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摘要:EPON系统的发展及有效应用是势在必行的,因此对它的性能测试的研究也是必要的。
关键词:EPON系统,以太网,通信
中图分类号:TN29文献标识码:A文章编号:1009-0118(2010)-03-0070-02
一、引言
光器件和光纤的昂贵价格曾经驱动了这种可共享光纤接入系统的发展。利用光分路器可以把各终端用户的信号复用到一根光纤上(馈线光纤),这样在光收发模块、光纤和安装成本方面大大节省了费用。PON技术在几年内经历了APON.BPON到目前的EPON.GPON。且随着以太网技术在城域网中的普及以及宽带接入技术的发展,人们更为关注简单、经济的EPON技术,已有不少厂家可以提供相关产品,并有希望得到广泛应用。所以对EPON系统性能测试是很有现实意义的。
二、EPON系统关键问题
EPON与其他PON技术的工作方式相同,其上行信道为共享信遣。多个ONU同时使用时,将会导致数据冲突,而ONU之间不能直接通信,所以在OLT端必须引入控制机制来管理OLT与ONU之间的通信,这就是802.3ah定义的多点控制协议(MPCP ),它用来实现EPON系统中的测距、ONU自动发现与注册、ON U对上行带宽的请求以及OLT对上行带宽的动态分配等功能.此外,EPON系统中的关键技术还包括EPON的OAM功能、下行带宽的利用等。
OLT利用Discovery GATA帧周期性的向各个ONU广播注册授权来实现ONU的自动发现功能。接收到该控制帧的ONU,若没有注册,就在授权时隙内利用REGISTER-REO帧发送注册请求.由于授权时隙是唯一的,当有多个ONU同时发送注册请求时,就会造成冲突,所以ONU必须在授权时隙内随机延时一个时间后才可以发送。成功注册后,OLT向ONU分配一个新的LLID,并与对应的MAC地址绑定。所以为了实现ONU的自动发现与注册功能,必须保证以下三个条件:OLT定期发送DiscoveryGATE帧;ONU只能在授权的时隙内发送注册请求信息;ONU必须在授权时隙内随机延时一段时间后再发送注册请求信息。下行方向,OLT以广播的形式将以太网帧发送至所有的ONU,所以下行数据的安全问题是很重要的。此外,为了更有效的传输视频业务,OLT必须IGMP Snooping功能,它用来侦听用户设备发出加入和离开组播组的IGMP协议帧,并建立、维护组播表.当OLT从视频服务器接收一个组播帧,则OLT采用广播的方式发给所有的ONU,只要是该组播表中的成员都能接收到该组播帧.如果ONU连接多个终端设备,它应该也有Snooping功能。
对上行通信,首先是延迟的问题。由于NU在发送数据之前必须等待OLT分配的传送时隙,所以ONU要有缓冲器存放待发送的数据、这会引起数据延迟、延迟抖动甚至数据包丢失。在实际系统中,上行方向采用动态带宽分配,所以系统的延迟值可能要大于预定值,从而会对用户的通信服务质量产生影响;另一个所要考虑的就是上行带宽分配的公平性。由于上行方向的的通信质量与其他用户上行业务量有关,所以应该保证上行带宽不能被几个业务量较大的用户霸占,系统应根据每个用户的SLA分配相应的带宽。
三、EPON系统性能测试
这一部分将讨论EPON系统的测试,并根据系统的技术要求给出了各部分测试的步骤与要求。要进行EPON系统性能测试,首先要产生PON系统中的数据流,并且还能够监测到它们。 数据发生器可以为用户和网络的提供和实际系统相同的以太网帧。而且还能够在数据包内封装测试字节,比如时戳和包系列号,这样在EPON系统的任何一端都可以测试出数据包的延迟和丢失率。监控器位于无源光分路器与OLT之间,它用于对上下行数据的监控以及从数据包中提取测试字节,所以监控器必须对PON中的数据流有触发、过滤以及捕获的功能。
1.ONU的发现与注册
由上述可知要完成ONU的注册,必须满足三个条件,所以对于这个功能的测试就是看EPON系统能否满足上述三个条件。其测试配置图如图1所示,监控器设置成对Discovery GATE帧触发,这样就可以检验OLT能否定期向各个ONU广播注册授权。此外,监控器还要捕获到ONU与OLT之间交流的MPCP协议帧。通过获得GATE帧和REGISTER-REO帧,我们可以知道注册授权的开始时间、窗口长度以及ONU发送注册请求的时间,这样就可以判断ONU发送注册请求是否在授权的时隙内。重复测试几次,还可以判断ONU在接收GATE帧后是否随机一段时间才发送注册请求的。
2.下行通信
