Výzkum problémů s kvalitou domácí širokopásmové sítě v interiéru

Na základě dlouholetých zkušeností s výzkumem a vývojem internetových zařízení jsme se zabývali technologiemi a řešeními pro zajištění kvality domácích širokopásmových sítí v interiéru. Nejprve analyzuje současnou situaci v oblasti kvality domácích širokopásmových sítí v interiéru a shrnuje různé faktory, jako jsou optická vlákna, brány, routery, Wi-Fi a uživatelské operace, které způsobují problémy s kvalitou domácích širokopásmových sítí v interiéru. Za druhé budou představeny nové technologie pokrytí vnitřních sítí, označené jako Wi-Fi 6 a FTTR (Fiber To The Room).

1. Analýza problémů s kvalitou domácí širokopásmové sítě v interiéru

V procesu FTTH (fiber-to-home) může být v důsledku vlivu vzdálenosti optického přenosu, ztrát optického štěpení a spojovacích zařízení a ohýbání optického vlákna optický výkon přijímaný bránou nízký a míra bitových chyb vysoká, což vede ke zvýšení míry ztráty paketů u přenosu služeb vyšší vrstvy a snižuje tak rychlost.

Hardwarový výkon starých bran je však obecně nízký a náchylné jsou problémy, jako je vysoké využití CPU a paměti a přehřívání zařízení, což vede k abnormálním restartům a pádům bran. Staré brány obecně nepodporují gigabitové síťové rychlosti a některé staré brány mají také problémy, jako jsou zastaralé čipy, které vedou k velkému rozdílu mezi skutečnou hodnotou rychlosti síťového připojení a teoretickou hodnotou, což dále omezuje možnosti zlepšení online zážitku uživatelů. V současné době stále zaujímají určité místo v živé síti staré brány pro chytré domácnosti, které se používají 3 roky nebo déle, a je třeba je nahradit.

Frekvenční pásmo 2,4 GHz je frekvenční pásmo ISM (průmyslově-vědecko-lékařské). Používá se jako společné frekvenční pásmo pro rádiové stanice, jako jsou bezdrátové lokální sítě, bezdrátové přístupové systémy, systémy Bluetooth, komunikační systémy s rozprostřeným spektrem typu point-to-point nebo point-to-multipoint, s malým počtem frekvenčních zdrojů a omezenou šířkou pásma. V současné době stále existuje určitý podíl bran v existující síti podporujících frekvenční pásmo Wi-Fi 2,4 GHz a problém rušení na stejné frekvenci/sousední frekvenci je výraznější.

Kvůli softwarovým chybám a nedostatečnému hardwarovému výkonu některých bran dochází k častému přerušování PPPoE připojení a k častému restartování bran, což má za následek časté přerušení přístupu uživatelů k internetu. Po pasivním přerušení PPPoE připojení (například přerušení uplink přenosového spojení) má každý výrobce bran nekonzistentní implementační standardy pro detekci WAN portu a opakované vytáčení PPPoE. Brány některých výrobců detekují jednou za 20 sekund a opakované vytáčení provádějí až po 30 neúspěšných detekcích. V důsledku toho trvá bráně 10 minut, než po pasivním přechodu do režimu offline automaticky zahájí přehrávání PPPoE, což vážně ovlivňuje uživatelskou zkušenost.

Stále více domácích bran uživatelů je konfigurováno s routery (dále jen „routery“). Mezi těmito routery jich poměrně dost podporuje pouze 100M WAN porty nebo (a) podporuje pouze Wi-Fi 4 (802.11b/g/n).

Routery některých výrobců stále disponují pouze jedním z WAN portů nebo Wi-Fi protokolů, které podporují gigabitové síťové rychlosti, a stávají se tak „pseudo-gigabitovými“ routery. Router je navíc připojen k bráně pomocí síťového kabelu a síťový kabel používaný uživateli je v podstatě kabel kategorie 5 nebo super kategorie 5, který má krátkou životnost a slabou odolnost proti rušení a většina z nich podporuje pouze rychlost 100 Mb/s. Žádný z výše uvedených routerů a síťových kabelů nedokáže splnit požadavky na vývoj následných gigabitových a supergigabitových sítí. Některé routery se kvůli problémům s kvalitou produktu často restartují, což vážně ovlivňuje uživatelskou zkušenost.

Wi-Fi je hlavní metodou bezdrátového pokrytí v interiéru, ale mnoho domácích bran je umístěno ve slaboproudých krabicích u dveří uživatele. Vzhledem k omezením umístění slaboproudé krabice, materiálu krytu a složitému typu domu není signál Wi-Fi dostatečný k pokrytí všech vnitřních prostor. Čím dále je koncové zařízení od přístupového bodu Wi-Fi, tím více překážek je a tím větší je ztráta síly signálu, což může vést k nestabilnímu připojení a ztrátě datových paketů.

V případě vnitřního propojení více Wi-Fi zařízení často dochází k problémům s rušením na stejné frekvenci a sousedních kanálech kvůli nepřiměřenému nastavení kanálů, což dále snižuje rychlost Wi-Fi.

