謝 娟，武樹斌，占慶山

（武漢郵電科學(xué)研究院 武漢烽火網(wǎng)絡(luò)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074）

C-HPAV系統(tǒng)中EoC終端設(shè)備交換芯片的統(tǒng)一管理

謝 娟，武樹斌，占慶山

（武漢郵電科學(xué)研究院 武漢烽火網(wǎng)絡(luò)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074）

介紹了基于C-HPAV系統(tǒng)的廣電網(wǎng)絡(luò)的雙向改造的解決方案EPON+EoC，提出了現(xiàn)有技術(shù)在對(duì)終端設(shè)備中交換機(jī)的管理方面存在的問題，創(chuàng)新性地提出“基于MME的設(shè)備操作”的操作方式，并提出“基于擴(kuò)展MME和終端代理Agent”的方式來解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，從而實(shí)現(xiàn)在終端使用不同的交換芯片的一個(gè)混合型網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)互通的目的，極大地減少網(wǎng)絡(luò)管理的負(fù)擔(dān)并使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更具擴(kuò)展性。

C-HPAV；終端代理Agent；擴(kuò)展MME；統(tǒng)一管理

1 C-HPAV系統(tǒng)概述

隨著信息化時(shí)代的到來，傳統(tǒng)的單向電視網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)有客戶的需求，對(duì)廣電網(wǎng)絡(luò)實(shí)行雙向地升級(jí)和改造,尋求經(jīng)濟(jì)又適應(yīng)現(xiàn)有客戶需求的技術(shù)解決方案是有線電視運(yùn)營(yíng)商迫切需要做的。根據(jù)中國(guó)的國(guó)情和各種技術(shù)的比較和分析可以知道，EPON+EoC方案充分利用現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)，不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新布線，系統(tǒng)也易安裝，并且考慮到多業(yè)務(wù)承載時(shí)對(duì)管理、VLAN、QoS、安全性和擴(kuò)展性等功能需求，從而使現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)升級(jí)成為功能可擴(kuò)展、結(jié)構(gòu)開放的高可靠性接入網(wǎng)絡(luò)。所以該方案是基于目前的廣電HFC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合的最佳方案，也是目前廣電網(wǎng)絡(luò)中最常用的方案。

近幾年來，隨著三網(wǎng)融合試點(diǎn)的推廣，以IEEE1901/HomePlugAV標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的EoC技術(shù)因具有良好的接入性能和合理的產(chǎn)品價(jià)格成為廣電運(yùn)營(yíng)商的首選接入網(wǎng)技術(shù)，并在NGB接入網(wǎng)市場(chǎng)中占有很大的比重。

IEEE1901/HomePlugAV標(biāo)準(zhǔn)是一種通過常規(guī)的電力線承載以太網(wǎng)信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是由電氣電子工程師協(xié)會(huì)發(fā)布的，主要應(yīng)用在電力線通信領(lǐng)域[1]。C-HPAV標(biāo)準(zhǔn)吸取了IEEE1901/HomePlugAV標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特點(diǎn)，將該技術(shù)在同軸電纜中作為接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高帶寬的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)在同軸電纜上的傳輸。C-HPAV標(biāo)準(zhǔn)在原國(guó)家廣電總局的指導(dǎo)下，由國(guó)內(nèi)部分網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、芯片制造廠商、科研院所和設(shè)備制造商聯(lián)合起草制定。該標(biāo)準(zhǔn)定義了C-HPAV系統(tǒng)的架構(gòu)與總體要求，物理層、MAC層的功能及其相關(guān)協(xié)議與數(shù)據(jù)接口，以及系統(tǒng)管理和維護(hù)的方法。C-HPAV系統(tǒng)采用一點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的雙向接入樹形網(wǎng)絡(luò)。其中的“一點(diǎn)”指的是C-HPAV系統(tǒng)頭端，“多點(diǎn)”指的是用戶端的多個(gè)系統(tǒng)終端[2]。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。

由圖1可以看到，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的前端放置的是OLT，ONU則放置在樓層，并與EoC局端設(shè)備相連，通過HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入到用戶家中。用戶可以通過有線電視的同軸電纜線既可以傳輸和接收數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)又不影響傳輸和接收有線電視信號(hào)。放置在用戶家中的EoC終端設(shè)備，可以提供CATV和數(shù)據(jù)信號(hào)的輸出，并連接到用戶的電腦和電視等家用設(shè)備上。

