Forschung zu Qualitätsproblemen von Heim-Breitband-Indoor-Netzwerken

Basierend auf jahrelanger Forschungs- und Entwicklungserfahrung im Bereich Internet-Ausrüstung diskutierten wir die Technologien und Lösungen für die Qualitätssicherung von Heim-Breitband-Innennetzwerken. Zunächst wird die aktuelle Situation der Qualität von Heim-Breitband-Innennetzwerken analysiert und verschiedene Faktoren wie Glasfaser, Gateways, Router, WLAN und Benutzervorgänge zusammengefasst, die Probleme mit der Qualität von Heim-Breitband-Innennetzwerken verursachen. Zweitens werden die neuen Indoor-Netzwerkabdeckungstechnologien Wi-Fi 6 und FTTR (Fiber To The Room) eingeführt.

1. Analyse von Qualitätsproblemen bei Heim-Breitband-Innennetzwerken

Im FTTH-Prozess (Fiber-to-Home) kann aufgrund des Einflusses der optischen Übertragungsentfernung, der optischen Aufteilung und des Verbindungsverlusts des Geräts sowie der Biegung der optischen Faser die vom Gateway empfangene optische Leistung niedrig sein und die Bitfehlerrate möglicherweise niedrig sein hoch sein, was zu einem Anstieg der Paketverlustrate bei der Übertragung von Diensten der oberen Schicht führt. , sinkt die Rate.

Allerdings ist die Hardwareleistung alter Gateways im Allgemeinen gering und es treten häufig Probleme wie eine hohe CPU- und Speicherauslastung sowie eine Überhitzung der Geräte auf, was zu abnormalen Neustarts und Abstürzen von Gateways führt. Alte Gateways unterstützen im Allgemeinen keine Gigabit-Netzwerkgeschwindigkeiten, und einige alte Gateways haben auch Probleme wie veraltete Chips, die zu einer großen Lücke zwischen dem tatsächlichen Geschwindigkeitswert der Netzwerkverbindung und dem theoretischen Wert führen, was die Möglichkeit einer Verbesserung weiter einschränkt Online-Erlebnis des Benutzers. Derzeit nehmen die alten Smart-Home-Gateways, die seit 3 ​​Jahren oder länger im Live-Netzwerk genutzt werden, noch einen gewissen Anteil ein und müssen ersetzt werden.

Das 2,4-GHz-Frequenzband ist das ISM-Frequenzband (Industrial-Scientific-Medical). Es wird als gemeinsames Frequenzband für Radiosender wie drahtlose lokale Netzwerke, drahtlose Zugangssysteme, Bluetooth-Systeme, Punkt-zu-Punkt- oder Punkt-zu-Mehrpunkt-Spreizspektrum-Kommunikationssysteme mit wenigen Frequenzressourcen und begrenzter Bandbreite verwendet. Derzeit gibt es im bestehenden Netzwerk noch einen gewissen Anteil an Gateways, die das 2,4-GHz-WLAN-Frequenzband unterstützen, und das Problem der Gleichfrequenz-/Nachbarfrequenzinterferenz ist stärker ausgeprägt.

Aufgrund von Softwarefehlern und unzureichender Hardwareleistung einiger Gateways werden PPPoE-Verbindungen häufig unterbrochen und Gateways häufig neu gestartet, was zu häufigen Unterbrechungen des Internetzugangs für Benutzer führt. Nach einer passiven Unterbrechung der PPPoE-Verbindung (z. B. Unterbrechung der Uplink-Übertragungsverbindung) gibt es bei jedem Gateway-Hersteller inkonsistente Implementierungsstandards für die WAN-Port-Erkennung und die erneute Durchführung der PPPoE-Anwahl. Die Gateways einiger Hersteller erkennen alle 20 Sekunden einmal und wählen erst nach 30 fehlgeschlagenen Erkennungen erneut. Infolgedessen dauert es 10 Minuten, bis das Gateway automatisch die PPPoE-Wiedergabe startet, nachdem es passiv offline gegangen ist, was die Benutzererfahrung erheblich beeinträchtigt.

