EPON测试技术

2011-03-14 15:15:44来源: edn

 伴随着宽带接入技术的迅速发展,各种新兴的宽带接入技术如雨后春笋般不断涌现。PON技术是继DSL技术和Cable技术后,又一个理想的接入平台,PON可以直接提供光业务或FTTH业务。EPON(以太网+无源光网络)是一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光传输,在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术,在链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此,它综合了PON技术和以太网技术的优点:低成本;高带宽;扩展性强,灵活快速的服务重组;与现有以太网的兼容性;方便的管理等。EPON的测试与传统以太网设备的测试有很大不同,本文着重介绍EPON测试技术。

2  EPON技术介绍以及所面临的测试挑战

  EPON系统由多个光网络单元(ONU),一个光线路终端(OLT)和一个或多个分光器组成(见图1)。在下行方向,OLT所发送的信号广播到所有的ONU上。在上行方向,采用TDMA多址接入技术,多个ONU的上行信息组成一个TDM信息流传送到OLT。802.3ah修改了以太网帧格式,重新定义Preamble部分,加入时间戳和逻辑链路标识(LLID)。LLID标识PON系统的每一个ONU,LLID在发现过程中被指定。

EPON系统组成

图1  EPON系统组成

  2.1  在PON系统中的关键技术

  (1)测距

  EPON系统中,上行信息传输方向上各ONU与OLT之间的物理距离是不相等的。一般的EPON系统规定ONU到OLT之间的最远距离为20km,最近距离为0km。这种距离差将导致时延在0~200us之间变化。如果没有足够的隔离间隙,来自不同的ONU信号可能同时到达OLT的接收端,这将引起上行信号的冲突。冲突将引起大量的误码和同步丢失等,造成系统不能正常工作。采用测距的方法,首先测量物理距离,然后把所有ONU都调整到与OLT相同的逻辑距离处再进行TDMA的方法来实现冲突避免。目前,采用的测距方法有扩频法测距、带外法测距和带内开窗法测距等几种。例如采用时间标签测距方法,首先测量出各个ONU到OLT的信号环路延迟时间,然后为每个ONU插入一个特定的均衡时延Td值,使所有ONU在插入Td后的环路延迟时间(称为均衡环路延时值Tequ)都相等,其结果类似于使每个ONU都移到与OLT相同的逻辑距离处,以后就可以根据TDMA的技术正确地发送帧,而不会有冲突发生。

  (2)发现过程

  OLT发现PON系统中的ONU是通过定期发送Gate MPCP消息。收到Gate消息,没有注册的ONU会等待一个随机的时间(避免多个ONU同时注册),然后向OLT发送Register消息。成功注册后,OLT给ONU分配一个LLID。

  (3)Ethernet OAM

  ONU向OLT注册完以后,ONU上的Ethernet OAM开始发现过程,与OLT建立连接。Ethernet OAM用在ONU/OLT链路上,用于发现远端错误,触发远端环回和检测链路质量。然而,Ethernet OAM提供支持定制化的OAM PDU,信息单元和时间报告。许多ONU/OLT厂商利用OAM的扩展来设置ONU的特殊功能。典型的应用是用扩展在ONU内的配置带宽模型控制端用户的带宽数量。这个非标准的应用是测试的关键,成为ONU和OLT的互通障碍。

  (4)下游流量

  当OLT有流量发送ONU时,会在流量中携带目的ONU的LLID信息。因为PON的广播特性,OLT发送的数据会广播到所有的ONU上。我们要特别考虑下游流量传送视频业务流的情况。由于EPON系统的广播性,当一个用户定制了视频节目,它会广播到所有的用户那,这样非常消耗下游带宽。OLT通常支持IGMP Snooping,它可以探听IGMP Join Request消息,把组播数据发送到与这个组相关的用户,而不是广播到所有的用户,通过这种方式减少流量。

  (5)上游流量

  在某个时候只有一个ONU可以发送流量。ONU有多个优先级的队列(每个队列对应一个QoS级别。ONU发送Report消息给OLT请求发送机会,详细说明每个队列的情况。OLT发Gate消息回应ONU,告诉ONU下一次发送的开始时间和持续发送的时间。管理上行流量对OLT要面对很多的问题。OLT必须能够为所有ONU管理带宽需求,必须把发送许可分出优先级,根据队列的优先级和平衡多个 ONU的请求,动态分配上行带宽(即DBA算法)。

2.2  针对EPON系统的技术特点,EPON系统面临的测试挑战

  (1)针对EPON系统的规模考虑

  尽管IEEE802.3ah没有定义在一个EPON系统里的最大数,一个EPON系统支持的最大数是从16~128。每个ONU加入到EPON系统都需要一个MPCP会话和OAM会话。当随着更多的站点加入到EPON,系统错误的风险会增大。例如,每个ONU都需要重新发现过程,登录过程和启动 OAM会话。因此,整个系统恢复的时间会随ONU的数量增加。

  (2)设备的互通问题

  对于设备的互通主要考虑以下几个方面:

  ●不同厂家所提供的动态带宽算法(DBA)有所不同。

  ●一些厂家利用OAM的“Organization Specific Elements”设定特定行为。

  ●MPCP协议的开发是否完全一致。

  ●不同厂家所开发的测距方法和时钟的处理是否一致。

  (3)EPON系统传送三重播放业务存在的隐患

  由于EPON的传输特性,在传送三重播放业务时也会引入一些隐患:

