電子發燒友App
截至2022年第三季度，中國移動家庭寬帶用戶達到2.38億戶，前三季度凈增1966萬戶，用戶規模持續保持行業領先。家寬室內網絡質量是影響用戶上網感知的關鍵因素，解決“最后十米”的室內質量問題是中國移動家寬領域的重要工作之一。
本文對家寬室內網絡質量保證的技術和方案進行了詳細討論。首先，分析了家寬室內網絡質量的現狀，總結引發家寬室內網絡質量問題的光纖、網關、路由器、Wi-Fi、用戶操作等各類因素。其次，介紹以Wi-Fi 6、FTTR（Fiber To The Room，光纖到房間）為標志的室內網絡覆蓋新技術。最后，介紹基于“極目云智（軟探針）”系統的家寬室內網絡質量優化解決方案。該方案已在現網落地應用，支撐現網生產運營。
家寬室內網絡質量問題分析
在光纖入戶的過程中，受光傳輸距離、分光與連接器件損耗、光纖彎折等原因影響，網關接收到的光功率可能偏低、誤碼率偏高，造成上層業務傳輸的丟包率提升，速率下降。
而老舊網關的硬件性能普遍偏低，容易出現CPU和內存使用率過高、設備發燙等問題，導致網關異常重啟、死機。老舊網關普遍不支持千兆網速，部分老舊網關還因為芯片老舊等問題，導致網絡連接實際速率值距離理論值差距較大，進一步限制了提升用戶上網體驗的可能性。目前，現網使用3年及以上的老舊智能家庭網關還占有一定比例，有待替換。
2.4GHz頻段是ISM（工科醫）頻段，作為無線局域網、無線接入系統、藍牙系統、點對點或點對多點擴頻通信系統等無線電臺站共用頻段，頻率資源少，帶寬有限。目前，現網支持2.4GHz Wi-Fi頻段的網關還有一定占比，同頻/鄰頻干擾問題較為突出。
部分網關因為軟件Bug、硬件性能不足等原因，會出現PPPoE連接頻繁掉線、網關頻繁重啟的問題，造成用戶上網經常中斷。在PPPoE連接被動中斷后（例如上聯傳輸鏈路中斷），各網關廠家對于WAN口檢測并重新進行PPPoE撥號的實現標準不一致。某些廠家網關每20秒檢測一次，30次檢測不到才進行重新撥號，導致網關被動下線后需要10分鐘才能自動發起PPPoE重播，嚴重影響用戶體驗。
越來越多用戶的家庭網關配置下掛路由器（以下簡稱“路由器”）。在這些路由器中，有相當一部分僅支持百兆WAN口，或（和）僅只支持Wi-Fi 4(802.11b/g/n)。
部分廠家的路由器還存在WAN口或Wi-Fi協議中僅一項支持千兆網速，成為“偽千兆”路由器。此外，路由器通過網線連接網關，而用戶使用的網線基本是五類或超五類線，其壽命短、抗干擾能力弱，多數僅支持百兆速率。上述路由器、網線均無法滿足后續千兆及超千兆網絡的演進要求。部分路由器因為產品質量有問題而頻繁重啟，嚴重影響用戶體驗。
Wi-Fi是室內主要的無線覆蓋方式，但很多家庭網關放置在用戶門口的弱電箱內。受限于弱電箱位置、蓋板材質及復雜戶型，Wi-Fi信號不足以覆蓋全部室內區域。終端設備距離Wi-Fi接入點越遠，中間的障礙物越多，信號強度損耗就越大，有可能導致連接不穩定并發生數據丟包。
對于室內多個Wi-Fi設備組網的情況，往往還因信道設置不合理而出現同頻、鄰頻干擾問題，進一步降低Wi-Fi速率。
部分用戶在將路由器連接至網關時，因為缺乏專業經驗，可能將路由器連接到網關的非千兆網口，或者沒有插緊網線，造成網口松動。在這些情況下，即使用戶開通了千兆業務或使用了千兆路由器，也無法獲得穩定的千兆服務，還給運營商處理故障帶來挑戰。
部分用戶家庭內連接Wi-Fi的設備過多（超過20個）或多個應用同時高速下載文件，也會造成Wi-Fi信道沖突嚴重，Wi-Fi連接不穩定。
部分用戶使用的終端較為老舊，僅支持單頻Wi-Fi 2.4GHz頻段或較老的Wi-Fi協議，因此也無法獲得穩定、快速的上網體驗。
提高室內網絡質量的新技術
