影響深圳本地網PON用戶低速數據業(yè)務因素研究

黃 鸝，何 磊

（中國電信股份有限公司深圳分公司 深圳518017）

1 引言

在PSTN向NGN演進的過程中，傳統(tǒng)的交換業(yè)務受到了巨大沖擊，特別是隨著PON的發(fā)展，e8-C的大量使用，IP承載多種業(yè)務已成為大趨勢。這是由Internet的影響和廣大用戶對更加豐富的業(yè)務的需求所決定的。

IP網是一種分組交換技術，用于數據傳送、不面向連接的盡力而為的分組交換。網絡中的每個分組獨立進行路由選擇，其開放性和靈活性都以犧牲QoS為代價。因此在這種網絡中，傳統(tǒng)的交換業(yè)務也會遇到新的問題，特別是低速數據業(yè)務，包括傳真機、POS機、保密電話等，它們對網絡條件的要求更為嚴苛，受到的影響更大，如在較差的網絡表現下，話音還是可用的狀態(tài)，而低速數據業(yè)務已經不可用。其中以傳真業(yè)務出現的問題最為復雜并且非常具有代表性，因此本文主要以傳真業(yè)務為例，具體討論在話音正常的情況下，影響PON用戶低速數據業(yè)務的因素。

2 IP實時傳真及實現方式

IP實時傳真方式，即利用IP網絡進行實時的傳真通信，是真正的端到端通信方式。實時傳真網關轉發(fā)信令和報文，對傳真終端幾乎是透明的。目前主流的實時IP傳真技術主要有G.711透明傳輸和T.38傳真兩種。

·G.711透明傳輸方式：采用這種傳真方式時，兩個網關只需支持G.711，對于報文不做任何處理。優(yōu)點是對傳真機的兼容性較好，缺點是在網絡條件較差的情況下傳真成功率低。

·T.38傳真方式：對網絡的分組丟失率具有很好的頑健性，即使前N次的傳真報文丟失了，只要收到本次傳真報文，就可以獲取完整的傳真數據。因此T.38傳真對IP網絡質量的依賴性不強，但對DSP能力的需求大。但存在傳真機兼容的問題，建議在網絡質量好的情況下采用G.711透明傳輸的傳真方式。

3 影響傳真業(yè)務的因素

本文大體從3個層面討論在深圳本地網組網的情況下，以傳真業(yè)務為代表的低速數據業(yè)務所遇到的問題。這3個層面分別為接入層、承載層和控制層。

首先了解深圳電信NGN組網模式和PON結構，目前其PON話音通道的組網架構如圖1所示。

3.1 承載層

傳真業(yè)務為代表的低速數據業(yè)務對于網絡質量的敏感度比普通話音業(yè)務更高，因此，網絡質量差（時延、抖動、分組丟失）是導致傳真業(yè)務質量差甚至失敗的最主要原因。

圖1 目前PON語音通道組網

3.1.1 網絡質量標準

依據通信行業(yè)標準YD/T 1071-2000《IP電話網關設備技術要求》[1]，大體把網絡質量分為3個等級，見表1。

表1 網絡等級

根據表1中對于網絡質量等級的劃分，在實際的特定場景測試中可以得到不同網絡等級下的業(yè)務表現，見表2，其中，灰色底標標注是指不能滿足實際運營要求的業(yè)務表現，對于相同情況下的網絡表現，傳真和modem業(yè)務對網絡質量的要求更高，傳真業(yè)務等成功的條件也相對更為苛刻。

表2 不同網絡條件下的業(yè)務表現

3.1.2 影響網絡質量的因素

IP網絡承載與PSTN和ATM有很大區(qū)別。PSTN是通過端到端的連接，固定地占用64 kbit/s的帶寬提供具有質量保證的服務。ATM作為分組交換技術，面向連接，具有完備的QoS管理機制，以保證多業(yè)務的服務質量。IP網絡承載與ATM雖然都是分組交換技術，但IP卻是用于數據傳送、不面向連接的盡力而為（best effort）的分組交換。網絡中的每個分組獨立地進行路由選擇，其開放性和靈活性以犧牲QoS為代價。

下面主要針對影響IP網絡質量的3個主要因素進行分析。

（1）時延

一般來說，實時性要求不同，對網絡時延的要求也不同，如低速數據業(yè)務，對時延的要求比較高。網絡中一個節(jié)點（主機或路由器）的時延[2]主要由發(fā)送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延組成。這些時延成分所起的作用可能變化很大。一般而言，處理時延通常是微不足道的。而最為復雜和令人感興趣的是排隊時延，而且與其他3項時延不同的是，排隊時延對于不同的分組是不同的。