圖1 C-HPAV系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2 EoC局端對(duì)終端設(shè)備的交換芯片的統(tǒng)一管理設(shè)計(jì)

EoC局端由于向上連接EPON系統(tǒng)中的ONU，向下連接EoC終端設(shè)備，其工作和性能的好壞將直接反應(yīng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)劣。EoC局端對(duì)ONU的IP數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和調(diào)制，然后和CATV信號(hào)進(jìn)行混合并輸出，并能把反向的數(shù)據(jù)再調(diào)制成網(wǎng)絡(luò)IP數(shù)據(jù)包并進(jìn)行傳輸，還要能對(duì)下連的EoC終端進(jìn)行集中的管理。目前的EoC局端通過管理數(shù)據(jù)輸入輸出接口下發(fā)命令自主地遠(yuǎn)程配置交換芯片，達(dá)到管理終端設(shè)備的目的。

2.1 引入終端代理Agent的目的

運(yùn)用目前的EoC局端通過管理數(shù)據(jù)輸入輸出接口下發(fā)命令自主地遠(yuǎn)程配置交換芯片存在著以下問題：

1）在一個(gè)大型的EoC網(wǎng)絡(luò)中，通常是由許多不同類型的交換芯片的終端設(shè)備組成的。頭端在對(duì)終端的交換芯片下發(fā)配置時(shí)必須要辨別交換芯片的具體類型和協(xié)議，才能選擇相應(yīng)的配置進(jìn)行下發(fā)。如果在無任何保護(hù)和驗(yàn)證的情況下，對(duì)于交換芯片的交換配置可能會(huì)出現(xiàn)配置錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障，影響網(wǎng)絡(luò)性能。

2）由于每個(gè)交換芯片都有自己的一套適合于管理數(shù)據(jù)輸入輸出接口的配置命令。因此，當(dāng)在一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)類型不同的交換芯片的終端時(shí)，對(duì)于交換芯片的配置將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的在管理數(shù)據(jù)輸入輸出接口上傳輸配置命令的負(fù)擔(dān)，而且這個(gè)負(fù)擔(dān)全部放在了局端的主機(jī)處理器上。這樣局端設(shè)備不僅要對(duì)EoC終端設(shè)備進(jìn)行配置還要對(duì)終端的交換芯片進(jìn)行配置，局端的工作負(fù)擔(dān)加大，對(duì)局端設(shè)備的要求自然就會(huì)比較高，這樣的技術(shù)實(shí)現(xiàn)會(huì)給網(wǎng)絡(luò)的可靠性、健壯性帶來很大的隱患。

2.2 統(tǒng)一管理的設(shè)計(jì)

為解決這個(gè)問題，本文采用一個(gè)更為通用的方法，創(chuàng)新性地提出“基于MME的設(shè)備操作”的操作方式，而不同于以往的“基于MME的寄存器操作”，引入終端代理Agent方式。在終端EoC芯片中增加了終端代理Agent模塊，利用終端代理Agent來替代EoC局端對(duì)連接的設(shè)備作類型識(shí)別。從而讓終端代理Agent來管理終端的交換芯片，使得在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)成功地支持不同的硬件形態(tài)，屏蔽不同的硬件方案使得EoC局端在管理和配置方面的壓力得到緩解，同時(shí)也減少了由于現(xiàn)場(chǎng)操作人員誤操作而使得設(shè)備損壞的可能性，從而優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建更具可擴(kuò)展性、無故障的、易于管理的網(wǎng)絡(luò)。具體的管理流程如圖2、圖3所示。

圖2 頭端對(duì)終端的管理MME流

圖3 頭端對(duì)交換芯片管理的MME流

本文設(shè)計(jì)的EoC管理系統(tǒng)的通信消息是在原有基于特定的以太網(wǎng)類型報(bào)文0x88E1（簡(jiǎn)稱MME）的基礎(chǔ)上進(jìn)行的擴(kuò)展。采用擴(kuò)展的特定以太網(wǎng)類型報(bào)文（簡(jiǎn)稱擴(kuò)展的MME）來實(shí)現(xiàn)局端與終端代理Agent之間的通信，而局端對(duì)終端的管理仍采用原有的特定以太網(wǎng)類型報(bào)文（簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)的MME）。這樣局端對(duì)終端和對(duì)終端的交換芯片管理將會(huì)分開，互不干擾。

