劉孝圣，劉 磊，鄭艷偉，彭 飛

（1.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100190；2.中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所國(guó)家網(wǎng)絡(luò)新媒體工程技術(shù)研究中心，北京100190）

0 引 言

目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行的混合光纖同軸電纜 （hybrid fiber－coaxial，HFC）接入網(wǎng)雙向化改造方案主要有有線傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口 規(guī) 范［1，2］（data over cable service interface specification，DOCSIS）方案和以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)＋基于同軸電纜的以太網(wǎng)傳輸［3］（Ethernet passive optical network＋Ethernet over coax，EPON＋EoC）方案。文獻(xiàn) ［4］對(duì)這幾種接入方式進(jìn)行了詳細(xì)的比較。EPON＋EoC 方案由于其網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、適合國(guó)情和維護(hù)簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)而被大規(guī)模采用［2，4］，但是其下行帶寬仍然不能滿足不斷增長(zhǎng)的帶寬需求。為了進(jìn)一步支持帶寬需求較大的業(yè)務(wù)，需要提升EoC網(wǎng)絡(luò)的下行帶寬，本文提出一種可以有效提升EoC 網(wǎng)絡(luò)下行帶寬的帶寬增強(qiáng)方案。由于該方案需要處理較大的網(wǎng)絡(luò)吞吐，因此選擇在網(wǎng)絡(luò)處理器平臺(tái)上予以實(shí)現(xiàn)。

1 EoC帶寬增強(qiáng)方案

圖1給出了EoC帶寬增強(qiáng)方案的部署。該方案通過在原有的EoC通道之外，新增多個(gè)QAM 通道，并利用這些新增通道提升接入用戶的下行帶寬。在EPON＋EoC 方案中，OLT 直接和因特網(wǎng)相連。而在該增強(qiáng)方案下，融合通道網(wǎng)關(guān) （converged channel gateway，CCGW）橋接在OLT和因特網(wǎng)之間，每個(gè)OLT 搭配一個(gè)CCGW。橋接方式的好處在于不需要對(duì)報(bào)文進(jìn)行特殊處理就能讓所有的數(shù)據(jù)包經(jīng)過CCGW。該方案的優(yōu)勢(shì)在于，用戶在帶寬升級(jí)的過程中，僅需要更換或者在線升級(jí)機(jī)頂盒即可，而且可以根據(jù)實(shí)際的帶寬升級(jí)需求，通過更改IPQAM 資源數(shù)量來實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)擴(kuò)容。第4節(jié)分析了該方案的帶寬提升效果。

圖1 EoC帶寬增強(qiáng)方案網(wǎng)絡(luò)部署

融合通道網(wǎng)關(guān)是該方案中的關(guān)鍵設(shè)備，CCGW 使用QAM 通道和IP通道協(xié)同下發(fā)數(shù)據(jù)，并使用IP通道作為回傳，充分利用QAM 通道高帶寬的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱的寬帶數(shù)據(jù)通信。作為多個(gè)用戶終端的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，CCGW 需要承載較大的吞吐量，在傳統(tǒng)的通用處理器平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)很難滿足其性能需求，因此在網(wǎng)絡(luò)處理器平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)成為一種必要的選擇。本文提出了一種在OCTEON CN5860網(wǎng)絡(luò)處理器平臺(tái)上的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式。實(shí)際測(cè)量結(jié)果顯示平均每個(gè)處理核心可以提供920 Mbps的吞吐量。

2 CN5860處理器簡(jiǎn)介

CN5860處理器是Cavium 公司開發(fā)的64位MIPS架構(gòu)的多核網(wǎng)絡(luò)處理器，采用系統(tǒng)級(jí)芯片技術(shù)，將多個(gè)同構(gòu)處理引擎或處理核心 （process engine，PE）、多種功能的協(xié)處理器以及豐富的網(wǎng)絡(luò)接口集成在同一顆處理器上，通過集成一系列的硬件加速單元來優(yōu)化對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的處理過程。如利用硬件進(jìn)行TCP／UDP 數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)和計(jì)算、完整性檢查；利用硬件定時(shí)器設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)TCP數(shù)據(jù)流的加速處理，硬件支持多種加密算法［5，6］。支持16 個(gè)主頻為800 MHz的PE。圖2給出了CN5860處理器的硬件結(jié)構(gòu)。

