GPON家庭网关ONT稳定性自动测试技术实现

索会迎

(上海诺基亚贝尔软件有限公司，上海 201206)

0 引言

随着高速上网、数字电视、高清视频点播等高带宽多媒体业务需求的增加，对接入网数字化、宽带化、智能化的要求越来越高。无源光网络PON光纤接入技术，因其容量大、传输距离远、性能稳定、保密性好、多业务承载等优势，被认为是实现光纤到户(FTTH)的最佳解决方案[1]。GPON作为PON技术的代表，构成了FTTH系统的支撑技术[2],目前成为多数运营商的最佳选择。基于GPON的光网络终端ONT承载了用户侧的VoIP、IPTV、宽带上网等多种业务，为了方便运营商GPON网络业务的开通与部署，减少故障率，提升用户体验，ONT业务的稳定运行成为重要保证。GPON ONT作为终端用户的家庭网关，由于承载业务多样，用户环境复杂，运行时间久，其稳定性是一个重要考验。

本文首先介绍了三网融合Triple Play[3]业务和网络拓扑，然后在实现单ONT Triple Play业务的基础上，设计实现了一套多ONT综合业务稳定性的自动化测试系统。该系统包括物理平台的设计搭建，ONT在局端OLT上omci[4]业务交互配置，Jenkins[5]自动参数的下发和测试job构建触发以及测试结果的自动分析和报告自动邮件发送。该平台实现了自动化、可视化、智能化，并通过思博伦的宽带网络测试仪表Spirent TestCenter[6](STC)、语音窄带测试仪表Abacus呼叫、电视卡进行功能验证。测试结果表明该平台可以满足批量ONT长时间稳定性测试需求，能够及时发现业务丢包、语音呼损、视频中断以及内存泄露等问题，且平台具有扩展性好、稳定性高的优点。

1 三网融合业务

1.1 三网融合介绍

三网融合在现阶段并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，也不是现有三网的简单延伸和叠加，而主要是指高层业务应用的融合。表现为技术上趋向一致；网络层上实现互联互通，无缝覆盖；业务层上互相渗透和交叉；应用层上使用统一的IP协议；经营上互相竞争、互相合作,朝着提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起[7]。三大网络通过技术改造，为用户提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的Triple Play通信业务。

1.2 GPON ONT Triple Play网络拓扑

本文以墨西哥电信网络的GPON Triple Play拓扑图为例进行业务分析，如图1所示。从图1可以看出该网络拓扑融合了宽带高速上网HSI、SIP VOIP语音电话、IPTV视频播放以及远端网管AMS和ACS管理。FTTU电信局端设备OLT 7360通过核心网路由器7750接入Internet网络，分别对接到网管服务器AMS、TR069[8]终端管理服务器ACS、语音sip服务器、Media服务器。GPON ONT G241WA通过分光器连接注册到OLT 7360 PON口，通过光纤入户到客户家中，作为家庭网关为客户提供宽带、语音、视频业务。

图1 墨西哥Triple Play电信网络拓扑图

除了上述电信网的三重业务融合，广电网络以传输广播式业务加交互式的数据、语音、视频等个性化业务进行“三网融合”改造。与有线网络密切相关的数字电视技术、信源编码、数据语音等业务设备都在朝功能融合的方向发展。三网融合后数字电视和网络电视的划分仅仅是从传输渠道上加以区别。基于GPON光网络的广电三网融合组网如图2所示。

图2 Triple Play有线电视网络

从网络拓扑可以看出广播电视网融合了电信宽带业务和广播电视业务。GPON OLT通过时分复用技术，使用1 490 nm和1 310 nm光波长分别管理下行和上行的Internet、IPTV、VOIP业务，调制后的广播电视电信号通过光电转换设备转换成1 550 nm光信号，通过合波器DWDM融合到1 310 nm、1 490 nm波长中，复合光波通过光纤入户送到GPON家庭网关ONT，最终被ONT根据不同波长解调出电信宽带业务和广播电视业务，实现电信网络和广电的三网融合。

2 单GPON ONT三网融合业务实现

为了在实验室更方便地进行GPON ONT三网融合业务验证，本文以上海诺基亚贝尔自主研发的GPON ONT G241WA为例,设计实现了单个ONT的IPTV、VOIP、Internet以及RF video视频电视业务。测试拓扑如图3所示。其业务实现包括如下步骤：

(1)根据G241WA ONT序列号SN注册到7360 OLT。

(2)登录ONT管理界面WEBGUI，配置不同的业务WAN连接，包括Internet WAN、IPTV WAN、VOIP WAN以及RF VIDEO服务配置。

(3)在7360 OLT网络侧启用DHCP server、SIP server、RF video server，分别提供不同业务服务。

(4)依据ONT WEBGUI上不同业务WAN连接的配置，在7360 OLT上通过ONT管理和控制接口OMCI进行远端业务配置，保证终端ONT可以通过OLT从远端server获取不同的网络IP，然后通过VLAN进行路由区分，达到业务分离的目的。

(5)通过仪表和抓包进行不同的业务验证。网络侧单播Wireshark抓包如图4所示，3.3.3.100为Internet WAN IP地址，3.3.3.103 为DHCP server IP。私网IP通过NAT转换实现私网IP和公网IP互通。