由于擴(kuò)展的MME的報(bào)文不同于以前原有的標(biāo)準(zhǔn)的MME報(bào)文格式，必須對(duì)擴(kuò)展的MME的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)定，其中它的幀格式應(yīng)該包括請(qǐng)求消息和應(yīng)答消息兩種，而請(qǐng)求消息中又可劃分成設(shè)置信息消息和獲得信息消息兩種不同的消息類型，應(yīng)答消息是對(duì)請(qǐng)求消息的回復(fù)，回復(fù)其請(qǐng)求是否下發(fā)和返回需要應(yīng)答的參數(shù)。擴(kuò)展MME消息內(nèi)容由是由以太網(wǎng)幀頭、MME頭、MME包內(nèi)容（一個(gè)實(shí)例索引和多個(gè)屬性索引）、后綴組成。

具體的幀結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示。根據(jù)定義的幀格式編寫相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，包括以太網(wǎng)幀頭、MME包頭、實(shí)例索引TLV、屬性索引TLV對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，現(xiàn)僅列出實(shí)例索引TLV的結(jié)構(gòu)體如下：

圖4 請(qǐng)求消息的幀格式

圖5 請(qǐng)求消息的幀格式

結(jié)構(gòu)體定義完成后需定義終端代理Agent使用的終端交換芯片配置SDK函數(shù)。對(duì)每一個(gè)相應(yīng)屬性進(jìn)行操作的函數(shù)進(jìn)行定義和實(shí)現(xiàn)，其中每一個(gè)函數(shù)都會(huì)調(diào)用實(shí)例索引TLV內(nèi)部接口函數(shù)和擴(kuò)展屬性TLV內(nèi)部接口函數(shù)以及發(fā)送MME包并獲得操作結(jié)果。其中實(shí)例索引TLV內(nèi)部接口函數(shù)包括實(shí)例索引TLV編碼函數(shù)和校驗(yàn)響應(yīng)消息中實(shí)例索引的合法性，擴(kuò)展屬性TLV內(nèi)部接口函數(shù)包括設(shè)置請(qǐng)求消息和獲得請(qǐng)求消息中對(duì)擴(kuò)展屬性TLV編碼以及設(shè)置應(yīng)答消息和獲得應(yīng)答消息中擴(kuò)展屬性TLV解析?，F(xiàn)列出設(shè)置環(huán)路檢測(cè)報(bào)文發(fā)送周期這一屬性的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)名為

對(duì)其進(jìn)行實(shí)例索引TLV編碼調(diào)用函數(shù)

再對(duì)其進(jìn)行屬性索引TLV編碼調(diào)用函數(shù)

將包進(jìn)行編碼后進(jìn)行發(fā)包并獲得結(jié)果并將結(jié)果進(jìn)行解析，調(diào)用函數(shù)

從而完成對(duì)設(shè)置環(huán)路檢測(cè)報(bào)文發(fā)送周期這一屬性的實(shí)現(xiàn)和得到操作結(jié)果，完成對(duì)終端的交換芯片的特定項(xiàng)的管理。

2.3 加入終端代理Agent模塊的互通管理流程

1）終端代理Agent是運(yùn)行在EoC終端芯片中，當(dāng)EoC終端上電啟動(dòng)后，終端代理Agent首先從終端EoC系統(tǒng)中讀取終端的性能屬性并保存，并且其保存在特定的位置處，滿足兼容性的需求。

2）終端代理Agent調(diào)用相應(yīng)的程序應(yīng)用接口向EoC終端芯片注冊(cè)擴(kuò)展的MME消息，當(dāng)消息注冊(cè)后，所以注冊(cè)過的消息都轉(zhuǎn)發(fā)給終端代理Agent處理，這樣實(shí)現(xiàn)了頭端和終端代理Agent通信。終端代理Agent和終端交換芯片通信，避免了頭端直接識(shí)別終端交換芯片的類型，實(shí)現(xiàn)無差異地下發(fā)配置，減輕了頭端的管理的負(fù)擔(dān)。

3）局端收到EoC終端上線消息后，發(fā)送擴(kuò)展的MME查詢各個(gè)終端的性能屬性。

4）終端代理Agent讀取保存在特定位置的終端性能屬性的信息發(fā)送擴(kuò)展的MME將終端的性能屬性回復(fù)給局端；若EoC終端中下接家庭網(wǎng)關(guān)，則在回復(fù)的消息中應(yīng)包含家庭網(wǎng)關(guān)芯片的MAC地址。