2.1 基本硬件單元

以 “接收－處理－轉(zhuǎn)發(fā)”網(wǎng)絡(luò)報(bào)文為例，通過說明該處理器的處理流程，來介紹涉及到的常用硬件組件。流程大致如下：①PIP／IPD （packet input processing unit／input packet data unit）單元接收數(shù)據(jù)包，進(jìn)行如校驗(yàn)、過濾等前期操作后，通過DMA 方式把鏈路層幀從PIP／IPD 的內(nèi)部存儲(chǔ)空間拷貝至內(nèi)存，并向SSO （schedule／synchronization／order unit）單元提交消息。內(nèi)存由FPA （free pool allocator unit）單元管理，通過將內(nèi)存分為若干種固定大小的塊達(dá)到高效管理內(nèi)存、優(yōu)化數(shù)據(jù)包處理的效果。②SSO 單元維護(hù)消息隊(duì)列，將消息調(diào)度到合適的PE。③PE 處理報(bào)文，如加密、校驗(yàn)、查找等操作。④PE 轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文，PKO（packet output unit）單元同樣通過DMA 方式將 報(bào)文數(shù)據(jù)從FPA 單元拷貝到其內(nèi)部的存儲(chǔ)空間，計(jì)算TCP／UDP的校驗(yàn)和，發(fā)送數(shù)據(jù)包，并釋放消息和內(nèi)存空間。

圖2 OCTEON CN5860網(wǎng)絡(luò)處理器硬件結(jié)構(gòu)

在該平臺(tái)下，定時(shí)器也是由硬件實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)為每個(gè)PE設(shè)計(jì)了硬件Timer Ring結(jié)構(gòu)，可以通過軟件方式設(shè)置時(shí)間間隔，生成消息，在定時(shí)時(shí)刻達(dá)到時(shí)，將消息送入SSO，由SSO 進(jìn)行調(diào)度。

2.2 消 息

消息是SSO 進(jìn)行調(diào)度的基本單位，是在OCTEON 平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用時(shí)的一個(gè)重要概念。SSO 維護(hù)消息隊(duì)列，并且從消息隊(duì)列中取出消息時(shí)，根據(jù)消息的類型將該消息分配給PE 處理。除了在PIP／IPD 硬件接收到數(shù)據(jù)包時(shí)向SSO 提交消息 （此時(shí)消息攜帶鏈路層數(shù)據(jù)幀的完整信息）外，也可以利用系統(tǒng)內(nèi)置的add＿work （）操作向SSO 中添加消息。常見的利用軟件設(shè)置消息的場(chǎng)景是添加定時(shí)器。由于定時(shí)器和數(shù)據(jù)包都是通過消息實(shí)現(xiàn)的，在PE收到消息時(shí)僅需簡(jiǎn)單判斷是定時(shí)器消息還是報(bào)文消息即可。

3 CCGW 的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

作為該EoC帶寬增強(qiáng)方案中的關(guān)鍵設(shè)備，CCGW 需要融合兩種通道并優(yōu)化調(diào)度這兩種通道的帶寬資源。其特點(diǎn)體現(xiàn)在：

（1）采用類似于鏈路層交換機(jī)的 “學(xué)習(xí)－轉(zhuǎn)發(fā)”方式對(duì)上行數(shù)據(jù)包和未進(jìn)行帶寬升級(jí)的用戶 （簡(jiǎn)稱“未升級(jí)用戶”，下同）的下行數(shù)據(jù)包在原有的EoC通道上透明傳輸，利用網(wǎng)絡(luò)處理器平臺(tái)高效的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制實(shí)現(xiàn)上行報(bào)文的快速處理。

（2）為已升級(jí)用戶的下行數(shù)據(jù)包選擇合適的通道（EoC通道或者某個(gè)QAM 通道）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，采用以流為單位的分配方式，保證屬于同一條流的數(shù)據(jù)包的順序關(guān)系。在QAM 通道轉(zhuǎn)發(fā)前，采用IP over DVB 中最常用的MPE（multi－protocol encapsulation）協(xié) 議 將 數(shù) 據(jù) 包 封 裝 成QAM設(shè)備所需的格式，利用網(wǎng)絡(luò)處理器多核并行處理的優(yōu)勢(shì)保證吞吐量。

