Basierend auf langjähriger Forschungs- und Entwicklungserfahrung im Bereich Internetausrüstung diskutieren wir Technologien und Lösungen zur Qualitätssicherung von Breitband-Heimnetzwerken. Zunächst analysieren wir die aktuelle Situation der Breitband-Heimnetzwerkqualität und fassen verschiedene Faktoren wie Glasfaser, Gateways, Router, WLAN und Benutzerverhalten zusammen, die Qualitätsprobleme verursachen. Anschließend werden die neuen Technologien für die Netzwerkabdeckung in Innenräumen vorgestellt, die durch Wi-Fi 6 und FTTR (Fiber To The Room) gekennzeichnet sind.
1. Analyse von Qualitätsproblemen des Breitband-Innennetzwerks
Im Zuge derFTTH(Fiber-to-Home): Aufgrund der Einflüsse der optischen Übertragungsdistanz, der optischen Aufteilung und des Verlusts von Verbindungsgeräten sowie der Biegung der Glasfaser kann die vom Gateway empfangene optische Leistung gering und die Bitfehlerrate hoch sein, was zu einer Erhöhung der Paketverlustrate bei der Übertragung von Diensten der oberen Schicht führt. Die Rate sinkt.
Die Hardwareleistung älterer Gateways ist jedoch in der Regel gering. Probleme wie hohe CPU- und Speicherauslastung sowie Überhitzung der Geräte können auftreten, was zu ungewöhnlichen Neustarts und Abstürzen der Gateways führen kann. Ältere Gateways unterstützen in der Regel keine Gigabit-Netzwerkgeschwindigkeiten. Einige ältere Gateways weisen zudem Probleme wie veraltete Chips auf, wodurch die tatsächliche Geschwindigkeit der Netzwerkverbindung stark vom theoretischen Wert abweicht und die Online-Nutzung weiter eingeschränkt wird. Derzeit belegen ältere Smart-Home-Gateways, die seit mindestens drei Jahren im Live-Netzwerk genutzt werden, noch einen gewissen Anteil und müssen ersetzt werden.
Das 2,4-GHz-Frequenzband ist das ISM-Frequenzband (Industrial-Scientific-Medical). Es wird als gemeinsames Frequenzband für Funkstationen wie drahtlose lokale Netzwerke, drahtlose Zugangssysteme, Bluetooth-Systeme sowie Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Spread-Spectrum-Kommunikationssysteme genutzt und verfügt über begrenzte Frequenzressourcen und eine begrenzte Bandbreite. Derzeit unterstützt noch ein gewisser Anteil der Gateways im bestehenden Netzwerk das 2,4-GHz-WLAN-Frequenzband, und das Problem der Interferenzen zwischen benachbarten Frequenzen ist stärker ausgeprägt.
Aufgrund von Softwarefehlern und unzureichender Hardwareleistung einiger Gateways werden PPPoE-Verbindungen häufig unterbrochen und Gateways neu gestartet, was zu häufigen Unterbrechungen des Internetzugangs für Benutzer führt. Nach einer passiven Unterbrechung der PPPoE-Verbindung (z. B. durch Unterbrechung der Uplink-Übertragungsverbindung) hat jeder Gateway-Hersteller unterschiedliche Implementierungsstandards für die WAN-Port-Erkennung und die erneute PPPoE-Wahl. Die Gateways einiger Hersteller erkennen alle 20 Sekunden und wählen erst nach 30 fehlgeschlagenen Erkennungen erneut. Infolgedessen dauert es 10 Minuten, bis das Gateway nach einer passiven Offline-Verbindung automatisch die PPPoE-Wiederherstellung startet, was die Benutzererfahrung erheblich beeinträchtigt.
Immer mehr Benutzer konfigurieren ihre Heim-Gateways mit Routern (nachfolgend „Router“ genannt). Viele dieser Router unterstützen nur 100-Megabit-WAN-Ports oder (und) nur Wi-Fi 4 (802.11b/g/n).
Die Router einiger Hersteller verfügen immer noch nur über einen WAN-Port oder ein WLAN-Protokoll, das Gigabit-Netzwerkgeschwindigkeiten unterstützt, und werden so zu „Pseudo-Gigabit“-Routern. Der Router ist zudem über ein Netzwerkkabel mit dem Gateway verbunden. Das verwendete Netzwerkkabel ist im Wesentlichen ein Kabel der Kategorie 5 oder Super-Kategorie 5, das eine kurze Lebensdauer und geringe Entstörungsfähigkeit aufweist und meist nur 100 Mbit/s unterstützt. Keiner der oben genannten Router und Netzwerkkabel kann die Anforderungen zukünftiger Gigabit- und Super-Gigabit-Netzwerke erfüllen. Einige Router starten aufgrund von Qualitätsproblemen häufig neu, was die Benutzerfreundlichkeit erheblich beeinträchtigt.
WLAN ist die gängigste Methode zur drahtlosen Abdeckung in Innenräumen. Viele Home-Gateways sind jedoch in Schwachstromkästen direkt an der Haustür installiert. Abhängig vom Standort des Schwachstromkastens, dem Material der Abdeckung und der jeweiligen Hausart reicht das WLAN-Signal nicht aus, um alle Innenbereiche abzudecken. Je weiter das Endgerät vom WLAN-Zugangspunkt entfernt ist, desto mehr Hindernisse gibt es und desto stärker sinkt die Signalstärke, was zu instabilen Verbindungen und Datenpaketverlusten führen kann.
Bei der Vernetzung mehrerer WLAN-Geräte in Innenräumen kommt es aufgrund ungeeigneter Kanaleinstellungen häufig zu Interferenzen auf gleicher Frequenz und benachbarten Kanälen, was die WLAN-Rate weiter reduziert.
