EoC終端自動(dòng)認(rèn)證和配置方法的研究

曹 敏，武樹斌，王 崢

（1.武漢烽火網(wǎng)絡(luò)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074；2.武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074）

EoC終端自動(dòng)認(rèn)證和配置方法的研究

曹 敏1，武樹斌1，王 崢2

（1.武漢烽火網(wǎng)絡(luò)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074；2.武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074）

廣電運(yùn)營商廣泛采用（Cisco Network Register，CNR）作為Cable業(yè)務(wù)后臺(tái)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)CMTS+CM網(wǎng)絡(luò)中的CM認(rèn)證授權(quán)和業(yè)務(wù)配置。對(duì)廣電雙向網(wǎng)絡(luò)改造的新興技術(shù)PON+EoC而言，如何與CNR業(yè)務(wù)管理平臺(tái)無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)多種接入技術(shù)工作在統(tǒng)一的網(wǎng)管平臺(tái)下，是廣電雙向網(wǎng)改造需要解決的關(guān)鍵問題。根據(jù)廣電運(yùn)營商的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和運(yùn)行要求，突破了EoC終端硬件的限制，創(chuàng)新地提出通過（Coaxial Broadband Access Terminal，CBAT）設(shè)備虛擬Agent代理EoC終端的技術(shù)方案，從而實(shí)現(xiàn)CNR系統(tǒng)與PON+EoC接入技術(shù)的融合，完成EoC終端自動(dòng)認(rèn)證和業(yè)務(wù)自動(dòng)配置。該方案可靠性強(qiáng)，便于維護(hù)，為廣電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了良好的借鑒作用。

CNR；PON+EoC；CBAT；自動(dòng)認(rèn)證；自動(dòng)配置

隨著廣電有線網(wǎng)絡(luò)雙向改造技術(shù)的發(fā)展和演進(jìn)，雙向網(wǎng)改造技術(shù)類型主要以CMTS+CM、PON+EoC、PON+LAN和LAN四種為主，其中以CMTS+CM和PON+ EoC兩種技術(shù)方案的用戶覆蓋率較高[1]。由于各種技術(shù)方案都有各自的優(yōu)劣和使用環(huán)境的適應(yīng)性，故部分廣電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在進(jìn)行雙向網(wǎng)絡(luò)改造時(shí)會(huì)根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境采用不同的技術(shù)方案。多種技術(shù)方案并存雖然增加了雙向網(wǎng)絡(luò)改造的性價(jià)比，但是卻增加了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)的復(fù)雜性，譬如如何采用同一套網(wǎng)管設(shè)備來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一管理，就是擺在廣電運(yùn)營商面前的一個(gè)基本問題[2]。

CMTS+CM技術(shù)作為最早為廣電運(yùn)營商熟悉的網(wǎng)絡(luò)改造技術(shù)，在許多省份有著大量的應(yīng)用。其基于CNR的用戶管理和業(yè)務(wù)管理模式，已經(jīng)被廣電運(yùn)營商運(yùn)維人員所認(rèn)可和接受。但是，該系統(tǒng)不能直接管理基于HomePlug AV標(biāo)準(zhǔn)的PON+EoC系統(tǒng)中的EoC終端。因?yàn)镻ON+EoC系統(tǒng)中的EoC終端與CMTS+CM技術(shù)中的CM設(shè)備不同，EoC終端沒有獨(dú)立的CPU對(duì)外開放，無法運(yùn)行認(rèn)證配置軟件，難以做到像CM設(shè)備一樣自行完成自動(dòng)認(rèn)證與配置。

本文根據(jù)廣電有線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和運(yùn)行需求，突破了EoC終端硬件的限制，創(chuàng)新地提出通過在CBAT設(shè)備上運(yùn)行EoC終端代理模塊，模擬EoC終端在自動(dòng)認(rèn)證和配置中的響應(yīng)和操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的自動(dòng)認(rèn)證和自動(dòng)配置，從而實(shí)現(xiàn)CNR系統(tǒng)與PON+EoC接入設(shè)備無縫融合。

1 兩種雙向網(wǎng)改造技術(shù)并存時(shí)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

