智慧家庭千兆组网技术分析及应用

王宜太

（中国联合网络通信有限公司 合肥市分公司，安徽 合肥 230001）

0 前 言

2020年9月22日，中国联通正式发布品牌焕新为“创新，与智慧同行”。5G赋能为智慧生活垫基，更清晰地描绘了未来智慧生活的理想愿景。以家庭为核心，打造个性化的智慧生活服务，联通更是推出了“联通三千兆，畅享智慧新生活”的千兆组网行动，出门用千兆5G，进门用千兆光宽带和千兆无线WiFi。

目前，智慧家庭组网主要还是满足上网、看电视以及少量智能家居联网等日常简单需求，但随着家庭千兆光带宽接入的普及、各种智能家居设备普遍应用以及人们对数字智慧生活的向往，家庭千兆组网技术应用显的愈发迫切。人脸识别感应社区、语音对话音箱、时时在线神眼、各种数字穿戴设备、数字远程调控空调、智能生活管理冰箱、无人打扫机器人、智能厨房以及智慧泊车等，家庭接入应用需要连接的无线网络设备可能达几十个甚至上百个。新的生活应用带来新的网络需求，在不远的将来，能源应用、远程医疗医治、在线安防以及线上教育等传统产业也都将与家庭应用密切结合[1]。

人们对便捷化和数字化生活的向往，使得家庭的信息化必然快速向智能化发展，从而实现家庭生活的智能化和数字化。国家在十二五规划中已明确将智能家居相关产业与新兴能源和新时代文化创意产业等并列为战略性新兴产业，因此智慧家庭在未来必将拥有广阔的市场前景。

1 千兆智慧家庭组网技术分析

1.1 千兆组网背景

联通三千兆，畅想智慧新生活中的三千兆是千兆光带宽、千兆5G以及千兆WiFi的总称，其为用户提供室内外超高速、超高效以及高性能的无线家庭网络。2020年是5G逐步商用壮大的一年，随着5G建网的加速，智慧交通、智慧大脑、智慧医疗以及智慧家庭等应用以经实现。未来“5G主外，WiFi 6主内”这种黄金应用组合将会全面满足用户的各种网络体验，使泛网络无处不在。WiFi 6是由无线网网络标准的WiFi联盟提出的命名规则，将802.11ax改为WiFi 6，于2019年发布，面向室内的WiFi技术由WiFi 5升级到WiFi 6。现在WiFi 6的性能更加出色，具有网速更快、时延更低、设备功耗更省以及容纳数量更多等特点，最高网速可达9.6 Gb/s，而且优化了信号上行覆盖。同时，WiFi EasyMesh技术具有高扩展性，使用户在需要的地方能很方便地增加无线AP，实现室内信号无死角。

1.2 千兆组网方案

1.2.1 确定家庭户型

针对平面型的家庭户型和上下层的别墅户型组网方案要区别对待。平面型的户型采取“千兆WiFi 6路由器+有线或无线面板AP”一体化无线组网方案，上下层别墅型户型应采取“总千兆WiFi 6路由器+分千兆WiFi 6路由器+有线或无线面板AP”的一体化无线组网方案，如图1所示。

图1 智慧家庭的组网方案

无线面板AP组网方案是由一台WiFi 6主体路由器和多个无线面板AP相互组网而成。主体路由器与无线面板之间可通过原先预埋的超六类网线传输信号，也可以通过无线桥接传输信号。同时，无线面板可直接换成家里原有的网络面板，不需要重新占地和重新布线，不会破坏原有装修。

1.2.2 选好设备位置

无线路由器安装时要正面朝外，摆在较高较开阔的地方，天线角度要摆正，避开电器和家具等障碍物，以减少信号干扰和衰耗。当路由器天线与地面垂直时，水平无线信号最强，如图2所示。木门和玻璃门等对信号的衰减小，因此尽量让路由器多走门，少穿墙。此外，弱电箱位置一般在房间门口，金属面板会屏蔽无线信号，尽量不要将无线路由器放在弱电箱内。

