W iFi型EoC終端管理方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

占慶山，武樹斌，謝 娟

（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）

W iFi型EoC終端管理方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

占慶山，武樹斌，謝 娟

（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）

基于《NGB寬帶接入系統(tǒng)C-HPAV系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，針對WiFi型EoC終端提出了一種分布式管理方案，解決了現(xiàn)有的集中式管理方案中EMS對終端管理響應(yīng)慢、網(wǎng)絡(luò)健壯性不好、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性差的問題。該方案中EMS只做預(yù)處理工作，后續(xù)對終端的管理配置工作由頭端完成，頭端通過擴(kuò)展MME對WiFi芯片進(jìn)行配置管理。簡要介紹了WiFi型EoC終端。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明分布式管理方案能夠很好地管理WiFi型EoC終端。

WiFi；EoC終端；EMS；SNMP；擴(kuò)展MME

1 同軸接入技術(shù)

同軸接入、光纖接入和雙絞線接入是目前三大接入方式，廣電運(yùn)營商的同軸網(wǎng)絡(luò)資源豐富，覆蓋范圍廣，同軸接入作為解決最后100 m的接入問題有以下優(yōu)勢：安裝簡單，即插即用，無需重新布線，無需擾民，節(jié)約資源，不需要大量人力跟資本的投入。同軸接入技術(shù)是下一代廣播電視網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]，被列入廣電總局《NGB寬帶接入系統(tǒng)C-HPAV系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（后簡稱《規(guī)范》）當(dāng)中，廣泛推廣。C-HPAV系統(tǒng)采用一點(diǎn)到多點(diǎn)的用戶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中的“一點(diǎn)”指的是C-HPAV系統(tǒng)頭端（CLT），“多點(diǎn)”指的是用戶端的多個(gè)系統(tǒng)終端（CNU）[2]。

圖1 C-HPAV系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

CNU是用戶的接入設(shè)備，終端提供的業(yè)務(wù)種類直接決定著用戶的數(shù)量。隨著通信技術(shù)和用戶對信息、娛樂、寬帶通信等融合業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，為用戶打造一個(gè)全能的、安全的、快速的家庭網(wǎng)絡(luò)已成為現(xiàn)實(shí)。智能手機(jī)、平板電腦等生活中越來越多的電子產(chǎn)品可以使用WiFi，WiFi功能給人們的生活帶來了極大的便利。WiFi型EoC終端將極大地提高廣電網(wǎng)絡(luò)的市場份額。

根據(jù)《規(guī)范》中定義，網(wǎng)絡(luò)管理功能有四個(gè)方面，即配置管理、故障管理、性能管理和安全管理[1]。本文基于《規(guī)范》，在現(xiàn)有管理方案的基礎(chǔ)上提出兩種管理方案。其中分布式管理方案是基于特定的以太網(wǎng)類型報(bào)文0x88E1(MME)[3-4]的擴(kuò)展類型，進(jìn)行頭端和終端之間的通信，該方案解決了現(xiàn)有管理方案中對終端管理響應(yīng)慢、網(wǎng)絡(luò)健壯性不好、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性差的問題。

2 EPON+EoC系統(tǒng)管理方案簡介

WiFi型EoC終端就是將AP與EoC終端結(jié)合，無線傳輸支持IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)。可提供無線WiFi應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)無需實(shí)線連接或添加設(shè)備就能提供家中第二臺電視的點(diǎn)播。WiFi型EoC終端在網(wǎng)絡(luò)中的連接示意圖如圖2所示。

圖2 WiFi型EoC終端在網(wǎng)絡(luò)中連接示意圖

EPON和EoC網(wǎng)管系統(tǒng)基本上都采用SNMP協(xié)議，但是EoC網(wǎng)管系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還未形成，各個(gè)廠家設(shè)計(jì)方案各不相同，導(dǎo)致相應(yīng)的管理方案也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。EoC網(wǎng)絡(luò)主要是對頭端和終端進(jìn)行管理，由于終端數(shù)量多，而且是放在用戶家中，對終端的管理尤為重要。WiFi型EoC終端與普通型的區(qū)別在于WiFi型EoC終端使用了WiFi芯片，需要對該芯片進(jìn)行配置管理。下面對WiFi型EoC終端的管理方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 終端管理方案的設(shè)計(jì)

3.1 EMS直接管理W iFi芯片

現(xiàn)有的WiFi型EoC終端管理方案是將WiFi芯片直接當(dāng)作一個(gè)網(wǎng)元進(jìn)行管理，EMS（網(wǎng)元管理系統(tǒng)）直接管理WiFi型芯片。管理示意圖如圖3所示。

