تحقیق در مورد مشکلات کیفیت شبکه داخلی پهن باند خانگی

بر اساس سال‌ها تجربه تحقیق و توسعه در تجهیزات اینترنت، ما در مورد فناوری‌ها و راه‌حل‌های تضمین کیفیت شبکه داخلی پهن‌باند خانگی بحث کردیم. ابتدا، وضعیت فعلی کیفیت شبکه داخلی پهن‌باند خانگی را تجزیه و تحلیل می‌کنیم و عوامل مختلفی مانند فیبر نوری، دروازه‌ها، روترها، وای‌فای و عملیات کاربر که باعث مشکلات کیفیت شبکه داخلی پهن‌باند خانگی می‌شوند را خلاصه می‌کنیم. در مرحله دوم، فناوری‌های جدید پوشش شبکه داخلی با مشخصه Wi-Fi 6 و FTTR (فیبر به اتاق) معرفی خواهند شد.

۱. تحلیل مشکلات کیفیت شبکه داخلی پهن‌باند خانگی

در فرآیند FTTH (فیبر به خانه)، به دلیل تأثیر فاصله انتقال نوری، تقسیم نوری و از بین رفتن دستگاه اتصال و خم شدن فیبر نوری، ممکن است توان نوری دریافتی توسط دروازه کم و نرخ خطای بیت بالا باشد که منجر به افزایش نرخ از دست رفتن بسته در انتقال سرویس لایه بالایی می‌شود.

با این حال، عملکرد سخت‌افزاری دروازه‌های قدیمی عموماً پایین است و مشکلاتی مانند استفاده زیاد از پردازنده و حافظه و گرمای بیش از حد تجهیزات مستعد بروز هستند که منجر به راه‌اندازی مجدد غیرطبیعی و از کار افتادن دروازه‌ها می‌شود. دروازه‌های قدیمی عموماً از سرعت شبکه گیگابیت پشتیبانی نمی‌کنند و برخی از دروازه‌های قدیمی نیز مشکلاتی مانند تراشه‌های قدیمی دارند که منجر به شکاف بزرگی بین مقدار واقعی سرعت اتصال شبکه و مقدار نظری می‌شود و این امر امکان بهبود تجربه آنلاین کاربر را بیشتر محدود می‌کند. در حال حاضر، دروازه‌های خانه هوشمند قدیمی که به مدت ۳ سال یا بیشتر در شبکه زنده استفاده شده‌اند، هنوز بخش خاصی را اشغال می‌کنند و نیاز به تعویض دارند.

باند فرکانسی ۲.۴ گیگاهرتز، باند فرکانسی ISM (صنعتی-علمی-پزشکی) است. این باند به عنوان یک باند فرکانسی رایج برای ایستگاه‌های رادیویی مانند شبکه محلی بی‌سیم، سیستم دسترسی بی‌سیم، سیستم بلوتوث، سیستم ارتباطی طیف گسترده نقطه به نقطه یا نقطه به چند نقطه، با منابع فرکانسی کم و پهنای باند محدود استفاده می‌شود. در حال حاضر، هنوز بخش مشخصی از دروازه‌ها از باند فرکانسی Wi-Fi 2.4 گیگاهرتز در شبکه موجود پشتیبانی می‌کنند و مشکل تداخل فرکانسی هم فرکانس/مجاور برجسته‌تر است.

به دلیل اشکالات نرم‌افزاری و عملکرد ناکافی سخت‌افزاری برخی از درگاه‌ها، اتصالات PPPoE مرتباً قطع می‌شوند و درگاه‌ها مرتباً مجدداً راه‌اندازی می‌شوند که منجر به قطع مکرر دسترسی به اینترنت برای کاربران می‌شود. پس از قطع اتصال PPPoE به صورت غیرفعال (به عنوان مثال، قطع لینک انتقال آپ‌لینک)، هر سازنده درگاه، استانداردهای پیاده‌سازی متناقضی برای تشخیص پورت WAN و انجام مجدد شماره‌گیری PPPoE دارد. برخی از درگاه‌های تولیدکنندگان هر 20 ثانیه یک بار تشخیص می‌دهند و تنها پس از 30 تشخیص ناموفق، مجدداً شماره‌گیری می‌کنند. در نتیجه، 10 دقیقه طول می‌کشد تا درگاه پس از آفلاین شدن غیرفعال، به طور خودکار پخش مجدد PPPoE را آغاز کند که این امر به طور جدی بر تجربه کاربر تأثیر می‌گذارد.

