關(guān)于C-CM TS對CableM odem數(shù)量限制的問題探討

郭榮峰

關(guān)于C-CM TS對CableM odem數(shù)量限制的問題探討

郭榮峰

（廣州珠江數(shù)碼集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510010）

珠江數(shù)碼在使用C-CMTS過程中積累了一定經(jīng)驗。發(fā)現(xiàn)C-CMTS在建設(shè)運(yùn)維中出現(xiàn)部分Cable Modem不能上線的問題，通過分析C-DOCSIS協(xié)議、互聯(lián)網(wǎng)交換原理，和供應(yīng)商討論設(shè)備配置，最終發(fā)現(xiàn)MAC地址表、ARP表和C-CMTS服務(wù)流三部分共同對Cable Modem的上線數(shù)量產(chǎn)生限制，尤其是C-CMTS服務(wù)流限制是造成故障的主要原因。最后針對以上三種限制，提出使用建議和解決辦法。

C-DOCSIS；C-CMTS；Cable Modem；服務(wù)流；MAC；ARP

2013年開始，廣州珠江數(shù)碼集團(tuán)有限公司（以下簡稱“珠江數(shù)碼”）大力推廣C-CMTS（中國電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，簡稱CMC）技術(shù)[1]。截至2013年底，已經(jīng)成功安裝約1 300臺CMC，有效緩解網(wǎng)內(nèi)帶寬壓力，大幅度節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。經(jīng)過大半年的在網(wǎng)使用，CMC整體使用效果理想，用戶端故障率與使用機(jī)框式CMTS相比沒有明顯變化。然而，在CMC安裝維護(hù)過程中也遇到一些問題，如部分割接完的CMC下面有批量CM不能上線，或割接一段時間后部分用戶偶然不能上線等。通過排除各種線路、硬件及服務(wù)器問題后，最終發(fā)現(xiàn)由于CMC系統(tǒng)的MAC表、ARP表、服務(wù)流限制引起CM上線數(shù)量限制，當(dāng)上線CM超過一定數(shù)量時，就會出現(xiàn)CM不能上線或不能上網(wǎng)的現(xiàn)象。本文將針對上述3種限制進(jìn)行深入分析，以幫助理解限制產(chǎn)生的原因，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)。

1 業(yè)務(wù)及系統(tǒng)介紹

珠江數(shù)碼的互動點(diǎn)播業(yè)務(wù)和寬帶業(yè)務(wù)均基于DOCSIS協(xié)議傳輸[2]?；与娨晿I(yè)務(wù)基于Mediaroom平臺，采用“IP+QAM”傳輸[3]，IP負(fù)責(zé)點(diǎn)播，QAM負(fù)責(zé)廣播傳輸。目前，在一臺CMTS上實現(xiàn)高清互動電視的點(diǎn)播以及寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)的融合。大部分用戶采用不同業(yè)務(wù)不同終端接入，寬帶業(yè)務(wù)一個CM，互動電視業(yè)務(wù)一個CM，兩種CM都只開通一上一下兩條業(yè)務(wù)流，部分新裝用戶采用“寬帶+互動+WiFi”一體機(jī)，一體機(jī)開通兩上兩下四條業(yè)務(wù)流。

全網(wǎng)共有雙向光機(jī)4 000多臺，平均每光機(jī)覆蓋有線電視用戶400戶。全網(wǎng)互動電視接入率約20%，寬帶接入率約15%，以此計算每光機(jī)約有互動和寬帶業(yè)務(wù)終端140個（即使同一個用戶同時使用互動和寬帶業(yè)務(wù)，仍屬于兩個獨(dú)立的終端）。對于部分密集小區(qū)和高接入率的光機(jī)，每光機(jī)終端總數(shù)可以達(dá)到300～400或更多。

通常CMC系統(tǒng)分為集中式（圖1）和分布式（圖2）兩種。

圖1 集中式系統(tǒng)

圖2 分布式系統(tǒng)

兩種系統(tǒng)的區(qū)別在于分布式的系統(tǒng)控制和分類轉(zhuǎn)發(fā)由和CMC配套的OLT（光線路終端）、交換機(jī)、路由器等三層設(shè)備完成，CMC只負(fù)責(zé)射頻接口部分；集中式由CMC實現(xiàn)全部三層功能，上聯(lián)可以自由選擇不同的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。網(wǎng)內(nèi)全部采用分布式CMC系統(tǒng)。