同時(shí)采用CMTS+CM技術(shù)和PON+EoC技術(shù)進(jìn)行雙向網(wǎng)絡(luò)改造時(shí)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。該網(wǎng)絡(luò)以全網(wǎng)統(tǒng)一的設(shè)備管理和業(yè)務(wù)管理為手段，以確保信息安全和文化安全為目標(biāo)，構(gòu)建了完備的終端認(rèn)證與配置管理體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)和終端的全方位管控。

圖1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

該網(wǎng)絡(luò)分為四層，分別為業(yè)務(wù)終端層、接入控制層、服務(wù)管理層和運(yùn)營支撐層。

在該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，運(yùn)營支撐層和服務(wù)管理層采用同一套設(shè)備，該設(shè)備在運(yùn)營商前期部署CMTS+CM技術(shù)時(shí)已經(jīng)部署并使用。其中運(yùn)營支撐層包括BOSS系統(tǒng)、VOD Server和用戶數(shù)據(jù)庫等，其完成用戶管理、業(yè)務(wù)管理、運(yùn)維管理等相關(guān)工作。服務(wù)管理層即CNR服務(wù)器集群，包含DHCP服務(wù)器、TFTP服務(wù)器、LDAP服務(wù)器等，負(fù)責(zé)提供所有用戶終端設(shè)備和CNU終端設(shè)備的認(rèn)證和配置作用。而在接入控制層和業(yè)務(wù)終端層，由于采用的雙向網(wǎng)技術(shù)不同而分為CMTS+CM系統(tǒng)和PON+ EoC系統(tǒng)。

2 CMTS+CM接入技術(shù)中用戶終端的自動(dòng)管理流程

在如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)CMTS+CM網(wǎng)絡(luò)中的用戶終端CM上線后，進(jìn)入用戶認(rèn)證注冊(cè)和服務(wù)請(qǐng)求階段。注意在這個(gè)階段中，由于CM設(shè)備具有軟件處理能力，所以局端設(shè)備CMTS只是起到傳輸通道的作用，CM設(shè)備自行完成設(shè)備的認(rèn)證和配置。

通過該階段，設(shè)備完成業(yè)務(wù)配置請(qǐng)求和設(shè)備的自動(dòng)配置，其工作流程如下：

1）CM發(fā)起DHCP認(rèn)證

CM上線注冊(cè)后，作為DHCPClient主動(dòng)發(fā)起DHCP認(rèn)證；CM認(rèn)證請(qǐng)求中，填寫Option55選項(xiàng)字段，從服務(wù)器請(qǐng)求CM業(yè)務(wù)配置文件所在的TFTP服務(wù)器的URL信息。

2）CNR響應(yīng)DHCP請(qǐng)求

CNR服務(wù)器集群中的DHCP Server收到來自CM的認(rèn)證請(qǐng)求后，通過LDAP服務(wù)接口，從BOSS后臺(tái)的用戶數(shù)據(jù)庫中取得該CM對(duì)應(yīng)的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；CNR根據(jù)LDAP服務(wù)器取回的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，找到此CM相應(yīng)的用戶服務(wù)類，該類對(duì)應(yīng)于TFTP服務(wù)器存儲(chǔ)的一個(gè)CM業(yè)務(wù)配置文件；CNR中的DHCP Server對(duì)CM進(jìn)行響應(yīng)，把TFTP服務(wù)器的IP地址、存儲(chǔ)路徑、文件名等信息，填寫DHCP響應(yīng)報(bào)文中的Option66和Option67選項(xiàng)字段，返回給CM。

3）CM獲取業(yè)務(wù)配置文件

CM收到來自CNR服務(wù)器群中的DHCP Server響應(yīng)的DHCP報(bào)文后，解析對(duì)應(yīng)的Option66和Option67選項(xiàng)字段，獲得CM文件路徑；CM發(fā)起TFTP請(qǐng)求，從CNR服務(wù)器群中的TFTP服務(wù)器下載業(yè)務(wù)配置文件到本地。