Immer mehr Heim-Gateways von Benutzern werden mit Routern konfiguriert (im Folgenden „Router“ genannt). Unter diesen Routern unterstützen einige nur 100-M-WAN-Ports oder (und) nur Wi-Fi 4 (802.11b/g/n).

Die Router einiger Hersteller verfügen immer noch nur über einen der WAN-Ports oder Wi-Fi-Protokolle, der Gigabit-Netzwerkgeschwindigkeiten unterstützt, und werden zu „Pseudo-Gigabit“-Routern. Darüber hinaus ist der Router über ein Netzwerkkabel mit dem Gateway verbunden, und das von Benutzern verwendete Netzwerkkabel ist im Grunde ein Kabel der Kategorie 5 oder Superkategorie 5, das eine kurze Lebensdauer und eine schwache Entstörungsfähigkeit aufweist, und die meisten von ihnen verwenden nur Kabel unterstützung 100M geschwindigkeit. Keiner der oben genannten Router und Netzwerkkabel kann den Entwicklungsanforderungen nachfolgender Gigabit- und Super-Gigabit-Netzwerke gerecht werden. Einige Router starten aufgrund von Problemen mit der Produktqualität häufig neu, was die Benutzererfahrung erheblich beeinträchtigt.

Wi-Fi ist die wichtigste Methode zur drahtlosen Abdeckung in Innenräumen, aber viele Heim-Gateways werden in stromschwachen Boxen an der Tür des Benutzers platziert. Aufgrund der Lage des Schwachstromkastens, des Materials der Abdeckung und des komplizierten Haustyps reicht das WLAN-Signal nicht aus, um alle Innenbereiche abzudecken. Je weiter das Endgerät vom WLAN-Zugangspunkt entfernt ist, desto mehr Hindernisse gibt es und desto größer ist der Verlust der Signalstärke, was zu einer instabilen Verbindung und dem Verlust von Datenpaketen führen kann.

Bei der Indoor-Vernetzung mehrerer WLAN-Geräte kommt es aufgrund unzumutbarer Kanaleinstellungen häufig zu Problemen mit Gleichfrequenz- und Nachbarkanalstörungen, wodurch die WLAN-Rate weiter sinkt.

Wenn einige Benutzer aufgrund mangelnder Berufserfahrung den Router an das Gateway anschließen, schließen sie den Router möglicherweise an den Nicht-Gigabit-Netzwerkport des Gateways an oder schließen das Netzwerkkabel nicht fest an, was zu losen Netzwerkports führt. In diesen Fällen kann der Benutzer, selbst wenn er den Gigabit-Dienst abonniert oder einen Gigabit-Router verwendet, keine stabilen Gigabit-Dienste erhalten, was für die Betreiber auch Herausforderungen bei der Behebung von Störungen mit sich bringt.

Einige Benutzer haben zu Hause zu viele Geräte, die mit dem WLAN verbunden sind (mehr als 20), oder mehrere Anwendungen laden gleichzeitig Dateien mit hoher Geschwindigkeit herunter, was ebenfalls zu schwerwiegenden WLAN-Kanalkonflikten und instabilen WLAN-Verbindungen führt.

Einige Benutzer verwenden alte Endgeräte, die nur das Single-Frequenz-Wi-Fi-Frequenzband 2,4 GHz oder ältere Wi-Fi-Protokolle unterstützen, sodass sie kein stabiles und schnelles Interneterlebnis erhalten können.

2. Neue Technologien zur Verbesserung der Netzwerkqualität in Innenräumen

Dienste mit hoher Bandbreite und geringer Latenz wie 4K/8K-HD-Video, AR/VR, Online-Bildung und Heimbüro werden nach und nach zu den festen Anforderungen von Heimanwendern. Dies stellt höhere Anforderungen an die Qualität des Heim-Breitbandnetzes, insbesondere an die Qualität des Heim-Breitband-Indoor-Netzwerks. Das bestehende Heim-Breitband-Innennetzwerk auf Basis der FTTH-Technologie (Fiber To The House, Glasfaser bis zum Haus) konnte die oben genannten Anforderungen nur schwer erfüllen. Allerdings können Wi-Fi 6- und FTTR-Technologien die oben genannten Serviceanforderungen besser erfüllen und sollten so schnell wie möglich in großem Maßstab eingesetzt werden.

