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(guī)模持續(xù)保持行業(yè)領先。家寬室內(nèi)網(wǎng)絡質(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)量問題是中國移動家寬領域的重要工作之一。

本文對家寬室內(nèi)網(wǎng)絡質(zhì)量保證的技術(shù)和方案進行了詳細討論。首先，分析了家寬室內(nèi)網(wǎng)絡質(zhì)量的現(xiàn)狀，總結(jié)引發(fā)家寬室內(nèi)網(wǎng)絡質(zhì)量問題的光纖、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）為標志的室內(nèi)網(wǎng)絡覆蓋新技術(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)絡質(zhì)量優(yōu)化解決方案。該方案已在現(xiàn)網(wǎng)落地應用，支撐現(xiàn)網(wǎng)生產(chǎn)運營。

家寬室內(nèi)網(wǎng)絡質(zhì)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(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)存使用率過高、設備發(fā)燙等問題，導致網(wǎng)關(guān)異常重啟、死機。老舊網(wǎng)關(guān)普遍不支持千兆網(wǎng)速，部分老舊網(wǎng)關(guān)還因為芯片老舊等問題，導致網(wǎng)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(wǎng)體驗的可能性。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，作為無線局域網(wǎng)、無線接入系統(tǒng)、藍牙系統(tǒng)、點對點或點對多點擴頻通信系統(tǒng)等無線電臺站共用頻段，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/鄰頻干擾問題較為突出。

部分網(wǎng)關(guān)因為軟件Bug、硬件性能不足等原因，會出現(xiàn)PPPoE連接頻繁掉線、網(wǎng)關(guān)頻繁重啟的問題，造成用戶上網(wǎng)經(jīng)常中斷。在PPPoE連接被動中斷后（例如上聯(lián)傳輸鏈路中斷），各網(wǎng)關(guān)廠家對于WAN口檢測并重新進行PPPoE撥號的實現(xiàn)標準不一致。某些廠家網(wǎng)關(guān)每20秒檢測一次，30次檢測不到才進行重新?lián)芴枺瑢е戮W(wǎng)關(guān)被動下線后需要10分鐘才能自動發(fā)起PPPoE重播，嚴重影響用戶體驗。

越來越多用戶的家庭網(wǎng)關(guān)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(xié)議中僅一項支持千兆網(wǎng)速，成為“偽千兆”路由器。此外，路由器通過網(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)線均無法滿足后續(xù)千兆及超千兆網(wǎng)絡的演進要求。部分路由器因為產(chǎn)品質(zhì)量有問題而頻繁重啟，嚴重影響用戶體驗。

Wi-Fi是室內(nèi)主要的無線覆蓋方式，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)及復雜戶型，Wi-Fi信號不足以覆蓋全部室內(nèi)區(qū)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(wěn)定并發(fā)生數(shù)據(jù)丟包。

對于室內(nèi)多個Wi-Fi設備組網(wǎng)的情況，往往還因信道設置不合理而出現(xiàn)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(wǎng)關(guān)時，因為缺乏專業(yè)經(jīng)驗，可能將路由器連接到網(wǎng)關(guān)的非千兆網(wǎng)口，或者沒有插緊網(wǎng)線，造成網(wǎng)口松動。在這些情況下，即使用戶開通了千兆業(yè)務或使用了千兆路由器，也無法獲得穩(wěn)定的千兆服務，還給運營商處理故障帶來挑戰(zhàn)。

部分用戶家庭內(nèi)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(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，因此也無法獲得穩(wěn)定、快速的上網(wǎng)體驗。

提高室內(nèi)網(wǎng)絡質(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、低時延業(yè)務正逐步成為家庭用戶的剛需。這對家寬網(wǎng)絡，特別是家寬室內(nèi)網(wǎng)絡的質(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，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)務要求，應盡早大規(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到9.6Gbit/s。相比當前業(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)務時延、更廣的覆蓋范圍和更小的終端功耗。

FTTR技術(shù)

