Pētījums par mājas platjoslas iekštelpu tīkla kvalitātes problēmām

Balstoties uz daudzu gadu pētniecības un attīstības pieredzi interneta iekārtu jomā, mēs apspriedām tehnoloģijas un risinājumus mājas platjoslas iekštelpu tīkla kvalitātes nodrošināšanai. Vispirms tiek analizēta pašreizējā mājas platjoslas iekštelpu tīkla kvalitātes situācija un apkopoti dažādi faktori, piemēram, optiskās šķiedras, vārtejas, maršrutētāji, Wi-Fi un lietotāju darbības, kas rada mājas platjoslas iekštelpu tīkla kvalitātes problēmas. Otrkārt, tiks iepazīstinātas ar jaunajām iekštelpu tīkla pārklājuma tehnoloģijām, ko raksturo Wi-Fi 6 un FTTR (Fiber To The Room).

1. Mājas platjoslas iekštelpu tīkla kvalitātes problēmu analīze

FTTH (šķiedra-mājas) procesā optiskās pārraides attāluma, optiskās sadalīšanas un savienojuma ierīces zudumu, kā arī optiskās šķiedras locīšanās ietekmē vārtejas saņemtā optiskā jauda var būt zema un bitu kļūdu līmenis var būt augsts, kā rezultātā palielinās augšējā slāņa pakalpojumu pārraides pakešu zuduma līmenis, un ātrums samazinās.

Tomēr veco vārteju aparatūras veiktspēja parasti ir zema, un ir tendence rasties tādām problēmām kā augsts centrālā procesora un atmiņas patēriņš, kā arī iekārtu pārkaršana, kā rezultātā rodas neparasta vārteju restartēšana un avārijas. Vecie vārti parasti neatbalsta gigabita tīkla ātrumu, un dažiem veciem vārtiem ir arī tādas problēmas kā novecojušas mikroshēmas, kas rada lielu atšķirību starp faktisko tīkla savienojuma ātruma vērtību un teorētisko vērtību, kas vēl vairāk ierobežo iespēju uzlabot lietotāja tiešsaistes pieredzi. Pašlaik vecie viedās mājas vārti, kas aktīvajā tīklā tiek izmantoti 3 gadus vai ilgāk, joprojām aizņem noteiktu daļu un ir jānomaina.

2,4 GHz frekvenču josla ir ISM (rūpnieciski zinātniskā un medicīniskā) frekvenču josla. To izmanto kā kopīgu frekvenču joslu radiostacijām, piemēram, bezvadu lokālajiem tīkliem, bezvadu piekļuves sistēmām, Bluetooth sistēmām, punkta-punkta vai punkta-daudzpunktu izkliedētā spektra sakaru sistēmām, ar nelieliem frekvenču resursiem un ierobežotu joslas platumu. Pašlaik esošajā tīklā joprojām ir noteikta daļa vārteju, kas atbalsta 2,4 GHz Wi-Fi frekvenču joslu, un kopfrekvences/blakus esošo frekvenču traucējumu problēma ir vēl izteiktāka.

Programmatūras kļūdu un dažu vārteju nepietiekamas aparatūras veiktspējas dēļ PPPoE savienojumi bieži tiek pārtraukti un vārtejas bieži tiek restartētas, kā rezultātā lietotājiem bieži tiek pārtraukta piekļuve internetam. Pēc tam, kad PPPoE savienojums tiek pasīvi pārtraukts (piemēram, tiek pārtraukta augšupsaites pārraides saite), katram vārteju ražotājam ir nekonsekventi ieviešanas standarti WAN portu noteikšanai un PPPoE numuru atkārtotai veikšanai. Dažu ražotāju vārtejas nosaka savienojumu reizi 20 sekundēs un atkārto zvanu tikai pēc 30 neveiksmīgām noteikšanas reizēm. Tā rezultātā vārtejai ir nepieciešamas 10 minūtes, lai automātiski sāktu PPPoE atskaņošanu pēc pasīvas pārslēgšanās bezsaistē, kas nopietni ietekmē lietotāja pieredzi.

