C-HPAV系统中EoC终端设备交换芯片的统一管理

谢 娟，武树斌，占庆山

（武汉邮电科学研究院 武汉烽火网络有限责任公司，湖北 武汉 430074）

C-HPAV系统中EoC终端设备交换芯片的统一管理

谢 娟，武树斌，占庆山

（武汉邮电科学研究院 武汉烽火网络有限责任公司，湖北 武汉 430074）

介绍了基于C-HPAV系统的广电网络的双向改造的解决方案EPON+EoC，提出了现有技术在对终端设备中交换机的管理方面存在的问题，创新性地提出“基于MME的设备操作”的操作方式，并提出“基于扩展MME和终端代理Agent”的方式来解决现有技术的问题，从而实现在终端使用不同的交换芯片的一个混合型网络中互联互通的目的，极大地减少网络管理的负担并使整个网络更具扩展性。

C-HPAV；终端代理Agent；扩展MME；统一管理

1 C-HPAV系统概述

随着信息化时代的到来，传统的单向电视网络已经不能适应现有客户的需求，对广电网络实行双向地升级和改造,寻求经济又适应现有客户需求的技术解决方案是有线电视运营商迫切需要做的。根据中国的国情和各种技术的比较和分析可以知道，EPON+EoC方案充分利用现有的HFC网络，不需要对网络进行重新布线，系统也易安装，并且考虑到多业务承载时对管理、VLAN、QoS、安全性和扩展性等功能需求，从而使现有的有线电视网络升级成为功能可扩展、结构开放的高可靠性接入网络。所以该方案是基于目前的广电HFC网络实现三网融合的最佳方案，也是目前广电网络中最常用的方案。

近几年来，随着三网融合试点的推广，以IEEE1901/HomePlugAV标准为基础的EoC技术因具有良好的接入性能和合理的产品价格成为广电运营商的首选接入网技术，并在NGB接入网市场中占有很大的比重。

IEEE1901/HomePlugAV标准是一种通过常规的电力线承载以太网信号传输的技术标准，该标准是由电气电子工程师协会发布的，主要应用在电力线通信领域[1]。C-HPAV标准吸取了IEEE1901/HomePlugAV标准的技术特点，将该技术在同轴电缆中作为接入技术，实现高带宽的以太网数据在同轴电缆上的传输。C-HPAV标准在原国家广电总局的指导下，由国内部分网络运营商、芯片制造厂商、科研院所和设备制造商联合起草制定。该标准定义了C-HPAV系统的架构与总体要求，物理层、MAC层的功能及其相关协议与数据接口，以及系统管理和维护的方法。C-HPAV系统采用一点到多点结构的双向接入树形网络。其中的“一点”指的是C-HPAV系统头端，“多点”指的是用户端的多个系统终端[2]。整个网络拓扑结构见图1。

由图1可以看到，网络系统的前端放置的是OLT，ONU则放置在楼层，并与EoC局端设备相连，通过HFC网络进入到用户家中。用户可以通过有线电视的同轴电缆线既可以传输和接收数据信号，同时又不影响传输和接收有线电视信号。放置在用户家中的EoC终端设备，可以提供CATV和数据信号的输出，并连接到用户的电脑和电视等家用设备上。

图1 C-HPAV系统网络拓扑图

2 EoC局端对终端设备的交换芯片的统一管理设计

EoC局端由于向上连接EPON系统中的ONU，向下连接EoC终端设备，其工作和性能的好坏将直接反应整个网络系统的优劣。EoC局端对ONU的IP数据进行接收和调制，然后和CATV信号进行混合并输出，并能把反向的数据再调制成网络IP数据包并进行传输，还要能对下连的EoC终端进行集中的管理。目前的EoC局端通过管理数据输入输出接口下发命令自主地远程配置交换芯片，达到管理终端设备的目的。

2.1 引入终端代理Agent的目的

运用目前的EoC局端通过管理数据输入输出接口下发命令自主地远程配置交换芯片存在着以下问题：

1）在一个大型的EoC网络中，通常是由许多不同类型的交换芯片的终端设备组成的。头端在对终端的交换芯片下发配置时必须要辨别交换芯片的具体类型和协议，才能选择相应的配置进行下发。如果在无任何保护和验证的情况下，对于交换芯片的交换配置可能会出现配置错误，从而导致网络中出现故障，影响网络性能。

2）由于每个交换芯片都有自己的一套适合于管理数据输入输出接口的配置命令。因此，当在一个大型网络中出现类型不同的交换芯片的终端时，对于交换芯片的配置将会产生一个巨大的在管理数据输入输出接口上传输配置命令的负担，而且这个负担全部放在了局端的主机处理器上。这样局端设备不仅要对EoC终端设备进行配置还要对终端的交换芯片进行配置，局端的工作负担加大，对局端设备的要求自然就会比较高，这样的技术实现会给网络的可靠性、健壮性带来很大的隐患。