当ONU成功注册以后,位于网络端的OLT就可以为该ONU提供下行数据,这通过在每个数据包的前面加与目标ONU相对应的逻辑链路标识来实现。所以对于下行通信,关键要测的是每个下行数据包是否都加入正确的LLID,以及是否只有目标ONU才能接收到数据。通过监控器的捕获功能可以得到每个数据包的LLID,从而可以检验该LLID是否正确。此时,在系统中所有的终端中,只有连接目标ONU的终端才能接收到数据。
对于下行通信,还要检验OLT是否有组播的功能。当系统中多个用户加入同一组播组时,视频服务器就会通过OLT向组成员用户发送组播帧,组播帧由前导码中的组播标识字节设置为”1”来标识,所以监控器可以触发与捕获到该数据帧,从而可以验证该OLT具有组播的功能。
3.上行通信
当ONU需要发送数据时,就使用REPORT帧向OLT申请带宽。OLT使用GRANT帧指定ONU的发送窗口,接到GRANT帧后,ONU按照PON的时标,在GRANT规定的时刻开始传送数据,传送数据的数量为授权窗口的大小,所以对于上行通信首先需要测试ONU是否在OLT分配的时隙内传送数据。为此需要监控器捕获到下行的GRANT帧以及上行ONU发送到OLT的数据帧。根据GRANT帧中所分配的时隙以及ONU上传数据包中的时戮,可以计算出ONU传送的数据是否在授权窗口。
由于不同业务对Qos要求不同,所以ONU在上行链路一般都支持多个优先级队列。当ONU发送的数据大于EPON系统分配带宽时,ONU就会按数据的优先等级发送。所以我们可以让一个ONU发送优先级高的宽带业务,这样就限制了待测ONU的上行带宽。然后让待测ONU发送优先级不同的业务,在OLT端就可以测出每个ONU不同业务类型的延迟和包丢失率。测试结果应该是对于优先级高的业务,其延迟与包丢失率是非常小的,对于待测ONU优先级低的数据会出现明显的延迟与包丢失率。
动态带宽分配的目的就是让所有的ONU都能公平的分享上行带宽。也就是说,上行带宽不能被一个或几个ONU所霸占,以至其他ONU无法发送数据。对于这种情况,我们可以让一个(或几个)ONU发送大量的数据,并试图占用所有的上行带宽,然后让待测ONU发送少量数据。在OLT端就可以测出每个ONU的数据延迟和包丢失率,结果应该为待测ONU的延迟与包丢失率在系统的允许之内,而其他ONU的数据会出现较高的延迟与包丢失率。
EPON支持上下对称1.25Gbit/s的速率,但其上下带宽要32甚至更多用户共享,为了保证系统上下信道能被多个用户共享,以及系统可以向每个用户都能提供三重播放业务,有必要对系统性能进行严格测试。
关键词:EPON系统,以太网,通信
中图分类号:TN29文献标识码:A文章编号:1009-0118(2010)-03-0070-02
一、引言
光器件和光纤的昂贵价格曾经驱动了这种可共享光纤接入系统的发展。利用光分路器可以把各终端用户的信号复用到一根光纤上(馈线光纤),这样在光收发模块、光纤和安装成本方面大大节省了费用。PON技术在几年内经历了APON.BPON到目前的EPON.GPON。且随着以太网技术在城域网中的普及以及宽带接入技术的发展,人们更为关注简单、经济的EPON技术,已有不少厂家可以提供相关产品,并有希望得到广泛应用。所以对EPON系统性能测试是很有现实意义的。
二、EPON系统关键问题
EPON与其他PON技术的工作方式相同,其上行信道为共享信遣。多个ONU同时使用时,将会导致数据冲突,而ONU之间不能直接通信,所以在OLT端必须引入控制机制来管理OLT与ONU之间的通信,这就是802.3ah定义的多点控制协议(MPCP ),它用来实现EPON系统中的测距、ONU自动发现与注册、ON U对上行带宽的请求以及OLT对上行带宽的动态分配等功能.此外,EPON系统中的关键技术还包括EPON的OAM功能、下行带宽的利用等。
OLT利用Discovery GATA帧周期性的向各个ONU广播注册授权来实现ONU的自动发现功能。接收到该控制帧的ONU,若没有注册,就在授权时隙内利用REGISTER-REO帧发送注册请求.由于授权时隙是唯一的,当有多个ONU同时发送注册请求时,就会造成冲突,所以ONU必须在授权时隙内随机延时一个时间后才可以发送。成功注册后,OLT向ONU分配一个新的LLID,并与对应的MAC地址绑定。所以为了实现ONU的自动发现与注册功能,必须保证以下三个条件:OLT定期发送DiscoveryGATE帧;ONU只能在授权的时隙内发送注册请求信息;ONU必须在授权时隙内随机延时一段时间后再发送注册请求信息。下行方向,OLT以广播的形式将以太网帧发送至所有的ONU,所以下行数据的安全问题是很重要的。此外,为了更有效的传输视频业务,OLT必须IGMP Snooping功能,它用来侦听用户设备发出加入和离开组播组的IGMP协议帧,并建立、维护组播表.当OLT从视频服务器接收一个组播帧,则OLT采用广播的方式发给所有的ONU,只要是该组播表中的成员都能接收到该组播帧.如果ONU连接多个终端设备,它应该也有Snooping功能。
