GPON家庭網(wǎng)關(guān)ONT穩(wěn)定性自動(dòng)測試技術(shù)實(shí)現(xiàn)

索會(huì)迎

(上海諾基亞貝爾軟件有限公司，上海 201206)

0 引言

隨著高速上網(wǎng)、數(shù)字電視、高清視頻點(diǎn)播等高帶寬多媒體業(yè)務(wù)需求的增加，對接入網(wǎng)數(shù)字化、寬帶化、智能化的要求越來越高。無源光網(wǎng)絡(luò)PON光纖接入技術(shù)，因其容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、性能穩(wěn)定、保密性好、多業(yè)務(wù)承載等優(yōu)勢，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)光纖到戶(FTTH)的最佳解決方案[1]。GPON作為PON技術(shù)的代表，構(gòu)成了FTTH系統(tǒng)的支撐技術(shù)[2],目前成為多數(shù)運(yùn)營商的最佳選擇。基于GPON的光網(wǎng)絡(luò)終端ONT承載了用戶側(cè)的VoIP、IPTV、寬帶上網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)，為了方便運(yùn)營商GPON網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的開通與部署，減少故障率，提升用戶體驗(yàn)，ONT業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行成為重要保證。GPON ONT作為終端用戶的家庭網(wǎng)關(guān)，由于承載業(yè)務(wù)多樣，用戶環(huán)境復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)間久，其穩(wěn)定性是一個(gè)重要考驗(yàn)。

本文首先介紹了三網(wǎng)融合Triple Play[3]業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌缓笤趯?shí)現(xiàn)單ONT Triple Play業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套多ONT綜合業(yè)務(wù)穩(wěn)定性的自動(dòng)化測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括物理平臺(tái)的設(shè)計(jì)搭建，ONT在局端OLT上omci[4]業(yè)務(wù)交互配置，Jenkins[5]自動(dòng)參數(shù)的下發(fā)和測試job構(gòu)建觸發(fā)以及測試結(jié)果的自動(dòng)分析和報(bào)告自動(dòng)郵件發(fā)送。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、可視化、智能化，并通過思博倫的寬帶網(wǎng)絡(luò)測試儀表Spirent TestCenter[6](STC)、語音窄帶測試儀表Abacus呼叫、電視卡進(jìn)行功能驗(yàn)證。測試結(jié)果表明該平臺(tái)可以滿足批量ONT長時(shí)間穩(wěn)定性測試需求，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)丟包、語音呼損、視頻中斷以及內(nèi)存泄露等問題，且平臺(tái)具有擴(kuò)展性好、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。

1 三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)

1.1 三網(wǎng)融合介紹

三網(wǎng)融合在現(xiàn)階段并不意味著電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)的物理合一，也不是現(xiàn)有三網(wǎng)的簡單延伸和疊加，而主要是指高層業(yè)務(wù)應(yīng)用的融合。表現(xiàn)為技術(shù)上趨向一致；網(wǎng)絡(luò)層上實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，無縫覆蓋；業(yè)務(wù)層上互相滲透和交叉；應(yīng)用層上使用統(tǒng)一的IP協(xié)議；經(jīng)營上互相競爭、互相合作,朝著提供多樣化、多媒體化、個(gè)性化服務(wù)的同一目標(biāo)逐漸交匯在一起[7]。三大網(wǎng)絡(luò)通過技術(shù)改造，為用戶提供包括語音、數(shù)據(jù)、圖像等綜合多媒體的Triple Play通信業(yè)務(wù)。

1.2 GPON ONT Triple Play網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

本文以墨西哥電信網(wǎng)絡(luò)的GPON Triple Play拓?fù)鋱D為例進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，如圖1所示。從圖1可以看出該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙诤狭藢拵Ц咚偕暇W(wǎng)HSI、SIP VOIP語音電話、IPTV視頻播放以及遠(yuǎn)端網(wǎng)管AMS和ACS管理。FTTU電信局端設(shè)備OLT 7360通過核心網(wǎng)路由器7750接入Internet網(wǎng)絡(luò)，分別對接到網(wǎng)管服務(wù)器AMS、TR069[8]終端管理服務(wù)器ACS、語音sip服務(wù)器、Media服務(wù)器。GPON ONT G241WA通過分光器連接注冊到OLT 7360 PON口，通過光纖入戶到客戶家中，作為家庭網(wǎng)關(guān)為客戶提供寬帶、語音、視頻業(yè)務(wù)。