（3）CCGW 維護(hù)、分配和回收QAM 通道的頻點(diǎn)資源，維護(hù)已升級(jí)終端的狀態(tài)信息，維護(hù)流和通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)這些信息的查詢操作次數(shù)要遠(yuǎn)大于修改的次數(shù)，因此采用Hash表存儲(chǔ)，達(dá)到快速響應(yīng)查詢請(qǐng)求的目的。采用令牌桶技術(shù)對(duì)用戶和各通道的流量進(jìn)行限速，保證用戶的公平性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

由于CCGW 需要承載較大的吞吐量，因此在功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，也必須考慮處理過程的優(yōu)化，減少不必要的開銷，加速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的處理。結(jié)合OCTEON 5860 處理器的特性，根據(jù)上述CCGW 的主要特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了CCGW 的模塊，并劃分為控制層面和數(shù)據(jù)層面，如圖3所示。

3.1 控制平面

控制平面主要負(fù)責(zé)與客戶端的信令交互、請(qǐng)求認(rèn)證客戶、管理系統(tǒng)的頻點(diǎn)資源，以及維護(hù)終端狀態(tài)等。

3.1.1 基本模塊

控制平面的模塊和對(duì)應(yīng)的功能如下：①頻點(diǎn)管理模塊負(fù)責(zé)管理、分配和回收頻點(diǎn)資源，維護(hù)頻點(diǎn)狀態(tài) （如剩余帶寬、用戶數(shù)量等）；②客戶端管理模塊維護(hù)終端狀態(tài)，包括終端標(biāo)識(shí)、終端密碼、終端狀態(tài)、最大帶寬、業(yè)務(wù)類別等信息；③信令交互模塊負(fù)責(zé)與終端設(shè)備的信令交互，包括終端的注冊(cè)、?；畹冉换?bào)文的解析和處理；④配置管理模塊負(fù)責(zé)CCGW 的配置、管理以及請(qǐng)求對(duì)用戶進(jìn)行認(rèn)證；⑤輪播模塊通過在IPQAM 通道上廣播CCGW 的基本信息，供終端開機(jī)注冊(cè)使用。

圖3 CCGW 基本模塊結(jié)構(gòu)

3.1.2 CCGW 與周邊設(shè)備的交互流程

圖4 給出了與終端注冊(cè)相關(guān)的報(bào)文交互流程。首先CCGW 通過QAM 通 道 輪 播NIT （network information table），NIT 中包含了CCGW 的注冊(cè)端口、注冊(cè)IP以及所在的業(yè)務(wù)組等注冊(cè)信息。輪播模塊還定時(shí)廣播PAT （program association table）和PMT （program map table），為終端提供與用戶一一對(duì)應(yīng)的PnId （program number identifier）信息。采用輪播方案可以減少對(duì)終端設(shè)備的人工配置，也便于設(shè)備升級(jí)和部署。終端上線時(shí)掃描并鎖定對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)，解析NIT，獲取注冊(cè)信息后，向CCGW 注冊(cè)。注冊(cè)時(shí)，CCGW 需要向AAA 服務(wù)器認(rèn)證用戶請(qǐng)求服務(wù)是否已授權(quán)，并為用戶分配QAM 通道，通道屬性包括PnId、頻點(diǎn)、調(diào)制方式等等。注冊(cè)成功后，需要在CCGW 和終端之間定時(shí)維護(hù)?；钚帕?。

圖4 CCGW 與終端交互時(shí)序

3.2 數(shù)據(jù)平面

數(shù)據(jù)平面分上行和下行進(jìn)行分別處理。對(duì)于上行數(shù)據(jù)包，CCGW 只需確定對(duì)應(yīng)端口并轉(zhuǎn)發(fā)即可；對(duì)下行數(shù)據(jù)包的處理相對(duì)復(fù)雜，圖5給出了下行數(shù)據(jù)包的大致處理流程。首先檢查終端是否注冊(cè)，未注冊(cè)則直接通過IP 通道轉(zhuǎn)發(fā)；若注冊(cè)，則根據(jù)數(shù)據(jù)包的屬性確定轉(zhuǎn)發(fā)通道 （IP通道或者QAM 通道，QAM 通道也有多個(gè)）；若轉(zhuǎn)發(fā)到QAM 通道，首先進(jìn)行通道的限速處理，然后經(jīng)多層封裝后發(fā)往對(duì)應(yīng)的IPQAM。以下對(duì)幾個(gè)模塊的處理細(xì)節(jié)進(jìn)行詳述。

