智慧家庭網絡需求與技術問題研究

方文斌

摘 要：隨著光網絡建設的快速推進，網絡帶寬及業務承載能力得到了高速發展，以此為基礎的互聯網家庭新業務、新應用也日趨豐富。未來家庭業務主要呈現出業務多元化、服務對象精確化、終端多樣化、管理智能化等特征，準確把握業務現階段以及未來業務對支撐網絡的承載需求，是發展家庭網絡，保障智慧業務落地的重要前提。

關鍵詞：智慧家庭；業務需求；接入網

一、家庭業務分類

家庭業務分為傳統電視、寬帶業務和新興的智慧家庭業務，其中智慧家庭業務依托于新一代智慧化、綜合性的家庭服務系統，是家庭智能設備、物聯網、高速信息網絡和應用服務的有機融合。從技術角度講，家庭業務以寬帶網絡、物聯網為基礎，依托移動互聯網、云計算等新一代信息技術，實現服務的智能化，提供人與家庭設施的雙向智能互動。家庭業務可看作是信息技術在家庭環境的應用落地，按照業務類型家庭業務分為視頻類業務、應用類業務以及智慧家庭類業務，其中視頻類業務主要包括大屏電視業務、移動視頻業務；應用類業務主要包括頁面瀏覽業務、視音頻通信業務、家庭云業務、游戲業務；智慧家庭類業務主要為家庭物聯網業務。

二、業務需求分析

1.大屏電視業務

目前高清視頻類業務已經逐步普及，未來隨著4K、8K、VR/AR技術的加速發展，將會給大屏電視業務帶來新的活力。通過對電視業務指標參數分析，得到其對網絡的承載需求如下。（1）帶寬需求：高清需求為8Mbps 帶寬，準4K 至少需要30Mbps帶寬，標準4K 至少需要50Mbps 帶寬，極致4K 需要接近百兆帶寬，8K 電視對帶寬需求達到百兆以上，VR 對帶寬需求達到幾百兆。（2）時延要求：點播網絡時延一般為400 ms 以內。（3）泛在性要求：終端相對固定，對泛在性要求不高。（4）抖動要求：組播抖動小于5ms，點播抖動小于50 ms。（5）丟包要求：對于高清，丟包率不超過0.1%；對于準4K，丟包率不超過0.01%；對于標準4K，丟包率不超過0.001%；8K 電視及VR 對丟包要求更高。（6）安全性要求：為確保電視的傳輸內容，該業務對安全性要求高。

2.移動視頻業務

未來隨著用戶對音頻及畫面質量要求的逐步提升，移動視頻類業務的播放效果將日趨接近大屏電視。通過對移動視頻業務指標參數分析，得到其對網絡的承載需求如下。（1）帶寬需求：移動視頻至少需要4Mbps 的帶寬，才可滿足大部分應用的流暢播放，對于超高清視頻帶寬需求需達到10Mbps 以上。（2）時延要求：點播網絡時延小于400 ms。（3）泛在性要求：終端相對不固定，對泛在性要求較高。（4）抖動要求：組播抖動小于5ms，點播抖動小于50ms。（5）丟包要求：要求丟包率低于千分之一。（6）安全要求：對于內網節目安全要求高，對于互聯網視頻安全要求一般。

3.家庭云業務

家庭公有云系統由云存儲平臺、家庭網關、家庭云存儲接入網關以及各類智能終端（機頂盒、Pad、智能手機等）組成。通過對家庭云業務指標參數分析，得到其對網絡的承載需求如下。（1）帶寬需求：考慮到用戶對家庭云業務的感知度，該業務對網絡帶寬要求較高。普通家庭用戶采用云存儲業務需要20Mbps 以上帶寬，對于多線程控制以及高清流媒體播放等業務，要求帶寬滿足100Mbps 以上。（2）時延要求：網絡延時小于150ms。（3）丟包要求：此項業務對丟包要求不高，不超過1%。（4）泛在性要求：由于考慮到多種類型終端共享業務內容，因此此業務對泛在性要求較高，場景內需要完成無線信號的全覆蓋。（5）安全要求：家庭云平臺及聯網設備需具有較高的安全保密性。

4.游戲業務

隨著AR/VR 技術的飛速發展，傳統家用游戲機已無法滿足用戶需求，基于虛擬現實技術的游戲，通過戴上頭盔，即可進入一個可交互的現場場景，給用戶帶來更好的游戲體驗。通過對游戲業務指標參數分析，得到其對網絡的承載需求如下。（1）帶寬需求：對網絡的帶寬需求較高，一般性游戲對帶寬需求至少為10Mbps，云游戲建議達到20M，VR 游戲至少達到百兆以上。（2）時延要求：游戲時延會極大地影響體驗，因此對網絡時延要求較高，一般不超過100 毫秒級。VR 從傳感器采集，經過線纜傳輸、游戲引擎處理、驅動硬件渲染畫面、液晶像素顏色切換，到人眼看到對應的畫面，中間經過的每一個步驟都會產生延遲。要想達到理想的狀況，需要硬件和軟件優化的緊密配合。目前公認的可以被多數人接受的VR 延遲是20ms。（3）泛在性要求：對于電腦類游戲，終端位置相對固定，對泛在性要求不高，對于手機類游戲，有較高的泛在性要求。（4）抖動要求：對網絡的帶寬需求較高，要求為毫秒級。（5）丟包要求：要求丟包率低于千分之一。（6）安全要求：高。

5.家庭物聯網業務

家庭物聯網業務是基于家庭物聯技術，其系統功能主要集中在智能照明控制、智能家電控制、智能安防、居家健康等，其對網絡的承載需求如下。（1）帶寬需求：由于物聯網業務傳輸需求主要為控制指令及采集的數據等，且大部分設備信息交流均屬于家庭內部，因此對帶寬需求很低，一般來說1M 以內均可滿足要求。（2）時延要求：該業務對時延要求為秒級。（3）泛在性要求：該業務設計眾多智能傳感設備及智能家電，因此對網絡泛在性要求很高，要求無線網絡全覆蓋。（4）丟包要求：由于采用了等待確認以及重復傳輸機制，因此對丟包的要求不高。（5）最大連接數量：要求最大連接數量不低于100 個。（6）安全要求：需要終端傳感設備及聯網設備具有較高的安全保密性。

三、業務需求總結

通過上述對承載需求的分析，未來中遠期家庭融合業務對家庭內部組網的技術要求主要為如下。（1）組網模式：綜合利用有線、無線融合技術，同軸電纜、網線、電力線多種有線傳輸介質，實現家庭內部組網解決方案多樣化。（2）帶寬需求：家庭接入帶寬不低于1000M，戶內主干網絡帶寬不低于1000M，桌面帶寬不低于100M。（3）時延要求：最低時延要求不超過10ms。（4）泛在性要求：家庭內部全面實現寬、窄帶無線信號的無縫覆蓋。（5）安全性要求：針對特定場景的組網設備及終端設備，要具有很高的安全特性。

參考文獻

[1]劉劍鋒.基于單片機的遠程智能家居控制系統設計[J].中國新通信，2015（5）.

[2]何燕燕.物聯網智能家居的發展及趨勢研究[J].無線互聯科技，2016（22）.

（作者單位：義烏市廣播電視臺）