2 原理分析

根據(jù)DOCSIS協(xié)議及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的原理分析，系統(tǒng)主要有3部分對CM的數(shù)量有影響。分別是MAC表、ARP表以及服務(wù)流。

根據(jù)C-DOCSIS的定義，CMC的架構(gòu)如圖3所示。

圖3 CMC架構(gòu)圖

CMC架構(gòu)包括系統(tǒng)控制模塊、分類轉(zhuǎn)發(fā)模塊和射頻接口模塊3部分，控制模塊負(fù)責(zé)分類轉(zhuǎn)發(fā)模塊和射頻接口模塊的配置和管理，分類轉(zhuǎn)發(fā)模塊負(fù)責(zé)對下行數(shù)據(jù)流的匹配分類并插入標(biāo)記以及對上行數(shù)據(jù)流的往城域網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)。

2.1 MAC表限制

下行數(shù)據(jù)流從匯聚網(wǎng)絡(luò)NSI（網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口）口進(jìn)入，需要轉(zhuǎn)換成CDT（C-DOCSIS數(shù)據(jù)格式標(biāo)記）格式才能由CMC系統(tǒng)內(nèi)的射頻模塊傳輸。下行CDT中的CM in?dex需要以NSI輸入報文的目的MAC地址表項為索引到MAC地址表中查詢，因此OLT支持的CM的數(shù)量由MAC地址表的最大存儲數(shù)量決定。一般OLT的MAC表存儲數(shù)量在16 kbyte以上。16 kbyte的MAC存儲數(shù)量分別給CM和CPE使用，如果每CM分配一個CPE地址，則每臺OLT支持8 000個CM（按照靜態(tài)策略計算）。

2.2 ARP表限制

對于分布式系統(tǒng)，ARP映射在OLT、交換機(jī)、路由器等完成，對于集成式系統(tǒng)，ARP映射由CMC完成。目前使用OLT為頭端的分布式系統(tǒng)，ARP表地址數(shù)量是8 kbyte。DOCSIS協(xié)議中定義4種終端類型，分別是CM，HOST，STB，MTA，每種終端在使用上需要獲取一組IP地址，分別映射成一組ARP表。目前在用的終端有CM，HOST，STB。而一個CM只對應(yīng)HOST或STB的一種。因此，OLT最大支持4 000個業(yè)務(wù)終端同時使用。

2.3 服務(wù)流限制

服務(wù)流提供MAC層的傳輸服務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)流定義的CoS（業(yè)務(wù)分類）參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)整形、監(jiān)管和劃分優(yōu)先級，在系統(tǒng)控制模塊通過射頻接口模塊和CM之間建立。

CDT是影響服務(wù)流的主要接口，數(shù)據(jù)包所屬的服務(wù)流是由CoS和VID（VLAN標(biāo)識符）的組合來標(biāo)識的，CDT標(biāo)簽如圖4所示。

圖4 CDT標(biāo)簽格式

2.3.1 下行部分

下行數(shù)據(jù)包由匯聚網(wǎng)絡(luò)通過NSI接口進(jìn)入分類轉(zhuǎn)發(fā)模塊，由分類轉(zhuǎn)發(fā)模塊根據(jù)報文中的LLC，IP，TCP/ UDP等相關(guān)字段進(jìn)行分類匹配，再在數(shù)據(jù)包頭插入CDT標(biāo)簽標(biāo)記所屬業(yè)務(wù)流。如圖5所示。

圖5 下行數(shù)據(jù)包流程圖

射頻接口根據(jù)CDT標(biāo)簽識別數(shù)據(jù)包所屬服務(wù)流，并根據(jù)QoS屬性和配置對服務(wù)流調(diào)度、排隊、整形。CoS和VID結(jié)合使用，來標(biāo)識數(shù)據(jù)包屬于哪一個C-DOCSIS業(yè)務(wù)流。對同一個CM而言，無論數(shù)據(jù)流向，控制模塊總是會選擇同一個VID值，而不同的CoS則決定了不同的服務(wù)流。每一對VID和CoS的值都對應(yīng)一個指定方向的唯一的服務(wù)流。

