Aufbauend auf jahrelanger Forschungs- und Entwicklungserfahrung im Bereich Internet-Hardware erörtern wir Technologien und Lösungen zur Qualitätssicherung von Heim-Breitbandnetzen. Zunächst analysieren wir die aktuelle Situation der Heim-Breitbandnetzqualität und fassen verschiedene Faktoren wie Glasfaser, Gateways, Router, WLAN und Benutzerinteraktionen zusammen, die Qualitätsprobleme verursachen können. Anschließend stellen wir die neuen Technologien zur Verbesserung der Netzwerkabdeckung in Innenräumen vor, die durch Wi-Fi 6 und FTTR (Fiber To The Room) gekennzeichnet sind.
1. Analyse der Qualitätsprobleme von Heim-Breitbandnetzen in Innenräumen
Im Zuge dessenFTTHBei Glasfaseranschlüssen (Fiber-to-Home) kann die vom Gateway empfangene optische Leistung aufgrund der optischen Übertragungsdistanz, der Dämpfung durch optische Aufteilung und Verbindungsgeräte sowie der Faserbiegung gering und die Bitfehlerrate hoch sein, was zu einer Erhöhung der Paketverlustrate bei der Übertragung von Diensten höherer Schichten führt.
Die Hardwareleistung älterer Gateways ist jedoch generell gering, und Probleme wie hohe CPU- und Speicherauslastung sowie Überhitzung treten häufig auf, was zu unerwarteten Neustarts und Abstürzen führen kann. Ältere Gateways unterstützen in der Regel keine Gigabit-Netzwerkgeschwindigkeiten und weisen teilweise veraltete Chips auf. Dies führt zu einer großen Diskrepanz zwischen der tatsächlichen und der theoretischen Netzwerkgeschwindigkeit und schränkt die Möglichkeiten zur Verbesserung des Online-Erlebnisses der Nutzer weiter ein. Aktuell ist noch immer ein gewisser Anteil der Smart-Home-Gateways im Einsatz, die seit drei Jahren oder länger genutzt werden, und muss dringend ersetzt werden.
Das 2,4-GHz-Frequenzband ist das ISM-Frequenzband (Industrie, Wissenschaft, Medizin). Es wird häufig für Funknetze wie WLAN, WLAN, Bluetooth und Punkt-zu-Punkt- bzw. Punkt-zu-Mehrpunkt-Spreizspektrum-Kommunikationssysteme genutzt, da die Frequenzressourcen und die Bandbreite begrenzt sind. Aktuell unterstützen noch immer einige Gateways im bestehenden Netzwerk das 2,4-GHz-WLAN-Frequenzband, wodurch das Problem von Frequenzüberschneidungen und Interferenzen benachbarter Frequenzen verstärkt auftritt.
Aufgrund von Softwarefehlern und unzureichender Hardwareleistung einiger Gateways kommt es häufig zu PPPoE-Verbindungsabbrüchen und Neustarts der Gateways, was zu häufigen Unterbrechungen des Internetzugangs für die Nutzer führt. Nach einer passiven Unterbrechung der PPPoE-Verbindung (z. B. durch eine Unterbrechung der Uplink-Übertragung) verwenden die Gateway-Hersteller uneinheitliche Implementierungsstandards für die WAN-Port-Erkennung und die erneute PPPoE-Einwahl. Einige Gateways erkennen die Verbindung alle 20 Sekunden und versuchen die erneute Einwahl erst nach 30 fehlgeschlagenen Versuchen. Dadurch dauert es bis zu 10 Minuten, bis das Gateway nach einer passiven Unterbrechung die PPPoE-Wiederherstellung automatisch initiiert, was die Nutzererfahrung erheblich beeinträchtigt.
Immer mehr Heimnetzwerke werden mit Routern (im Folgenden „Router“ genannt) ausgestattet. Viele dieser Router unterstützen jedoch nur 100-Mbit/s-WAN-Anschlüsse oder ausschließlich Wi-Fi 4 (802.11b/g/n).
Einige Routerhersteller bieten immer noch nur einen WAN-Anschluss oder ein WLAN-Protokoll mit Gigabit-Geschwindigkeit und fungieren somit als „Pseudo-Gigabit“-Router. Zudem ist der Router über ein Netzwerkkabel mit dem Gateway verbunden, wobei es sich meist um ein Kategorie-5- oder Super-Kategorie-5-Kabel handelt, das eine geringe Lebensdauer und schwache Störfestigkeit aufweist und in der Regel nur 100 Mbit/s unterstützt. Weder die genannten Router noch die Netzwerkkabel erfüllen die Anforderungen zukünftiger Gigabit- und Super-Gigabit-Netzwerke. Aufgrund von Produktmängeln starten manche Router häufig neu, was die Benutzerfreundlichkeit erheblich beeinträchtigt.
WLAN ist die gängigste Methode zur drahtlosen WLAN-Abdeckung in Innenräumen. Viele Heim-Gateways befinden sich jedoch in sogenannten „Schwachstromkästen“ an der Haustür. Aufgrund der Position dieser Kästen, des Materials ihrer Abdeckung und der oft komplexen Hausstruktur reicht das WLAN-Signal nicht aus, um alle Bereiche im Haus abzudecken. Je weiter das Endgerät vom WLAN-Zugangspunkt entfernt ist, desto mehr Hindernisse gibt es und desto größer ist der Signalverlust. Dies kann zu instabilen Verbindungen und Datenverlusten führen.