（2）抖動

語音信號是連續(xù)的，在發(fā)送端經過壓縮打包后在IP網絡中傳輸時，由于數據分組傳送的路徑可能不同，不同的數據分組到達接收端的時間也可能不同，導致接收端在回放語音時產生時斷時續(xù)的狀況，稱為抖動。

（3）分組丟失率

一般情況下，數據分組在網絡中產生擁塞的點被丟掉，在傳輸線路中產生的錯誤分組同樣也會被丟掉。通常當接收分組的數量超過輸出端口的大小限制時就會產生擁塞，由此產生分組丟失。

傳真業(yè)務對于網絡質量的要求主要體現在時延上。一個典型的端到端時延在網絡中的分布，主要由發(fā)送時延、傳播時延和處理時延構成。但不能通過將這些時延進行簡單相加來體現時延特性，這主要是因為IP網絡本身不能像TDM那樣，提供完善的QoS保證機制，當網絡中的業(yè)務流量突然增大時會產生擁塞，分組的排隊時間增加，必然會有優(yōu)先級低的業(yè)務分組被丟棄，導致業(yè)務的服務質量下降。

3.1.3 深圳試驗網絡測試

（1）網絡質量檢測機器人

在實際情況下，測量網絡質量通常采用ping測量工具軟件[3]。

在系統(tǒng)默認的配置下，ping工具將以1 s為時間間隔持續(xù)不斷地向指定目的主機發(fā)送長度為64 byte的ICMP請求分組，直到用戶中止。但通常對于較精細地了解網絡時延特征而言，1 s的探測分組發(fā)送時間間隔太大[4]。雖然ping工具得出的測試結果清晰直觀，但得出的結果無法智能記錄并且導出。

由于本文要對幾萬個網元進行測試并對結果進行分析，若不能自動記錄結果，會產生非常大的工作量，并且也無法確保原始數據的準確性。因此，本文開發(fā)了自動ping分組軟件，該軟件可自發(fā)性按照設定的條件對若干個IP地址進行檢測，并且增加了結果的自動輸出，修改了發(fā)送分組的時間間隔為500 ms。為了方便下文的闡述，本文暫定這種修改后的網絡質量監(jiān)測工具為網絡質量檢測機器人。

（2）對深圳試驗網絡的測試與分析

目前PON組網分為語音專網組網模式和使用IP城域網混合業(yè)務承載網的組網模式。

對語音專網使用檢測機器人進行檢測，在3層交換機上，對每個ONU設備發(fā)送100個數據分組，發(fā)現時延基本上能控制在10 ms左右，分組丟失率為0，如圖2所示。

專網模式下，和理論中的純話音業(yè)務IP網相似，因此在這種模式下，時延中起決定作用的為處理時延，而目前深圳電信已經采用了符合最高標準的設備，因此，目前這種組網模式下，只要日常維護得當，基本符合良好的網絡標準。

圖2 話音專網試驗

下面對IP城域網做同樣的實驗，抽取一個已搭建好，但尚未投入使用的試驗網絡的網絡質量檢測機器人。對測試結果數據進行分析，結果如圖3所示?？梢钥吹剑矞y試IP地址43 354個。其中不可達地址10 199個，可達地址33 155個，地址不可達的最主要原因是，部分設備禁止使用ICMP，次要原因為用戶重啟導致DHCP地址重新分配或用戶終端吊死。在此將不可達地址剔除出分析列表。

在這33 155個可達地址中，平均時延大于40 ms的地址有2 073個，占全部可達地址的6%；分組丟失率大于10%的地址為1 070個，占全部可達地址的3%，其中時延大于40 ms的地址有166個，時延小于40 ms的地址有904個；時延抖動超過10 ms的地址有8 370個，約占全部可達地址的25%，時延抖動超過20 ms的地址有4 415個，約占可達地址的13%。

根據上文的分析，傳真業(yè)務對于網絡質量的要求尤其體現在時延上。下面將對IP城域網的時延進行更進一步測試，努力通過更多的實驗數據進行對比，得出有用的結論。

為此，進一步分忙時閑時對城域網進行測試。從40 000個IP地址中抽出4 000多個進行分時段測試（0:00-9:00為閑時，10:00-21:00為忙時），測試結果如圖4所示，分別給出忙時、閑時在不同時延范圍內地址數的比較。其中，對于時延大于40 ms的地址數，忙時比閑時多出7.8%；為了更清晰地進行對比，將小于40 ms的時延段細化，可以看到在閑時測試下，時延在10 ms內的地址數大大超出忙時；而在10～40 ms范圍地址數忙時多于閑時。