5）局端向網(wǎng)管發(fā)送終端上線的認(rèn)證信息；認(rèn)證信息中包括纜橋終端的EoC終端芯片的MAC，如終端下接家庭網(wǎng)關(guān)，則認(rèn)證消息中還包括下接的家庭網(wǎng)關(guān)的MAC地址。

6）網(wǎng)管完成對(duì)該終端認(rèn)證通過后，利用原有的配置文件下發(fā)方式，將終端配置參數(shù)下發(fā)給局端。

7）局端收到配置文件后，解析配置文件，將配置參數(shù)保存在局端本地內(nèi)存中。若是對(duì)終端EoC終端芯片的配置，則直接通過標(biāo)準(zhǔn)的MME將配置參數(shù)下發(fā)給終端芯片；若是針對(duì)終端交換芯片和家庭網(wǎng)關(guān)的配置，則將配置參數(shù)封裝到擴(kuò)展MME發(fā)送給EoC終端代理Agent。

8）終端代理Agent收到擴(kuò)展的MME消息后，根據(jù)消息內(nèi)容，對(duì)交換芯片進(jìn)行配置，并將最終的配置結(jié)果再封裝成擴(kuò)展的MME回應(yīng)局端。若是對(duì)于家庭網(wǎng)關(guān)的消息，則要進(jìn)行MAC替換，將目的MAC地址替換成家庭網(wǎng)關(guān)的MAC地址，源地址改為終端芯片的MAC地址再把MME發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)，家庭網(wǎng)關(guān)再將配置結(jié)果發(fā)送擴(kuò)展MME回應(yīng)給局端，在經(jīng)過終端代理Agent又要進(jìn)行一次地址替換再發(fā)送給局端。具體的互通管理流圖如圖6所示。

圖6 互通管理流程圖

3 EoC局端對(duì)終端設(shè)備的交換芯片的統(tǒng)一管理的實(shí)現(xiàn)

任何一個(gè)系統(tǒng)都需要硬件和軟件相互配合才能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于EoC局端對(duì)終端的交換芯片的統(tǒng)一管理的實(shí)現(xiàn)，需要硬件方面加入終端代理Agent模塊，軟件方面需要使用擴(kuò)展的MME包在EoC頭端與終端代理Agent之間進(jìn)行通信。

3.1 系統(tǒng)測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

對(duì)于最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，采用了EoC頭端1臺(tái)，32臺(tái)終端相連即1∶32的測(cè)試環(huán)境，采用RFC2544基準(zhǔn)測(cè)試方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定量的測(cè)試，其網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)測(cè)試拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.2 系統(tǒng)測(cè)試步驟

1）根據(jù)拓?fù)鋱D將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搭建，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性的打流，觀察網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀是否收到包，從而判定網(wǎng)絡(luò)是否正常。

2）網(wǎng)絡(luò)測(cè)試正常后，在EoC局端上啟動(dòng)終端代理Agent模塊。

3）通過網(wǎng)管通過EoC局端對(duì)EoC終端下發(fā)端口的環(huán)路檢測(cè)、端口鏡像使能、端口的流控使能、雙工方式和速率以及風(fēng)暴抑制、端口VLAN、優(yōu)先級(jí)和PVID等一系列的擴(kuò)展MME配置的信息包。

4）EoC頭端接收后，由于是擴(kuò)展的MME包，則EoC局端利用終端代理Agent對(duì)接收的包進(jìn)行解析并轉(zhuǎn)化成終端相應(yīng)的配置并下發(fā)到終端對(duì)應(yīng)的位置上。

5）若配置正常生效后，則測(cè)試其在如下幀長(zhǎng)（單位：byte）時(shí)的下行吞吐量：64，128，256，512，1 024，1 280，1 518各個(gè)字節(jié)，報(bào)文為未打標(biāo)的報(bào)文，測(cè)試時(shí)間為60 s，并記錄吞吐量數(shù)據(jù)。

