GPON家庭網(wǎng)關(guān)ONT穩(wěn)定性自動測試技術(shù)實現(xiàn)

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(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、高清視頻點播等高帶寬多媒體業(yè)務需求的增加，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、性能穩(wěn)定、保密性好、多業(yè)務承載等優(yōu)勢，被認為是實現(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)運營商的最佳選擇?；贕PON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，為了方便運營商GPON網(wǎng)絡(luò)業(yè)務的開通與部署，減少故障率，提升用戶體驗，ONT業(yè)務的穩(wěn)定運行成為重要保證。GPON ONT作為終端用戶的家庭網(wǎng)關(guān)，由于承載業(yè)務多樣，用戶環(huán)境復雜，運行時間久，其穩(wěn)定性是一個重要考驗。

本文首先介紹了三網(wǎng)融合Triple Play[3]業(yè)務和網(wǎng)絡(luò)拓撲，然后在實現(xiàn)單ONT Triple Play業(yè)務的基礎(chǔ)上，設(shè)計實現(xiàn)了一套多ONT綜合業(yè)務穩(wěn)定性的自動化測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括物理平臺的設(shè)計搭建，ONT在局端OLT上omci[4]業(yè)務交互配置，Jenkins[5]自動參數(shù)的下發(fā)和測試job構(gòu)建觸發(fā)以及測試結(jié)果的自動分析和報告自動郵件發(fā)送。該平臺實現(xiàn)了自動化、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、電視卡進行功能驗證。測試結(jié)果表明該平臺可以滿足批量ONT長時間穩(wěn)定性測試需求，能夠及時發(fā)現(xiàn)業(yè)務丟包、語音呼損、視頻中斷以及內(nèi)存泄露等問題，且平臺具有擴展性好、穩(wěn)定性高的優(yōu)點。

1 三網(wǎng)融合業(yè)務

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)、計算機網(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)務應用的融合。表現(xiàn)為技術(shù)上趨向一致；網(wǎng)絡(luò)層上實現(xiàn)互聯(lián)互通，無縫覆蓋；業(yè)務層上互相滲透和交叉；應用層上使用統(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、個性化服務的同一目標逐漸交匯在一起[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。

1.2 GPON ONT Triple Play網(wǎng)絡(luò)拓撲

本文以墨西哥電信網(wǎng)絡(luò)的GPON Triple Play拓撲圖為例進行業(yè)務分析，如圖1所示。從圖1可以看出該網(wǎng)絡(luò)拓撲融合了寬帶高速上網(wǎng)HSI、SIP VOIP語音電話、IPTV視頻播放以及遠端網(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)管服務器AMS、TR069[8]終端管理服務器ACS、語音sip服務器、Media服務器。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。

圖1 墨西哥Triple Play電信網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

除了上述電信網(wǎng)的三重業(yè)務融合，廣電網(wǎng)絡(luò)以傳輸廣播式業(yè)務加交互式的數(shù)據(jù)、語音、視頻等個性化業(yè)務進行“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?；贕PON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)拓撲可以看出廣播電視網(wǎng)融合了電信寬帶業(yè)務和廣播電視業(yè)務。GPON OLT通過時分復用技術(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，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)務和廣播電視業(yè)務，實現(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)務實現(xiàn)

為了在實驗室更方便地進行GPON ONT三網(wǎng)融合業(yè)務驗證，本文以上海諾基亞貝爾自主研發(fā)的GPON ONT G241WA為例,設(shè)計實現(xiàn)了單個ONT的IPTV、VOIP、Internet以及RF video視頻電視業(yè)務。測試拓撲如圖3所示。其業(yè)務實現(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WAN連接，包括Internet WAN、IPTV WAN、VOIP WAN以及RF VIDEO服務配置。

(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)務服務。

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

(5)通過儀表和抓包進行不同的業(yè)務驗證。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測試拓撲圖

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

圖5 Wireshark用戶側(cè)單播業(yè)務抓包

用戶側(cè)組播流Wireshark抓包如圖6所示，TestCenter用戶側(cè)端口模擬機頂盒STB通過DHCP獲取地址，然后點播不同的視頻頻道，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STB視頻點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

RF VIDEO通過電視卡模擬電視機，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

通過驗證可以看出，GPON ONT G241WA成功地實現(xiàn)了Internet、IPTV、VOIP和RF VIDEO多種業(yè)務承載。通常產(chǎn)品在交付客戶前會進行長時間(72小時)的綜合業(yè)務測試，以驗證ONT工作的穩(wěn)定性。運營商對不同業(yè)務的測試標準如下：

