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家庭 Wi-Fi 网络 技术 白皮书 中国联通 2017 年 9 月 1 目 次 1 家庭 Wi-Fi 网络服务背景与目标 . 3 1.1 家庭 Wi-Fi 服务面临的主要问题 . 3 1.1.1 家庭 Wi-Fi 性能问题 . 3 1.1.2 家庭 Wi-Fi 管理运维问题 . 5 1.1.3 视频承载体验问题 . 5 1.1.4 IPTV 和上网业务融合问题 . 6 1.2 家庭 Wi-Fi 的目标 . 7 1.2.1 高质量全覆盖能力 . 7 1.2.2 多终端多业务承载能力 . 7 1.2.3 高可靠安全保 障能力 . 7 1.2.4 维护管理和故障诊断能力 . 8 2 家庭 Wi-Fi 网络总体架构 . 9 2.1 家庭 Wi-Fi 网络目标架构 . 9 2.2 家庭 Wi-Fi 网络组网终端 . 9 2.2.1 无线路由器 . 10 2.2.2 Wi-Fi 中继器 . 10 2.2.3 电力线 PLC 终端 . 11 3 中国联通 WoLink 协议 . 12 3.1 基本概况 . 12 3.2 应用场景 . 12 3.3 技术要求 . 14 3.4 未来规划 . 15 4 家庭 Wi-Fi 网络及终端测试方法 . 16 4.1 设备能力测试 . 16 4.2 无线业务承载能力测试 . 16 4.3 家庭 Wi-Fi 场景化测试方法 . 17 5 家庭 Wi-Fi 网络体验感知评价体系 . 19 5.1 家庭 Wi-Fi 网络质量标准 . 19 5.2 家庭 Wi-Fi 网络体验 KQI 指标 . 19 5.2.1 网页浏览 . 19 5.2.2 宽带测速 . 20 5.2.3 在线视频 . 21 5.2.4 在线游戏 . 22 5.2.5 高速下载 . 22 5.3 家庭 Wi-Fi 网络 KPI 指标 . 23 5.3.1 业务体验 . 23 5.3.2 连接能力 . 24 5.3.3 覆盖性能 . 24 5.3.4 吞吐性能 . 25 2 5.3.5 抗干扰性能 . 25 5.4 家庭 Wi-Fi 感知指标体系 . 26 5.4.1 家庭 Wi-Fi 感知性能评估机制 . 26 5.4.2 家庭 Wi-Fi 感知性能评估细则 . 26 附录 1 家庭 Wi-Fi 网络关键技术 . 28 附录 1.1 智能终端引导 . 28 附录 1.2 智能无缝漫游 . 29 附录 1.3 基带波束成型（ Beamforming） . 30 附录 1.4 空口时间公平性调度（ Airtime Fair schedule） . 30 附录 2 Wi-Fi 测试评估参考 . 32 3 中国联通家庭 Wi-Fi 网络 白皮书 1 家庭 Wi-Fi 网络 服务 背景 与 目标 在国家“互联网 +”的大背景下，依托物联网、云计算、大数据、超宽带的飞速发展 与 普及 ， 同时带动 了 4K、 VR、智能家居 等电信应用业务 蓬勃发展， Wi-Fi逐渐成为家庭宽带用户的刚性需求。有数据表明，目前运营商 80%的 流量来自Wi-Fi且大部分是视频业务，主要消耗场景为家庭场景，这 成为运营商新的商业模式 挖掘 点。 然而， 宽带提速后 (如 100M/1000M)，用户的带宽体验却 由于 家庭 Wi-Fi网络的 质量参差不齐、 服务保障 水平 不高 而 大打折扣 。 劣质低速 Wi-Fi已经成为用户抱怨的焦点，包括速率低、覆盖差、干扰多、 运维 难 等 问题 。如不 能 有效解决这些问题，不仅 会降低运营商宽带品牌价值，而且 会 增加无效保障比例、制约高价值业务发展。 因此，针对电信运营商和用户热切关注的家庭网络 Wi-Fi 覆盖和质量问题，运营商级的家庭 Wi-Fi网络解决 方案的推出已经迫在眉睫。 1.1 家庭 Wi-Fi 服务面临 的主要问题 目前 ，家庭 Wi-Fi服务 主要 面临 Wi-Fi 网络性能问题、 Wi-Fi 管理运维问题、视频承载体验问题以及 IPTV和上网业务融合问题等 。 1.1.1 家庭 Wi-Fi 性能 问题 用户 家庭 Wi-Fi性能 不佳，主要原因 体现在四个方面 。 首先 ， 很多 家庭用户 的家庭网关的摆放位置和天线角度不合理，影响了 Wi-Fi的覆盖性能， 包括 但 不限于： 将家庭网关放置于入户处信息箱里 ； 放在封闭的储物间里 ； 放在墙角的地上 ； 天线靠墙贴放 ； 全向天线没有竖起并彼此形成一定角度。 其次 ，多居室环境没有使用分布式 AP 加强覆盖 。 