  ●下行浪费大量带宽:EPON系统在下行是用广播式的传送方式:每个ONU都会收到大量的发向其它ONU的流量,浪费了大量的下行带宽。

  ●上行延迟比较大:ONU在向OLT发送数据时必须等待由OLT分配的传送机会,因此ONU必须缓存大量的上行流量,这将产生延迟、抖动和包丢失。

  3  EPON测试技术

  对EPON的测试主要包括互通性测试、协议测试、系统传输性能测试、业务和功能验证等几个方面。标准的测试拓扑图如图2所示。IXIA公司的 IxN2X产品提供专用的EPON测试卡,提供EPON测试接口,可以捕获和分析MPCP和OAM协议,可以发送EPON流量,提供自动测试程序,可以帮助用户测试DBA算法。

EPON系统测试拓扑图

图2  EPON系统测试拓扑图

  3.1  MPCP注册过程的测试

  测试目的:在正确的时间窗口内,ONU向OLT注册。

  测试方法:利用IxN2X分析MPCP并完成此项测试。可以设置触发器,当捕获到OLT的Gate消息以后,开始捕获其它交互的消息。

  ●OLT定期发出Gate消息,Gate消息里的Discovery Flag是置位的。

  ●ONU在发送Register消息时等待一个随机的时间。

  ●测试的关键点是来测试ONU的注册过程所用的时间。可以分析所捕获的Gate消息,得出Discovery Window,然后比较所收到的Register消息的时间戳应保证在Discovery Window内。

  3.2  下行流量广播

  测试目的:下行流量能正确转发到指定ONU。尽管下行流量可以广播到所有的ONU,但只有被指定的ONU才能把流量转发到它的端用户。

  测试方法:利用IxN2X可以发现为每个ONU分配的LLID,然后在指定的ONU上接收流量,观察是否能在指定的ONU上接收到流量。

  ●捕获MPCP消息,查看为每个ONU分配的LLID。

  ●从OLT端发送流量,流量的LLID指向某个ONU。

  ●在指定的ONU端,能够接收到此ONU转发的流量。

  ●在其它的ONU端,不能够接收到此ONU转发的流量。

  3.3  上行发送队列

  测试目的:此测试是验证ONU能在传送窗口时间内发送流量。

  测试方法:IxN2X可以精确计算ONU发送包的时间,能够验证ONU是否是在发送窗口内发送流量。

  ●设置触发器:当双向捕获到指定的LLID的Gate消息时开始捕获。

  ●设置过滤器:只捕获指定的LLID的上行流量。

  ●向带有指定的LLID的ONU发送流量,ONU向OLT发送Report消息,OLT向ONU发送Gate消息。用IxN2X捕获协议包,查看OLT为这个LLID分配的发送窗口。

  ●捕获指定的ONU发送的上行流量。

  ●通过比较时间戳,可以验证出ONU应在发送窗口内发送流量。

  3.4  EPON测距性能测试(见图3)

测距测试拓扑图

图3  测距测试拓扑图

  测试目的:测试OLT侧对ONU进行测距所能达到的最小距离和最大距离;测试新加入网络的ONU在测距时是否影响其它在线ONU的正常运行;测试测量测距精度。

  测试方法:

  ●搭建好测试配置,使系统在最大分路比下工作,ONU1~ONUn-1与OLT距离为0km(通过分路器直连),ONUn与OLT距离为10km/20km。

  ●在所有ONU正常工作的条件下,在OLT侧对各ONU分别测距。

  ●如果所有ONU都能正常测距,用IxN2X可以监视所有ONU(ONU1~ONUn)是否能正常工作(对于IP业务,要求在吞吐量的90%时测试,无丢包),说明测距范围符合指标。

  ●对ONU3进行测距,记录测距值为b1。

  ●在ONU3加入3m的光跳线。

  ●重新对ONU3进行测距,记录测距值为b2。

  ●去掉光跳线,再对ONU3进行测距,记录测距值为b3。

  ●计算测距值的变化| b2 -b1|和| b2 –b3|应≤16ns。

3.5  EPON系统的性能测试(见图4)

性能测试拓扑图

图4  性能测试拓扑图

  测试目的:能够更好地隔离造成系统转发性能下降的原因。

  测试方法:IxN2X可以在PON端口统计PON的流量,计算时延和包丢失。测试拓扑如图4所示。IxN2X 103/2和N2X 103/3是以太网端口,N2X 101/1是EPON接口,统计上行流量,IxN2X 101/2是EPON接口,统计下行流量。

  ●在103/2和103/3之间互相发双向业务流。

  ●分别在101/1和101/2端口统计上行和下行的流量。

  ●用户可以分别计算出通过ONU和OLT的延迟。

  测试结果如图5所示。丢包也可以用同样的方法计算。

ONU端和OLT端性能测试结果

图5  ONU端和OLT端性能测试结果

  从以上测试结果,我们可以计算出:

  ●OLT Downstream avg Latency="10".4us。

  ●ONU Upstream avg Latency="406".4us。

  ●OLT Upstream avg Latency="416".7-406.4=10.3us。

  ●ONU Downstream avg Latency="13".4-10.4=3us。

  4  结束语

  IXIA IxN2X在EPON测试领域一直处于领先地位,它提供了丰富的EPON测试功能,可以测试MPCP,OAM协议,可以测试DBA算法,可以测试EPON系统的转发性能,可以测试EPON系统的QoS保证能力等。根据EPON的传输特性,有效地测试EPON系统是必要的。

关键字:测试

编辑:Galactica 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0314/article_2414.html
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