一种基于时序关联的家庭室内网络拓扑还原工具

1 概述

在客户投诉方面，家宽上网质量端到端全过程中室内问题占比较高，家庭内网组网拓扑错综复杂是导致难以管理的主因，现有资源匹配能力不够精确，缺少有效支撑手段。大量的因家庭内部组网问题导致的宽带业务体验劣化，需要运维分析人员上门进行现场摸排。基于实际需求，本文提出了一种基于时序关联的家庭室内网络拓扑还原工具， 70% 以上的劣化问题能通过本工具完成定位，并指导调整家庭内部组网结构使问题解决。

2 基于时序关联的网络拓扑还原工具

2.1 基于时序分析模型的家庭拓扑智能还原

通过对智能网关软探针采集到的下挂终端数据，组网路由器软探针采集到的下挂终端数据，以及机顶盒软探针采集到的上联设备信息，汇聚家庭硬件数据、上下联数据，还原家庭内网的拓扑，解决家庭内网拓扑黑盒的问题。

（1）时序分析模型拓扑还原规则设计

通过获取网关 / 智能组网设备周期日志，并结合互联网电视机顶盒资源信息，有效实现室内网络拓扑还原，具体步骤如下：

步骤 1 ：网关下挂设备 MAC 信息汇总：10 分钟粒度读取网关上报的周期日志中，下挂设备的MAC 地址、设备名称。

步骤 2 ：智能组网下挂设备 MAC 信息汇总：10 分钟粒度读取智能组网上报的周期日志中，下挂设备的MAC 地址、设备名称。

步骤 3 ：按照时间片归属，匹配同一个时间片下“网关下挂设备 MAC”与“智能组网下挂设备 MAC”信息，考虑到网关与路由器存在桥接模式的可能，存在如下三种情况：

情况 1 ：MAC 地址在网关与智能组网路由器的下挂日志中同时出现，记录该设备的下挂位置为“智能组网”；情况 2 ：MAC 地址在网关中出现，在智能组网路由器的下挂日志中未出现，记录该设备的下挂位置为“智能网关”；情况3 ：MAC 地址在网关中未出现，在智能组网路由器的下挂日志中出现，记录该设备的下挂位置为“智能组网”。

步骤 4 ：机顶盒下挂位置识别，读取下挂设备的 MAC 地址，记录匹配出的机顶盒MAC，所挂载的位置。

步骤 5 ：自购路由器下挂位置识别，读取下挂设备的 MAC 地址，对照下挂设备的名称，匹配路由器归属字典，记录匹配出的用户自购路由器 MAC，所挂载的位置。

步骤6 ：完成这个时间片的，家庭侧拓扑还原。

（2）时序分析模型的后端技术开发

该模型整合应用家宽 PPPoE+、Radius 及软探针，实时采集软探针二级管理平台系统、Radius 的用户状态等网络数据，通过 Flink 技术实时分析用户家庭内部组网拓扑的关联性，并监测用户感知与性能指标波动情况，以网关、路由器、机顶盒为监测点，实时解析三类软探针日志，时序规则关联感知标签与设备性能的关联关系，重点监测家庭侧 WIFI 弱光 / 干扰、设备性能劣化、设备配置异常、设备业务受阻、组网线路布放五个典型场景，精确判定故障 / 隐患发生影响的用户问题定位，识别家庭侧内部的组网拓扑，并定位感知劣化时对应的室内拓扑问题定位点。

（3）拓扑还原效果呈现开发

页面采用 Freemarker,vue,javascript, 后端 mybatis 技术，拓扑关系为根据机顶盒 mac 关联上联设备 MAC，判断此 MAC 为网关还路由器，若机顶盒 mac上联设备MAC 关联上网关MAC, 则拓扑关系为路由器- 网关- 机顶盒；若机顶盒mac 上联设备MAC 关联上路由器MAC，则拓扑关系为网关- 路由器- 机顶盒。