圖5 CCGW 數(shù)據(jù)層面下行數(shù)據(jù)包流程

3.2.1 流量分配模塊

對(duì)注冊(cè)用戶而言，下行通道分IP 通道和QAM 通道。由于兩種通道物理特性不同，傳輸延遲等也不同，容易造成客戶端接收時(shí)報(bào)文亂序。為了避免亂序，我們以流為單位進(jìn)行分配，保證屬于同一條流的報(bào)文經(jīng)過同一個(gè)通道傳輸。流標(biāo)識(shí)由協(xié)議、目的IP、目的端口、源IP和源端口組合而成。優(yōu)先將數(shù)據(jù)流分配到帶寬較大的QAM 通道，在QAM 通道剩余帶寬 （可以通過通道限速功能的剩余令牌數(shù)推斷得到）不足時(shí)，將部分流分配或者切換到IP 通道上去，提高資源利用率。

3.2.2 封裝模塊

由于QAM 設(shè)備傳輸TS （transport stream）格式的數(shù)據(jù)包，所以在發(fā)往QAM 通道前要預(yù)先處理，這部分功能由封裝模塊提供。封裝主要分為3個(gè)步驟：

（1）MPE封裝［7］，包含12字節(jié)的MPE 頭部、4字節(jié)的尾部CRC字段和載荷部分，載荷部分即為下行的IP 包（包含IP層及其上層的報(bào)文信息），MPE 頭部中的長(zhǎng)度字段指明該IP包的實(shí)際長(zhǎng)度；

（2）將MPE 封裝后的報(bào)文進(jìn)行切分，添加TS 頭部，形成為188字節(jié)的多個(gè)TS包，不足188字節(jié)則以0補(bǔ)齊；

（3）添加UDP／IP 頭部，目的字段填寫為對(duì)應(yīng)的IPQAM 的IP 地 址 和 端 口。TS 中 的PID 字 段 與 注 冊(cè) 時(shí)CCGW 為終端分配的PnId相對(duì)應(yīng)。由于封裝部分需要多層封裝，耗時(shí)最長(zhǎng)，因此在實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)盡量進(jìn)行優(yōu)化。通過事先細(xì)致地分配報(bào)文每部分對(duì)應(yīng)的空間，只需拷貝一次即可，減少了不必要的操作和時(shí)間開銷。

3.2.3 MAC轉(zhuǎn)發(fā)模塊

該模塊的主要作用是對(duì)未升級(jí)用戶的數(shù)據(jù)包進(jìn)行透?jìng)?，其功能類似于鏈路層交換機(jī)。對(duì)于進(jìn)入CCGW 的數(shù)據(jù)包，記錄和更新源MAC與進(jìn)入的物理端口，存儲(chǔ)在MAC 轉(zhuǎn)發(fā)表中，該表采用Hash桶實(shí)現(xiàn)；對(duì)于CCGW 轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包，如果其目的地址在Hash表中，則往對(duì)應(yīng)的物理端口上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，否則向除進(jìn)入端口外的其它所有物理端口轉(zhuǎn)發(fā)。由于查找該表是處理報(bào)文的第一步，因此還在該表項(xiàng)中設(shè)置了表示是否注冊(cè)的標(biāo)志位，從而減少了一次向終端管理模塊查詢注冊(cè)狀態(tài)的開銷。

3.2.4 限速模塊

為了保證用戶的公平性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要對(duì)用戶進(jìn)行限速處理。用戶限速和通道限速均采用令牌桶實(shí)現(xiàn)。令牌桶是一種簡(jiǎn)單有效、易實(shí)現(xiàn)的流量控制方式。主要步驟是：①系統(tǒng)初始化時(shí)，初始化定時(shí)器消息；②當(dāng)定時(shí)器消息被調(diào)度后，根據(jù)與上一次觸發(fā)的時(shí)間差和用戶購買的帶寬大小往令牌桶里添加相應(yīng)個(gè)數(shù)的令牌；③當(dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，減去與數(shù)據(jù)包大小成正比的令牌個(gè)數(shù)，如果剩余令牌不足，則丟棄該數(shù)據(jù)包。

3.3 CCGW 的實(shí)現(xiàn)

我們采用OCTEON 5860處理器平臺(tái)配套的SE （simple executive）操作環(huán)境，關(guān)于該操作環(huán)境的詳細(xì)介紹參考文獻(xiàn) ［8］。在該環(huán)境下開發(fā)可直接操作底層的PE、內(nèi)存、協(xié)處理器等硬件資源，因此有助于提升系統(tǒng)的吞吐量。

