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截至2022年第三季度，中國(guó)移動(dòng)家庭寬帶用戶達(dá)到2.38億戶，前三季度凈增1966萬(wàn)戶，用戶規(guī)模持續(xù)保持行業(yè)領(lǐng)先。家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量是影響用戶上網(wǎng)感知的關(guān)鍵因素，解決“最后十米”的室內(nèi)質(zhì)量問(wèn)題是中國(guó)移動(dòng)家寬領(lǐng)域的重要工作之一。
本文對(duì)家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保證的技術(shù)和方案進(jìn)行了詳細(xì)討論。首先，分析了家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的現(xiàn)狀，總結(jié)引發(fā)家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量問(wèn)題的光纖、網(wǎng)關(guān)、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(biāo)志的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋新技術(shù)。最后，介紹基于“極目云智（軟探針）”系統(tǒng)的家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量?jī)?yōu)化解決方案。該方案已在現(xiàn)網(wǎng)落地應(yīng)用，支撐現(xiàn)網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。
家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量問(wèn)題分析
在光纖入戶的過(guò)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(wǎng)關(guān)接收到的光功率可能偏低、誤碼率偏高，造成上層業(yè)務(wù)傳輸?shù)膩G包率提升，速率下降。
而老舊網(wǎng)關(guān)的硬件性能普遍偏低，容易出現(xiàn)CPU和內(nèi)存使用率過(guò)高、設(shè)備發(fā)燙等問(wèn)題，導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)異常重啟、死機(jī)。老舊網(wǎng)關(guān)普遍不支持千兆網(wǎng)速，部分老舊網(wǎng)關(guān)還因?yàn)?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/137/" target="_blank">芯片老舊等問(wèn)題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)際速率值距離理論值差距較大，進(jìn)一步限制了提升用戶上網(wǎng)體驗(yàn)的可能性。目前，現(xiàn)網(wǎng)使用3年及以上的老舊智能家庭網(wǎng)關(guān)還占有一定比例，有待替換。
2.4GHz頻段是ISM（工科醫(yī)）頻段，作為無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線接入系統(tǒng)、藍(lán)牙系統(tǒng)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)等無(wú)線電臺(tái)站共用頻段，頻率資源少，帶寬有限。目前，現(xiàn)網(wǎng)支持2.4GHz Wi-Fi頻段的網(wǎng)關(guān)還有一定占比，同頻/鄰頻干擾問(wèn)題較為突出。
部分網(wǎng)關(guān)因?yàn)檐浖﨎ug、硬件性能不足等原因，會(huì)出現(xiàn)PPPoE連接頻繁掉線、網(wǎng)關(guān)頻繁重啟的問(wèn)題，造成用戶上網(wǎng)經(jīng)常中斷。在PPPoE連接被動(dòng)中斷后（例如上聯(lián)傳輸鏈路中斷），各網(wǎng)關(guān)廠家對(duì)于WAN口檢測(cè)并重新進(jìn)行PPPoE撥號(hào)的實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不一致。某些廠家網(wǎng)關(guān)每20秒檢測(cè)一次，30次檢測(cè)不到才進(jìn)行重新?lián)芴?hào)，導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)被動(dòng)下線后需要10分鐘才能自動(dòng)發(fā)起PPPoE重播，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。
越來(lái)越多用戶的家庭網(wǎng)關(guān)配置下掛路由器（以下簡(jiǎn)稱“路由器”）。在這些路由器中，有相當(dāng)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(xié)議中僅一項(xiàng)支持千兆網(wǎng)速，成為“偽千兆”路由器。此外，路由器通過(guò)網(wǎng)線連接網(wǎng)關(guān)，而用戶使用的網(wǎng)線基本是五類或超五類線，其壽命短、抗干擾能力弱，多數(shù)僅支持百兆速率。上述路由器、網(wǎng)線均無(wú)法滿足后續(xù)千兆及超千兆網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)要求。部分路由器因?yàn)?a target="_blank">產(chǎn)品質(zhì)量有問(wèn)題而頻繁重啟，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。
Wi-Fi是室內(nèi)主要的無(wú)線覆蓋方式，但很多家庭網(wǎng)關(guān)放置在用戶門口的弱電箱內(nèi)。受限于弱電箱位置、蓋板材質(zhì)及復(fù)雜戶型，Wi-Fi信號(hào)不足以覆蓋全部室內(nèi)區(qū)域。終端設(shè)備距離Wi-Fi接入點(diǎn)越遠(yuǎn)，中間的障礙物越多，信號(hào)強(qiáng)度損耗就越大，有可能導(dǎo)致連接不穩(wěn)定并發(fā)生數(shù)據(jù)丟包。