4）CM解析業(yè)務(wù)配置文件

CM解析業(yè)務(wù)配置文件，轉(zhuǎn)換成設(shè)備配置文件，并完成本地配置下發(fā)。

3 PON+EoC接入技術(shù)中用戶終端自動(dòng)管理的實(shí)現(xiàn)方法

目前基于HomePlug AV標(biāo)準(zhǔn)的PON+EoC系統(tǒng)中，EoC終端沒有獨(dú)立的CPU對(duì)外開放，無法運(yùn)行認(rèn)證配置軟件，難以獨(dú)立完成自動(dòng)認(rèn)證與配置[3]。本文中，利用CBAT模擬EoC終端進(jìn)行整個(gè)DHCP認(rèn)證與獲取配置的流程。CBAT是PON+EoC技術(shù)中接入控制層的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)EoC終端的接入和管理控制，一般部署在樓頭或樓道，是運(yùn)營商局端設(shè)備，可以同時(shí)管理和控制多個(gè)EoC終端設(shè)備[4]。

為配合EoC終端完成自動(dòng)認(rèn)證和配置功能，通過在CBAT設(shè)備的軟件中啟用Agent代理模塊，模擬單個(gè)EoC終端，完成認(rèn)證、授權(quán)、配置全流程，在CNR系統(tǒng)看來像是管理多個(gè)具有獨(dú)立IP的EoC終端完成了相關(guān)功能。

3.1 代理模塊的組成

使用代理模塊由8個(gè)子模塊組成，如圖2所示。

圖2 代理模塊的組成框圖

各子模塊的基本功能如下：

1）EoC終端在線與認(rèn)證狀態(tài)維護(hù)模塊，輪詢EoC終端上下線狀態(tài)，對(duì)CBAT接入的EoC終端的在線表進(jìn)行維護(hù)，當(dāng)探測(cè)到有EoC終端上線后，即通知DHCP認(rèn)證模塊開啟認(rèn)證流程。

2）DHCP認(rèn)證模塊，對(duì)應(yīng)于每個(gè)EoC終端，啟動(dòng)一個(gè)DHCP認(rèn)證線程，完成DHCP Discover、DHCPOffer、DHCP Request、DHCP ACK、DHCP NAK、DHCP Re?lease的全流程。

3）HCP Option 82處理模塊，監(jiān)聽EoC終端與DHCP Server的通信過程，對(duì)于請(qǐng)求包的Option82字段進(jìn)行處理，增加線路標(biāo)識(shí)后發(fā)給CNR服務(wù)器，使得服務(wù)器的用戶管理部分可以追溯用戶來源。

4）M文件解析模塊，發(fā)起TFTP連接，從DHCP認(rèn)證模塊解析TFTP服務(wù)器地址和文件名，通過解析轉(zhuǎn)換成EoC終端的配置信息。

5）EoC終端授權(quán)管理模塊，對(duì)EoC終端進(jìn)行合法與非法性判斷。

6）DHCP協(xié)議報(bào)文組包與收發(fā)處理模塊，完成CBAT與DHCP Server交互時(shí)，DHCP協(xié)議的組包、解包和狀態(tài)機(jī)維護(hù)。

7）MME消息通信子模塊，完成CBAT與EoC終端的驅(qū)動(dòng)接口，通過MME消息進(jìn)行EoC終端的端口配置。

8）系統(tǒng)定時(shí)器，向各模塊提供定時(shí)器服務(wù)。

3.2 通過DHCP進(jìn)行EoC終端自動(dòng)認(rèn)證與配置的過程

通過DHCP協(xié)議對(duì)EoC終端進(jìn)行自動(dòng)認(rèn)證和自動(dòng)配置的過程如圖3所示。具體流程如下：

1）CBAT檢測(cè)到用戶EoC終端上線或重啟后，模擬EoC終端發(fā)送DHCPDiscover廣播報(bào)文。

2）CNR中的DHCP Server通過LDAP Search在LDAP服務(wù)器中獲取用戶合法/非法以及配置信息，結(jié)果通過LDAPACK返回。

圖3 認(rèn)證與配置的過程框圖

3）DHCP Server通過DHCPOffer報(bào)文返回CBAT。

4）CBAT模擬EoC終端發(fā)送DHCP Request報(bào)文，并且在收到來自DHCP Server的ACK響應(yīng)之后，獲得CM文件的TFTP信息。

