影響深圳本地網PON用戶低速數據業務因素研究

黃 鸝，何 磊

（中國電信股份有限公司深圳分公司 深圳518017）

1 引言

在PSTN向NGN演進的過程中，傳統的交換業務受到了巨大沖擊，特別是隨著PON的發展，e8-C的大量使用，IP承載多種業務已成為大趨勢。這是由Internet的影響和廣大用戶對更加豐富的業務的需求所決定的。

IP網是一種分組交換技術，用于數據傳送、不面向連接的盡力而為的分組交換。網絡中的每個分組獨立進行路由選擇，其開放性和靈活性都以犧牲QoS為代價。因此在這種網絡中，傳統的交換業務也會遇到新的問題，特別是低速數據業務，包括傳真機、POS機、保密電話等，它們對網絡條件的要求更為嚴苛，受到的影響更大，如在較差的網絡表現下，話音還是可用的狀態，而低速數據業務已經不可用。其中以傳真業務出現的問題最為復雜并且非常具有代表性，因此本文主要以傳真業務為例，具體討論在話音正常的情況下，影響PON用戶低速數據業務的因素。

2 IP實時傳真及實現方式

IP實時傳真方式，即利用IP網絡進行實時的傳真通信，是真正的端到端通信方式。實時傳真網關轉發信令和報文，對傳真終端幾乎是透明的。目前主流的實時IP傳真技術主要有G.711透明傳輸和T.38傳真兩種。

·G.711透明傳輸方式：采用這種傳真方式時，兩個網關只需支持G.711，對于報文不做任何處理。優點是對傳真機的兼容性較好，缺點是在網絡條件較差的情況下傳真成功率低。

·T.38傳真方式：對網絡的分組丟失率具有很好的頑健性，即使前N次的傳真報文丟失了，只要收到本次傳真報文，就可以獲取完整的傳真數據。因此T.38傳真對IP網絡質量的依賴性不強，但對DSP能力的需求大。但存在傳真機兼容的問題，建議在網絡質量好的情況下采用G.711透明傳輸的傳真方式。

3 影響傳真業務的因素

本文大體從3個層面討論在深圳本地網組網的情況下，以傳真業務為代表的低速數據業務所遇到的問題。這3個層面分別為接入層、承載層和控制層。

首先了解深圳電信NGN組網模式和PON結構，目前其PON話音通道的組網架構如圖1所示。

3.1 承載層

傳真業務為代表的低速數據業務對于網絡質量的敏感度比普通話音業務更高，因此，網絡質量差（時延、抖動、分組丟失）是導致傳真業務質量差甚至失敗的最主要原因。

圖1 目前PON語音通道組網

3.1.1 網絡質量標準

依據通信行業標準YD/T 1071-2000《IP電話網關設備技術要求》[1]，大體把網絡質量分為3個等級，見表1。

表1 網絡等級

根據表1中對于網絡質量等級的劃分，在實際的特定場景測試中可以得到不同網絡等級下的業務表現，見表2，其中，灰色底標標注是指不能滿足實際運營要求的業務表現，對于相同情況下的網絡表現，傳真和modem業務對網絡質量的要求更高，傳真業務等成功的條件也相對更為苛刻。

表2 不同網絡條件下的業務表現

3.1.2 影響網絡質量的因素

IP網絡承載與PSTN和ATM有很大區別。PSTN是通過端到端的連接，固定地占用64 kbit/s的帶寬提供具有質量保證的服務。ATM作為分組交換技術，面向連接，具有完備的QoS管理機制，以保證多業務的服務質量。IP網絡承載與ATM雖然都是分組交換技術，但IP卻是用于數據傳送、不面向連接的盡力而為（best effort）的分組交換。網絡中的每個分組獨立地進行路由選擇，其開放性和靈活性以犧牲QoS為代價。

下面主要針對影響IP網絡質量的3個主要因素進行分析。

（1）時延

一般來說，實時性要求不同，對網絡時延的要求也不同，如低速數據業務，對時延的要求比較高。網絡中一個節點（主機或路由器）的時延[2]主要由發送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延組成。這些時延成分所起的作用可能變化很大。一般而言，處理時延通常是微不足道的。而最為復雜和令人感興趣的是排隊時延，而且與其他3項時延不同的是，排隊時延對于不同的分組是不同的。