图2 无线信号方向辐射示意图

1.2.3 用好测评工具

家庭千兆组网实现以后，可以利用联通智慧到家APP工具自行检测信号覆盖盲区，防止个别地方信号覆盖不到位。联通自行研发的智慧到家APP如图3所示，方便用户和装维师傅随时随地进行信号测评。测评主要包含了报告信息、户型信息、检测员信息以及报告对比信息4项信息。在报告对比信息中，从WiFi的总和得分、WiFi信息、抗干扰情况、Ping值以及测速速率这几点来为用户展示家中网络覆盖情况。WiFi信号强度具体参数如下，若终端最小接收信号强度为-75 dB，那么信号强度低于该数值的WiFi网络不可用，连接可能会被终断，终端推荐平均接收信号强度为-65 dB，信号强度大于或等于该数值的WiFi信号的衰耗小，网络稳定。网络质量具体参数中，无线路由器网关Ping测试时延要求延时≤50 ms，抖动≤50 ms，无线路由器网关Ping测试包丢失率要求≤1%，无线局域网内终端用户吞吐量（带宽）＞10 Mb/s。在网络速率低、时延高以及丢包率高的情况下，各种应用会出现加载速度慢或无法加载的现象。

图3 联通智慧到家APP测评功能界面

1.3 千兆组网技术

1.3.1 千兆组网技术要注意路由器无线频段选择

WiFi 6双频路由器和无线AP设备会同时支持2.4 GHz和5 GHz频段。其中，2.4 GHz频段无线信号多，，但信道拥挤，，干扰多，而5G频段相对干扰较少，因此应尽量使用5 GHz频段。无线信号经过室内水泥堵墙后，2.4 GHz和5 GHz频段都会衰减，可能只有2～3格信号，在加上周边无线信号的干扰，这样有3格信号的2.4 GHz频段在观看视频经常会出现不流畅、缓冲以及卡顿现象，而使用只有2格信号的5 GHz频段观看视频却比较流畅，因此在实时语音和在线游戏等一些对网速和延迟等有较高要求的场景中，5 GHz频段信号更加合适[2]。利用网络信号测速工具能有效发现室内信号盲区，对信号不合格的盲区需通过调整、优化或安装新的无线AP设备来及时补盲，如表1所示。

1.3.2 千兆组网技术可实现无线路由桥接

无线路由器因墙壁阻挡的影响，无线信号覆盖面积是非常有限的，会导致局部区域可能存在网络信号覆盖盲点或信号覆盖较弱。WDS（Wireless Distribution System）路由桥接技术可以将无线路由器通过如图4所示的无线方式连接到已有信号，实现网络信号的盲点消除，扩大信号范围。在普通家庭应用的需求下，只要两台路由器之间进行无线桥接即可满足需求，在应用需求较多的环境下，可进行路由器多台之间的桥接[3]。

表1 信号强弱和Ping测试标准

图4 无线路由桥接示意图

1.3.3 千兆组网技术实现千兆网络无处不在

千兆组网通过光纤在家庭房间进行组网，连接WiFi 6实现全房间覆盖，实现千兆入室且带宽不衰减，使用户千兆网络体验无处不在。同时，千兆组网技术为智慧家庭提供的光带宽、低时延以及高安全的家庭网络，使用户畅享VR直播、快捷点播、巨幕影院、在线教育以及联机游戏等。

2 千兆智能组网典型应用

2.1 室内智能应用

千兆智慧家庭组网技术实现FTTH全光WiFi，，会给家庭日常生活、平时工作以及休闲娱乐带来全新的便利和快捷，真正能做到即安全又便利还节能的现代智慧生活，使智慧场景逐步成为现实。千兆智慧家庭应用的涵盖范围很广，除一代智慧家庭常用的智能家电设备外，还包括照明系统、监控系统、水电燃三表计量以及供水供暖等应用，如回家后热水已经烧好、回家之前空调或暖气已经开好、饭已经自动煮好、随时了解冰箱里面的菜品储备情况、遇见下雨自动关窗户以及陌生人进入红外线报警等。千兆组网的智慧家庭随着智能设备的普及，接入的智能设备会更多，汇总的数据会更丰富，数据的分析也会更智能和人性化，能读取家庭数据中心的各种数据，可随时监控家庭内部细节情况，在出现数据异常情况时及时告知。