تعداد فزاینده‌ای از کاربران خانگی، درگاه‌های ارتباطی خود را با روترها (که از این پس «روتر» نامیده می‌شوند) پیکربندی می‌کنند. در میان این روترها، تعداد قابل توجهی از آنها فقط از ۱۰۰ میلیون پورت WAN پشتیبانی می‌کنند، یا (و) فقط از Wi-Fi 4 (802.11b/g/n) پشتیبانی می‌کنند.

برخی از روترهای تولیدکنندگان هنوز فقط یکی از پورت‌های WAN یا پروتکل‌های Wi-Fi را دارند که از سرعت شبکه گیگابیت پشتیبانی می‌کنند و به روترهای «شبه گیگابیت» تبدیل می‌شوند. علاوه بر این، روتر از طریق کابل شبکه به گیت‌وی متصل می‌شود و کابل شبکه مورد استفاده کاربران اساساً یک کابل رده ۵ یا سوپر رده ۵ است که عمر کوتاهی دارد و قابلیت ضد تداخل ضعیفی دارد و اکثر آنها فقط از سرعت ۱۰۰ مگابایت پشتیبانی می‌کنند. هیچ یک از روترها و کابل‌های شبکه ذکر شده در بالا نمی‌توانند الزامات تکامل شبکه‌های گیگابیت و سوپر گیگابیت بعدی را برآورده کنند. برخی از روترها به دلیل مشکلات کیفیت محصول مرتباً مجدداً راه‌اندازی می‌شوند و این امر به طور جدی بر تجربه کاربر تأثیر می‌گذارد.

وای‌فای روش اصلی پوشش بی‌سیم داخلی است، اما بسیاری از گیت‌وی‌های خانگی در جعبه‌های جریان ضعیف در درب منزل کاربر قرار می‌گیرند. با توجه به محل جعبه جریان ضعیف، جنس پوشش و نوع پیچیده خانه، سیگنال وای‌فای برای پوشش همه مناطق داخلی کافی نیست. هرچه دستگاه ترمینال از نقطه دسترسی وای‌فای دورتر باشد، موانع بیشتری وجود دارد و افت قدرت سیگنال بیشتر می‌شود که ممکن است منجر به اتصال ناپایدار و از دست رفتن بسته‌های داده شود.

در مورد شبکه‌سازی داخلی چندین دستگاه وای‌فای، مشکلات تداخل فرکانس یکسان و کانال‌های مجاور اغلب به دلیل تنظیمات غیرمنطقی کانال رخ می‌دهد و باعث کاهش بیشتر سرعت وای‌فای می‌شود.

وقتی برخی از کاربران به دلیل نداشتن تجربه حرفه‌ای، روتر را به درگاه شبکه غیرگیگابیتی درگاه متصل می‌کنند، ممکن است روتر را به پورت شبکه غیرگیگابیتی آن متصل کنند، یا ممکن است کابل شبکه را محکم وصل نکنند که منجر به شل شدن درگاه‌های شبکه می‌شود. در این موارد، حتی اگر کاربر در سرویس گیگابیت مشترک شود یا از روتر گیگابیت استفاده کند، نمی‌تواند به سرویس‌های گیگابیت پایدار دسترسی پیدا کند که این امر نیز چالش‌هایی را برای اپراتورها در مواجهه با خطاها به همراه دارد.

برخی از کاربران دستگاه‌های متصل به وای‌فای زیادی در خانه‌های خود دارند (بیش از 20 دستگاه) یا چندین برنامه همزمان فایل‌ها را با سرعت بالا دانلود می‌کنند که این امر باعث تداخل جدی کانال‌های وای‌فای و اتصالات وای‌فای ناپایدار می‌شود.

برخی از کاربران از ترمینال‌های قدیمی استفاده می‌کنند که فقط از باند فرکانسی Wi-Fi تک فرکانسی ۲.۴ گیگاهرتز یا پروتکل‌های قدیمی‌تر Wi-Fi پشتیبانی می‌کنند، بنابراین نمی‌توانند از اینترنت پایدار و پرسرعت بهره‌مند شوند.

۲. فناوری‌های جدید برای بهبود کیفیت شبکه داخلی

سرویس‌های پهنای باند بالا و تأخیر کم مانند ویدیوهای با کیفیت بالا 4K/8K، واقعیت افزوده/واقعیت مجازی، آموزش آنلاین و دفتر کار خانگی به تدریج به نیازهای اساسی کاربران خانگی تبدیل می‌شوند. این امر الزامات بالاتری را در مورد کیفیت شبکه پهن باند خانگی، به ویژه کیفیت شبکه پهن باند خانگی داخلی، مطرح می‌کند. شبکه پهن باند خانگی داخلی موجود مبتنی بر فناوری FTTH (فیبر به خانه، فیبر به خانه) در برآورده کردن الزامات فوق دشوار بوده است. با این حال، فناوری‌های Wi-Fi 6 و FTTR می‌توانند الزامات خدمات فوق را بهتر برآورده کنند و باید در اسرع وقت در مقیاس وسیع مستقر شوند.

