智慧家庭千兆組網技術分析及應用

王宜太

（中國聯合網絡通信有限公司 合肥市分公司，安徽 合肥 230001）

0 前 言

2020年9月22日，中國聯通正式發布品牌煥新為“創新，與智慧同行”。5G賦能為智慧生活墊基，更清晰地描繪了未來智慧生活的理想愿景。以家庭為核心，打造個性化的智慧生活服務，聯通更是推出了“聯通三千兆，暢享智慧新生活”的千兆組網行動，出門用千兆5G，進門用千兆光寬帶和千兆無線WiFi。

目前，智慧家庭組網主要還是滿足上網、看電視以及少量智能家居聯網等日常簡單需求，但隨著家庭千兆光帶寬接入的普及、各種智能家居設備普遍應用以及人們對數字智慧生活的向往，家庭千兆組網技術應用顯的愈發迫切。人臉識別感應社區、語音對話音箱、時時在線神眼、各種數字穿戴設備、數字遠程調控空調、智能生活管理冰箱、無人打掃機器人、智能廚房以及智慧泊車等，家庭接入應用需要連接的無線網絡設備可能達幾十個甚至上百個。新的生活應用帶來新的網絡需求，在不遠的將來，能源應用、遠程醫療醫治、在線安防以及線上教育等傳統產業也都將與家庭應用密切結合[1]。

人們對便捷化和數字化生活的向往，使得家庭的信息化必然快速向智能化發展，從而實現家庭生活的智能化和數字化。國家在十二五規劃中已明確將智能家居相關產業與新興能源和新時代文化創意產業等并列為戰略性新興產業，因此智慧家庭在未來必將擁有廣闊的市場前景。

1 千兆智慧家庭組網技術分析

1.1 千兆組網背景

聯通三千兆，暢想智慧新生活中的三千兆是千兆光帶寬、千兆5G以及千兆WiFi的總稱，其為用戶提供室內外超高速、超高效以及高性能的無線家庭網絡。2020年是5G逐步商用壯大的一年，隨著5G建網的加速，智慧交通、智慧大腦、智慧醫療以及智慧家庭等應用以經實現。未來“5G主外，WiFi 6主內”這種黃金應用組合將會全面滿足用戶的各種網絡體驗，使泛網絡無處不在。WiFi 6是由無線網網絡標準的WiFi聯盟提出的命名規則，將802.11ax改為WiFi 6，于2019年發布，面向室內的WiFi技術由WiFi 5升級到WiFi 6。現在WiFi 6的性能更加出色，具有網速更快、時延更低、設備功耗更省以及容納數量更多等特點，最高網速可達9.6 Gb/s，而且優化了信號上行覆蓋。同時，WiFi EasyMesh技術具有高擴展性，使用戶在需要的地方能很方便地增加無線AP，實現室內信號無死角。

1.2 千兆組網方案

1.2.1 確定家庭戶型

針對平面型的家庭戶型和上下層的別墅戶型組網方案要區別對待。平面型的戶型采取“千兆WiFi 6路由器+有線或無線面板AP”一體化無線組網方案，上下層別墅型戶型應采取“總千兆WiFi 6路由器+分千兆WiFi 6路由器+有線或無線面板AP”的一體化無線組網方案，如圖1所示。

圖1 智慧家庭的組網方案

無線面板AP組網方案是由一臺WiFi 6主體路由器和多個無線面板AP相互組網而成。主體路由器與無線面板之間可通過原先預埋的超六類網線傳輸信號，也可以通過無線橋接傳輸信號。同時，無線面板可直接換成家里原有的網絡面板，不需要重新占地和重新布線，不會破壞原有裝修。

1.2.2 選好設備位置

無線路由器安裝時要正面朝外，擺在較高較開闊的地方，天線角度要擺正，避開電器和家具等障礙物，以減少信號干擾和衰耗。當路由器天線與地面垂直時，水平無線信號最強，如圖2所示。木門和玻璃門等對信號的衰減小，因此盡量讓路由器多走門，少穿墻。此外，弱電箱位置一般在房間門口，金屬面板會屏蔽無線信號，盡量不要將無線路由器放在弱電箱內。