对上行通信,首先是延迟的问题。由于NU在发送数据之前必须等待OLT分配的传送时隙,所以ONU要有缓冲器存放待发送的数据、这会引起数据延迟、延迟抖动甚至数据包丢失。在实际系统中,上行方向采用动态带宽分配,所以系统的延迟值可能要大于预定值,从而会对用户的通信服务质量产生影响;另一个所要考虑的就是上行带宽分配的公平性。由于上行方向的的通信质量与其他用户上行业务量有关,所以应该保证上行带宽不能被几个业务量较大的用户霸占,系统应根据每个用户的SLA分配相应的带宽。
三、EPON系统性能测试
这一部分将讨论EPON系统的测试,并根据系统的技术要求给出了各部分测试的步骤与要求。要进行EPON系统性能测试,首先要产生PON系统中的数据流,并且还能够监测到它们。 数据发生器可以为用户和网络的提供和实际系统相同的以太网帧。而且还能够在数据包内封装测试字节,比如时戳和包系列号,这样在EPON系统的任何一端都可以测试出数据包的延迟和丢失率。监控器位于无源光分路器与OLT之间,它用于对上下行数据的监控以及从数据包中提取测试字节,所以监控器必须对PON中的数据流有触发、过滤以及捕获的功能。
1.ONU的发现与注册
由上述可知要完成ONU的注册,必须满足三个条件,所以对于这个功能的测试就是看EPON系统能否满足上述三个条件。其测试配置图如图1所示,监控器设置成对Discovery GATE帧触发,这样就可以检验OLT能否定期向各个ONU广播注册授权。此外,监控器还要捕获到ONU与OLT之间交流的MPCP协议帧。通过获得GATE帧和REGISTER-REO帧,我们可以知道注册授权的开始时间、窗口长度以及ONU发送注册请求的时间,这样就可以判断ONU发送注册请求是否在授权的时隙内。重复测试几次,还可以判断ONU在接收GATE帧后是否随机一段时间才发送注册请求的。
2.下行通信
当ONU成功注册以后,位于网络端的OLT就可以为该ONU提供下行数据,这通过在每个数据包的前面加与目标ONU相对应的逻辑链路标识来实现。所以对于下行通信,关键要测的是每个下行数据包是否都加入正确的LLID,以及是否只有目标ONU才能接收到数据。通过监控器的捕获功能可以得到每个数据包的LLID,从而可以检验该LLID是否正确。此时,在系统中所有的终端中,只有连接目标ONU的终端才能接收到数据。
对于下行通信,还要检验OLT是否有组播的功能。当系统中多个用户加入同一组播组时,视频服务器就会通过OLT向组成员用户发送组播帧,组播帧由前导码中的组播标识字节设置为”1”来标识,所以监控器可以触发与捕获到该数据帧,从而可以验证该OLT具有组播的功能。
3.上行通信
当ONU需要发送数据时,就使用REPORT帧向OLT申请带宽。OLT使用GRANT帧指定ONU的发送窗口,接到GRANT帧后,ONU按照PON的时标,在GRANT规定的时刻开始传送数据,传送数据的数量为授权窗口的大小,所以对于上行通信首先需要测试ONU是否在OLT分配的时隙内传送数据。为此需要监控器捕获到下行的GRANT帧以及上行ONU发送到OLT的数据帧。根据GRANT帧中所分配的时隙以及ONU上传数据包中的时戮,可以计算出ONU传送的数据是否在授权窗口。
由于不同业务对Qos要求不同,所以ONU在上行链路一般都支持多个优先级队列。当ONU发送的数据大于EPON系统分配带宽时,ONU就会按数据的优先等级发送。所以我们可以让一个ONU发送优先级高的宽带业务,这样就限制了待测ONU的上行带宽。然后让待测ONU发送优先级不同的业务,在OLT端就可以测出每个ONU不同业务类型的延迟和包丢失率。测试结果应该是对于优先级高的业务,其延迟与包丢失率是非常小的,对于待测ONU优先级低的数据会出现明显的延迟与包丢失率。
动态带宽分配的目的就是让所有的ONU都能公平的分享上行带宽。也就是说,上行带宽不能被一个或几个ONU所霸占,以至其他ONU无法发送数据。对于这种情况,我们可以让一个(或几个)ONU发送大量的数据,并试图占用所有的上行带宽,然后让待测ONU发送少量数据。在OLT端就可以测出每个ONU的数据延迟和包丢失率,结果应该为待测ONU的延迟与包丢失率在系统的允许之内,而其他ONU的数据会出现较高的延迟与包丢失率。
EPON支持上下对称1.25Gbit/s的速率,但其上下带宽要32甚至更多用户共享,为了保证系统上下信道能被多个用户共享,以及系统可以向每个用户都能提供三重播放业务,有必要对系统性能进行严格测试。