Arvien vairāk lietotāju mājas vārtejas tiek konfigurētas ar maršrutētājiem (turpmāk tekstā — “maršrutētāji”). Starp šiem maršrutētājiem diezgan daudzi atbalsta tikai 100 M WAN pieslēgvietas vai (un) atbalsta tikai Wi-Fi 4 (802.11b/g/n).

Dažu ražotāju maršrutētājiem joprojām ir tikai viena no WAN pieslēgvietām vai Wi-Fi protokoliem, kas atbalsta gigabitu tīkla ātrumu, un tie kļūst par "pseidogigabitu" maršrutētājiem. Turklāt maršrutētājs ir savienots ar vārteju, izmantojot tīkla kabeli, un lietotāju izmantotais tīkla kabelis būtībā ir 5. kategorijas vai superkategorijas 5. kabelis, kam ir īss kalpošanas laiks un vāja traucējumu novēršanas spēja, un lielākā daļa no tiem atbalsta tikai 100M ātrumu. Neviens no iepriekš minētajiem maršrutētājiem un tīkla kabeļiem neatbilst nākamo gigabitu un supergigabitu tīklu attīstības prasībām. Daži maršrutētāji bieži restartējas produktu kvalitātes problēmu dēļ, nopietni ietekmējot lietotāja pieredzi.

Wi-Fi ir galvenā bezvadu pārklājuma metode telpās, taču daudzas mājas vārtejas tiek novietotas vājstrāvas kastēs pie lietotāja durvīm. Vājstrāvas kastes atrašanās vietas, pārsega materiāla un sarežģītā mājas tipa dēļ Wi-Fi signāls nav pietiekams, lai aptvertu visas iekštelpu zonas. Jo tālāk termināla ierīce atrodas no Wi-Fi piekļuves punkta, jo vairāk šķēršļu ir un jo lielāki ir signāla stipruma zudumi, kas var izraisīt nestabilu savienojumu un datu pakešu zudumu.

Ja telpās ir vairākas Wi-Fi ierīces, bieži rodas vienas frekvences un blakus esošo kanālu traucējumu problēmas nepamatotu kanālu iestatījumu dēļ, kas vēl vairāk samazina Wi-Fi ātrumu.

Kad daži lietotāji profesionālās pieredzes trūkuma dēļ pievieno maršrutētāju vārtejai, viņi var pievienot maršrutētāju vārtejas tīkla portam, kas nav gigabita, vai arī tīkla kabelis var nebūt cieši pievienots, kā rezultātā tīkla porti ir vaļīgi. Šādos gadījumos, pat ja lietotājs abonē gigabita pakalpojumu vai izmanto gigabita maršrutētāju, viņš nevar iegūt stabilus gigabita pakalpojumus, kas rada arī problēmas operatoriem, risinot kļūmes.

Dažiem lietotājiem mājās ir pārāk daudz ierīču, kas pieslēgtas Wi-Fi tīklam (vairāk nekā 20), vai arī vairākas lietojumprogrammas vienlaikus lejupielādē failus lielā ātrumā, kas var izraisīt arī nopietnus Wi-Fi kanālu konfliktus un nestabilus Wi-Fi savienojumus.

Daži lietotāji izmanto vecus termināļus, kas atbalsta tikai vienas frekvences Wi-Fi 2,4 GHz frekvenču joslu vai vecākus Wi-Fi protokolus, tāpēc viņi nevar iegūt stabilu un ātru interneta pieredzi.

2. Jaunas tehnoloģijas iekštelpu tīkla kvalitātes uzlabošanai

Augstas joslas platuma un zemas latentuma pakalpojumi, piemēram, 4K/8K augstas izšķirtspējas video, AR/VR, tiešsaistes izglītība un mājas birojs, pakāpeniski kļūst par stingrām mājas lietotāju vajadzībām. Tas izvirza augstākas prasības mājas platjoslas tīkla kvalitātei, jo īpaši mājas platjoslas iekštelpu tīkla kvalitātei. Esošajam mājas platjoslas iekštelpu tīklam, kas balstīts uz FTTH (Fiber To The House, fiber to the home) tehnoloģiju, ir bijis grūti izpildīt iepriekš minētās prasības. Tomēr Wi-Fi 6 un FTTR tehnoloģijas var labāk izpildīt iepriekš minētās pakalpojumu prasības, un tās pēc iespējas ātrāk būtu jāievieš plašā mērogā.