圖3 現(xiàn)有管理方案示意圖

EMS通過管理通道直接管理EoC型終端，查看WiFi芯片信息，終端的應(yīng)答消息通過SNMP消息直接傳輸?shù)紼MS。這種方案是一種集中式管理方案，所有的終端都由EMS直接管理，頭端處工作少，比較容易實(shí)現(xiàn)。但是這種管理方案對網(wǎng)管要求太高，現(xiàn)有的一些網(wǎng)管系統(tǒng)很難達(dá)到要求。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的終端數(shù)目達(dá)到十萬級的時(shí)候，很容易沖垮網(wǎng)管，一旦網(wǎng)管癱瘓，整個(gè)系統(tǒng)有可能無法正常工作，造成嚴(yán)重的后果。

3.2 EMS通過頭端管理W iFi芯片（SNMP代理）

為了減輕網(wǎng)管壓力，使得廣電運(yùn)營商現(xiàn)有的網(wǎng)管系統(tǒng)能夠勝任管理工作，設(shè)計(jì)下面這種管理方案：EMS通過EoC頭端管理WiFi芯片，在EoC頭端運(yùn)行SNMP代理，EMS將對WiFi芯片的管理配置信息發(fā)送至SNMP代理，SNMP代理將相應(yīng)的消息通知給WiFi芯片，終端的應(yīng)答消息通過SNMP代理送到EMS上。管理示意圖如圖4所示。

圖4 使用SNMP代理的管理方案示意圖

這個(gè)方案中不再把WiFi芯片當(dāng)作獨(dú)立網(wǎng)元進(jìn)行管理，減小了網(wǎng)管的壓力，但是實(shí)際上管理流程還是過度依賴EMS。配置下發(fā)等配置管理過程是一個(gè)閉環(huán)過程，EMS告知SNMP代理，SNMP代理再將配置告知到WiFi芯片，WiFi芯片回復(fù)配置是否成功，也要先將回復(fù)信息發(fā)送給SNMP代理，再由SNMP代理轉(zhuǎn)發(fā)給EMS。所有的管理信息的處理最終還是依賴于EMS，而且隨著網(wǎng)絡(luò)中終端數(shù)目的增加，網(wǎng)管對終端管理信息的響應(yīng)速度和管理質(zhì)量都會隨著下降。

3.3 分布式管理方案

鑒于以上分析討論發(fā)現(xiàn)，集中式管理方案無法解決對終端管理響應(yīng)慢、網(wǎng)絡(luò)健壯性不好、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性差的問題，以此提出一種分布式管理模型，EMS將終端的管理權(quán)下放給頭端，各個(gè)頭端管理與自己連接的終端，從而實(shí)現(xiàn)分布式管理。管理示意圖如圖5所示。

圖5 分布式管理方案示意圖

分布式管理方案可以實(shí)現(xiàn)頭端全面管理WiFi型EoC終端。EMS做一個(gè)預(yù)處理過程，預(yù)處理完成后，后續(xù)的管理過程不需要EMS來一一處理，只需要各個(gè)頭端管理各自的終端，通過擴(kuò)展MME對WiFi芯片進(jìn)行配置管理。分布式管理方案有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）對終端管理信息響應(yīng)速度快。終端的管理信息完全由與自己相連接的頭端進(jìn)行處理，不需要依賴EMS來一一響應(yīng)，這極大地提高了對終端請求信息響應(yīng)的速度。

2）網(wǎng)絡(luò)的健壯性好。在運(yùn)行過程中，只要網(wǎng)絡(luò)還存在，頭端依然工作，即使網(wǎng)管癱瘓了，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)依然可以工作，對終端的管理不受影響，網(wǎng)絡(luò)的健壯性好。

3）網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好。網(wǎng)絡(luò)管理質(zhì)量、響應(yīng)速度不會隨著終端數(shù)的增加而下降，終端數(shù)增加，頭端數(shù)也會相應(yīng)地增加，這就相當(dāng)于管理節(jié)點(diǎn)隨著終端數(shù)的增加而增加，響應(yīng)速度和管理質(zhì)量始終維持在一個(gè)穩(wěn)定的層次，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好。

3.4 分布式管理方案的實(shí)現(xiàn)

分布式管理方案優(yōu)勢明顯，更能滿足要求。該方案的具體處理流程是：

1）EMS做一個(gè)預(yù)處理過程，將終端的業(yè)務(wù)模板全部存在頭端上。

2）終端上電上線后，通過基本MME對EoC Slave芯片進(jìn)行配置管理，使用擴(kuò)展MME對WiFi芯片進(jìn)行配置管理，擴(kuò)展MME在EoC Slave芯片處透傳。