Wenn manche Benutzer den Router mit dem Gateway verbinden, kann es aufgrund mangelnder Erfahrung passieren, dass sie den Router an den Nicht-Gigabit-Netzwerkanschluss des Gateways anschließen oder das Netzwerkkabel nicht richtig anschließen, was zu losen Netzwerkanschlüssen führt. In diesen Fällen kann der Benutzer selbst mit einem Gigabit-Dienst oder einem Gigabit-Router keinen stabilen Gigabit-Dienst nutzen, was die Betreiber vor die Herausforderung stellt, mit Störungen umzugehen.
Manche Benutzer haben zu viele Geräte zu Hause mit dem WLAN verbunden (mehr als 20) oder mehrere Anwendungen laden gleichzeitig Dateien mit hoher Geschwindigkeit herunter, was ebenfalls zu schwerwiegenden WLAN-Kanalkonflikten und instabilen WLAN-Verbindungen führen kann.
Einige Benutzer verwenden alte Terminals, die nur das einfrequente WLAN-Frequenzband von 2,4 GHz oder ältere WLAN-Protokolle unterstützen, sodass sie kein stabiles und schnelles Interneterlebnis erzielen können.
2. Neue Technologien zur Verbesserung des Indoor-NetzwerksQQualität
Dienste mit hoher Bandbreite und geringer Latenz wie hochauflösende 4K/8K-Videos, AR/VR, Online-Bildung und Homeoffice werden zunehmend zu einem unverzichtbaren Bedürfnis von Privatanwendern. Dies stellt höhere Anforderungen an die Qualität des Breitbandnetzes, insbesondere an die Qualität des Breitband-Innenraumnetzes. Das bestehende Breitband-Innenraumnetz auf Basis von FTTH (Fiber To The House, Glasfaser bis ins Haus) konnte diese Anforderungen bisher nur schwer erfüllen. Wi-Fi 6 und FTTR-Technologien können diese Serviceanforderungen jedoch besser erfüllen und sollten so schnell wie möglich flächendeckend eingesetzt werden.
WLAN 6
Im Jahr 2019 benannte die Wi-Fi Alliance die 802.11ax-Technologie Wi-Fi 6 und die vorherigen 802.11ax- und 802.11n-Technologien Wi-Fi 5 bzw. Wi-Fi 4.
WLAN 6Mit der Einführung von OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output-Technologie), 1024QAM (Quadrature Amplitude Modulation) und anderen neuen Technologien kann die theoretische maximale Downloadrate 9,6 Gbit/s erreichen. Im Vergleich zu den branchenweit am weitesten verbreiteten Wi-Fi 4- und Wi-Fi 5-Technologien bietet es eine höhere Übertragungsrate, mehr Gleichzeitigkeit, geringere Serviceverzögerungen, eine größere Abdeckung und einen geringeren Stromverbrauch des Terminals.
FTTRTTechnologie
FTTR bezeichnet den Einsatz rein optischer Gateways und Subgeräte in Haushalten auf Basis von FTTH und die Realisierung der Glasfaserkommunikationsabdeckung bis in die Benutzerräume durchPONTechnologie.
Das FTTR-Hauptgateway bildet den Kern des FTTR-Netzwerks. Es ist nach oben mit dem OLT verbunden, um Glasfaser bis ins Haus bereitzustellen, und nach unten, um optische Ports für den Anschluss mehrerer FTTR-Slave-Gateways bereitzustellen. Das FTTR-Slave-Gateway kommuniziert über WLAN- und Ethernet-Schnittstellen mit dem Endgerät, bietet eine Bridging-Funktion zur Weiterleitung der Endgerätedaten an das Hauptgateway und übernimmt die Verwaltung und Steuerung des FTTR-Hauptgateways. Das FTTR-Netzwerk ist in der Abbildung dargestellt.
Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wie Netzwerkkabelnetzwerken, Stromleitungsnetzwerken und drahtlosen Netzwerken bieten FTTR-Netzwerke die folgenden Vorteile.
Erstens bietet die Netzwerkausrüstung eine bessere Leistung und höhere Bandbreite. Die Glasfaserverbindung zwischen Master- und Slave-Gateway kann die Gigabit-Bandbreite in jeden Raum des Benutzers erweitern und die Qualität des Heimnetzwerks des Benutzers in allen Aspekten verbessern. Das FTTR-Netzwerk bietet weitere Vorteile hinsichtlich Übertragungsbandbreite und Stabilität.
Der zweite Vorteil ist eine bessere WLAN-Abdeckung und höhere Qualität. Wi-Fi 6 ist die Standardkonfiguration von FTTR-Gateways. Sowohl das Master-Gateway als auch das Slave-Gateway können WLAN-Verbindungen bereitstellen, wodurch die Stabilität des WLAN-Netzwerks und die Signalstärke effektiv verbessert werden.
Die Qualität des Heimnetzwerks wird durch Faktoren wie dessen Layout, die Benutzerausrüstung und die Benutzerterminals beeinflusst. Daher ist es schwierig, die schlechte Qualität des Heimnetzwerks im Live-Netzwerk zu erkennen und zu lokalisieren. Jedes Kommunikationsunternehmen und jeder Netzwerkdienstanbieter bietet hierfür eigene Lösungen an. Beispielsweise werden technische Lösungen zur Bewertung der Qualität des Heimnetzwerks und zur Lokalisierung schlechter Qualität entwickelt; die Anwendung von Big Data und künstlicher Intelligenz zur Verbesserung der Qualität von Breitband-Heimnetzwerken wird weiter erforscht; der Einsatz von FTTR- und Wi-Fi 6-Technologien wird gefördert, um eine breite Netzwerkqualitätsbasis zu schaffen und vieles mehr.
Beitragszeit: 08. Mai 2023