對(duì)于室內(nèi)多個(gè)Wi-Fi設(shè)備組網(wǎng)的情況，往往還因信道設(shè)置不合理而出現(xiàn)同頻、鄰頻干擾問(wèn)題，進(jìn)一步降低Wi-Fi速率。
部分用戶在將路由器連接至網(wǎng)關(guān)時(shí)，因?yàn)槿狈I(yè)經(jīng)驗(yàn)，可能將路由器連接到網(wǎng)關(guān)的非千兆網(wǎng)口，或者沒(méi)有插緊網(wǎng)線，造成網(wǎng)口松動(dòng)。在這些情況下，即使用戶開(kāi)通了千兆業(yè)務(wù)或使用了千兆路由器，也無(wú)法獲得穩(wěn)定的千兆服務(wù)，還給運(yùn)營(yíng)商處理故障帶來(lái)挑戰(zhàn)。
部分用戶家庭內(nèi)連接Wi-Fi的設(shè)備過(guò)多（超過(guò)20個(gè)）或多個(gè)應(yīng)用同時(shí)高速下載文件，也會(huì)造成Wi-Fi信道沖突嚴(yán)重，Wi-Fi連接不穩(wěn)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(xié)議，因此也無(wú)法獲得穩(wěn)定、快速的上網(wǎng)體驗(yàn)。
提高室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的新技術(shù)
4K/8K高清視頻、AR/VR、在線教育和家庭辦公等高帶寬、低時(shí)延業(yè)務(wù)正逐步成為家庭用戶的剛需。這對(duì)家寬網(wǎng)絡(luò)，特別是家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量提出了更高的要求。現(xiàn)有的基于FTTH（Fiber To The House，光纖到戶）技術(shù)的家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，已難以滿足上述要求。而Wi-Fi 6和FTTR技術(shù)能較好滿足上述業(yè)務(wù)要求，應(yīng)盡早大規(guī)模部署。
Wi-Fi 6
2019年，Wi-Fi聯(lián)盟將802.11ax技術(shù)命名為Wi-Fi 6，并將前期的802.11ax、802.11n技術(shù)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(shù)）、1024QAM（Quadrature Amplitude Modulation, 正交振幅調(diào)制）等新技術(shù)，理論最高下載速率可以達(dá)到9.6Gbit/s。相比當(dāng)前業(yè)界使用最廣泛的Wi-Fi 4、Wi-Fi 5技術(shù)，具有更高的傳輸速率、更大的并發(fā)能力、更低的業(yè)務(wù)時(shí)延、更廣的覆蓋范圍和更小的終端功耗。
FTTR技術(shù)
FTTR是指在FTTH基礎(chǔ)上，在家庭部署全光網(wǎng)關(guān)與子設(shè)備，通過(guò)PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖通信覆蓋到用戶房間。
FTTR主網(wǎng)關(guān)是FTTR網(wǎng)絡(luò)的核心，向上連接OLT提供光纖入戶，向下提供光口連接多個(gè)FTTR從網(wǎng)關(guān)。FTTR從網(wǎng)關(guān)通過(guò)Wi-Fi和以太網(wǎng)接口與終端設(shè)備進(jìn)行通信，提供橋接功能將終端設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到主網(wǎng)關(guān)，接受FTTR主網(wǎng)關(guān)的管理和控制。FTTR組網(wǎng)如圖所示。
圖 FTTR組網(wǎng)示意
相比網(wǎng)線組網(wǎng)、電力線組網(wǎng)、無(wú)線組網(wǎng)等傳統(tǒng)方式，F(xiàn)TTR網(wǎng)絡(luò)有如下優(yōu)勢(shì)。
一是組網(wǎng)設(shè)備性能更好、帶寬更高。主網(wǎng)關(guān)與從網(wǎng)關(guān)之間使用光纖連接，能真正將千兆帶寬延伸到用戶的每個(gè)房間，全方面提升用戶家庭網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)。FTTR網(wǎng)絡(luò)在傳輸帶寬與穩(wěn)定性上更有優(yōu)勢(shì)。
二是Wi-Fi覆蓋更好、質(zhì)量更高。Wi-Fi 6是FTTR網(wǎng)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)配置，并且主網(wǎng)關(guān)和從網(wǎng)關(guān)都可以提供Wi-Fi連接，有效提高Wi-Fi組網(wǎng)的穩(wěn)定性和信號(hào)覆蓋強(qiáng)度。
2020年2月ETSI發(fā)布F5G標(biāo)準(zhǔn)后，F(xiàn)TTR全光家庭寬帶發(fā)展進(jìn)入了“快車道”。2022年7月工信部發(fā)布的141號(hào)建議（工信建議〔2022〕141號(hào)）也明確指出，推進(jìn)基礎(chǔ)電信企業(yè)加快光纖到房間商用步伐，推動(dòng)光纖進(jìn)一步向用戶端延伸。
家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)方案
基于“極目云智（軟探針）”系統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)測(cè)方案
中國(guó)移動(dòng)研發(fā)“極目云智（軟探針）”系統(tǒng)，包含智能網(wǎng)關(guān)、機(jī)頂盒等終端設(shè)備上的軟探針插件和軟探針平臺(tái)。軟探針作為室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)控最重要的工具，預(yù)置在中國(guó)移動(dòng)的所有智能家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)，采集最貼近用戶真實(shí)感知的家寬業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量數(shù)據(jù)。