2.2 统一管理的设计

为解决这个问题，本文采用一个更为通用的方法，创新性地提出“基于MME的设备操作”的操作方式，而不同于以往的“基于MME的寄存器操作”，引入终端代理Agent方式。在终端EoC芯片中增加了终端代理Agent模块，利用终端代理Agent来替代EoC局端对连接的设备作类型识别。从而让终端代理Agent来管理终端的交换芯片，使得在同一个网络成功地支持不同的硬件形态，屏蔽不同的硬件方案使得EoC局端在管理和配置方面的压力得到缓解，同时也减少了由于现场操作人员误操作而使得设备损坏的可能性，从而优化整个网络，构建更具可扩展性、无故障的、易于管理的网络。具体的管理流程如图2、图3所示。

图2 头端对终端的管理MME流

图3 头端对交换芯片管理的MME流

本文设计的EoC管理系统的通信消息是在原有基于特定的以太网类型报文0x88E1（简称MME）的基础上进行的扩展。采用扩展的特定以太网类型报文（简称扩展的MME）来实现局端与终端代理Agent之间的通信，而局端对终端的管理仍采用原有的特定以太网类型报文（简称标准的MME）。这样局端对终端和对终端的交换芯片管理将会分开，互不干扰。

由于扩展的MME的报文不同于以前原有的标准的MME报文格式，必须对扩展的MME的帧结构进行规定，其中它的帧格式应该包括请求消息和应答消息两种，而请求消息中又可划分成设置信息消息和获得信息消息两种不同的消息类型，应答消息是对请求消息的回复，回复其请求是否下发和返回需要应答的参数。扩展MME消息内容由是由以太网帧头、MME头、MME包内容（一个实例索引和多个属性索引）、后缀组成。

具体的帧结构如图4和图5所示。根据定义的帧格式编写相应的结构体，包括以太网帧头、MME包头、实例索引TLV、属性索引TLV对应的结构体，现仅列出实例索引TLV的结构体如下：

图4 请求消息的帧格式

图5 请求消息的帧格式

结构体定义完成后需定义终端代理Agent使用的终端交换芯片配置SDK函数。对每一个相应属性进行操作的函数进行定义和实现，其中每一个函数都会调用实例索引TLV内部接口函数和扩展属性TLV内部接口函数以及发送MME包并获得操作结果。其中实例索引TLV内部接口函数包括实例索引TLV编码函数和校验响应消息中实例索引的合法性，扩展属性TLV内部接口函数包括设置请求消息和获得请求消息中对扩展属性TLV编码以及设置应答消息和获得应答消息中扩展属性TLV解析。现列出设置环路检测报文发送周期这一属性的函数实现，其函数名为

对其进行实例索引TLV编码调用函数

再对其进行属性索引TLV编码调用函数

将包进行编码后进行发包并获得结果并将结果进行解析，调用函数

从而完成对设置环路检测报文发送周期这一属性的实现和得到操作结果，完成对终端的交换芯片的特定项的管理。

2.3 加入终端代理Agent模块的互通管理流程

1）终端代理Agent是运行在EoC终端芯片中，当EoC终端上电启动后，终端代理Agent首先从终端EoC系统中读取终端的性能属性并保存，并且其保存在特定的位置处，满足兼容性的需求。

2）终端代理Agent调用相应的程序应用接口向EoC终端芯片注册扩展的MME消息，当消息注册后，所以注册过的消息都转发给终端代理Agent处理，这样实现了头端和终端代理Agent通信。终端代理Agent和终端交换芯片通信，避免了头端直接识别终端交换芯片的类型，实现无差异地下发配置，减轻了头端的管理的负担。

3）局端收到EoC终端上线消息后，发送扩展的MME查询各个终端的性能属性。

4）终端代理Agent读取保存在特定位置的终端性能属性的信息发送扩展的MME将终端的性能属性回复给局端；若EoC终端中下接家庭网关，则在回复的消息中应包含家庭网关芯片的MAC地址。

5）局端向网管发送终端上线的认证信息；认证信息中包括缆桥终端的EoC终端芯片的MAC，如终端下接家庭网关，则认证消息中还包括下接的家庭网关的MAC地址。

6）网管完成对该终端认证通过后，利用原有的配置文件下发方式，将终端配置参数下发给局端。

7）局端收到配置文件后，解析配置文件，将配置参数保存在局端本地内存中。若是对终端EoC终端芯片的配置，则直接通过标准的MME将配置参数下发给终端芯片；若是针对终端交换芯片和家庭网关的配置，则将配置参数封装到扩展MME发送给EoC终端代理Agent。