5）CBAT模擬EoC終端，通過TFTP客戶端請(qǐng)求將CM業(yè)務(wù)配置文件下載到CBAT本地，并且完成業(yè)務(wù)配置文件解析。

6）CBAT通過MME消息將業(yè)務(wù)配置文件解析后形成的設(shè)備配置信息下發(fā)到EoC終端，由EoC終端完成配置更新。

3.3 CBAT代理模塊的軟件工作流程

根據(jù)上文中EoC終端自動(dòng)認(rèn)證和自動(dòng)配置的流程，在基于HomePlug AV標(biāo)準(zhǔn)的PON+EoC系統(tǒng)中，由于低頻EoC終端不具備自動(dòng)參與DHCP認(rèn)證和解析業(yè)務(wù)配置文件的能力，需要在CBAT設(shè)備上代理EoC終端進(jìn)行DHCP認(rèn)證和配置文件解析，實(shí)現(xiàn)DHCP認(rèn)證流程中的DHCP Discover、DHCP Offer、DHCP Request、DHCP ACK、DHCP NAK、DHCP Release等所有消息報(bào)文的處理。同時(shí)，在CBAT獲取配置文件后進(jìn)行文件解析，將業(yè)務(wù)配置文件轉(zhuǎn)換為EoC終端的設(shè)備配置文件，通過MME消息將設(shè)備配置信息下發(fā)到EoC終端，完成EoC終端的自動(dòng)配置功能。實(shí)現(xiàn)EoC終端代理功能的流程如圖4所示。

3.3.1 設(shè)備自動(dòng)認(rèn)證和自動(dòng)配置

需要特別注意的是，在DHCPRequest報(bào)文中，需要通過Option 55字段，寫明需要DHCP Server返回TFTP服務(wù)器的路徑和配置文件名，具體要求如下：

1）Option 55:Parameter Request List，通過該選項(xiàng)請(qǐng)求TFTP信息。

圖4 CBAT代理模塊的軟件流程圖

2）Option 66=TFTP Server Name，請(qǐng)求DHCP Server返回TFTP信息。

3）Option 67=Bootfile name，請(qǐng)求DHCP Server返回配置文件名。

在DHCP認(rèn)證結(jié)束后，DHCP Server在后臺(tái)服務(wù)器集群中，查詢與該EoC終端業(yè)務(wù)配置相關(guān)的配置文件，將配置文件路徑和文件名通過DHCPOffer報(bào)文返回給CBAT。

CBAT依據(jù)該信息，在服務(wù)器集群中通過TFTP下載業(yè)務(wù)配置文件，并將該文件解析為EoC終端可以識(shí)別的MME配置命令，下載到EoC終端，完成終端的自動(dòng)配置功能。

在這個(gè)過程中，有任何異常都會(huì)通過報(bào)警的方式上報(bào)統(tǒng)一網(wǎng)管EMS，并通過北向接口上報(bào)BOSS，方便運(yùn)維人員定位問題。

3.3.2 業(yè)務(wù)配置文件解析

在實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備自動(dòng)配置的過程中，解析業(yè)務(wù)配置文件是關(guān)鍵的步驟之一。業(yè)務(wù)配置文件包括業(yè)務(wù)名稱、授權(quán)狀態(tài)、業(yè)務(wù)端口號(hào)、業(yè)務(wù)占用的帶寬等信息（如表1所示）。該過程將逐條解析制配置文件中Vendor Info/IOSConfiguration Command字段中定義的關(guān)鍵字，并轉(zhuǎn)換為EoC設(shè)備可以執(zhí)行的MME配置消息，下發(fā)到EoC終端。

表1 業(yè)務(wù)配置文件中關(guān)鍵字的定義

4 本技術(shù)方案的優(yōu)勢(shì)和實(shí)際運(yùn)用

通過運(yùn)用以上技術(shù)手段，可以在原來已經(jīng)部署好的支持CMTS+CM的接入技術(shù)的網(wǎng)管系統(tǒng)中無縫引入PON+EoC接入技術(shù)。使用運(yùn)營商原本熟悉的運(yùn)營管理體系，同時(shí)管理兩類用戶終端：包括CMTS+CM網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備CM和PON+EoC網(wǎng)絡(luò)中的EoC終端。這兩類終端設(shè)備的形態(tài)和技術(shù)方案差異較大，但是向用戶提供的業(yè)務(wù)具有相似性。因此，可以適當(dāng)抽取功能集合中的共性需求，利用運(yùn)營支撐層的業(yè)務(wù)定義工具，定義相應(yīng)的業(yè)務(wù)類型，服務(wù)各類型終端。這樣一方面可以降低網(wǎng)絡(luò)部署的成本，另外也可以降低運(yùn)維成本，使運(yùn)維人員的工作歸一化、簡單化。