(1)寬帶Internet雙向數(shù)據(jù)業(yè)務需要測試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的比例進行測試。小包長比重較大，這是為了進一步考驗ONT的CPU處理能力。72小時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Multicast流量不中斷且沒有丟包。

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

(4)VOIP語音72小時摘機、掛機、呼叫正常，呼叫成功率達到99.95%。

通過測試標準可以看出對GPON ONT綜合業(yè)務的穩(wěn)定性要求很高。業(yè)務復雜且運行時間長，如果待測試的ONT種類多樣，設(shè)備廠商為了滿足不同運營商的要求，需要花費大量的人力和時間進行測試。為了能夠高效省力地實現(xiàn)測試，本文設(shè)計實現(xiàn)了一套穩(wěn)定性高、擴展性好、能夠自動觸發(fā)測試的綜合系統(tǒng)。

3 多ONT并行自動測試系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

3.1 綜合穩(wěn)定性自動化平臺設(shè)計思想

(1)基于單一ONT測試拓撲，通過多臺48口交換機級聯(lián)匯聚，擴展對接到多個ONT的LAN口，使平臺支持120個以上ONT并行測試，且平臺通過增加交換機方便進行ONT測試數(shù)量擴展。該平臺使多個ONT的測試總時間縮短到72小時的周期，節(jié)省了大量測試時間。

(2)通過一臺Linux機器對接到所有交換機的級聯(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，運行Python腳本實現(xiàn)自動配置多個ONT的不同業(yè)務WAN連接。

(3)根據(jù)ONT的頁面配置，通過Python腳本實現(xiàn)平臺所有ONT的OLT OMCI命令下發(fā)，完成業(yè)務遠端配置。

(4)通過Python[9]腳本自動構(gòu)建STC測試業(yè)務流模板，針對Internet雙向單播業(yè)務和下行組播流業(yè)務進行發(fā)包驗證，并實時統(tǒng)計業(yè)務丟包情況。

(5)通過Jenkins持續(xù)集成服務器，構(gòu)建平臺所有ONT穩(wěn)定性測試Job?？梢愿鶕?jù)需要選定測試ONT類型，設(shè)定測試時長和自動測試觸發(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告并自動郵件發(fā)送。

3.2 綜合穩(wěn)定性平臺測試驗證

通過STC網(wǎng)絡(luò)測試儀表批量進行ONT業(yè)務發(fā)包驗證，不同的ONT通過不同VLAN區(qū)分，從流量收發(fā)情況可以實時監(jiān)測Internet、IPTV業(yè)務運行并進行丟包統(tǒng)計。語音通過Abacus呼叫器模擬摘機、通話、掛機循環(huán)操作，可實現(xiàn)100路以上的電話同時呼叫，并可以針對呼叫參數(shù)靈活進行設(shè)計，如摘機時間、呼叫時間、呼叫間隔等。RF VIDEO通過多個ONT射頻輸出接口連接到PC的多個USB視頻卡，既可減少PC數(shù)量，又可達到視頻驗證目的。其中多個ONT數(shù)據(jù)業(yè)務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)務收發(fā)包驗證

圖10 多ONT語音呼叫業(yè)務統(tǒng)計

該穩(wěn)定性測試平臺不僅能夠?qū)崟r統(tǒng)計不同業(yè)務的丟包情況，而且通過ONT串口實時采集內(nèi)存數(shù)據(jù)，可以及時發(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間的增加ONT剩余內(nèi)存逐漸減少。

圖11 ONT剩余內(nèi)存實時采樣圖

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)計實現(xiàn)了單GPON ONT的Triple Play業(yè)務?；趩蜲NT的測試拓撲基礎(chǔ)，設(shè)計實現(xiàn)了多ONT并行的穩(wěn)定性自動測試系統(tǒng)，通過Jenkins自動觸發(fā)測試任務。結(jié)果表明該測試系統(tǒng)可以有效進行多個ONT的并行Internet、IPTV、VOIP、RF VIDEO多業(yè)務的測試，實時統(tǒng)計不同業(yè)務的丟包情況，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。并且該平臺具有擴展靈活的特點，通過擴展交換機可以很好地應對不斷擴增的ONT測試需求。