作者 | 寇春花，单位：中国移动智慧家庭运营中心

​Labs 导读

FTTR（光纤到房间）是新一代家庭组网技术。光纤代替传统网线铺设到家庭的每个房间（客厅、卧室、厨房、卫生间、阳台等），轻松实现千兆宽带全覆盖。FTTR组网由主网关、从网关、光网络构成，具有高带宽、真千兆到房间、无缝漫游、无感知切换的优点。轻松实现8K电视、VR在线教育、在线办公、赛事直播、云游戏、智慧家庭的网络需求。手机、平板电脑、笔记本电脑、智能音箱、智能家电一键接入。现有的网关管理平台只负责网关和机顶盒的管理，组网管理平台只负责路由器的管理。随着FTTR组网技术的发展，这两个管理平台的功能无法适应新设备的管理需求。FTTR全光网络管理平台应运而生，实现主从一张网的统一管理。为装维排障、新装验收、质差治理、装维随销、客服线上营销等多个场景服务，为全网FTTR业务快速发展和运营提供有力保障。

Part 01 家庭网络管理现状 

目前家庭网络的核心设备网关和路由器分别由省级数字家庭的各个子系统管理。网关由终端管理平台和软探针管理平台进行纳管和数据分析。路由器由组网管理平台进行纳管和数据分析，如下图所示。

现有方案存在的主要问题是无法做到统一管理。在网关管理系统里，可以通过获取下挂设备来找到路由器，但由于设备厂商众多，存在网关采集不到下挂设备的情况。而路由器的管理平台里，也并非都能准确关联到网关，所以不能完整展示一张家庭网络拓扑图并有效定位家庭网络问题。

Part 02 FTTR全光网络管理平台 

在FTTR全光网络下，原来的网关称之为主网关，原来的路由器变成光路由器，称之为从网关，或者子网关。光纤代替网线。在组网时，有P2P和P2MP两种方式。P2P方式是在主网关内部进行光交换，主网关的每个下行Lan口都为光口，下联从网关。P2MP是主网关只有1个下行光口，通过外接分光器下联从网关。在xgpon协议下，下行速率可达10gbps。在这种新型网络下，需要新的管理平台来进行统一管理。FTTR全光网络管理平台应运而生，结构图如下。

相比于现有的管理系统，FTTR全光网络管理平台进行了以下变革。

- 通过MQTT协议来与主网关交互

MQTT协议是一种消息列队传输协议，采用订阅、发布机制，订阅者只接收自己已经订阅的数据，非订阅数据则不接收，既保证了必要的数据的交换，又避免了无效数据造成的储存与处理。因此在物联网中得到广泛的应用。现有管理系统主要是通过tr069协议反连设备、下发操作命令，或者通过周期心跳，将命令下发下去，这种方式效率不高，而且反连还有一定的失败率。也无法实时准确的感知设备在线离线状态。MQTT是基于TCP长连接，稳定可靠高效，实时下发指令，感知设备在线离线状态。管理平台的MQTT协议栈层次如下。

- 主网关管理从网关

主网关和从网关不再是独立的个体，他们是一个整体。从网关需要向主网关发起注册，上报数据，并接收主网关的指令并执行。主网关代理了从网关的所有功能，与平台进行交互。

管理平台的架构设计图。

  • MQTT-Server：根据MQTT协议，通过主题发布和订阅机制，与网关进行交互，收发消息。支持TCP加密和SSL两种模式，保证报文安全。
  • fttr-acs：向MQTT-Server共享订阅主题（共享订阅可以实现acs的负载平衡，避免消息去重的麻烦），接收网关消息，并将消息发送到kafka消息队列中，用于下一步分析处理。或者向MQTT-Server发布操作命令。
  • kafka：消息队列，高吞吐量、低延时的数据管道。
  • fttr-dataproc：从kafka拉取消息，对注册上报进行数据分析和入库。
  • 大数据集群：从kafka拉取消息，对性能和告警数据进行分析。
  • redis：高效的数据缓存，集群部署。
  • Tidb：存储主从网关、下挂等信息及统计分析结果，集群部署。
  • fttr-rest ：接收其他系统的请求并处理入库。
  • fttr-webserver：WEB页面查库展示系统功能。
  • spring cloud：微服务的管理。

设备和平台之间的交互方式有：注册、上报和下发。

注册的流程：FTTR主网关向管理平台请求创建MQTT连接;管理平台响应连接请求，MQTT连接创建成功; FTTR主网关订阅注册响应、操作请求等MQTT主题消息主题;FTTR主网关向管理平台发送注册请求;管理平台回应注册请求，管理通道正式建立并保持。时序图如下。

上报的流程：FTTR主网关在每次上电重启后获取上报配置；管理平台返回上报配置；FTTR主网关解析响应内容获取需要上报的性能数据以及对应上报周期，定期上报数据；管理平台收到数据后给与FTTR主网关响应。时序图如下。

下发的流程：管理平台发送管理操作请求报文；FTTR主网关发送管理操作的响应报文。时序图如下。

通过这三种方式，可以获得家庭网络的所有信息，比如：

  • 主从网关信息：厂商、型号、软硬件版本、上行协议、WIFI支持能力，最近一次离线原因，重启原因，CPU内存占用率,光功率，光模块温度、电压、电流等。
  • 下挂设备信息：整个网络的节点和链路信息。
  • 主从网关频段、WIFI信息、周边WIFI干扰信息。
  • 从网关IPTV开通情况。
  • Qos全局配置、流分类配置、队列配置、限速配置信息。

也可以对网络进行操控，比如：

  • 分段测速。
  • 一键诊断。
  • 配置主从网关频段、WIFI、信道调优。
  • 配置从网关IPTV业务。
  • 主从网关重启、复位、升级。
  • Qos全局配置、流分类配置、队列配置、限速配置。

通过这些能力，就可以实现FTTR网络主从光 WIFI一张网的统一管理。

Part 03  总结 

当前，运营商之间的全业务竞争日益激烈。在竞争驱动下，FTTR已成为运营商的新业务热点，在各省发展迅速。预计截至年底，一些头部省份单省的用户量将达到十万。而且目标用户也与当初设想的有所差异，不仅有居住于别墅，复式住宅的大户型用户，也有很多1拖1、1拖2的小户型用户。可见用户已经不满足于基本的网络覆盖，开始追求高品质的上网体验了。这就需要我们数智化的管理运营能力及时跟上，保障FTTR网络潜力得到充分发挥，满足人民的高带宽、低时延、多联接、无感知的上网需求。​