8）终端代理Agent收到扩展的MME消息后，根据消息内容，对交换芯片进行配置，并将最终的配置结果再封装成扩展的MME回应局端。若是对于家庭网关的消息，则要进行MAC替换，将目的MAC地址替换成家庭网关的MAC地址，源地址改为终端芯片的MAC地址再把MME发送给家庭网关，家庭网关再将配置结果发送扩展MME回应给局端，在经过终端代理Agent又要进行一次地址替换再发送给局端。具体的互通管理流图如图6所示。

图6 互通管理流程图

3 EoC局端对终端设备的交换芯片的统一管理的实现

任何一个系统都需要硬件和软件相互配合才能实现，对于EoC局端对终端的交换芯片的统一管理的实现，需要硬件方面加入终端代理Agent模块，软件方面需要使用扩展的MME包在EoC头端与终端代理Agent之间进行通信。

3.1 系统测试的网络拓扑结构

对于最终实现的系统进行测试，采用了EoC头端1台，32台终端相连即1∶32的测试环境，采用RFC2544基准测试方法对系统进行定量的测试，其网络测试的拓扑结构如图7所示。

图7 系统测试拓扑结构

3.2 系统测试步骤

1）根据拓扑图将网络进行搭建，进行实验性的打流，观察网络测试仪是否收到包，从而判定网络是否正常。

2）网络测试正常后，在EoC局端上启动终端代理Agent模块。

3）通过网管通过EoC局端对EoC终端下发端口的环路检测、端口镜像使能、端口的流控使能、双工方式和速率以及风暴抑制、端口VLAN、优先级和PVID等一系列的扩展MME配置的信息包。

4）EoC头端接收后，由于是扩展的MME包，则EoC局端利用终端代理Agent对接收的包进行解析并转化成终端相应的配置并下发到终端对应的位置上。

5）若配置正常生效后，则测试其在如下帧长（单位：byte）时的下行吞吐量：64，128，256，512，1 024，1 280，1 518各个字节，报文为未打标的报文，测试时间为60 s，并记录吞吐量数据。

6）按照同样的方法，测试下行的吞吐量。

7）对于时延和丢包率，测试其在如下帧长（单位：byte）时的下行时延和丢包率：64，128，256，512，1 024，1 280，1 518各个字节，报文为未打标的报文，并设置测试速率为该帧长下吞吐量测试结果的90%，测试时间4min，并记录时延和丢包率的数据。

8）按照步骤5）测试上行的时延和丢包率并做记录。

3.3 测试结果及分析

按照3.2节的测试步骤对系统进行测试，通过在EoC局端上启动终端代理Agent模块测试结果见表1。

表1 系统测试结果

由表1可以知道，在上述的系统测试中，使用了终端管理Agent对终端设备的交换芯片的管理配置下发是正确的，并且该系统业务性能良好，吞吐量符合业务要求，且系统的时延小，最多不超过60ms，所以配置下发响应十分迅速，并且无业务丢包，即信息不丢失。随着对测试帧长从64 byte到1 518 byte的增加，其上下行吞吐量和时延也随之增加，是符合实际的应用逻辑的，从而说明了该系统设计是正确可行的，并且在该设计下不影响正常的业务，且业务性能良好并且能够达到统一管理的目的，使得EoC局端的管理的负担得到了缓解，使得整个网络更加稳定和健壮。

4 结束语

在现有EoC网络中，有越来越多不同类型的交换芯片或WiFi路由器连接到终端上。但它们来自于不同供应商的，需要区分它们的类型并下发相应的配置和管理，这对整个网络管理将带来了额外的工作。终端代理Agent这一设计，给EoC的开发带来了新的工具来管理复杂的网络变得非常容易。在这种设计架构中，网络管理将采用统一的格式来配置终端和与终端相连接的设备，并且可以不辨别他们的具体类型和协议。通过软硬件的实现和测试结果可以表明，该设计是可行的，能够解决实际问题。

[1]茹伟光，王正军，倪晨鸣.C-HPAV在NGB接入网中的应用[J].电视技术，2013，37（20）：34-37.

[2]GY/T269—2013，NGB宽带接入系统C-HPAV系统技术规范[S]. 2013.

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

[4] 国家广播电影电视总局科技司.面向下一代广播电视网（NGB）电缆接入技术（EoC）需求白皮书[R].北京：出版者不详，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

谢 娟，女，硕士生，主要研究方向为通信与信息系统；

�� 薇

2014-01-26

【本文献信息】谢娟，武树斌，占庆山.C-HPAV系统中EoC终端设备交换芯片的统一管理[J].电视技术，2014，38（18）.

武树斌，博士，主要研究方向为三网融合中接入网的QoS研究、基于SNMP和OAM的网络管理；

占庆山，硕士生，主要研究方向为通信与信息系统。