居室隔墙对 Wi-Fi 信号的4 阻隔作用非常明显，而很多用户还仅仅只是花大价钱在 “ 高性能 Wi-Fi” 的 个体家庭网关上，没有意识到分布式 AP 对于大房子户型 Wi-Fi 覆盖的必要性。 事实上， 家庭环境的复杂性对 Wi-Fi 信号衰减很大 。 下面列出了常见家庭障碍物对Wi-Fi 信号造成的衰减， 例如 ， 承重墙将造成 Wi-Fi 信号衰减 1%（ 20db）到0.01%(40db)。 需要注意的是， Wi-Fi 信号无法穿透金属物，而很多家庭放置网关的信息箱门却是打孔金属板，造成 Wi-Fi信号质量非常差 。 表 1-1 常见家庭障碍物对 Wi-Fi 信号造成的衰减参考 障碍物 衰减 障碍物 衰减 承重墙 2040db 普通混凝土墙 1018db 楼层 30db 空心砖墙 46db 石膏板墙 35db 普通玻璃门窗 24db 木门 35db 金属镀膜玻璃门窗 1215db 木质家具 210db 木板隔墙 58db 金属物 全反射 水 全吸收 再次 ， 干扰也是 Wi-Fi性能差的主要因素 ， 包括 Wi-Fi同频 /邻频干扰 ： 同频干扰：工作在相同信道的 Wi-Fi 设备间的相互干扰。空口是所有设备的公共传输媒介，两个 AP 之间将根据 CSMA/CA 原则，进行互相退避，导致大大降低性能； 2.4G只有 3 个不重叠的信道，在小区环境中很难找到一个和别人不重叠的信道； 邻频干扰：工作在不同信道的 Wi-Fi 设备间的干扰。中心频率不同的Wi-Fi设备之间的发射频宽若有重叠部分，也会产生相互影响。 非 Wi-Fi 干扰源 引发的干扰：主要干扰源及其评估见下表 表 1-2 常见家庭设备对 Wi-Fi 的干扰评估 干扰源 频率 功率 干扰评估 微波炉 S 段（ 2.4-2.5G） 800W 干扰严重（距离 4米时速率下降明显、2米偶尔断网） 无绳电话 2.4G， 5G 3W 较严重（距离 1 米时速率下降、 0.5米出现断网） 无线摄像头 2.4G 0.51W 相对较轻，仍需远离 蓝牙设备 2.4G 1mW 很小 雷达 5G KWMW 虽然距离远，但是雷达功率巨大，会造成严重干扰 5 最后 ，用户购买的 Wi-Fi产品质量不高，会造成家庭 Wi-Fi 带宽不足，可移动性能 或 体验较 差 。 很多用户的家庭网关没有升级到 11ac 双频，或者网关是新的 11ac 双频，但是 PC、 STB 等客户端仍然是老的 11b/n/g 制式，在同时使用的时候会拖慢整体性能；在使用手机或者 PAD 移动上网或者看视频时，由于家庭网关或者终端不支持快速切换（ 11k， 11v）技术，无法迅速切换到信号更好的 AP上，导致业务长时间卡顿；还有的用户将分布式 AP配置成和家庭网关不同的 SSID，导致无法自动切换。 1.1.2 家庭 Wi-Fi 管理运维 问题 家庭 Wi-Fi网络的规划和实施需要较高的专业技能； 用户 DIY 的 家庭网络 常常会 存在 很多潜在的质量问题 ， 包括 但 不限于 ： 规划 不合理 ： “ 多大的房子，需要什么级别的家庭网关，需要几个分布式 AP，分别放在什么安装位置 ” ，这些问题用户很难给出专业的回答 ； 自购的家庭网关或者分布式 AP兼容性无法保证，性能差； 网关或者 AP配置错误； 连线、安装等工程错误。 无论 运营商 是否 提供家庭 Wi-Fi服务，用户往往都将家庭 Wi-Fi网络看做是宽带的一部分，一旦出现问题，用户还是会选择向运营商报障 。 据统计，目前家庭网络故障 中 30%到 50%都是 Wi-Fi 原因导致的，而家庭 Wi-Fi 基本处在无管理状态 。 一方面，运营商管理系统并没有 收集用户 Wi-Fi的运行数据；另外一方面作为运营商边界的 CPE上也缺乏有效 OAM 工具 。 一旦出现问题，远程维护人员很难快速的将故障定界到是家庭 Wi-Fi的问题还是宽带网络的问题，只能依赖装维人员上门处理。 1.1.3 视频承载体验 问题 很多用户为了方便或者美观，使用 Wi-Fi 来接入 STB，但 在 实际体验却非常糟糕，主要 原因是 目前很多家庭的 Wi-Fi 网络质量无法满足高质量视频 业务 的要求 。 研究表明 ， live TV 基于 UDP协议 ，所以 其 对时延和抖动要求不高，但是对丢包率非常敏感 。 而基于 TCP协议 的 VOD 或者 OTT视频则对时延非常敏感，同时6 网络还需要满足 1.3 倍甚至 1.5倍码率的带宽要求。 Wi-Fi网络的典型质量参数如下，可以 发现 干扰较多的 2.4G 频段很难满足一路高清视频 业务 的质量要求。 