圖2 無線信號方向輻射示意圖

1.2.3 用好測評工具

家庭千兆組網實現以后，可以利用聯通智慧到家APP工具自行檢測信號覆蓋盲區，防止個別地方信號覆蓋不到位。聯通自行研發的智慧到家APP如圖3所示，方便用戶和裝維師傅隨時隨地進行信號測評。測評主要包含了報告信息、戶型信息、檢測員信息以及報告對比信息4項信息。在報告對比信息中，從WiFi的總和得分、WiFi信息、抗干擾情況、Ping值以及測速速率這幾點來為用戶展示家中網絡覆蓋情況。WiFi信號強度具體參數如下，若終端最小接收信號強度為-75 dB，那么信號強度低于該數值的WiFi網絡不可用，連接可能會被終斷，終端推薦平均接收信號強度為-65 dB，信號強度大于或等于該數值的WiFi信號的衰耗小，網絡穩定。網絡質量具體參數中，無線路由器網關Ping測試時延要求延時≤50 ms，抖動≤50 ms，無線路由器網關Ping測試包丟失率要求≤1%，無線局域網內終端用戶吞吐量（帶寬）＞10 Mb/s。在網絡速率低、時延高以及丟包率高的情況下，各種應用會出現加載速度慢或無法加載的現象。

圖3 聯通智慧到家APP測評功能界面

1.3 千兆組網技術

1.3.1 千兆組網技術要注意路由器無線頻段選擇

WiFi 6雙頻路由器和無線AP設備會同時支持2.4 GHz和5 GHz頻段。其中，2.4 GHz頻段無線信號多，，但信道擁擠，，干擾多，而5G頻段相對干擾較少，因此應盡量使用5 GHz頻段。無線信號經過室內水泥堵墻后，2.4 GHz和5 GHz頻段都會衰減，可能只有2～3格信號，在加上周邊無線信號的干擾，這樣有3格信號的2.4 GHz頻段在觀看視頻經常會出現不流暢、緩沖以及卡頓現象，而使用只有2格信號的5 GHz頻段觀看視頻卻比較流暢，因此在實時語音和在線游戲等一些對網速和延遲等有較高要求的場景中，5 GHz頻段信號更加合適[2]。利用網絡信號測速工具能有效發現室內信號盲區，對信號不合格的盲區需通過調整、優化或安裝新的無線AP設備來及時補盲，如表1所示。

1.3.2 千兆組網技術可實現無線路由橋接

無線路由器因墻壁阻擋的影響，無線信號覆蓋面積是非常有限的，會導致局部區域可能存在網絡信號覆蓋盲點或信號覆蓋較弱。WDS（Wireless Distribution System）路由橋接技術可以將無線路由器通過如圖4所示的無線方式連接到已有信號，實現網絡信號的盲點消除，擴大信號范圍。在普通家庭應用的需求下，只要兩臺路由器之間進行無線橋接即可滿足需求，在應用需求較多的環境下，可進行路由器多臺之間的橋接[3]。

表1 信號強弱和Ping測試標準

圖4 無線路由橋接示意圖

1.3.3 千兆組網技術實現千兆網絡無處不在

千兆組網通過光纖在家庭房間進行組網，連接WiFi 6實現全房間覆蓋，實現千兆入室且帶寬不衰減，使用戶千兆網絡體驗無處不在。同時，千兆組網技術為智慧家庭提供的光帶寬、低時延以及高安全的家庭網絡，使用戶暢享VR直播、快捷點播、巨幕影院、在線教育以及聯機游戲等。