（2）抖動

語音信號是連續的，在發送端經過壓縮打包后在IP網絡中傳輸時，由于數據分組傳送的路徑可能不同，不同的數據分組到達接收端的時間也可能不同，導致接收端在回放語音時產生時斷時續的狀況，稱為抖動。

（3）分組丟失率

一般情況下，數據分組在網絡中產生擁塞的點被丟掉，在傳輸線路中產生的錯誤分組同樣也會被丟掉。通常當接收分組的數量超過輸出端口的大小限制時就會產生擁塞，由此產生分組丟失。

傳真業務對于網絡質量的要求主要體現在時延上。一個典型的端到端時延在網絡中的分布，主要由發送時延、傳播時延和處理時延構成。但不能通過將這些時延進行簡單相加來體現時延特性，這主要是因為IP網絡本身不能像TDM那樣，提供完善的QoS保證機制，當網絡中的業務流量突然增大時會產生擁塞，分組的排隊時間增加，必然會有優先級低的業務分組被丟棄，導致業務的服務質量下降。

3.1.3 深圳試驗網絡測試

（1）網絡質量檢測機器人

在實際情況下，測量網絡質量通常采用ping測量工具軟件[3]。

在系統默認的配置下，ping工具將以1 s為時間間隔持續不斷地向指定目的主機發送長度為64 byte的ICMP請求分組，直到用戶中止。但通常對于較精細地了解網絡時延特征而言，1 s的探測分組發送時間間隔太大[4]。雖然ping工具得出的測試結果清晰直觀，但得出的結果無法智能記錄并且導出。

由于本文要對幾萬個網元進行測試并對結果進行分析，若不能自動記錄結果，會產生非常大的工作量，并且也無法確保原始數據的準確性。因此，本文開發了自動ping分組軟件，該軟件可自發性按照設定的條件對若干個IP地址進行檢測，并且增加了結果的自動輸出，修改了發送分組的時間間隔為500 ms。為了方便下文的闡述，本文暫定這種修改后的網絡質量監測工具為網絡質量檢測機器人。

（2）對深圳試驗網絡的測試與分析

目前PON組網分為語音專網組網模式和使用IP城域網混合業務承載網的組網模式。

對語音專網使用檢測機器人進行檢測，在3層交換機上，對每個ONU設備發送100個數據分組，發現時延基本上能控制在10 ms左右，分組丟失率為0，如圖2所示。

專網模式下，和理論中的純話音業務IP網相似，因此在這種模式下，時延中起決定作用的為處理時延，而目前深圳電信已經采用了符合最高標準的設備，因此，目前這種組網模式下，只要日常維護得當，基本符合良好的網絡標準。

圖2 話音專網試驗

下面對IP城域網做同樣的實驗，抽取一個已搭建好，但尚未投入使用的試驗網絡的網絡質量檢測機器人。對測試結果數據進行分析，結果如圖3所示。可以看到，共測試IP地址43 354個。其中不可達地址10 199個，可達地址33 155個，地址不可達的最主要原因是，部分設備禁止使用ICMP，次要原因為用戶重啟導致DHCP地址重新分配或用戶終端吊死。在此將不可達地址剔除出分析列表。

在這33 155個可達地址中，平均時延大于40 ms的地址有2 073個，占全部可達地址的6%；分組丟失率大于10%的地址為1 070個，占全部可達地址的3%，其中時延大于40 ms的地址有166個，時延小于40 ms的地址有904個；時延抖動超過10 ms的地址有8 370個，約占全部可達地址的25%，時延抖動超過20 ms的地址有4 415個，約占可達地址的13%。

根據上文的分析，傳真業務對于網絡質量的要求尤其體現在時延上。下面將對IP城域網的時延進行更進一步測試，努力通過更多的實驗數據進行對比，得出有用的結論。

為此，進一步分忙時閑時對城域網進行測試。從40 000個IP地址中抽出4 000多個進行分時段測試（0:00-9:00為閑時，10:00-21:00為忙時），測試結果如圖4所示，分別給出忙時、閑時在不同時延范圍內地址數的比較。其中，對于時延大于40 ms的地址數，忙時比閑時多出7.8%；為了更清晰地進行對比，將小于40 ms的時延段細化，可以看到在閑時測試下，時延在10 ms內的地址數大大超出忙時；而在10～40 ms范圍地址數忙時多于閑時。