FTTR是指在FTTH基礎上，在家庭部署全光網(wǎng)關(guān)與子設備，通過PON技術(shù)實現(xiàn)光纖通信覆蓋到用戶房間。

FTTR主網(wǎng)關(guān)是FTTR網(wǎng)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(wǎng)關(guān)。FTTR從網(wǎng)關(guān)通過Wi-Fi和以太網(wǎng)接口與終端設備進行通信，提供橋接功能將終端設備的數(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)、無線組網(wǎng)等傳統(tǒng)方式，F(xiàn)TTR網(wǎng)絡有如下優(yōu)勢。

一是組網(wǎng)設備性能更好、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房間，全方面提升用戶家庭網(wǎng)絡品質(zhì)。FTTR網(wǎng)絡在傳輸帶寬與穩(wěn)定性上更有優(yōu)勢。

二是Wi-Fi覆蓋更好、質(zhì)量更高。Wi-Fi 6是FTTR網(wǎng)關(guān)的標準配置，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)定性和信號覆蓋強度。

2020年2月ETSI發(fā)布F5G標準后，F(xiàn)TTR全光家庭寬帶發(fā)展進入了“快車道”。2022年7月工信部發(fā)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(yè)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(nèi)網(wǎng)絡質(zhì)量監(jiān)測方案

基于“極目云智（軟探針）”系統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)測方案

中國移動研發(fā)“極目云智（軟探針）”系統(tǒng)，包含智能網(wǎng)關(guān)、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(nèi)網(wǎng)絡質(zhì)量監(jiān)控最重要的工具，預置在中國移動的所有智能家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)，采集最貼近用戶真實感知的家寬業(yè)務與網(wǎng)絡質(zhì)量數(shù)據(jù)。

軟探針平臺基于全網(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)絡拓撲與質(zhì)量、端側(cè)業(yè)務體驗、端到端業(yè)務感知等關(guān)鍵指標，支撐業(yè)務與網(wǎng)絡質(zhì)量實時評測、用戶感知分析、故障診斷、質(zhì)差整治、投訴預處理、一線裝維等應用，為家寬業(yè)務品質(zhì)提升和智慧運營提供重要抓手。“極目云智（軟探針）”系統(tǒng)具有安全性高、成本低、部署快等特點，易于大規(guī)模推廣。

以下為“極目云智（軟探針）”系統(tǒng)進行家寬室內(nèi)網(wǎng)絡質(zhì)量監(jiān)測的技術(shù)方案。

家寬上網(wǎng)慢用戶識別

時延是衡量網(wǎng)絡、業(yè)務服務質(zhì)量的關(guān)鍵指標，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)絡服務為例，上網(wǎng)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(shù)據(jù)、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(wǎng)關(guān)位于室內(nèi)網(wǎng)絡與室外網(wǎng)絡的交界處，部署在其上的軟探針能直接獲取室內(nèi)、室外、端到端網(wǎng)絡的關(guān)鍵質(zhì)量指標。分析關(guān)鍵質(zhì)量指標的分布特點，可以判斷用戶的室內(nèi)、室外網(wǎng)絡質(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，更加實時、精準地發(fā)現(xiàn)室內(nèi)網(wǎng)絡質(zhì)量異常。

家寬室內(nèi)問題定位

基于軟探針采集的指標，根據(jù)相關(guān)規(guī)則分析，可以推測問題所處位置、質(zhì)差原因。

一是弱光定位。根據(jù)“接收光功率”指標，如低于閾值的時間過長或次數(shù)過多，則判定為“弱光”故障。

二是質(zhì)差網(wǎng)關(guān)定位。針對網(wǎng)關(guān)普遍存在的質(zhì)量問題，選取如下指標作為判斷質(zhì)差網(wǎng)關(guān)的依據(jù)。

CPU/內(nèi)存使用率：統(tǒng)計網(wǎng)關(guān)CPU峰值利用率大于設定閾值的時長比例，以及網(wǎng)關(guān)內(nèi)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(zhì)差網(wǎng)關(guān)。