按照时间片归属，匹配同一个时间片下“网关下挂设备 MAC”与“智能组网下挂设备 MAC”信息，考虑到网关与路由器存在桥接模式的可能，存在如下三种情况：

a.MAC 地址在网关与智能组网路由器的下挂日志中同时出现，记录该设备的下挂位置为“智能组网”；b.MAC 地址在网关中出现，在智能组网路由器的下挂日志中未出现，记录该设备的下挂位置为“智能网关”；c.MAC 地址在网关中未出现，在智能组网路由器的下挂日志中出现，记录该设备的下挂位置为“智能组网”。

机顶盒下挂位置识别，读取下挂设备的 MAC 地址，记录匹配出的机顶盒MAC，所挂载的位置。自购路由器下挂位置识别，读取下挂设备的 MAC 地址，对照下挂设备的名称，匹配路由器归属字典，记录匹配出的用户自购路由器 MAC，所挂载的位置。

2.2 融合大数据分析方法的室内终端问题的精确识别

在具备室内拓扑精准信息后，利用家庭网关、组网路由器、机顶盒三类终端探针或TR069、DPI、智能板卡等业务质量单用户质量数据，实现对家庭网关、路由器等接入终端自身及下联设备的时延、丢包的拨测监测，构建针对家庭室内网络及终端质差识别。

通过获取网关/ 智能组网/ 机顶盒设备周期日志，并结合“智能拓扑还原”信息，识别隐患问题，具体步骤如下：

第一步：客观感知隐患问题识别，读取网关的周期日志信息，按照用户分MAC 地址的 TCP23 次握手时延值（网关至用户终端时延），如，用户在统计的时间片存在 TCP23 次握手时延值大于 200ms ，记为用户该终端一次“客观感知隐患”事件。

第二步：读取用户“智能拓扑还原”中记录的 MAC 地址信息，复现“客观感知隐患”事件发生时，用户终端的挂载位置。

第三步：按照“智能拓扑还原”的设备位置，进行隐患原因定位，定位规则如下：

a. 下挂网关定位规则：关注网关类定位原因；b. 下挂智能组网定位规则：关注网关 and 智能组网定位原因；c. 机顶盒补充规则：按照机顶盒下挂位置，在判定网关类/ 智能组网定位原因外，补充机顶盒定位原因判定。

2.3 网络拓扑还原工具的优势与亮点

时序关联分析模型相比于通用资管信息获取、现场登记等方法来说，有以下特殊的优势。

（1）准确性：相较于传统的室内拓扑天粒度还原存在的网元级联关系连接持关系可能存在多种组合（一对多），无法区分实际拓扑的问题，时序关联方案，能够在不同的采样时间周期中，准确识别对应的级联网元拓扑，完全规避了“一对多”的问题。

（2）及时性：相较于相较于传统的室内拓扑天粒度还原，时序关联能够极大的提升数据的及时性，数据延迟可有效压降到25 分钟内。

（3）自动化：由于时序关联分析模型是基于端到端日志数据的自动监测，可以在资源变更时，自动上报资源修正。

3 结束语

本文提出的基于时序关联的家庭室内网络拓扑还原工具，基于网关、路由器、机顶盒探针日志信息，结合家庭硬件全量字典库，实现数据的采集。基于时序分析模型，对内部组网拓扑进行跟踪与还原，持续优化还原算法，实现拓扑精准度的大幅提升。利用大数据分析方法，实现室内终端问题的精确识别。通过以上手段的自研整合，实现了家庭宽带及延伸业务在质量和业务两个层面的数智运营水平提升。

参考文献：

[1] 郭家宝 . 家庭装修宽带网络设计研究 [J]. 通讯世界 .2025(03).

[2] 魏娜 ; 齐心跃 ; 张弘毅 ; 於少菲 . 基于室内 Wi-Fi 覆盖仿真的家庭宽带组网方法 [J]. 电子产品世界 .2024(07).

[3] 崔春海 . 基于 GPON 技术下的家庭宽带网络的设计 [J]. 家庭影院技术 .2024(03).