將同樣的結果數據繪成平滑曲線，可以更加清楚地看到忙時、閑時的變化，如圖5所示。忙時的曲線較閑時的曲線發生了明顯的右移（這里的x軸坐標和條形圖x軸坐標相同），這說明在忙時時段內，同樣硬件條件下，時延增加的概率會變大。

圖3 網絡質量測試結果

IP網具有長期性能較好、暫態性能較差的特點，所以當網絡中業務流量突然增大時，會產生擁塞，分組排隊的時間增加，排隊時延成為主要成分。實際的在網實驗結果，也很好地證明了這個觀點，在忙時時段內，由于業務的增加，時延也高于閑時，這大大增加了業務出現問題的幾率。

另外，IP網絡本身不能像TDM那樣提供完善的QoS保證機制，分組排隊的時間增加，必然會有優先級低的業務分組被丟棄，導致業務的服務質量下降。

3.2 接入層

接入層主要包括用戶傳真終端，上聯ONU、OLT這些接入設備及中間的傳輸網絡。主要影響傳真業務的參數配置和硬件。

3.2.1 參數配置

檢查參數配置是否正確；參數配置是否和傳真機終端型號匹配。以MA5616為例，“workmode”表示傳真模式的選擇，包括透傳（thoroughly）和T.38參數；“flow”表示傳真切換模式的選擇，包括v2、v3、v5參數。

深圳現網目前標準配置的傳真參數為“透傳+v3flow”。

在這里有一點特別值得注意，即中興通訊自己有一種特殊的傳輸模式——Robust（頑健）模式，前文中介紹了Robust是一種透傳增強模式，增加了冗余處理，以提高傳真的成功率。但只有中興通訊設備和少量烽火FTTH設備對其支持，兼容性不強，特別是到后期SIP中繼開通之后，引入了互通問題，Robust模式送上去的信令與SIP信令進行疊加后，造成傳真失敗，因此除非在極特殊的情況下，一般不予以使用。

3.2.2 硬件

（1）傳真機問題

檢查傳真紙是否放好；傳真機接收時，需確保傳真機已放好傳真紙、打印墨盒沒有用完、各部件工作正常。傳真機是否已設置“拒絕接收”功能，確保傳真機已正確設置。

（2）網絡中各部分硬件的問題

外線質量和終端電壓是否達到要求，這兩種因素是最容易出現的，因此特別值得注意；其他問題，如上聯ONU、OLT設備板卡端口等是否出現問題，設備版本是否匹配及其他設備因素。

圖4 忙閑時測試結果對比（條形圖）

圖5 忙閑時測試結果對比（曲線圖）

3.3 控制層

在控制層中，關鍵要檢查與低速業務有關的參數配置是否正確。以華為公司SOFTX3000為例。

·不能出現“No fax”、“No modem”字樣。若媒體網關支持檢測傳真信號，則不能出現“No fax”；若媒體網關支持檢測modem信號，則不能出現“No modem”。

·需要包含“v3 fax flow”字樣，表示本網關的傳真業務協商由軟交換控制。

·網關編解碼配置是否正確，以確定當前的傳真類型為T.38還是透明傳輸傳真。

·相關EC配置是否正確。高速傳真本身有EC處理，要求網關的EC功能關閉；低速傳真要求EC打開。

4 結束語

本文從實際出發，第一次從整個網絡的角度，全面分析了影響以傳真業務為代表的低速數據業務的因素。分析過程中，在深圳現網的情況下，做了大量實驗，力求盡可能用豐富的事實數據“說話”。希望此文能在今后的維護工作中起到參考價值。

1 IP與多媒體標準研究組.IP電話網關設備技術要求.電信技術,2000(10)

2 Kurose J F,Ross K W.計算機網絡:自頂向下方法（第四版）.陳鳴譯.北京:機械工業出版社,2009

3 Postel J.Internet Control Message Protocol.RFC 792,Internet Engineering Task Force,1981

4 Stallings W.數據與計算機通信.北京:電子工業出版社,2008