網(wǎng)關(guān)重啟次數(shù)：統(tǒng)計網(wǎng)關(guān)單日重啟次數(shù)。如果大于閾值，識別為質(zhì)差網(wǎng)關(guān)。

PPPoE認證失敗次數(shù)：根據(jù)“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(shù)大于閾值，識別為質(zhì)差網(wǎng)關(guān)。

PPPoE連接掉線次數(shù)：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(shù)超過閾值，識別為質(zhì)差網(wǎng)關(guān)。

WAN口速率：統(tǒng)計網(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、設備型號、MAC地址、網(wǎng)關(guān)的下掛端口號、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題的定位。通過采集的“下掛設備數(shù)量、生產(chǎn)廠家、設備型號、MAC、WLAN接入類型”等指標，可發(fā)現(xiàn)下掛終端數(shù)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(shù)的質(zhì)差定位。基于探針采集的數(shù)據(jù)，對家庭用戶進行數(shù)據(jù)聚類模式分析，通過人工智能（如概率圖、神經(jīng)網(wǎng)絡等算法），將不同的家庭網(wǎng)絡拓撲（如有無第三方路由器、智能組網(wǎng)）、家庭設備類型及Wi-Fi性能等因素對業(yè)務質(zhì)量影響進行建模，形成家庭內(nèi)網(wǎng)質(zhì)差定位模型。導入專家經(jīng)驗和排障實例，運用知識圖譜等技術(shù)，形成裝維專家規(guī)則庫。基于采集的家庭網(wǎng)絡用戶畫像數(shù)據(jù)，利用裝維專家規(guī)則庫推理家庭內(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)絡質(zhì)差智能分析能力。

基于DPI技術(shù)的業(yè)務質(zhì)量感知方案

從2021年起，部分網(wǎng)絡設備廠商推出在接入網(wǎng)網(wǎng)元（OLT/BRAS）上，將網(wǎng)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(yè)務的時延、抖動、丟包等相關(guān)網(wǎng)絡指標，推測用戶的業(yè)務感知，識別家寬質(zhì)差用戶。

此方案能獲取室內(nèi)網(wǎng)絡時延的近似值，部分實現(xiàn)對室內(nèi)網(wǎng)絡質(zhì)量的監(jiān)控，但其無法進一步獲取室內(nèi)網(wǎng)絡的其他質(zhì)量數(shù)據(jù)。

總結(jié)與展望

家庭網(wǎng)絡內(nèi)網(wǎng)質(zhì)量受家庭室內(nèi)網(wǎng)絡布局、用戶設備、用戶終端等因素的影響，因此發(fā)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡的質(zhì)差并進行定位，是現(xiàn)網(wǎng)較難處理的問題。本文主要介紹“極目云智（軟探針）”系統(tǒng)對家庭網(wǎng)絡內(nèi)網(wǎng)質(zhì)量進行評估和質(zhì)差定位的技術(shù)方案。隨著新技術(shù)的不斷引入，后續(xù)將在如下幾方面開展探索，以有效提高家庭網(wǎng)絡質(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)體驗的前提下，不斷增強網(wǎng)關(guān)隨流檢測與分析能力，實現(xiàn)對業(yè)務感知更細致、更實時的監(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)絡質(zhì)量提升領域的應用。中國移動致力于推動網(wǎng)絡運維工作的數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級，計劃于2025年將網(wǎng)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(shù)，基于軟探針采集的家庭室內(nèi)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，可以更及時、有效地發(fā)現(xiàn)質(zhì)差網(wǎng)絡。

三是推動FTTR和Wi-Fi 6技術(shù)的現(xiàn)網(wǎng)應用，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)的應用，打牢家寬網(wǎng)絡質(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主從網(wǎng)關(guān)協(xié)議接口來讀取從網(wǎng)關(guān)相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)。可考慮在從網(wǎng)關(guān)中部署軟探針，從而更準確、更全面地收集質(zhì)量數(shù)據(jù)。

編輯：黃飛

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