根據(jù)CCGW 的功能，可將CCGW 視為鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備。在通用處理器平臺(tái) （通常安裝Linux系統(tǒng)）上，獲取鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)通常利用libpcap等工具或原始套接字進(jìn)行抓包［9］。而在該平臺(tái)下，PIP／IPD 在接收到網(wǎng)絡(luò)幀時(shí)就向SSO 提交消息，在實(shí)現(xiàn)時(shí)，PE 直接向SSO 請(qǐng)求消息，判斷消息類型，若是報(bào)文消息，則通過物理端口分辨上下行報(bào)文，解析報(bào)文的頭部字段，然后進(jìn)行針對(duì)性的操作；如果是定時(shí)器消息，則分辨定時(shí)器種類后合理處理該定時(shí)器任務(wù)。發(fā)送報(bào)文時(shí)，CCGW 直接封裝好MAC 層幀，并調(diào)用底層硬件轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，實(shí)現(xiàn)報(bào)文的快速傳輸。

CCGW 使用了很多定時(shí)器：輪播模塊需要定時(shí)向終端廣播注冊(cè)信息、信令交互模塊需要超時(shí)重傳、限速模塊需要定時(shí)增加令牌、MAC轉(zhuǎn)發(fā)模塊需要?jiǎng)h除老化表項(xiàng)以節(jié)約內(nèi)存等。相較于Linux上的基于信號(hào)的軟件定時(shí)方式，使用硬件定時(shí)器精度高，并且也被統(tǒng)一成消息，更方便使用，有效地保證了上層的業(yè)務(wù)處理的高效性。

其它的一些優(yōu)化還有：利用RNG 硬件協(xié)處理器為配置管理模塊提供隨機(jī)數(shù)生成功能、利用硬件加密單元為配置管理模塊提供MD5校驗(yàn)、利用硬件校驗(yàn)單元計(jì)算UDP 數(shù)據(jù)包和TCP報(bào)文的校驗(yàn)和等。

3.4 軟件架構(gòu)

除了利用好網(wǎng)絡(luò)處理器平臺(tái)提供的多種硬件加速功能外，還需要選擇合適的軟件架構(gòu)［5，6］。在多核處理器件上的軟件架構(gòu)主要有流水線架構(gòu)、混合架構(gòu)和完全并行結(jié)構(gòu)。流水線架構(gòu)中的每個(gè)PE均完成部分任務(wù)，每個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)1個(gè)PE，所有的PE加起來共同完成整個(gè)應(yīng)用，混合結(jié)構(gòu)類似于流水線架構(gòu)，但其中的部分任務(wù)可以由多個(gè)PE共同完成。而在完全并行的軟件架構(gòu)，每個(gè)PE 均完成整個(gè)應(yīng)用。采用流水線架構(gòu)和優(yōu)化流水線的好處在于對(duì)特定應(yīng)用可以優(yōu)化指令緩存 （instruction cache，Icache）的命中率，提高指令執(zhí)行的效率。對(duì)于處理流程長(zhǎng)，指令數(shù)量較多的應(yīng)用來說，使用流水線方式可以提升Icache的命中率，從而提升性能指標(biāo)。采用完全并行結(jié)構(gòu)的好處在于數(shù)據(jù)緩存的效率更高，且方便實(shí)現(xiàn)、易擴(kuò)展。我們實(shí)際測(cè)量了CCGW 的主流程的運(yùn)行時(shí)間，約為6800個(gè)執(zhí)行周期，一般1個(gè)周期對(duì)應(yīng)著1 條指令，考慮到內(nèi)部的循環(huán)函數(shù)，訪存延遲等，主流程的指令數(shù)實(shí)際上小于6800。而OCTEON 5860處理器的每個(gè)PE的Icache的容量是32KB，每條MIPS指令占4字節(jié)空間，因此每個(gè)PE 可以容納8192 條指令，大于主流程的指令數(shù)。因此我們采用了完全并行的軟件架構(gòu)。第4節(jié)給出的測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了CCGW 使用這種架構(gòu)的合理性。