處理流程如圖6所示。

圖6 WiFi芯片配置管理流程

頭端和WiFi芯片之間通過擴(kuò)展MME來通信，擴(kuò)展MME是針對于標(biāo)準(zhǔn)MME來說的，兩者的區(qū)別是標(biāo)準(zhǔn)MME為“基于MME的寄存器操作”的操作方式，擴(kuò)展MME為“基于MME的設(shè)備操作”的操作方式。實(shí)際運(yùn)用擴(kuò)展MME，需要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)下面的函數(shù)：

1）擴(kuò)展MME組包函數(shù)constructMMEpacket（），這個(gè)函數(shù)主要做兩部分工作，一部分是將MME包頭填入包中，MME包頭是固定的格式；一部分是將包參數(shù)填入包中，即具體管理的參數(shù)值。

2）發(fā)送函數(shù)transmitMMEpacket（），發(fā)送函數(shù)將組包函數(shù)組好的包發(fā)送到終端的物理端口，在這個(gè)過程中需要將邏輯端口映射為物理端口。接收應(yīng)答包有時(shí)間限制，超過設(shè)置的時(shí)間收不到包則重發(fā)請求包，設(shè)置最大重發(fā)次數(shù)，超過最大重發(fā)次數(shù)就不再重發(fā)請求包。

3）收包函數(shù)acceptMMEpacket（），收包函數(shù)接收發(fā)過來的擴(kuò)展MME包。

4）解析應(yīng)答消息函數(shù)analyseAnswerMMEpacket（），為組包函數(shù)的逆過程，與組包函數(shù)稍有不同的是需要先判斷請求的操作是否成功，判斷回復(fù)的應(yīng)答包中狀態(tài)字的值，只有請求的操作得到正確的應(yīng)答才繼續(xù)解包，否則返回錯(cuò)誤類型。

頭端和WiFi芯片通信過程如圖7所示。

圖7 頭端和WiFi芯片通信流程

4 測試結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證分布式管理方案對終端管理信息響應(yīng)速度快、終端等待時(shí)間短，采用下面的模型：5個(gè)EoC頭端，每個(gè)頭端下分別連接16個(gè)WiFi型EoC終端，測試拓?fù)鋱D如圖8所示。

圖8 響應(yīng)時(shí)間測試拓?fù)鋱D

PC上運(yùn)行網(wǎng)管軟件。同時(shí)給終端上電，測試集中式管理方案和分布式管理方案中告警上報(bào)和性能統(tǒng)計(jì)所需的時(shí)間。測試結(jié)果如下表1所示。

表1 響應(yīng)時(shí)間測試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用分布式管理方案的網(wǎng)絡(luò)對終端管理響應(yīng)迅速，終端等待時(shí)間短。

測試采用分布式管理方案的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能，測試拓?fù)鋱D如圖9所示。

圖9 性能測試拓?fù)鋱D

測試EoC系統(tǒng)在1:N，N=1時(shí)的性能數(shù)據(jù)，測試結(jié)果如表2所示。

表2 WiFi型EoC終端性能測試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明分布式管理方案能夠很好地管理WiFi型EoC終端，終端性能良好。

5 結(jié)束語

分布式管理方案的提出降低了工程管理中對網(wǎng)管的要求，讓廣電運(yùn)營商在現(xiàn)有的網(wǎng)管基礎(chǔ)上就可以實(shí)現(xiàn)對WiFi型EoC終端的管理，不需要再投資對網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行升級。同時(shí)解決了集中式管理對終端管理信息響應(yīng)慢、網(wǎng)絡(luò)健壯性不好、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性差的問題。分布式管理方案可以避免出現(xiàn)隨著終端數(shù)的增加，管理質(zhì)量下降，響應(yīng)越來越慢的問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：分布式管理方案是可行的，能夠滿足實(shí)際需求。

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

[2]國家廣電總局廣播電視規(guī)劃院有線電視網(wǎng)絡(luò)寬帶接入技術(shù)工作組.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[S].2009.

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

[4]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.

Design and Im plementation of W iFi EoC Term inal M anagement System

ZHAN Qingshan，WU Shubin，XIE Juan
（Wuhan Fiberhome Network Co.,Ltd.,Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications,Wuhan 430074,China）

A distributed management scheme for WiFi-EoC terminal based on NGB broadband access system C-HPAV system technical specifications is proposed.The scheme network respond faster and the robustness and stability of network are better than the centralized management.In this scheme,EMS only do pretreatment,master manage terminal and communicates with WiFi chip via extended MME.WiFi EoC terminal is briefly introduced.Experiment results show that the scheme can well complete the WiFi EoC terminal management.

WiFi;EoC terminal;EMS;SNMP;extended MME

TN943

B

占慶山，碩士生，主要研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)；

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2014-03-21

【本文獻(xiàn)信息】占慶山，武樹斌，謝娟.WiFi型EoC終端管理方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2014，38（20）.

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，以及基于SNMP和OAM的網(wǎng)絡(luò)管理；

謝 娟，女，碩士生，主要研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)。