軟探針平臺(tái)基于全網(wǎng)軟探針數(shù)據(jù)，使用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，分析終端質(zhì)量、室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c質(zhì)量、端側(cè)業(yè)務(wù)體驗(yàn)、端到端業(yè)務(wù)感知等關(guān)鍵指標(biāo)，支撐業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)測(cè)、用戶感知分析、故障診斷、質(zhì)差整治、投訴預(yù)處理、一線裝維等應(yīng)用，為家寬業(yè)務(wù)品質(zhì)提升和智慧運(yùn)營(yíng)提供重要抓手?！皹O目云智（軟探針）”系統(tǒng)具有安全性高、成本低、部署快等特點(diǎn)，易于大規(guī)模推廣。
以下為“極目云智（軟探針）”系統(tǒng)進(jìn)行家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)的技術(shù)方案。
家寬上網(wǎng)慢用戶識(shí)別
時(shí)延是衡量網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，直接影響用戶的上網(wǎng)感知。
以用戶經(jīng)常使用的基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為例，上網(wǎng)全流程包含DNS查詢、TCP 3次握手建立連接、服務(wù)器與終端間交換數(shù)據(jù)、TCP 4次揮手?jǐn)嚅_(kāi)連接。前3個(gè)階段的時(shí)延對(duì)用戶感知有影響。
智能家庭網(wǎng)關(guān)位于室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與室外網(wǎng)絡(luò)的交界處，部署在其上的軟探針能直接獲取室內(nèi)、室外、端到端網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)。分析關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)的分布特點(diǎn)，可以判斷用戶的室內(nèi)、室外網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量是否異常，是否是質(zhì)差。隨著網(wǎng)關(guān)硬件性能的提升，軟探針將采集更多的關(guān)鍵指標(biāo)，更加實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量異常。
家寬室內(nèi)問(wèn)題定位
基于軟探針采集的指標(biāo)，根據(jù)相關(guān)規(guī)則分析，可以推測(cè)問(wèn)題所處位置、質(zhì)差原因。
一是弱光定位。根據(jù)“接收光功率”指標(biāo)，如低于閾值的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或次數(shù)過(guò)多，則判定為“弱光”故障。
二是質(zhì)差網(wǎng)關(guān)定位。針對(duì)網(wǎng)關(guān)普遍存在的質(zhì)量問(wèn)題，選取如下指標(biāo)作為判斷質(zhì)差網(wǎng)關(guān)的依據(jù)。
CPU/內(nèi)存使用率：統(tǒng)計(jì)網(wǎng)關(guān)CPU峰值利用率大于設(shè)定閾值的時(shí)長(zhǎng)比例，以及網(wǎng)關(guān)內(nèi)存峰值利用率大于設(shè)定值的時(shí)長(zhǎng)比例。如果比例大于50%，識(shí)別為質(zhì)差網(wǎng)關(guān)。
網(wǎng)關(guān)重啟次數(shù)：統(tǒng)計(jì)網(wǎng)關(guān)單日重啟次數(shù)。如果大于閾值，識(shí)別為質(zhì)差網(wǎng)關(guān)。
PPPoE認(rèn)證失敗次數(shù)：根據(jù)“上次PPPOE撥號(hào)失敗原因”判斷PPPoE認(rèn)證是否失敗。如果單日PPPoE認(rèn)證失敗次數(shù)大于閾值，識(shí)別為質(zhì)差網(wǎng)關(guān)。
PPPoE連接掉線次數(shù)：計(jì)算PPPoE在線時(shí)長(zhǎng)，并判定其是否為異常掉線。如果單日異常掉線次數(shù)超過(guò)閾值，識(shí)別為質(zhì)差網(wǎng)關(guān)。
WAN口速率：統(tǒng)計(jì)網(wǎng)關(guān)的“下載速率”，并與系統(tǒng)中該網(wǎng)關(guān)的簽約帶寬速率比較。如果前者比后者小，則表示W(wǎng)AN口速率不匹配，識(shí)別為質(zhì)差網(wǎng)關(guān)。
三是下掛質(zhì)差路由器，以及網(wǎng)關(guān)與下掛路由器的連接故障定位。根據(jù)下掛路由器的生產(chǎn)廠家、設(shè)備型號(hào)、MAC地址、網(wǎng)關(guān)的下掛端口號(hào)、LAN口協(xié)商速率、掉線次數(shù)等信息，可判斷下掛路由器是否插在網(wǎng)關(guān)的百兆LAN口，或路由器上行連接網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)線是否為百兆線，以及下掛路由器是否質(zhì)差。下掛路由器質(zhì)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(wèn)題的定位。通過(guò)采集的“下掛設(shè)備數(shù)量、生產(chǎn)廠家、設(shè)備型號(hào)、MAC、WLAN接入類型”等指標(biāo)，可發(fā)現(xiàn)下掛終端數(shù)量過(guò)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(wèn)題。