وای فای ۶

در سال ۲۰۱۹، اتحادیه وای‌فای، فناوری ۸۰۲.۱۱ax را وای‌فای ۶ و فناوری‌های قبلی ۸۰۲.۱۱ax و ۸۰۲.۱۱n را به ترتیب وای‌فای ۵ و وای‌فای ۴ نامگذاری کرد.

وای‌فای ۶ فناوری‌های OFDMA (دسترسی چندگانه تقسیم فرکانس متعامد، Orthogonal Frequency Division Multiple Access)، MU-MIMO (فناوری چند ورودی چند خروجی چند کاربره، چند ورودی چند خروجی چند کاربره)، 1024QAM (مدولاسیون دامنه تربیعی، مدولاسیون دامنه تربیعی) و سایر فناوری‌های جدید را معرفی می‌کند و حداکثر سرعت دانلود نظری آن می‌تواند به 9.6 گیگابیت بر ثانیه برسد. در مقایسه با پرکاربردترین فناوری‌های وای‌فای ۴ و وای‌فای ۵ در صنعت، این فناوری از سرعت انتقال بالاتر، قابلیت همزمانی بیشتر، تأخیر سرویس کمتر، پوشش وسیع‌تر و مصرف توان ترمینال کمتری برخوردار است.

فناوری FTTR

FTTR به استقرار دروازه‌ها و زیردستگاه‌های تمام نوری در خانه‌ها بر اساس FTTH و تحقق پوشش ارتباطی فیبر نوری به اتاق‌های کاربران از طریق فناوری PON اشاره دارد.

دروازه اصلی FTTR هسته شبکه FTTR است. این دروازه از بالا به OLT متصل می‌شود تا فیبر نوری به خانه را فراهم کند و از پایین به پایین برای فراهم کردن پورت‌های نوری برای اتصال چندین دروازه فرعی FTTR. دروازه فرعی FTTR از طریق رابط‌های Wi-Fi و اترنت با تجهیزات ترمینال ارتباط برقرار می‌کند، یک عملکرد پل زدن برای ارسال داده‌های تجهیزات ترمینال به دروازه اصلی فراهم می‌کند و مدیریت و کنترل دروازه اصلی FTTR را می‌پذیرد. شبکه FTTR در شکل نشان داده شده است.

در مقایسه با روش‌های سنتی مانند شبکه‌سازی کابلی، شبکه‌سازی خطوط برق و شبکه‌سازی بی‌سیم، شبکه‌های FTTR مزایای زیر را دارند.

اول، تجهیزات شبکه عملکرد بهتر و پهنای باند بالاتری دارند. اتصال فیبر نوری بین دروازه اصلی و دروازه فرعی می‌تواند پهنای باند گیگابیت را به هر اتاق کاربر گسترش دهد و کیفیت شبکه خانگی کاربر را از همه جنبه‌ها بهبود بخشد. شبکه FTTR مزایای بیشتری در پهنای باند انتقال و پایداری دارد.

مورد دوم، پوشش بهتر وای‌فای و کیفیت بالاتر است. وای‌فای ۶ پیکربندی استاندارد دروازه‌های FTTR است و هم دروازه اصلی و هم دروازه فرعی می‌توانند اتصالات وای‌فای را فراهم کنند و به طور مؤثر پایداری شبکه وای‌فای و قدرت پوشش سیگنال را بهبود بخشند.

کیفیت اینترانت شبکه خانگی تحت تأثیر عواملی مانند طرح شبکه خانگی، تجهیزات کاربر و ترمینال‌های کاربر قرار دارد. بنابراین، یافتن و یافتن کیفیت پایین شبکه خانگی یک مشکل دشوار در شبکه زنده است. هر شرکت ارتباطی یا ارائه دهنده خدمات شبکه به ترتیب راه حل خود را ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، راه حل‌های فنی برای ارزیابی کیفیت اینترانت شبکه خانگی و یافتن کیفیت پایین؛ ادامه بررسی کاربرد کلان داده و فناوری هوش مصنوعی در زمینه بهبود کیفیت شبکه‌های داخلی پهن باند خانگی؛ ترویج کاربرد فناوری FTTR و Wi-Fi 6، پایگاه کیفیت شبکه گسترده و موارد دیگر.