用户侧单播Wireshark抓包如图5所示，3.3.3.103为DHCP server IP，192.168.3.X为用户侧PC IP，通过NAT转换保证了网络侧IP和用户侧私网IP互通。

图3 Triple Play测试拓扑图

图4 Wireshark网络侧单播业务抓包

图5 Wireshark用户侧单播业务抓包

用户侧组播流Wireshark抓包如图6所示，TestCenter用户侧端口模拟机顶盒STB通过DHCP获取地址，然后点播不同的视频频道，地址分别为225.0.0.9～225.0.0.12。TestCenter网络侧端口发送不同频道的Multicast流，当STB视频点播成功即可正常接收不同频道的视频流。

图6 Wireshark用户侧组播业务抓包

SIP VOIP语音呼叫如图7所示，从图可以看出2路呼叫正常，没有呼叫损失。

图7 SIP VOIP Abacus用户呼叫统计

RF VIDEO通过电视卡模拟电视机，接收广播电视频道，如图8所示。

图8 LAN PC接收RF VIDEO视频图像

通过验证可以看出，GPON ONT G241WA成功地实现了Internet、IPTV、VOIP和RF VIDEO多种业务承载。通常产品在交付客户前会进行长时间(72小时)的综合业务测试，以验证ONT工作的稳定性。运营商对不同业务的测试标准如下：

(1)宽带Internet双向数据业务需要测试80%的吞吐量，包含小包长、中等包长和大包长，并且覆盖所有LAN端口。通常包长为72 B、512 B、1 500 B并按照4∶3∶3的比例进行测试。小包长比重较大，这是为了进一步考验ONT的CPU处理能力。72小时测试周期双向丢包率总和要低于1×10-9。

(2)所有LAN端口分别加入不同的IPTV组播频道，下行组播流量总带宽为100 Mb/s，组播流包长要求超过1 024 B。本文测试包长为1 280 B，72小时Multicast流量不中断且没有丢包。

(3)RF VIDEO频道播放72小时不间断，且不会出现图像质量损坏如雪花马赛克问题。

(4)VOIP语音72小时摘机、挂机、呼叫正常，呼叫成功率达到99.95%。

通过测试标准可以看出对GPON ONT综合业务的稳定性要求很高。业务复杂且运行时间长，如果待测试的ONT种类多样，设备厂商为了满足不同运营商的要求，需要花费大量的人力和时间进行测试。为了能够高效省力地实现测试，本文设计实现了一套稳定性高、扩展性好、能够自动触发测试的综合系统。

3 多ONT并行自动测试系统设计实现

3.1 综合稳定性自动化平台设计思想

(1)基于单一ONT测试拓扑，通过多台48口交换机级联汇聚，扩展对接到多个ONT的LAN口，使平台支持120个以上ONT并行测试，且平台通过增加交换机方便进行ONT测试数量扩展。该平台使多个ONT的测试总时间缩短到72小时的周期，节省了大量测试时间。

(2)通过一台Linux机器对接到所有交换机的级联口，控制访问所有ONT的管理页面，通过在网卡设置不同的VLAN区分ONT，运行Python脚本实现自动配置多个ONT的不同业务WAN连接。

(3)根据ONT的页面配置，通过Python脚本实现平台所有ONT的OLT OMCI命令下发，完成业务远端配置。

(4)通过Python[9]脚本自动构建STC测试业务流模板，针对Internet双向单播业务和下行组播流业务进行发包验证，并实时统计业务丢包情况。

(5)通过Jenkins持续集成服务器，构建平台所有ONT稳定性测试Job。可以根据需要选定测试ONT类型，设定测试时长和自动测试触发条件以及测试结论的AI分析。测试结束后，Jenkins通过脚本生成测试报告并自动邮件发送。

3.2 综合稳定性平台测试验证

通过STC网络测试仪表批量进行ONT业务发包验证，不同的ONT通过不同VLAN区分，从流量收发情况可以实时监测Internet、IPTV业务运行并进行丢包统计。语音通过Abacus呼叫器模拟摘机、通话、挂机循环操作，可实现100路以上的电话同时呼叫，并可以针对呼叫参数灵活进行设计，如摘机时间、呼叫时间、呼叫间隔等。RF VIDEO通过多个ONT射频输出接口连接到PC的多个USB视频卡，既可减少PC数量，又可达到视频验证目的。其中多个ONT数据业务和语音呼叫情况如图9和图10所示。

图9 多ONT数据业务收发包验证

图10 多ONT语音呼叫业务统计

该稳定性测试平台不仅能够实时统计不同业务的丢包情况，而且通过ONT串口实时采集内存数据，可以及时发现内存泄露问题。图11记录了问题ONT内存泄露曲线，从图可以看出随着测试时间的增加ONT剩余内存逐渐减少。

图11 ONT剩余内存实时采样图

4 结论

本文在探讨研究GPON FTTH三网融合技术的基础上，设计实现了单GPON ONT的Triple Play业务。基于单ONT的测试拓扑基础，设计实现了多ONT并行的稳定性自动测试系统，通过Jenkins自动触发测试任务。结果表明该测试系统可以有效进行多个ONT的并行Internet、IPTV、VOIP、RF VIDEO多业务的测试，实时统计不同业务的丢包情况，更可以有效发现ONT内存泄露问题，可以满足大批量ONT并行稳定性测试需求。并且该平台具有扩展灵活的特点，通过扩展交换机可以很好地应对不断扩增的ONT测试需求。