C-HPAV系統中EoC終端設備交換芯片的統一管理

謝 娟，武樹斌，占慶山

（武漢郵電科學研究院 武漢烽火網絡有限責任公司，湖北 武漢 430074）

C-HPAV系統中EoC終端設備交換芯片的統一管理

謝 娟，武樹斌，占慶山

（武漢郵電科學研究院 武漢烽火網絡有限責任公司，湖北 武漢 430074）

介紹了基于C-HPAV系統的廣電網絡的雙向改造的解決方案EPON+EoC，提出了現有技術在對終端設備中交換機的管理方面存在的問題，創新性地提出“基于MME的設備操作”的操作方式，并提出“基于擴展MME和終端代理Agent”的方式來解決現有技術的問題，從而實現在終端使用不同的交換芯片的一個混合型網絡中互聯互通的目的，極大地減少網絡管理的負擔并使整個網絡更具擴展性。

C-HPAV；終端代理Agent；擴展MME；統一管理

1 C-HPAV系統概述

隨著信息化時代的到來，傳統的單向電視網絡已經不能適應現有客戶的需求，對廣電網絡實行雙向地升級和改造,尋求經濟又適應現有客戶需求的技術解決方案是有線電視運營商迫切需要做的。根據中國的國情和各種技術的比較和分析可以知道，EPON+EoC方案充分利用現有的HFC網絡，不需要對網絡進行重新布線，系統也易安裝，并且考慮到多業務承載時對管理、VLAN、QoS、安全性和擴展性等功能需求，從而使現有的有線電視網絡升級成為功能可擴展、結構開放的高可靠性接入網絡。所以該方案是基于目前的廣電HFC網絡實現三網融合的最佳方案，也是目前廣電網絡中最常用的方案。

近幾年來，隨著三網融合試點的推廣，以IEEE1901/HomePlugAV標準為基礎的EoC技術因具有良好的接入性能和合理的產品價格成為廣電運營商的首選接入網技術，并在NGB接入網市場中占有很大的比重。

IEEE1901/HomePlugAV標準是一種通過常規的電力線承載以太網信號傳輸的技術標準，該標準是由電氣電子工程師協會發布的，主要應用在電力線通信領域[1]。C-HPAV標準吸取了IEEE1901/HomePlugAV標準的技術特點，將該技術在同軸電纜中作為接入技術，實現高帶寬的以太網數據在同軸電纜上的傳輸。C-HPAV標準在原國家廣電總局的指導下，由國內部分網絡運營商、芯片制造廠商、科研院所和設備制造商聯合起草制定。該標準定義了C-HPAV系統的架構與總體要求，物理層、MAC層的功能及其相關協議與數據接口，以及系統管理和維護的方法。C-HPAV系統采用一點到多點結構的雙向接入樹形網絡。其中的“一點”指的是C-HPAV系統頭端，“多點”指的是用戶端的多個系統終端[2]。整個網絡拓撲結構見圖1。

由圖1可以看到，網絡系統的前端放置的是OLT，ONU則放置在樓層，并與EoC局端設備相連，通過HFC網絡進入到用戶家中。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據信號，同時又不影響傳輸和接收有線電視信號。放置在用戶家中的EoC終端設備，可以提供CATV和數據信號的輸出，并連接到用戶的電腦和電視等家用設備上。

圖1 C-HPAV系統網絡拓撲圖

2 EoC局端對終端設備的交換芯片的統一管理設計

EoC局端由于向上連接EPON系統中的ONU，向下連接EoC終端設備，其工作和性能的好壞將直接反應整個網絡系統的優劣。EoC局端對ONU的IP數據進行接收和調制，然后和CATV信號進行混合并輸出，并能把反向的數據再調制成網絡IP數據包并進行傳輸，還要能對下連的EoC終端進行集中的管理。目前的EoC局端通過管理數據輸入輸出接口下發命令自主地遠程配置交換芯片，達到管理終端設備的目的。

2.1 引入終端代理Agent的目的

運用目前的EoC局端通過管理數據輸入輸出接口下發命令自主地遠程配置交換芯片存在著以下問題：

1）在一個大型的EoC網絡中，通常是由許多不同類型的交換芯片的終端設備組成的。頭端在對終端的交換芯片下發配置時必須要辨別交換芯片的具體類型和協議，才能選擇相應的配置進行下發。如果在無任何保護和驗證的情況下，對于交換芯片的交換配置可能會出現配置錯誤，從而導致網絡中出現故障，影響網絡性能。