2 千兆智能組網典型應用

2.1 室內智能應用

千兆智慧家庭組網技術實現FTTH全光WiFi，，會給家庭日常生活、平時工作以及休閑娛樂帶來全新的便利和快捷，真正能做到即安全又便利還節能的現代智慧生活，使智慧場景逐步成為現實。千兆智慧家庭應用的涵蓋范圍很廣，除一代智慧家庭常用的智能家電設備外，還包括照明系統、監控系統、水電燃三表計量以及供水供暖等應用，如回家后熱水已經燒好、回家之前空調或暖氣已經開好、飯已經自動煮好、隨時了解冰箱里面的菜品儲備情況、遇見下雨自動關窗戶以及陌生人進入紅外線報警等。千兆組網的智慧家庭隨著智能設備的普及，接入的智能設備會更多，匯總的數據會更豐富，數據的分析也會更智能和人性化，能讀取家庭數據中心的各種數據，可隨時監控家庭內部細節情況，在出現數據異常情況時及時告知。

2.2 室外智慧運用

智慧家庭是智慧城市的基本單元，千兆智能組網使智慧家庭對外的主要應用有兩方面。一方面可實現社會政務在線服務和居民生活服務等服務的智慧化，智慧家庭已通過千兆組網技術將人們的家庭生活和社會生活和諧地融合在一起，實現“在家，世界也觸手可及；在外，家庭家庭近在咫尺”的日常場景，切實提高居民的優越感。另一方面是助力社會管理和公共服務實現智能化，智慧家庭是現代社會管理和社會服務的必要手段，能圓滿實現家庭管理、社區管理以及社會管理各級的有效統籌與和諧發展。同時，隨著醫療水平和百姓生活水平的提高，人類對品質生活的追求，人類壽命在穩步提高，這將使人們在家中生活、辦公以及休閑的時間越來越多，也使社區養老服務模式成為可能，極大緩解了當前比較急迫的社會問題。千兆組網技術對發展新一代智慧家庭，通過泛網絡信息化手段方便個人、家庭以及社會的不斷互動必將成為趨勢[4]。

3 千兆家庭組網技術展望

千兆智慧家庭組網快速向千兆接入設備升級，向雙頻和WiFi 6路由器演進，推動智慧家庭網絡邁進千兆時代，助力智慧家庭邁向家庭云和全光化。從新協議、新入口、新平臺以及新應用4個方面對千兆家庭組網進行全新定義。同時，千兆家庭組網后能全面守護用戶家庭信息安全，同時也能極大改善家庭網絡環境，提升網絡品質。

WiFi 6路由技術具有網速更快、時延更低、設備功耗更省以及容納數量更多的特點，為千兆智慧家庭構建起的強勁WiFi網絡，將為8K/XR大帶寬的視頻應用、Cloud VR低時延的游戲應用以及全屋智能廣連接的智能家居應用等提供更堅實的網絡保障。千兆智慧家庭還將打造安全路由器，將網絡詐騙、信息泄漏、設備劫持以及網絡沉迷等網絡“害蟲”全部拒之家外，打造智慧家庭的安全堡壘，實施綠色上網服務，守護千萬家庭的網絡安全。

千兆組網技術實現全光組網，讓千兆體驗無處不在，是實現千兆網絡、萬物互聯、各相關產業發展以及各個數字化轉型的關鍵基礎和動力，也是下一代通信網絡的一個關鍵組成部分。千兆組網寬帶在延時、抖動以及誤碼率（低于1 ns)等性能可靠指標上較百兆寬帶而言有本質上的提高，對實現未來家庭和社會服務建設向數字化、智能化以及網絡化方面發展具有重要的基礎作用，會帶來廣闊的市場空間。

4 結 論

千兆智慧家庭已經蓄勢待發，無論是運營商的光纖千兆進戶，還是設備商的智能組網WiFi 6技術的實現，無論是智能家居設備的日益普及和成熟，還是云技術應用無限承載和網絡詐騙及信息泄露等無憂安全技術都已經悄無聲息地到來和實現。在這個快節奏的時代，千兆智慧家庭已經滲透到人們的日常生活中，幫助人們節約了時間，提供了便利，減少了管理成本，提高了效率。

“聯通三千兆，暢享智慧新生活”順應全光網絡的發展趨勢，是智能家居設備應用和用戶迫切的市場需求。實現智慧家庭千兆光接入、千兆路由設備以及千兆無線使用的全千兆光網絡，使得用戶體驗將更加高速、延時更低且設備端口連接更加開放和多元，另外家庭的各種云應用也將更加豐富和成熟。