4K/8K高清視頻、AR/VR、在線教育和家庭辦公等高帶寬、低時延業務正逐步成為家庭用戶的剛需。這對家寬網絡，特別是家寬室內網絡的質量提出了更高的要求。現有的基于FTTH（Fiber To The House，光纖到戶）技術的家寬室內網絡，已難以滿足上述要求。而Wi-Fi 6和FTTR技術能較好滿足上述業務要求，應盡早大規模部署。
Wi-Fi 6
2019年，Wi-Fi聯盟將802.11ax技術命名為Wi-Fi 6，并將前期的802.11ax、802.11n技術分別命名為Wi-Fi 5和Wi-Fi 4。
Wi-Fi 6引入了OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 正交頻分多址）、MU-MIMO（Multi-User Multiple-Input Multiple-Output, 多用戶多入多出技術）、1024QAM（Quadrature Amplitude Modulation, 正交振幅調制）等新技術，理論最高下載速率可以達到9.6Gbit/s。相比當前業界使用最廣泛的Wi-Fi 4、Wi-Fi 5技術，具有更高的傳輸速率、更大的并發能力、更低的業務時延、更廣的覆蓋范圍和更小的終端功耗。
FTTR技術
FTTR是指在FTTH基礎上，在家庭部署全光網關與子設備，通過PON技術實現光纖通信覆蓋到用戶房間。
FTTR主網關是FTTR網絡的核心，向上連接OLT提供光纖入戶，向下提供光口連接多個FTTR從網關。FTTR從網關通過Wi-Fi和以太網接口與終端設備進行通信，提供橋接功能將終端設備的數據轉發到主網關，接受FTTR主網關的管理和控制。FTTR組網如圖所示。
圖 FTTR組網示意
相比網線組網、電力線組網、無線組網等傳統方式，FTTR網絡有如下優勢。
一是組網設備性能更好、帶寬更高。主網關與從網關之間使用光纖連接，能真正將千兆帶寬延伸到用戶的每個房間，全方面提升用戶家庭網絡品質。FTTR網絡在傳輸帶寬與穩定性上更有優勢。
二是Wi-Fi覆蓋更好、質量更高。Wi-Fi 6是FTTR網關的標準配置，并且主網關和從網關都可以提供Wi-Fi連接，有效提高Wi-Fi組網的穩定性和信號覆蓋強度。
2020年2月ETSI發布F5G標準后，FTTR全光家庭寬帶發展進入了“快車道”。2022年7月工信部發布的141號建議（工信建議〔2022〕141號）也明確指出，推進基礎電信企業加快光纖到房間商用步伐，推動光纖進一步向用戶端延伸。
家寬室內網絡質量監測方案
基于“極目云智（軟探針）”系統的質量監測方案
中國移動研發“極目云智（軟探針）”系統，包含智能網關、機頂盒等終端設備上的軟探針插件和軟探針平臺。軟探針作為室內網絡質量監控最重要的工具，預置在中國移動的所有智能家庭網關內，采集最貼近用戶真實感知的家寬業務與網絡質量數據。
軟探針平臺基于全網軟探針數據，使用大數據、人工智能技術，分析終端質量、室內網絡拓撲與質量、端側業務體驗、端到端業務感知等關鍵指標，支撐業務與網絡質量實時評測、用戶感知分析、故障診斷、質差整治、投訴預處理、一線裝維等應用，為家寬業務品質提升和智慧運營提供重要抓手。“極目云智（軟探針）”系統具有安全性高、成本低、部署快等特點，易于大規模推廣。
以下為“極目云智（軟探針）”系統進行家寬室內網絡質量監測的技術方案。
家寬上網慢用戶識別
時延是衡量網絡、業務服務質量的關鍵指標，直接影響用戶的上網感知。
以用戶經常使用的基于TCP/IP協議的網絡服務為例，上網全流程包含DNS查詢、TCP 3次握手建立連接、服務器與終端間交換數據、TCP 4次揮手斷開連接。前3個階段的時延對用戶感知有影響。
智能家庭網關位于室內網絡與室外網絡的交界處，部署在其上的軟探針能直接獲取室內、室外、端到端網絡的關鍵質量指標。分析關鍵質量指標的分布特點，可以判斷用戶的室內、室外網絡質量是否異常，是否是質差。隨著網關硬件性能的提升，軟探針將采集更多的關鍵指標，更加實時、精準地發現室內網絡質量異常。
家寬室內問題定位