Wi-Fi 6

Im Jahr 2019 nannte die Wi-Fi Alliance die 802.11ax-Technologie Wi-Fi 6 und die bisherigen 802.11ax- und 802.11n-Technologien Wi-Fi 5 bzw. Wi-Fi 4.

Wi-Fi 6 führt OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, Orthogonal Frequency Division Multiple Access), MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output, Multi-User Multiple-Input Multiple-Output-Technologie) und 1024QAM (Quadrature Amplitude) ein Modulation, Quadraturamplitudenmodulation) und anderen neuen Technologien kann die theoretische maximale Downloadrate 9,6 Gbit/s erreichen. Im Vergleich zu den in der Branche am weitesten verbreiteten Wi-Fi 4- und Wi-Fi 5-Technologien bietet es eine höhere Übertragungsrate, eine größere Parallelitätsfähigkeit, eine geringere Dienstverzögerung, eine größere Abdeckung und eine geringere Endgeräteleistung. Verbrauch.

FTTR-Technologie

FTTR bezieht sich auf den Einsatz rein optischer Gateways und Untergeräte in Häusern auf der Basis von FTTH und die Realisierung einer Glasfaser-Kommunikationsabdeckung für Benutzerräume durch PON-Technologie.

Das FTTR-Hauptgateway ist der Kern des FTTR-Netzwerks. Es ist nach oben mit dem OLT verbunden, um Fiber-to-the-Home bereitzustellen, und nach unten, um optische Ports für den Anschluss mehrerer FTTR-Slave-Gateways bereitzustellen. Das FTTR-Slave-Gateway kommuniziert über Wi-Fi- und Ethernet-Schnittstellen mit dem Endgerät, bietet eine Brückenfunktion zur Weiterleitung der Daten des Endgeräts an das Haupt-Gateway und übernimmt die Verwaltung und Steuerung des FTTR-Haupt-Gateways. Die FTTR-Vernetzung ist in der Abbildung dargestellt.

Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wie Netzwerkkabelnetzwerken, Stromleitungsnetzwerken und drahtlosen Netzwerken bieten FTTR-Netzwerke die folgenden Vorteile.

Erstens verfügen die Netzwerkgeräte über eine bessere Leistung und eine höhere Bandbreite. Die Glasfaserverbindung zwischen dem Master-Gateway und dem Slave-Gateway kann die Gigabit-Bandbreite wirklich auf jeden Raum des Benutzers erweitern und die Qualität des Heimnetzwerks des Benutzers in allen Aspekten verbessern. Das FTTR-Netzwerk bietet weitere Vorteile hinsichtlich der Übertragungsbandbreite und Stabilität.

Der zweite Grund ist eine bessere WLAN-Abdeckung und höhere Qualität. Wi-Fi 6 ist die Standardkonfiguration von FTTR-Gateways, und sowohl das Master-Gateway als auch das Slave-Gateway können Wi-Fi-Verbindungen bereitstellen und so die Stabilität des Wi-Fi-Netzwerks und die Signalabdeckungsstärke effektiv verbessern.

Die Qualität des Heimnetzwerk-Intranets wird durch Faktoren wie das Heimnetzwerk-Layout, die Benutzerausrüstung und die Benutzerterminals beeinflusst. Daher ist das Auffinden und Lokalisieren der schlechten Qualität des Heimnetzwerks im Live-Netzwerk ein schwieriges Problem. Jedes Kommunikationsunternehmen bzw. jeder Netzwerkdienstleister schlägt seine eigene Lösung vor. Zum Beispiel technische Lösungen zur Bewertung der Qualität des Heimnetzwerk-Intranets und zur Lokalisierung mangelhafter Qualität; weiterhin die Anwendung von Big-Data- und künstlicher Intelligenz-Technologie im Bereich der Verbesserung der Qualität von Heim-Breitband-Indoor-Netzwerken erforschen; Förderung der Anwendung der FTTR- und Wi-Fi-6-Technologie. Breite Netzwerkqualitätsbasis und mehr.