圖1 墨西哥Triple Play電信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

除了上述電信網(wǎng)的三重業(yè)務(wù)融合，廣電網(wǎng)絡(luò)以傳輸廣播式業(yè)務(wù)加交互式的數(shù)據(jù)、語音、視頻等個(gè)性化業(yè)務(wù)進(jìn)行“三網(wǎng)融合”改造。與有線網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)的數(shù)字電視技術(shù)、信源編碼、數(shù)據(jù)語音等業(yè)務(wù)設(shè)備都在朝功能融合的方向發(fā)展。三網(wǎng)融合后數(shù)字電視和網(wǎng)絡(luò)電視的劃分僅僅是從傳輸渠道上加以區(qū)別。基于GPON光網(wǎng)絡(luò)的廣電三網(wǎng)融合組網(wǎng)如圖2所示。

圖2 Triple Play有線電視網(wǎng)絡(luò)

從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢钥闯鰪V播電視網(wǎng)融合了電信寬帶業(yè)務(wù)和廣播電視業(yè)務(wù)。GPON OLT通過時(shí)分復(fù)用技術(shù)，使用1 490 nm和1 310 nm光波長分別管理下行和上行的Internet、IPTV、VOIP業(yè)務(wù)，調(diào)制后的廣播電視電信號通過光電轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換成1 550 nm光信號，通過合波器DWDM融合到1 310 nm、1 490 nm波長中，復(fù)合光波通過光纖入戶送到GPON家庭網(wǎng)關(guān)ONT，最終被ONT根據(jù)不同波長解調(diào)出電信寬帶業(yè)務(wù)和廣播電視業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)和廣電的三網(wǎng)融合。

2 單GPON ONT三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)

為了在實(shí)驗(yàn)室更方便地進(jìn)行GPON ONT三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)驗(yàn)證，本文以上海諾基亞貝爾自主研發(fā)的GPON ONT G241WA為例,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了單個(gè)ONT的IPTV、VOIP、Internet以及RF video視頻電視業(yè)務(wù)。測試拓?fù)淙鐖D3所示。其業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)包括如下步驟：

(1)根據(jù)G241WA ONT序列號SN注冊到7360 OLT。

(2)登錄ONT管理界面WEBGUI，配置不同的業(yè)務(wù)WAN連接，包括Internet WAN、IPTV WAN、VOIP WAN以及RF VIDEO服務(wù)配置。

(3)在7360 OLT網(wǎng)絡(luò)側(cè)啟用DHCP server、SIP server、RF video server，分別提供不同業(yè)務(wù)服務(wù)。

(4)依據(jù)ONT WEBGUI上不同業(yè)務(wù)WAN連接的配置，在7360 OLT上通過ONT管理和控制接口OMCI進(jìn)行遠(yuǎn)端業(yè)務(wù)配置，保證終端ONT可以通過OLT從遠(yuǎn)端server獲取不同的網(wǎng)絡(luò)IP，然后通過VLAN進(jìn)行路由區(qū)分，達(dá)到業(yè)務(wù)分離的目的。

(5)通過儀表和抓包進(jìn)行不同的業(yè)務(wù)驗(yàn)證。網(wǎng)絡(luò)側(cè)單播Wireshark抓包如圖4所示，3.3.3.100為Internet WAN IP地址，3.3.3.103 為DHCP server IP。私網(wǎng)IP通過NAT轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)私網(wǎng)IP和公網(wǎng)IP互通。

用戶側(cè)單播Wireshark抓包如圖5所示，3.3.3.103為DHCP server IP，192.168.3.X為用戶側(cè)PC IP，通過NAT轉(zhuǎn)換保證了網(wǎng)絡(luò)側(cè)IP和用戶側(cè)私網(wǎng)IP互通。