4 測(cè)試結(jié)果與分析

4.1 CCGW 性能測(cè)試

CCGW 實(shí)現(xiàn)在OCTEON 5860處理器平臺(tái)上，每個(gè)PE主頻800MHz，整體內(nèi)存為4GB。我們利用QAM 設(shè)備和終端測(cè)試了CCGW 功能的完整性和正確性。為了測(cè)量CCGW的性能，我們根據(jù)實(shí)際部署的場(chǎng)景，利用OCTEON 5860處理器平臺(tái)仿真了終端設(shè)備，仿真的終端設(shè)備可以模擬多個(gè)終端。在測(cè)試中，通過模擬900個(gè)終端，與CCGW 進(jìn)行交互并通過QAM 通道接收數(shù)據(jù)。模擬終端設(shè)備主要的功能是與CCGW 進(jìn)行交互，并與應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行交互，應(yīng)用服務(wù)器回送大量數(shù)據(jù)包，經(jīng)過CCGW 封裝后從QAM 通道轉(zhuǎn)發(fā)。

我們測(cè)試了PE數(shù)和對(duì)應(yīng)的QAM 通道的吞吐量之間的關(guān)系。從模擬客戶端到CCGW 的上行流量維持在850 Mbps，從應(yīng)用服務(wù)器往CCGW 端的下行流量等于QAM 通道的吞吐量。圖6給出了測(cè)試的結(jié)果。從圖中可以看出，隨著PE數(shù)的增長(zhǎng)，吞吐率呈線性地增長(zhǎng)，這反映了該實(shí)現(xiàn)良好的可擴(kuò)展性。每增加一個(gè)PE，吞吐量約增加920 Mbps。在使用8 個(gè)PE 的情況下，QAM 通道的吞吐量達(dá)到7.3 Gbps，由于平臺(tái)的物理網(wǎng)口所限，無法測(cè)量更多PE 對(duì)應(yīng)的最大吞吐量。但從圖中的線性性質(zhì)可以近似推算出在更多PE情況下的吞吐量。在實(shí)際部署中，可以根據(jù)實(shí)際需要的吞吐量大小配置合適的PE數(shù)量，減少設(shè)備的能量消耗。

圖6 CCGW QAM 通道吞吐量與核數(shù)的關(guān)系

4.2 帶寬增強(qiáng)方案效果分析

上述測(cè)試結(jié)果表明CCGW 的實(shí)際性能足以滿足設(shè)計(jì)要求。為了說明該增強(qiáng)方案的有效性，表1給出了EoC 帶寬增強(qiáng)解決方案的帶寬增強(qiáng)效果。一個(gè)光線路終端 （optical line terminal，OLT）接入帶寬為1Gb／s，1：32的分光比，每個(gè)EoC局端覆蓋200戶，業(yè)務(wù)接入率假定為10%，那么對(duì)于未采用增強(qiáng)方案 （即表中的普通方案）的用戶來說，其下行帶寬為：1Gb·s－1／32／ （200×10%）＝1.6Mb／s。采用帶寬增強(qiáng)方案的用戶，每個(gè)OLT 配置1個(gè)CCGW，每個(gè)IPQAM 設(shè)備提供1Gb／s帶寬，CCGW 和IPQAM 的配比為1：4 （即1個(gè)CCGW 配套4個(gè)QAM，CCGW 的吞吐量達(dá)到4Gb／s），那么下行帶寬將增加4倍，達(dá)到8 Mb／s；若配比為1：9 （CCGW 的吞吐量達(dá)到9Gb／s），那么下行帶寬將增加9 倍，達(dá)到16 Mb／s。綜上可見該方案可以顯著地提升下行帶寬效果。

表1 EoC帶寬增強(qiáng)方案的效果

5 結(jié)束語

為了進(jìn)一步提升EPON＋EoC 雙向改造后的有線電視網(wǎng)的下行接入帶寬，本文提出了一種EoC 帶寬增強(qiáng)方案。詳細(xì)分析了該方案中的關(guān)鍵設(shè)備CCGW 的作用和功能，由于該設(shè)備需要承載較大的網(wǎng)絡(luò)流量，因此采用基于網(wǎng)絡(luò)處理器的實(shí)現(xiàn)方案。結(jié)合OCTEON CN5860處理器的功能和特性，設(shè)計(jì)了CCGW 的主要模塊，并最終在該網(wǎng)絡(luò)處理器平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了CCGW，并對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示出該實(shí)現(xiàn)方案具有較高的吞吐量和良好的可擴(kuò)展性，可以顯著地提升用戶的下行帶寬。下一步將繼續(xù)優(yōu)化內(nèi)部處理模塊和資源分配算法。

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