將同樣的結果數據繪成平滑曲線，可以更加清楚地看到忙時、閑時的變化，如圖5所示。忙時的曲線較閑時的曲線發(fā)生了明顯的右移（這里的x軸坐標和條形圖x軸坐標相同），這說明在忙時時段內，同樣硬件條件下，時延增加的概率會變大。

圖3 網絡質量測試結果

IP網具有長期性能較好、暫態(tài)性能較差的特點，所以當網絡中業(yè)務流量突然增大時，會產生擁塞，分組排隊的時間增加，排隊時延成為主要成分。實際的在網實驗結果，也很好地證明了這個觀點，在忙時時段內，由于業(yè)務的增加，時延也高于閑時，這大大增加了業(yè)務出現問題的幾率。

另外，IP網絡本身不能像TDM那樣提供完善的QoS保證機制，分組排隊的時間增加，必然會有優(yōu)先級低的業(yè)務分組被丟棄，導致業(yè)務的服務質量下降。

3.2 接入層

接入層主要包括用戶傳真終端，上聯ONU、OLT這些接入設備及中間的傳輸網絡。主要影響傳真業(yè)務的參數配置和硬件。

3.2.1 參數配置

檢查參數配置是否正確；參數配置是否和傳真機終端型號匹配。以MA5616為例，“workmode”表示傳真模式的選擇，包括透傳（thoroughly）和T.38參數；“flow”表示傳真切換模式的選擇，包括v2、v3、v5參數。

深圳現網目前標準配置的傳真參數為“透傳+v3flow”。

在這里有一點特別值得注意，即中興通訊自己有一種特殊的傳輸模式——Robust（頑?。┠Ｊ?，前文中介紹了Robust是一種透傳增強模式，增加了冗余處理，以提高傳真的成功率。但只有中興通訊設備和少量烽火FTTH設備對其支持，兼容性不強，特別是到后期SIP中繼開通之后，引入了互通問題，Robust模式送上去的信令與SIP信令進行疊加后，造成傳真失敗，因此除非在極特殊的情況下，一般不予以使用。

3.2.2 硬件

（1）傳真機問題

檢查傳真紙是否放好；傳真機接收時，需確保傳真機已放好傳真紙、打印墨盒沒有用完、各部件工作正常。傳真機是否已設置“拒絕接收”功能，確保傳真機已正確設置。

（2）網絡中各部分硬件的問題

外線質量和終端電壓是否達到要求，這兩種因素是最容易出現的，因此特別值得注意；其他問題，如上聯ONU、OLT設備板卡端口等是否出現問題，設備版本是否匹配及其他設備因素。

圖4 忙閑時測試結果對比（條形圖）

圖5 忙閑時測試結果對比（曲線圖）

3.3 控制層

在控制層中，關鍵要檢查與低速業(yè)務有關的參數配置是否正確。以華為公司SOFTX3000為例。

·不能出現“No fax”、“No modem”字樣。若媒體網關支持檢測傳真信號，則不能出現“No fax”；若媒體網關支持檢測modem信號，則不能出現“No modem”。

·需要包含“v3 fax flow”字樣，表示本網關的傳真業(yè)務協(xié)商由軟交換控制。

·網關編解碼配置是否正確，以確定當前的傳真類型為T.38還是透明傳輸傳真。

·相關EC配置是否正確。高速傳真本身有EC處理，要求網關的EC功能關閉；低速傳真要求EC打開。

4 結束語

本文從實際出發(fā)，第一次從整個網絡的角度，全面分析了影響以傳真業(yè)務為代表的低速數據業(yè)務的因素。分析過程中，在深圳現網的情況下，做了大量實驗，力求盡可能用豐富的事實數據“說話”。希望此文能在今后的維護工作中起到參考價值。

1 IP與多媒體標準研究組.IP電話網關設備技術要求.電信技術,2000(10)

2 Kurose J F,Ross K W.計算機網絡:自頂向下方法（第四版）.陳鳴譯.北京:機械工業(yè)出版社,2009

3 Postel J.Internet Control Message Protocol.RFC 792,Internet Engineering Task Force,1981

4 Stallings W.數據與計算機通信.北京:電子工業(yè)出版社,2008