五是基于AI和知識(shí)圖譜等技術(shù)的質(zhì)差定位。基于探針采集的數(shù)據(jù)，對(duì)家庭用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)聚類模式分析，通過(guò)人工智能（如概率圖、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法），將不同的家庭網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ㄈ缬袩o(wú)第三方路由器、智能組網(wǎng)）、家庭設(shè)備類型及Wi-Fi性能等因素對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量影響進(jìn)行建模，形成家庭內(nèi)網(wǎng)質(zhì)差定位模型。導(dǎo)入專家經(jīng)驗(yàn)和排障實(shí)例，運(yùn)用知識(shí)圖譜等技術(shù)，形成裝維專家規(guī)則庫(kù)。基于采集的家庭網(wǎng)絡(luò)用戶畫(huà)像數(shù)據(jù)，利用裝維專家規(guī)則庫(kù)推理家庭內(nèi)網(wǎng)質(zhì)差的可能原因并提出改善建議，逐步提升家庭網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差智能分析能力。
基于DPI技術(shù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量感知方案
從2021年起，部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商推出在接入網(wǎng)網(wǎng)元（OLT/BRAS）上，將網(wǎng)絡(luò)流量以鏡像方式接入DPI設(shè)備的解決方案。該方案可隨流識(shí)別并分析業(yè)務(wù)的時(shí)延、抖動(dòng)、丟包等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)，推測(cè)用戶的業(yè)務(wù)感知，識(shí)別家寬質(zhì)差用戶。
此方案能獲取室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的近似值，部分實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的監(jiān)控，但其無(wú)法進(jìn)一步獲取室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的其他質(zhì)量數(shù)據(jù)。
總結(jié)與展望
家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)網(wǎng)質(zhì)量受家庭室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)布局、用戶設(shè)備、用戶終端等因素的影響，因此發(fā)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)差并進(jìn)行定位，是現(xiàn)網(wǎng)較難處理的問(wèn)題。本文主要介紹“極目云智（軟探針）”系統(tǒng)對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)網(wǎng)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估和質(zhì)差定位的技術(shù)方案。隨著新技術(shù)的不斷引入，后續(xù)將在如下幾方面開(kāi)展探索，以有效提高家庭網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。
一是持續(xù)提升軟探針數(shù)據(jù)采集能力。研究在不影響用戶上網(wǎng)體驗(yàn)的前提下，不斷增強(qiáng)網(wǎng)關(guān)隨流檢測(cè)與分析能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)感知更細(xì)致、更實(shí)時(shí)的監(jiān)控。
二是持續(xù)探索大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)在家寬室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升領(lǐng)域的應(yīng)用。中國(guó)移動(dòng)致力于推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維工作的數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級(jí)，計(jì)劃于2025年將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維自治水平提升至L4水平。通過(guò)引入AI、知識(shí)圖譜等技術(shù)，基于軟探針采集的家庭室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，可以更及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)質(zhì)差網(wǎng)絡(luò)。
三是推動(dòng)FTTR和Wi-Fi 6技術(shù)的現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用，并同步在FTTR從網(wǎng)關(guān)部署軟探針插件。推廣FTTR和Wi-Fi 6技術(shù)的應(yīng)用，打牢家寬網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量底座。現(xiàn)有從網(wǎng)關(guān)中還未部署軟探針，主網(wǎng)關(guān)中的軟探針需要通過(guò)主從網(wǎng)關(guān)協(xié)議接口來(lái)讀取從網(wǎng)關(guān)相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)?？煽紤]在從網(wǎng)關(guān)中部署軟探針，從而更準(zhǔn)確、更全面地收集質(zhì)量數(shù)據(jù)。
編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論