2）由于每個交換芯片都有自己的一套適合于管理數據輸入輸出接口的配置命令。因此，當在一個大型網絡中出現類型不同的交換芯片的終端時，對于交換芯片的配置將會產生一個巨大的在管理數據輸入輸出接口上傳輸配置命令的負擔，而且這個負擔全部放在了局端的主機處理器上。這樣局端設備不僅要對EoC終端設備進行配置還要對終端的交換芯片進行配置，局端的工作負擔加大，對局端設備的要求自然就會比較高，這樣的技術實現會給網絡的可靠性、健壯性帶來很大的隱患。

2.2 統一管理的設計

為解決這個問題，本文采用一個更為通用的方法，創新性地提出“基于MME的設備操作”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局端對連接的設備作類型識別。從而讓終端代理Agent來管理終端的交換芯片，使得在同一個網絡成功地支持不同的硬件形態，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，同時也減少了由于現場操作人員誤操作而使得設備損壞的可能性，從而優化整個網絡，構建更具可擴展性、無故障的、易于管理的網絡。具體的管理流程如圖2、圖3所示。

圖2 頭端對終端的管理MME流

圖3 頭端對交換芯片管理的MME流

本文設計的EoC管理系統的通信消息是在原有基于特定的以太網類型報文0x88E1（簡稱MME）的基礎上進行的擴展。采用擴展的特定以太網類型報文（簡稱擴展的MME）來實現局端與終端代理Agent之間的通信，而局端對終端的管理仍采用原有的特定以太網類型報文（簡稱標準的MME）。這樣局端對終端和對終端的交換芯片管理將會分開，互不干擾。

由于擴展的MME的報文不同于以前原有的標準的MME報文格式，必須對擴展的MME的幀結構進行規定，其中它的幀格式應該包括請求消息和應答消息兩種，而請求消息中又可劃分成設置信息消息和獲得信息消息兩種不同的消息類型，應答消息是對請求消息的回復，回復其請求是否下發和返回需要應答的參數。擴展MME消息內容由是由以太網幀頭、MME頭、MME包內容（一個實例索引和多個屬性索引）、后綴組成。

具體的幀結構如圖4和圖5所示。根據定義的幀格式編寫相應的結構體，包括以太網幀頭、MME包頭、實例索引TLV、屬性索引TLV對應的結構體，現僅列出實例索引TLV的結構體如下：

圖4 請求消息的幀格式

圖5 請求消息的幀格式

結構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。對每一個相應屬性進行操作的函數進行定義和實現，其中每一個函數都會調用實例索引TLV內部接口函數和擴展屬性TLV內部接口函數以及發送MME包并獲得操作結果。其中實例索引TLV內部接口函數包括實例索引TLV編碼函數和校驗響應消息中實例索引的合法性，擴展屬性TLV內部接口函數包括設置請求消息和獲得請求消息中對擴展屬性TLV編碼以及設置應答消息和獲得應答消息中擴展屬性TLV解析。現列出設置環路檢測報文發送周期這一屬性的函數實現，其函數名為

對其進行實例索引TLV編碼調用函數

再對其進行屬性索引TLV編碼調用函數

將包進行編碼后進行發包并獲得結果并將結果進行解析，調用函數

從而完成對設置環路檢測報文發送周期這一屬性的實現和得到操作結果，完成對終端的交換芯片的特定項的管理。

2.3 加入終端代理Agent模塊的互通管理流程

1）終端代理Agent是運行在EoC終端芯片中，當EoC終端上電啟動后，終端代理Agent首先從終端EoC系統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調用相應的程序應用接口向EoC終端芯片注冊擴展的MME消息，當消息注冊后，所以注冊過的消息都轉發給終端代理Agent處理，這樣實現了頭端和終端代理Agent通信。終端代理Agent和終端交換芯片通信，避免了頭端直接識別終端交換芯片的類型，實現無差異地下發配置，減輕了頭端的管理的負擔。

3）局端收到EoC終端上線消息后，發送擴展的MME查詢各個終端的性能屬性。

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送擴展的MME將終端的性能屬性回復給局端；若EoC終端中下接家庭網關，則在回復的消息中應包含家庭網關芯片的MAC地址。

5）局端向網管發送終端上線的認證信息；認證信息中包括纜橋終端的EoC終端芯片的MAC，如終端下接家庭網關，則認證消息中還包括下接的家庭網關的MAC地址。

6）網管完成對該終端認證通過后，利用原有的配置文件下發方式，將終端配置參數下發給局端。

7）局端收到配置文件后，解析配置文件，將配置參數保存在局端本地內存中。若是對終端EoC終端芯片的配置，則直接通過標準的MME將配置參數下發給終端芯片；若是針對終端交換芯片和家庭網關的配置，則將配置參數封裝到擴展MME發送給EoC終端代理Agent。