2.2 室外智慧运用

智慧家庭是智慧城市的基本单元，千兆智能组网使智慧家庭对外的主要应用有两方面。一方面可实现社会政务在线服务和居民生活服务等服务的智慧化，智慧家庭已通过千兆组网技术将人们的家庭生活和社会生活和谐地融合在一起，实现“在家，世界也触手可及；在外，家庭家庭近在咫尺”的日常场景，切实提高居民的优越感。另一方面是助力社会管理和公共服务实现智能化，智慧家庭是现代社会管理和社会服务的必要手段，能圆满实现家庭管理、社区管理以及社会管理各级的有效统筹与和谐发展。同时，随着医疗水平和百姓生活水平的提高，人类对品质生活的追求，人类寿命在稳步提高，这将使人们在家中生活、办公以及休闲的时间越来越多，也使社区养老服务模式成为可能，极大缓解了当前比较急迫的社会问题。千兆组网技术对发展新一代智慧家庭，通过泛网络信息化手段方便个人、家庭以及社会的不断互动必将成为趋势[4]。

3 千兆家庭组网技术展望

千兆智慧家庭组网快速向千兆接入设备升级，向双频和WiFi 6路由器演进，推动智慧家庭网络迈进千兆时代，助力智慧家庭迈向家庭云和全光化。从新协议、新入口、新平台以及新应用4个方面对千兆家庭组网进行全新定义。同时，千兆家庭组网后能全面守护用户家庭信息安全，同时也能极大改善家庭网络环境，提升网络品质。

WiFi 6路由技术具有网速更快、时延更低、设备功耗更省以及容纳数量更多的特点，为千兆智慧家庭构建起的强劲WiFi网络，将为8K/XR大带宽的视频应用、Cloud VR低时延的游戏应用以及全屋智能广连接的智能家居应用等提供更坚实的网络保障。千兆智慧家庭还将打造安全路由器，将网络诈骗、信息泄漏、设备劫持以及网络沉迷等网络“害虫”全部拒之家外，打造智慧家庭的安全堡垒，实施绿色上网服务，守护千万家庭的网络安全。

千兆组网技术实现全光组网，让千兆体验无处不在，是实现千兆网络、万物互联、各相关产业发展以及各个数字化转型的关键基础和动力，也是下一代通信网络的一个关键组成部分。千兆组网宽带在延时、抖动以及误码率（低于1 ns)等性能可靠指标上较百兆宽带而言有本质上的提高，对实现未来家庭和社会服务建设向数字化、智能化以及网络化方面发展具有重要的基础作用，会带来广阔的市场空间。

4 结 论

千兆智慧家庭已经蓄势待发，无论是运营商的光纤千兆进户，还是设备商的智能组网WiFi 6技术的实现，无论是智能家居设备的日益普及和成熟，还是云技术应用无限承载和网络诈骗及信息泄露等无忧安全技术都已经悄无声息地到来和实现。在这个快节奏的时代，千兆智慧家庭已经渗透到人们的日常生活中，帮助人们节约了时间，提供了便利，减少了管理成本，提高了效率。

“联通三千兆，畅享智慧新生活”顺应全光网络的发展趋势，是智能家居设备应用和用户迫切的市场需求。实现智慧家庭千兆光接入、千兆路由设备以及千兆无线使用的全千兆光网络，使得用户体验将更加高速、延时更低且设备端口连接更加开放和多元，另外家庭的各种云应用也将更加丰富和成熟。