2.3.2 上行部分

上行方向，CM在系統(tǒng)控制模塊的控制下按照業(yè)務(wù)流的QoS參數(shù)進(jìn)行流量整形和轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度，射頻接口模塊對收到的數(shù)據(jù)包都加上CDT標(biāo)簽，途中需要CDT中攜帶著CM的index信息（CM Index）和CM的服務(wù)流信息（Service，CoS）。當(dāng)上行CDT由射頻接口模塊出來并到達(dá)轉(zhuǎn)發(fā)模塊時由分類轉(zhuǎn)發(fā)模塊根據(jù)CoS及VID對上行服務(wù)流做VLAN映射，然后由NSI口轉(zhuǎn)發(fā)，如圖6所示。

圖6 上行數(shù)據(jù)包流程圖

2.3.3 限制解析

由于射頻接口模塊的硬件能力限制，本文采用的CMC下行最大支持1 024條服務(wù)流，上行最大支持2 048條服務(wù)流。DOCSIS協(xié)議定義了CM上下行共支持8對服務(wù)流，設(shè)備出廠默認(rèn)為每個CM保留4對服務(wù)流資源，因此系統(tǒng)最多只支持256個CM在線。目前按照業(yè)務(wù)終端劃分主要有3種終端：互動電視、寬帶和互動寬帶一體機(jī)。其中一體機(jī)采用路由器方式分配互動和寬帶兩類IP地址。因此對于部分業(yè)務(wù)發(fā)展比較好的光機(jī)，晚上高峰期在線CM超過256個，超過的部分不能上線。某些光機(jī)割接完沒有馬上出現(xiàn)問題，當(dāng)業(yè)務(wù)發(fā)展一段時期也會出現(xiàn)高峰期超過256個CM的情況從而引起故障。

3 解決辦法

對于分布式系統(tǒng)，MAC表和ARP表限制都產(chǎn)生在OLT，在設(shè)計匯聚網(wǎng)絡(luò)時，需要對OLT覆蓋終端數(shù)總量控制，按照上面計算，MAC表儲存空間8 000個，ARP表地址數(shù)4 000個，因此OLT最大支持4 000個業(yè)務(wù)終端同時使用。總量控制在業(yè)務(wù)高峰期4 000個業(yè)務(wù)終端同時使用的規(guī)模。

服務(wù)流的限制在CMC，需要在割接前比較準(zhǔn)確估計用戶數(shù)量，對于業(yè)務(wù)可能發(fā)展比較快的地方注意多留余量，在超過限制的光機(jī)安裝兩臺CMC或者把光機(jī)進(jìn)一步分拆來分擔(dān)用戶。另外，還要求供應(yīng)商根據(jù)實際情況，修改CMC默認(rèn)保留資源，為一個CM只保留2～3對服務(wù)流資源（假設(shè)不開通MTA終端），修改后CMC可以支持374～500個CM。

4 總結(jié)

由于集團(tuán)光機(jī)所帶用戶數(shù)量較多同時雙IP業(yè)務(wù)的獨(dú)特性，造成CMC的承載能力不足，因此，實際應(yīng)用中，需要根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的具體情況部署CMC，尤其是業(yè)務(wù)高速發(fā)展的區(qū)域更應(yīng)該多留裕量。

[1] 陳立明，任偉，邵建中.CMTS，EPON和EoC的封裝方式比較[J].電視技術(shù)，2011，35（8）：69-71.

[2] GY/T266—2012，NGB，寬帶接入系統(tǒng)C-DOCSIS技術(shù)規(guī)范[S].2012.

[3] 李曉峰，王曦，崔衛(wèi)，等.有線電視視頻點(diǎn)播解決方案分析[J].電視技術(shù)，2007，31（4）：44-46.

Discussion on Access Lim itations of C-CMTS to CableM odem

GUO Rongfeng
（Guangzhou Digital Media Group,Guangzhou 510010,China）

Guangzhou Digital Media Group has accumulated some experience in the course of using CCMTS.Some cablemodems are found with issues that can’t be on line.Through deeply analysis of C-DOCSIS protocol,internet exchange principle and device configurations,the MAC address table,ARP table and C-CMTS service flow are finally found out the cause of the limitations of C-CMTS to CableModem.Especially,the C-CMTS service flow restriction is the main reason of the breakdown problem.At last,recommendations and solutions for the above three restrictions are proposed.

C-DOCSIS；C-CMTS；CableModem；service-flow；MAC；ARP

TN93

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2014-04-04

【本文獻(xiàn)信息】郭榮峰.關(guān)于C-CMTS對CableModem數(shù)量限制的問題探討[J].電視技術(shù)，2014，38（20）.