6）按照同樣的方法，測(cè)試下行的吞吐量。

7）對(duì)于時(shí)延和丟包率，測(cè)試其在如下幀長(zhǎng)（單位：byte）時(shí)的下行時(shí)延和丟包率：64，128，256，512，1 024，1 280，1 518各個(gè)字節(jié)，報(bào)文為未打標(biāo)的報(bào)文，并設(shè)置測(cè)試速率為該幀長(zhǎng)下吞吐量測(cè)試結(jié)果的90%，測(cè)試時(shí)間4min，并記錄時(shí)延和丟包率的數(shù)據(jù)。

8）按照步驟5）測(cè)試上行的時(shí)延和丟包率并做記錄。

3.3 測(cè)試結(jié)果及分析

按照3.2節(jié)的測(cè)試步驟對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，通過在EoC局端上啟動(dòng)終端代理Agent模塊測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

由表1可以知道，在上述的系統(tǒng)測(cè)試中，使用了終端管理Agent對(duì)終端設(shè)備的交換芯片的管理配置下發(fā)是正確的，并且該系統(tǒng)業(yè)務(wù)性能良好，吞吐量符合業(yè)務(wù)要求，且系統(tǒng)的時(shí)延小，最多不超過60ms，所以配置下發(fā)響應(yīng)十分迅速，并且無業(yè)務(wù)丟包，即信息不丟失。隨著對(duì)測(cè)試幀長(zhǎng)從64 byte到1 518 byte的增加，其上下行吞吐量和時(shí)延也隨之增加，是符合實(shí)際的應(yīng)用邏輯的，從而說明了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是正確可行的，并且在該設(shè)計(jì)下不影響正常的業(yè)務(wù)，且業(yè)務(wù)性能良好并且能夠達(dá)到統(tǒng)一管理的目的，使得EoC局端的管理的負(fù)擔(dān)得到了緩解，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定和健壯。

4 結(jié)束語

在現(xiàn)有EoC網(wǎng)絡(luò)中，有越來越多不同類型的交換芯片或WiFi路由器連接到終端上。但它們來自于不同供應(yīng)商的，需要區(qū)分它們的類型并下發(fā)相應(yīng)的配置和管理，這對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理將帶來了額外的工作。終端代理Agent這一設(shè)計(jì)，給EoC的開發(fā)帶來了新的工具來管理復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)變得非常容易。在這種設(shè)計(jì)架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)管理將采用統(tǒng)一的格式來配置終端和與終端相連接的設(shè)備，并且可以不辨別他們的具體類型和協(xié)議。通過軟硬件的實(shí)現(xiàn)和測(cè)試結(jié)果可以表明，該設(shè)計(jì)是可行的，能夠解決實(shí)際問題。

[1]茹偉光，王正軍，倪晨鳴.C-HPAV在NGB接入網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2013，37（20）：34-37.

[2]GY/T269—2013，NGB寬帶接入系統(tǒng)C-HPAV系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S]. 2013.

[3] IEEE802.3,Standard for information technology[S].2005.

[4] 國(guó)家廣播電影電視總局科技司.面向下一代廣播電視網(wǎng)（NGB）電纜接入技術(shù)（EoC）需求白皮書[R].北京：出版者不詳，2009.

Research on Unified M anagement for EoC Term inal Equipment Based on C-HPAV

XIE Juan，WU Shubin，ZHAN Qingshan
（Wuhan Fiberhome Network Limited Liability Company，Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications,Wuhan 430074,China）

In this paper,two-way radio and television network transformation solution of EPON+EoC based on C-HPAV are introduced,and the existing problems are analyzed in the prior technologies in the management of terminal equipment switches.And then innovatively the operation mode of"based MME device operation"is put forward unlike the previous operation mode of"operation based MME register" to solve the prior problems.Using this way interconnection is implemented in hybrid network of the terminal using different switches,as well as the burden of network management will be reduced tremendously and it makes the whole network more scalable.

C-HPAV;terminal Agent;extended MME;unified management

TN943

A

謝 娟，女，碩士生，主要研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)；

?? 薇

2014-01-26

【本文獻(xiàn)信息】謝娟，武樹斌，占慶山.C-HPAV系統(tǒng)中EoC終端設(shè)備交換芯片的統(tǒng)一管理[J].電視技術(shù)，2014，38（18）.

武樹斌，博士，主要研究方向?yàn)槿W(wǎng)融合中接入網(wǎng)的QoS研究、基于SNMP和OAM的網(wǎng)絡(luò)管理；

占慶山，碩士生，主要研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)。