Když někteří uživatelé připojují router k bráně, kvůli nedostatku profesionálních zkušeností mohou připojit router k negigabitovému síťovému portu brány nebo nemusí pevně připojit síťový kabel, což má za následek uvolněné síťové porty. V těchto případech, i když si uživatel předplatí gigabitovou službu nebo používá gigabitový router, nemůže získat stabilní gigabitové služby, což také představuje problémy pro operátory s řešením poruch.

Někteří uživatelé mají doma příliš mnoho zařízení připojených k Wi-Fi (více než 20) nebo více aplikací stahuje soubory vysokou rychlostí současně, což také způsobuje vážné konflikty Wi-Fi kanálů a nestabilní Wi-Fi připojení.

Někteří uživatelé používají staré terminály, které podporují pouze jednofrekvenční Wi-Fi pásmo 2,4 GHz nebo starší Wi-Fi protokoly, takže nemohou dosáhnout stabilního a rychlého internetového zážitku.

2. Nové technologie pro zlepšení kvality vnitřní sítě

Služby s vysokou šířkou pásma a nízkou latencí, jako je 4K/8K video s vysokým rozlišením, AR/VR, online vzdělávání a domácí kancelář, se postupně stávají neústupnou potřebou domácích uživatelů. To klade vyšší nároky na kvalitu domácí širokopásmové sítě, zejména na kvalitu domácí širokopásmové sítě v interiéru. Stávající domácí širokopásmová síť v interiéru založená na technologii FTTH (Fiber To The House, optické vlákno do domu) splňuje výše uvedené požadavky jen s obtížemi. Technologie Wi-Fi 6 a FTTR však mohou výše uvedené požadavky na služby lépe splňovat a měly by být co nejdříve nasazeny ve velkém měřítku.

Wi-Fi 6

V roce 2019 pojmenovala Wi-Fi Alliance technologii 802.11ax jako Wi-Fi 6 a předchozí technologie 802.11ax a 802.11n jako Wi-Fi 5 a Wi-Fi 4.

Wi-Fi 6 zavádí OFDMA (ortogonální frekvenčně dělený vícenásobný přístup), MU-MIMO (technologii Multi-User Multiple-Input Multiple-Output), 1024QAM (kvadraturní amplitudová modulace) a další nové technologie, teoretická maximální rychlost stahování může dosáhnout 9,6 Gbit/s. Ve srovnání s nejrozšířenějšími technologiemi Wi-Fi 4 a Wi-Fi 5 v oboru má vyšší přenosovou rychlost, větší souběžnost, nižší zpoždění služby, širší pokrytí a menší spotřebu energie terminálu.

Technologie FTTR

FTTR označuje nasazení plně optických bran a dílčích zařízení v domácnostech na bázi FTTH a realizaci pokrytí uživatelských místností optickými vlákny prostřednictvím technologie PON.

Hlavní brána FTTR je jádrem sítě FTTR. Je připojena směrem nahoru k OLT, aby poskytovala optické připojení k domu, a směrem dolů, aby poskytovala optické porty pro připojení více podřízených bran FTTR. Podřízená brána FTTR komunikuje s koncovým zařízením prostřednictvím rozhraní Wi-Fi a Ethernet, poskytuje přemosťovací funkci pro předávání dat z koncového zařízení do hlavní brány a přijímá správu a řízení hlavní brány FTTR. Síť FTTR je znázorněna na obrázku.

Ve srovnání s tradičními metodami, jako jsou síťové kabelové sítě, sítě po elektrickém vedení a bezdrátové sítě, mají sítě FTTR následující výhody.

Zaprvé, síťové zařízení má lepší výkon a vyšší šířku pásma. Optické spojení mezi hlavní a podřízenou bránou dokáže skutečně rozšířit gigabitovou šířku pásma do každé místnosti uživatele a zlepšit kvalitu domácí sítě uživatele ve všech aspektech. Síť FTTR má více výhod v šířce pásma a stabilitě přenosu.

Druhou výhodou je lepší pokrytí Wi-Fi a vyšší kvalita signálu. Wi-Fi 6 je standardní konfigurace bran FTTR a jak hlavní, tak i podřízená brána mohou poskytovat Wi-Fi připojení, čímž efektivně zlepšují stabilitu Wi-Fi sítě a sílu pokrytí signálem.

Kvalitu domácí intranetové sítě ovlivňují faktory, jako je rozvržení domácí sítě, uživatelské vybavení a uživatelské terminály. Proto je nalezení a lokalizace špatné kvality domácí sítě v živé síti obtížným problémem. Každá komunikační společnost nebo poskytovatel síťových služeb navrhuje svá vlastní řešení. Například technická řešení pro hodnocení kvality domácí intranetové sítě a lokalizaci špatné kvality; další zkoumání aplikací technologií velkých dat a umělé inteligence v oblasti zlepšování kvality domácích širokopásmových vnitřních sítí; podpora aplikace technologií FTTR a Wi-Fi 6 pro širokou základnu kvality sítě a další.