表 1-3 Wi-Fi 网络的典型质量参数表 单个 STB 5米距离 无障碍时带宽 双向 平均时延 抖动 丢包率 2.4G 2*2 MIMO 弱干扰 Down:65Mbps Up:63Mbps 5ms 116ms 0.1% 2.4G 2*2 MIMO 强干扰 Down:19Mbps Up:17.5Mbps 12ms 138ms 0.6% 5G 2*2 MIMO 弱干扰 Down:420Mbps Up:280Mbps 4ms 10ms 0% 未来家庭视频消费将会向多路 4K甚至 8K演进，对 Wi-Fi网络的要求将会更高。 1.1.4 IPTV 和上网业务融合 问题 图 1-1 IPTV 和上网业务无法融合示意图 运营商 通常 使用 LAN-WAN绑定技术将 IPTV和上网隔离开，以便给 IPTV分配单独的带宽和业务通道 。 这种情况下要求机顶盒连接 CPE的一个固定端口，这将会带来很多问题： 如果 采用以太连接，意味着 无法连 接第二台机顶盒； 如果用户为了美观 而 使用 Wi-Fi 来连接机顶盒， 则无法 使用自购家庭网关的 Wi-Fi 连接（家庭网关的 Wi-Fi只提供上网业务）； 7 如果使用 Wi-Fi 来连接机顶盒，很多消费者 AP 无法支持组播和 IGMP，即使用户新购买一对桥接 AP 来连接 CPE IPTV 口和 STB，也无法观看直播节目 ； 1.2 家庭 Wi-Fi 的目标 针对 以上 家庭 Wi-Fi 存在 的问题或痛点， 以 用户感知为出发点，未来家庭Wi-Fi网络的 目标应具备： 1.2.1 高质量全覆盖能力 智能终端的普及带来了用户家庭网络使用习惯的变化，从原有 PC 的固定位置、有限时间内使用，转变为家中随时随地都有高速上网的需要。同时， 4k 视频、互动游戏以及未来的 VR/AR应用也为家庭 Wi-Fi的带宽提出了更高要求。 因此，联通 提供 的 运营 商 级家庭 Wi-Fi网络，应能够满足用户在家庭内各位置均可高速上网的需要，尽快达到家庭内 100Mbps带宽全覆盖的要求。 1.2.2 多终端多业务承载能力 随着智慧家庭业务应用的持续发展，家庭 Wi-Fi终端类型从 PC、手机、平板电脑，进一步扩展到智能机顶盒、家用摄像头、各类智能家电和多种智能 硬件。这要求家庭 Wi-Fi 网络能够支持大量 WiFi 设备同时接入和传输数据，并且能够针对家庭 Wi-Fi承载的不同业务提供差异化的保障能力。 1.2.3 高可靠 安全保障能力 Wi-Fi是一个开放性网络，虽然 Wi-Fi 标准中支持 WEP、 WPA 等多种鉴权和加密方式，但由于市面上多种 Wi-Fi暴力破解工具、密钥共享工具，导致大量用户Wi-Fi被攻破，带宽被共享，甚至家庭隐私 被 泄露。 因此，电信级家庭 Wi-Fi网络应具备高等级的安全保障能力，如： 防蹭网：主动发现用户蹭网行为并提示用户隔离 防破解：主动发现暴力破解行为并主动隔离 8 访客网络：为家庭访客提供有时限的独立 Wi-Fi 密钥，避免 Wi-Fi密码外泄 1.2.4 维护管理和故障诊断能力 家庭 Wi-Fi是一个不确定性很高的网络，每个家庭户型不同、用户终端和使用习惯不同、周边干扰情况不一，导致家庭 Wi-Fi的故障率高、故障定界定位难。 运营商提供的家庭 Wi-Fi服务，应将运营商的网络维护管理能力延伸至家庭，具备集中远程管理、快速故障定界定位的能力，提供高质量的用户家庭 Wi-Fi服务。 9 2 家庭 Wi-Fi 网络 总体架构 2.1 家庭 Wi-Fi 网络 目标 架构 随着运营商宽带业务的不断发展以及用户智能终端的逐渐普及，家庭网络日趋复杂。家庭网络结构从过去的 PC直连光猫上网的点状结构逐渐演变为 PC、手机、机顶盒、智能摄像头等智能终端连接家庭网关的星形结构。为了满足用户家庭 Wi-Fi 网络无缝覆盖的需求，家庭 Wi-Fi AP 也呈现多样化 。 目前常见的 AP设备包括：以太 AP、电力猫 AP以及 Wi-Fi中继器。家庭 Wi-Fi 网络架构示意图如下图所示。 图 2-1 家庭 Wi-Fi 网络架构示意图 2.2 家庭 Wi-Fi 网络组网终端 网关 、 AP 的配置 及 规格对家庭网络的性能和质量至关重要，如 CPU、内存 、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 、 节能对安全和稳定性很重要，因此家庭网络和 AP 的规格要求建议如下： 表 2-1 家庭网络和 AP 的规格 设备类型 路由器 中继器 电力线 近端 远端 上行接口 GE FE FE/GE 下行接口 2GE 及以 2FE 及以上