8）終端代理Agent收到擴展的MME消息后，根據消息內容，對交換芯片進行配置，并將最終的配置結果再封裝成擴展的MME回應局端。若是對于家庭網關的消息，則要進行MAC替換，將目的MAC地址替換成家庭網關的MAC地址，源地址改為終端芯片的MAC地址再把MME發送給家庭網關，家庭網關再將配置結果發送擴展MME回應給局端，在經過終端代理Agent又要進行一次地址替換再發送給局端。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局端對終端設備的交換芯片的統一管理的實現

任何一個系統都需要硬件和軟件相互配合才能實現，對于EoC局端對終端的交換芯片的統一管理的實現，需要硬件方面加入終端代理Agent模塊，軟件方面需要使用擴展的MME包在EoC頭端與終端代理Agent之間進行通信。

3.1 系統測試的網絡拓撲結構

對于最終實現的系統進行測試，采用了EoC頭端1臺，32臺終端相連即1∶32的測試環境，采用RFC2544基準測試方法對系統進行定量的測試，其網絡測試的拓撲結構如圖7所示。

圖7 系統測試拓撲結構

3.2 系統測試步驟

1）根據拓撲圖將網絡進行搭建，進行實驗性的打流，觀察網絡測試儀是否收到包，從而判定網絡是否正常。

2）網絡測試正常后，在EoC局端上啟動終端代理Agent模塊。

3）通過網管通過EoC局端對EoC終端下發端口的環路檢測、端口鏡像使能、端口的流控使能、雙工方式和速率以及風暴抑制、端口VLAN、優先級和PVID等一系列的擴展MME配置的信息包。

4）EoC頭端接收后，由于是擴展的MME包，則EoC局端利用終端代理Agent對接收的包進行解析并轉化成終端相應的配置并下發到終端對應的位置上。

5）若配置正常生效后，則測試其在如下幀長（單位：byte）時的下行吞吐量：64，128，256，512，1 024，1 280，1 518各個字節，報文為未打標的報文，測試時間為60 s，并記錄吞吐量數據。

6）按照同樣的方法，測試下行的吞吐量。

7）對于時延和丟包率，測試其在如下幀長（單位：byte）時的下行時延和丟包率：64，128，256，512，1 024，1 280，1 518各個字節，報文為未打標的報文，并設置測試速率為該幀長下吞吐量測試結果的90%，測試時間4min，并記錄時延和丟包率的數據。

8）按照步驟5）測試上行的時延和丟包率并做記錄。

3.3 測試結果及分析

按照3.2節的測試步驟對系統進行測試，通過在EoC局端上啟動終端代理Agent模塊測試結果見表1。

表1 系統測試結果

由表1可以知道，在上述的系統測試中，使用了終端管理Agent對終端設備的交換芯片的管理配置下發是正確的，并且該系統業務性能良好，吞吐量符合業務要求，且系統的時延小，最多不超過60ms，所以配置下發響應十分迅速，并且無業務丟包，即信息不丟失。隨著對測試幀長從64 byte到1 518 byte的增加，其上下行吞吐量和時延也隨之增加，是符合實際的應用邏輯的，從而說明了該系統設計是正確可行的，并且在該設計下不影響正常的業務，且業務性能良好并且能夠達到統一管理的目的，使得EoC局端的管理的負擔得到了緩解，使得整個網絡更加穩定和健壯。

4 結束語

在現有EoC網絡中，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商的，需要區分它們的類型并下發相應的配置和管理，這對整個網絡管理將帶來了額外的工作。終端代理Agent這一設計，給EoC的開發帶來了新的工具來管理復雜的網絡變得非常容易。在這種設計架構中，網絡管理將采用統一的格式來配置終端和與終端相連接的設備，并且可以不辨別他們的具體類型和協議。通過軟硬件的實現和測試結果可以表明，該設計是可行的，能夠解決實際問題。

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

[2]GY/T269—2013，NGB寬帶接入系統C-HPAV系統技術規范[S]. 2013.

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

[4] 國家廣播電影電視總局科技司.面向下一代廣播電視網（NGB）電纜接入技術（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，主要研究方向為通信與信息系統；

?? 薇

2014-01-26

【本文獻信息】謝娟，武樹斌，占慶山.C-HPAV系統中EoC終端設備交換芯片的統一管理[J].電視技術，2014，38（18）.

武樹斌，博士，主要研究方向為三網融合中接入網的QoS研究、基于SNMP和OAM的網絡管理；

占慶山，碩士生，主要研究方向為通信與信息系統。