Wi-Fi 6

2019. gadā Wi-Fi Alliance nosauca 802.11ax tehnoloģiju par Wi-Fi 6, bet iepriekšējās 802.11ax un 802.11n tehnoloģijas attiecīgi par Wi-Fi 5 un Wi-Fi 4.

Wi-Fi 6 ievieš OFDMA (ortogonālo frekvenču sadalījuma vairāku piekļuvi), MU-MIMO (vairāku lietotāju vairāku ieeju un vairāku izeju tehnoloģiju), 1024QAM (kvadratūras amplitūdas modulāciju) un citas jaunas tehnoloģijas, un teorētiskais maksimālais lejupielādes ātrums var sasniegt 9,6 Gbit/s. Salīdzinot ar nozarē visplašāk izmantotajām Wi-Fi 4 un Wi-Fi 5 tehnoloģijām, tam ir lielāks pārraides ātrums, lielāka vienlaicības iespēja, zemāka pakalpojumu aizkave, plašāks pārklājums un mazāks termināļa enerģijas patēriņš.

FTTR tehnoloģija

FTTR attiecas uz pilnībā optisko vārteju un apakšierīču izvietošanu mājās, pamatojoties uz FTTH, un optisko šķiedru sakaru pārklājuma nodrošināšanu lietotāju telpās, izmantojot PON tehnoloģiju.

FTTR galvenā vārteja ir FTTR tīkla kodols. Tā ir savienota augšup ar OLT, lai nodrošinātu optisko šķiedru savienojumu līdz mājām, un lejup, lai nodrošinātu optiskās pieslēgvietas vairāku FTTR pakārtoto vārteju savienošanai. FTTR pakārtotā vārteja sazinās ar termināla iekārtu, izmantojot Wi-Fi un Ethernet saskarnes, nodrošina tilta funkciju, lai pārsūtītu termināla iekārtas datus uz galveno vārteju, un pieņem FTTR galvenās vārtejas pārvaldību un kontroli. FTTR tīklošana ir parādīta attēlā.

Salīdzinot ar tradicionālajām metodēm, piemēram, tīkla kabeļu tīklu, elektrolīniju tīklu un bezvadu tīklu, FTTR tīkliem ir šādas priekšrocības.

Pirmkārt, tīkla iekārtām ir labāka veiktspēja un lielāks joslas platums. Optiskās šķiedras savienojums starp galveno vārteju un pakārtoto vārteju var ievērojami paplašināt gigabita joslas platumu katrā lietotāja telpā un uzlabot lietotāja mājas tīkla kvalitāti visos aspektos. FTTR tīklam ir vairāk priekšrocību pārraides joslas platuma un stabilitātes ziņā.

Otrais ir labāks Wi-Fi pārklājums un augstāka kvalitāte. Wi-Fi 6 ir FTTR vārteju standarta konfigurācija, un gan galvenais vārteja, gan pakārtotais vārteja var nodrošināt Wi-Fi savienojumus, efektīvi uzlabojot Wi-Fi tīkla stabilitāti un signāla pārklājuma stiprumu.

Mājas tīkla intraneta kvalitāti ietekmē tādi faktori kā mājas tīkla izkārtojums, lietotāju iekārtas un lietotāju termināļi. Tāpēc mājas tīkla sliktas kvalitātes defektu atrašana un lokalizēšana ir sarežģīta problēma tiešraides tīklā. Katrs sakaru uzņēmums vai tīkla pakalpojumu sniedzējs attiecīgi piedāvā savu risinājumu. Piemēram, tehniski risinājumi mājas tīkla intraneta kvalitātes novērtēšanai un sliktas kvalitātes defektu lokalizēšanai; turpināt pētīt lielo datu un mākslīgā intelekta tehnoloģiju pielietojumu mājas platjoslas iekštelpu tīklu kvalitātes uzlabošanas jomā; veicināt FTTR un Wi-Fi 6 tehnoloģiju pielietojumu, plašu tīkla kvalitātes bāzi un citus aspektus.