在河南省廣電雙向網(wǎng)改造的過程中，采用本文提到的方法，使用戶EoC終端接入網(wǎng)絡(luò)后，會(huì)自動(dòng)獲得認(rèn)證鑒權(quán)，并且根據(jù)用戶訂購的業(yè)務(wù)套餐，自動(dòng)完成業(yè)務(wù)配置，避免人工進(jìn)行設(shè)備開通和設(shè)備配置的冗長環(huán)節(jié)，終端設(shè)備“即插即用”，一方面極大地減少了業(yè)務(wù)開通和運(yùn)維人員的工作壓力，另一方面減少了故障引入概率，提高了業(yè)務(wù)的可靠性，充分證實(shí)了本方案的有效性和優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)論

“三網(wǎng)融合”已經(jīng)成為當(dāng)前乃至今后一段時(shí)間網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要驅(qū)動(dòng)力，而有線電視雙向網(wǎng)改造技術(shù)是廣電運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)融合”的基礎(chǔ)。采用本文提供的方法，可以根據(jù)各種雙向網(wǎng)多種改造技術(shù)的特點(diǎn)，在統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)的前提下引入不同的接入層改造技術(shù)，降低開通成本和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的成本，該方式對(duì)于廣電運(yùn)營商雙向網(wǎng)改造具有重要的意義[5]。

[1] 格蘭研究.中國有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向改造狀況白皮書[J].中國數(shù)字電視，2012（1）：40-43.

[2] 曹澤民.三網(wǎng)融合新形勢(shì)下廣電業(yè)務(wù)運(yùn)營支撐系統(tǒng)建設(shè)探討[J].

中國有線電視，2012（4）：455-459.

[3]國家新聞出版與廣電總局.NGB寬帶接入系統(tǒng)C-HPAV技術(shù)規(guī)范[S].2013.

[4]國家新聞出版與廣電總局.有線電視網(wǎng)絡(luò)電纜接入系統(tǒng)管理信息庫（MIB）規(guī)范[S].2012.

[5] 徐海泳，勞永明.廣電運(yùn)營商應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn)確定雙向網(wǎng)改模式[J].中國有線電視，2012（7）：791-793.

Study of Auto Authorization and Configuration M ethod for EoC Term inal

CAO Min1，WU Shubin1,WANG Zheng2
（1.Wuhan Fiberhome Network Co.,Ltd.，Wuhan 430074，China; 2.Wuhan Hongxin Communication Technologies Co.,Ltd.，Wuhan 430074，China）

Cable carrier adapts CNR(Cisco Network Register)as backstage business management system in general.CNR can accomplish CM(Cable Modem)authentication and provisioning in CMTS (Cable Modem Terminal System).As a up-rising technology in bidirectional network transform of cable carrier,PON+EoC can’t be integrated with CNR management system.This situation impede cable business carry out.This paper analyses the access network's requirement of cable carrier,and puts forward a novel method which uses CBAT(Coaxial Broadband Access Terminal)as agent to simulate EoC terminal’s behaviour virtually.So,CNR can combine with PON+EoC network perfectly,realizes EoC terminal authorization and provisioning automatically.The mode is provided with high reliability and flexibility,and can offer reference for cable carrier.

CNR；PON+EoC；CBAT；automatic authorization；automatic configuration

TN915.05

A

曹 敏（1974—），女，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)；

?? 盈

2014-05-29

【本文獻(xiàn)信息】曹敏，武樹斌，王崢.EoC終端自動(dòng)認(rèn)證和配置方法的研究[J].電視技術(shù)，2014，38（22）.

武樹斌（1975—），工程師，博士，研究方向?yàn)榻尤刖W(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；

王 崢（1974—），高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)。