圖3 Triple Play測試拓?fù)鋱D

圖4 Wireshark網(wǎng)絡(luò)側(cè)單播業(yè)務(wù)抓包

圖5 Wireshark用戶側(cè)單播業(yè)務(wù)抓包

用戶側(cè)組播流Wireshark抓包如圖6所示，TestCenter用戶側(cè)端口模擬機(jī)頂盒STB通過DHCP獲取地址，然后點(diǎn)播不同的視頻頻道，地址分別為225.0.0.9～225.0.0.12。TestCenter網(wǎng)絡(luò)側(cè)端口發(fā)送不同頻道的Multicast流，當(dāng)STB視頻點(diǎn)播成功即可正常接收不同頻道的視頻流。

圖6 Wireshark用戶側(cè)組播業(yè)務(wù)抓包

SIP VOIP語音呼叫如圖7所示，從圖可以看出2路呼叫正常，沒有呼叫損失。

圖7 SIP VOIP Abacus用戶呼叫統(tǒng)計(jì)

RF VIDEO通過電視卡模擬電視機(jī)，接收廣播電視頻道，如圖8所示。

圖8 LAN PC接收RF VIDEO視頻圖像

通過驗(yàn)證可以看出，GPON ONT G241WA成功地實(shí)現(xiàn)了Internet、IPTV、VOIP和RF VIDEO多種業(yè)務(wù)承載。通常產(chǎn)品在交付客戶前會(huì)進(jìn)行長時(shí)間(72小時(shí))的綜合業(yè)務(wù)測試，以驗(yàn)證ONT工作的穩(wěn)定性。運(yùn)營商對不同業(yè)務(wù)的測試標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)寬帶Internet雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要測試80%的吞吐量，包含小包長、中等包長和大包長，并且覆蓋所有LAN端口。通常包長為72 B、512 B、1 500 B并按照4∶3∶3的比例進(jìn)行測試。小包長比重較大，這是為了進(jìn)一步考驗(yàn)ONT的CPU處理能力。72小時(shí)測試周期雙向丟包率總和要低于1×10-9。

(2)所有LAN端口分別加入不同的IPTV組播頻道，下行組播流量總帶寬為100 Mb/s，組播流包長要求超過1 024 B。本文測試包長為1 280 B，72小時(shí)Multicast流量不中斷且沒有丟包。

(3)RF VIDEO頻道播放72小時(shí)不間斷，且不會(huì)出現(xiàn)圖像質(zhì)量損壞如雪花馬賽克問題。

(4)VOIP語音72小時(shí)摘機(jī)、掛機(jī)、呼叫正常，呼叫成功率達(dá)到99.95%。

通過測試標(biāo)準(zhǔn)可以看出對GPON ONT綜合業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性要求很高。業(yè)務(wù)復(fù)雜且運(yùn)行時(shí)間長，如果待測試的ONT種類多樣，設(shè)備廠商為了滿足不同運(yùn)營商的要求，需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間進(jìn)行測試。為了能夠高效省力地實(shí)現(xiàn)測試，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套穩(wěn)定性高、擴(kuò)展性好、能夠自動(dòng)觸發(fā)測試的綜合系統(tǒng)。

3 多ONT并行自動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 綜合穩(wěn)定性自動(dòng)化平臺(tái)設(shè)計(jì)思想

(1)基于單一ONT測試拓?fù)洌ㄟ^多臺(tái)48口交換機(jī)級聯(lián)匯聚，擴(kuò)展對接到多個(gè)ONT的LAN口，使平臺(tái)支持120個(gè)以上ONT并行測試，且平臺(tái)通過增加交換機(jī)方便進(jìn)行ONT測試數(shù)量擴(kuò)展。該平臺(tái)使多個(gè)ONT的測試總時(shí)間縮短到72小時(shí)的周期，節(jié)省了大量測試時(shí)間。

