 OptiXstar V854/V864 智慧型 教育 光猫 华为 OptiXstar V854/V864，与 传统的 光 猫和 路由 器相 比， 主要 有 这四 大方面 的关 键特 点： 多穿一堵墙：Wi-Fi 采用独创的高 性能 双波 束天 线， 这样可 以让 光猫 的 Wi-Fi 垂直 覆盖提 升 1 倍， 水平 覆盖 提升 30% ，实 现全 屋 Wi-Fi 覆盖。 业界 领先 的 Wi-Fi 6 160MHz 频宽 ，结合 最新 频谱聚 合和 智能 抗干 扰算 法，实 现在 家庭 场 景 Wi-Fi 多穿 一堵墙 。 在线教育 家庭 Wi-Fi 网络技 术白皮书 4 华为高品质在 线教育 Wi-Fi 网络方 案 2020-02-10 版权所有 华 为技术 有限 公司 14 网课 0 卡顿： 通过 eAI 技 术，华 为智 慧型 教育 光猫 智能识 别在 线教 育业 务， 通过 高性能 的主 芯片 和 Wi-Fi 的优化 算法 对业 务传 输进 行二级 加速 ，实 现 Wi-Fi 网络时 延7ms ，缩 短在 线教 育等 VIP 业务 时延 50% 以上 ，实 现 网课 业务的 0 卡顿 。 少上一次门：通过 NCE 云平 台 及用户 APP 端到端 方案 ， 让家庭 Wi-Fi 业务状 态可 视、端 到端 体验 可管 理， 可维护 ，实 现维 护减 少 30% 上门 率。 多种一棵树：华 为光 猫采 用先进 的芯 片工 艺， 主芯 片采用 智能 调频 和 APM 智能 休 眠技术 ，在 流量 闲时 智能 眠降低 功耗 ， 使 ONT 整体功 耗 低于 业界 30% ，打 造业 界 最佳绿 色 Wi-Fi 。 图4-6 华为 eAI 智慧型教育光猫 OptiXstar V854/V864 关键功能 在 相同 Wi-Fi 规格的产 品 ，针对 在线 教育 场景 的性 能测试 ，华为 OptiXstar V854/V864 承载超 高清 网课 的时 延低 至平 均 50ms 左右 ，比 业界 传统的 路由 器时 延 下降 50% 以 上,25 分 钟的 一堂 课中 做到了 0 卡顿 ，详 细时 延对 比如 下 表所 示。 4.2 华为+VIPKID 在线教育深度合作 图4-7 华为和 VIPKID 联合创新解决方案 自 2019 年 10 月以 来， 华为 和 VIPKID 针对在 线教 育业务 开展 深度 的联 合创 新合作 。 VIPKID 是业界 领先 在线 教 育运营 商， 是全 球增 长速 度最快 的在 线青 少儿 英语 教育品 牌，截 至 2019 年 8 月，VIPKID 平台付 费学 生规 模超 过 70 万人 。华 为公 司拥 有 世界领 先的人 工智 能全 栈解 决方 案， 从 AI 芯 片到 人工 智能平 台 算法 ，有 着强 大人 工智 能 研发 和工程 应用 能力 ，双 方针 对用户 体验 问题 进行 大数 据分析 和 AI 应用加 速模 型 建模， 以 华为 PremiumWi-Fi 家庭网络解决 方案 为基 础， 推出 了业界 首个 基 于 eAI （Embedded