Bei der Vernetzung mehrerer Wi-Fi-Geräte in Innenräumen kommt es aufgrund ungeeigneter Kanaleinstellungen häufig zu Interferenzen durch gleiche Frequenzen und benachbarte Kanäle, was die Wi-Fi-Rate weiter verringert.
Manche Nutzer verbinden ihren Router aufgrund mangelnder Erfahrung mit dem Gateway, indem sie ihn an einen Nicht-Gigabit-Netzwerkanschluss anschließen oder das Netzwerkkabel nicht fest genug verbinden, was zu Wackelkontakten führt. In solchen Fällen erhalten Nutzer, selbst mit einem Gigabit-Anschluss oder einem Gigabit-Router, keine stabile Gigabit-Verbindung, was die Fehlerbehebung für die Netzbetreiber erschwert.
Manche Nutzer haben zu viele Geräte (mehr als 20) mit dem WLAN in ihrem Haus verbunden oder mehrere Anwendungen laden gleichzeitig Dateien mit hoher Geschwindigkeit herunter, was ebenfalls zu ernsthaften WLAN-Kanalkonflikten und instabilen WLAN-Verbindungen führen kann.
Manche Nutzer verwenden alte Endgeräte, die nur das 2,4-GHz-WLAN-Frequenzband oder ältere WLAN-Protokolle unterstützen, sodass sie kein stabiles und schnelles Interneterlebnis haben können.
2. Neue Technologien zur Verbesserung des Indoor-NetzwerksQQualität
Dienste mit hoher Bandbreite und geringer Latenz wie 4K/8K-HD-Video, AR/VR, Online-Bildung und Homeoffice werden zunehmend zu unverzichtbaren Anforderungen für Privatanwender. Dies stellt höhere Anforderungen an die Qualität des Heimbreitbandnetzes, insbesondere des Breitbandnetzes in Innenräumen. Das bestehende Heimbreitbandnetz auf Basis von FTTH (Fiber to the House) kann diese Anforderungen bisher nur schwer erfüllen. Wi-Fi 6 und FTTR hingegen können diese Anforderungen besser erfüllen und sollten daher schnellstmöglich flächendeckend eingeführt werden.
Wi-Fi 6
Im Jahr 2019 gab die Wi-Fi Alliance der 802.11ax-Technologie den Namen Wi-Fi 6 und den vorherigen Technologien 802.11ax und 802.11n die Namen Wi-Fi 5 bzw. Wi-Fi 4.
Wi-Fi 6Durch die Einführung von OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), MU-MIMO (Multi-User Multiple-Input Multiple-Output), 1024QAM (Quadrature Amplitude Modulation) und weiteren neuen Technologien kann die theoretische maximale Downloadrate 9,6 Gbit/s erreichen. Verglichen mit den weit verbreiteten Wi-Fi-4- und Wi-Fi-5-Technologien bietet es eine höhere Übertragungsrate, eine höhere Parallelitätsfähigkeit, eine geringere Dienstverzögerung, eine größere Reichweite und einen geringeren Stromverbrauch der Endgeräte.
FTTRTTechnologie
FTTR bezeichnet die Installation von rein optischen Gateways und Subgeräten in Privathaushalten auf Basis von FTTH und die Realisierung der Glasfaserkommunikation bis in die Wohnräume der Nutzer.PONTechnologie.
Das FTTR-Hauptgateway bildet das Herzstück des FTTR-Netzwerks. Es ist mit dem OLT (Optical Landing Terminal) verbunden, um Glasfaseranschlüsse bis ins Haus (Fiber to the Home, FTTH) bereitzustellen, und verfügt über optische Ports zur Anbindung mehrerer FTTR-Slave-Gateways. Die FTTR-Slave-Gateways kommunizieren über WLAN- und Ethernet-Schnittstellen mit den Endgeräten, fungieren als Datenbrücke zur Weiterleitung der Daten der Endgeräte an das Hauptgateway und übernehmen dessen Verwaltung und Steuerung. Die FTTR-Netzwerkstruktur ist in der Abbildung dargestellt.
Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden wie Netzwerkkabelnetzwerken, Stromleitungsnetzwerken und drahtlosen Netzwerken bieten FTTR-Netzwerke folgende Vorteile.
Erstens bietet die Netzwerkausrüstung eine höhere Leistung und Bandbreite. Die Glasfaserverbindung zwischen Master- und Slave-Gateway ermöglicht die Gigabit-Bandbreite in jedem Raum des Nutzers und verbessert die Qualität des Heimnetzwerks in jeder Hinsicht. Das FTTR-Netzwerk bietet 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, und sowohl das Master- 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 Netzwerkaufbau, Endgeräte und Benutzergeräte beeinflusst. Daher ist die Lokalisierung von Qualitätsproblemen im laufenden Betrieb eine Herausforderung. Jedes Telekommunikationsunternehmen bzw. jeder Netzbetreiber entwickelt eigene Lösungsansätze. Beispiele hierfür sind technische Lösungen zur Bewertung der Heimnetzwerkqualität und zur Lokalisierung von Qualitätsproblemen; die kontinuierliche Erforschung des Einsatzes von Big Data und künstlicher Intelligenz zur Verbesserung der Qualität von Heimnetzwerken; die Förderung des Einsatzes von FTTR- und Wi-Fi 6-Technologien für eine breite Netzwerkabdeckung und vieles mehr.
Veröffentlichungsdatum: 08. Mai 2023