(2)通過一臺(tái)Linux機(jī)器對接到所有交換機(jī)的級聯(lián)口，控制訪問所有ONT的管理頁面，通過在網(wǎng)卡設(shè)置不同的VLAN區(qū)分ONT，運(yùn)行Python腳本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配置多個(gè)ONT的不同業(yè)務(wù)WAN連接。

(3)根據(jù)ONT的頁面配置，通過Python腳本實(shí)現(xiàn)平臺(tái)所有ONT的OLT OMCI命令下發(fā)，完成業(yè)務(wù)遠(yuǎn)端配置。

(4)通過Python[9]腳本自動(dòng)構(gòu)建STC測試業(yè)務(wù)流模板，針對Internet雙向單播業(yè)務(wù)和下行組播流業(yè)務(wù)進(jìn)行發(fā)包驗(yàn)證，并實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)丟包情況。

(5)通過Jenkins持續(xù)集成服務(wù)器，構(gòu)建平臺(tái)所有ONT穩(wěn)定性測試Job。可以根據(jù)需要選定測試ONT類型，設(shè)定測試時(shí)長和自動(dòng)測試觸發(fā)條件以及測試結(jié)論的AI分析。測試結(jié)束后，Jenkins通過腳本生成測試報(bào)告并自動(dòng)郵件發(fā)送。

3.2 綜合穩(wěn)定性平臺(tái)測試驗(yàn)證

通過STC網(wǎng)絡(luò)測試儀表批量進(jìn)行ONT業(yè)務(wù)發(fā)包驗(yàn)證，不同的ONT通過不同VLAN區(qū)分，從流量收發(fā)情況可以實(shí)時(shí)監(jiān)測Internet、IPTV業(yè)務(wù)運(yùn)行并進(jìn)行丟包統(tǒng)計(jì)。語音通過Abacus呼叫器模擬摘機(jī)、通話、掛機(jī)循環(huán)操作，可實(shí)現(xiàn)100路以上的電話同時(shí)呼叫，并可以針對呼叫參數(shù)靈活進(jìn)行設(shè)計(jì)，如摘機(jī)時(shí)間、呼叫時(shí)間、呼叫間隔等。RF VIDEO通過多個(gè)ONT射頻輸出接口連接到PC的多個(gè)USB視頻卡，既可減少PC數(shù)量，又可達(dá)到視頻驗(yàn)證目的。其中多個(gè)ONT數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音呼叫情況如圖9和圖10所示。

圖9 多ONT數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收發(fā)包驗(yàn)證

圖10 多ONT語音呼叫業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)

該穩(wěn)定性測試平臺(tái)不僅能夠?qū)崟r(shí)統(tǒng)計(jì)不同業(yè)務(wù)的丟包情況，而且通過ONT串口實(shí)時(shí)采集內(nèi)存數(shù)據(jù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄露問題。圖11記錄了問題ONT內(nèi)存泄露曲線，從圖可以看出隨著測試時(shí)間的增加ONT剩余內(nèi)存逐漸減少。

圖11 ONT剩余內(nèi)存實(shí)時(shí)采樣圖

4 結(jié)論

本文在探討研究GPON FTTH三網(wǎng)融合技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了單GPON ONT的Triple Play業(yè)務(wù)。基于單ONT的測試拓?fù)浠A(chǔ)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多ONT并行的穩(wěn)定性自動(dòng)測試系統(tǒng)，通過Jenkins自動(dòng)觸發(fā)測試任務(wù)。結(jié)果表明該測試系統(tǒng)可以有效進(jìn)行多個(gè)ONT的并行Internet、IPTV、VOIP、RF VIDEO多業(yè)務(wù)的測試，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)不同業(yè)務(wù)的丟包情況，更可以有效發(fā)現(xiàn)ONT內(nèi)存泄露問題，可以滿足大批量ONT并行穩(wěn)定性測試需求。并且該平臺(tái)具有擴(kuò)展靈活的特點(diǎn)，通過擴(kuò)展交換機(jī)可以很好地應(yīng)對不斷擴(kuò)增的ONT測試需求。