基于軟探針采集的指標，根據相關規則分析，可以推測問題所處位置、質差原因。
一是弱光定位。根據“接收光功率”指標，如低于閾值的時間過長或次數過多，則判定為“弱光”故障。
二是質差網關定位。針對網關普遍存在的質量問題，選取如下指標作為判斷質差網關的依據。
CPU/內存使用率：統計網關CPU峰值利用率大于設定閾值的時長比例，以及網關內存峰值利用率大于設定值的時長比例。如果比例大于50%，識別為質差網關。
網關重啟次數：統計網關單日重啟次數。如果大于閾值，識別為質差網關。
PPPoE認證失敗次數：根據“上次PPPOE撥號失敗原因”判斷PPPoE認證是否失敗。如果單日PPPoE認證失敗次數大于閾值，識別為質差網關。
PPPoE連接掉線次數：計算PPPoE在線時長，并判定其是否為異常掉線。如果單日異常掉線次數超過閾值，識別為質差網關。
WAN口速率：統計網關的“下載速率”，并與系統中該網關的簽約帶寬速率比較。如果前者比后者小，則表示WAN口速率不匹配，識別為質差網關。
三是下掛質差路由器，以及網關與下掛路由器的連接故障定位。根據下掛路由器的生產廠家、設備型號、MAC地址、網關的下掛端口號、LAN口協商速率、掉線次數等信息，可判斷下掛路由器是否插在網關的百兆LAN口，或路由器上行連接網關的網線是否為百兆線，以及下掛路由器是否質差。下掛路由器質差的特征包括單頻2.4GHz、路由器只有百兆口、頻繁掉線等。
四是用戶操作與用戶終端問題的定位。通過采集的“下掛設備數量、生產廠家、設備型號、MAC、WLAN接入類型”等指標，可發現下掛終端數量過多、用戶終端僅連接2.4GHz頻段或者用戶終端為單頻2.4GHz等問題。
五是基于AI和知識圖譜等技術的質差定位。基于探針采集的數據，對家庭用戶進行數據聚類模式分析，通過人工智能（如概率圖、神經網絡等算法），將不同的家庭網絡拓撲（如有無第三方路由器、智能組網）、家庭設備類型及Wi-Fi性能等因素對業務質量影響進行建模，形成家庭內網質差定位模型。導入專家經驗和排障實例，運用知識圖譜等技術，形成裝維專家規則庫。基于采集的家庭網絡用戶畫像數據，利用裝維專家規則庫推理家庭內網質差的可能原因并提出改善建議，逐步提升家庭網絡質差智能分析能力。
基于DPI技術的業務質量感知方案
從2021年起，部分網絡設備廠商推出在接入網網元（OLT/BRAS）上，將網絡流量以鏡像方式接入DPI設備的解決方案。該方案可隨流識別并分析業務的時延、抖動、丟包等相關網絡指標，推測用戶的業務感知，識別家寬質差用戶。
此方案能獲取室內網絡時延的近似值，部分實現對室內網絡質量的監控，但其無法進一步獲取室內網絡的其他質量數據。
總結與展望
家庭網絡內網質量受家庭室內網絡布局、用戶設備、用戶終端等因素的影響，因此發現家庭網絡的質差并進行定位，是現網較難處理的問題。本文主要介紹“極目云智（軟探針）”系統對家庭網絡內網質量進行評估和質差定位的技術方案。隨著新技術的不斷引入，后續將在如下幾方面開展探索，以有效提高家庭網絡質量。
一是持續提升軟探針數據采集能力。研究在不影響用戶上網體驗的前提下，不斷增強網關隨流檢測與分析能力，實現對業務感知更細致、更實時的監控。
二是持續探索大數據、人工智能技術在家寬室內網絡質量提升領域的應用。中國移動致力于推動網絡運維工作的數智化轉型升級，計劃于2025年將網絡運維自治水平提升至L4水平。通過引入AI、知識圖譜等技術，基于軟探針采集的家庭室內網絡數據，可以更及時、有效地發現質差網絡。
三是推動FTTR和Wi-Fi 6技術的現網應用，并同步在FTTR從網關部署軟探針插件。推廣FTTR和Wi-Fi 6技術的應用，打牢家寬網絡質量底座。現有從網關中還未部署軟探針，主網關中的軟探針需要通過主從網關協議接口來讀取從網關相關質量數據。可考慮在從網關中部署軟探針，從而更準確、更全面地收集質量數據。
編輯：黃飛
?
工商網監
評論