浅析“次世代网络”线路测试的解决

 引言

　　“次世代网络”（NGN：Next Generation Network）的来临，使得这种以因特网通讯协议为基础的网络，将逐渐取代旧有的“公众交换电话网络”（PSTN：public switched telephone networks），并同时传送语音与数据。最普遍的情境是将朝全数字化的线路进化，而且以“封包”的方式把语音讯号透过用户终端装置，采因特网语音（VoIP：Voice over Internet Protocol）的数字用户回路（DSL）数据串流来传送。为了能替这些网络做好准备，电信系统业者需要导入新的测试和诊断措施，以便能找出线路中的干扰和问题。也就是基于这个原因，使得高度整合的“金属线路检测”（MELT：Metallic Line testing）芯片组解决方案能在此发挥功效与弹性。

　　【图一】面对把传统的ATM-DSLAMs网络改朝换代到具有弹性和成本效益的IP式网络，在这种全数字回路（ADL）的中，需要有崭新的线路测试解决方案

　　传统上，接取网络都划分为电话网络（即PSTN）以及宽带数据网络（如异步传输模式ATM网络与IP网络）两大区块，但在网络聚合的趋势下，使得网络基础建设朝整并合一的方向迈进。而在这过渡期间，阶段性的解决方案仍有其必要，以期能藉由数字用户线存取多任务器（DSLAM：Digital Subscriber Line Access Multiplexers），来同时提供传统的“一般旧式电话服务”和“整合服务数字网络”（POTS/ISDN），以及语音通话等服务。有了这种纯数字联机的网络之后，就可以称得上是“全数字回路”（ADL：All Digital Loop）了。其所带来的好处，像是降低网络复杂度以及节省成本，都是显而易见的，然而对于让用户回路的监测与频宽数据的传输得以并行则是一大挑战。不仅如此，所有过渡阶段中的每一个环节与步骤，都要能满足各种配套措施，否则将衍生许多难以捉摸的问题。举例来说，电信系统业者就会以分歧器（splitters）来维持原有的PSTN/POTS结构，藉此逐渐过渡到NGN的架构。在这样的情形下，具有弹性的MELT解决方案也要能符合同时与POTS并联的网络架构，才能协助业者掌握旗下的所有网络。

　　2a

　　2b

　　【图二】既有网络基础建设的线路测试方法（2a），以及新一代的全数字网络之线路测试方法（2b，不含PSTN/POTS）

　　在传统的网络中，测试工作一般都是定期在POTS线路的某些工程阶段中或特定失误发生时才会进行。过去所采用的方法是透过POTS线路卡（linecard）继电器矩阵（relay matrix）的方式，把外部测试服务器连接到中央测试头端。尔后取而代之的则是，以更先进的POTS芯片组内建之完整测试机制来负责，并藉此省下购置具有继电器矩阵的昂贵测试头端（test heads）。不论是哪一种方式，都可以在三十秒内找出线路的问题，并且得知其传输质量是否符合要求，或者其讯号端点的情形，像是短路、开路（译注：线路没接上终端装置），或断路（译注：线路断线）等。

　　1 SELT、DELT，以及MELT

　　在当今的DSL联机环境中，传统的测试方法是不可行的，毕竟在POTS中还有包括继电器矩阵与中央测试头端等硬件已不复存在了。像是可能就在路边的DSLAM，这种安装在远程的DSL线路卡，就无法在现有的测试架构中达成。基于种种诸如此类的因素，使得业者必须面临许多的挑战。非但如此，没有足够的方法可供用以进行DSL线路的测试，也是令业者深感头痛的来由。实际的做法是从中央机房的传输埠里，透过线路送出DSL测试讯号，然后把反射回来的讯号藉由掌握或比对某些特定参数来分析讯号结果。这些测试称之为单端线路检测（Single-Ended Line Testing），简称为SELT。其它线路测试方式则需要在两端都安装DSL调制解调器，称之为双端线路检测（Dual-Ended Line Testing），简称为DELT。由于DSL的讯号是透过互感器来耦合，因此，不论是利用SELT还是DELT方式，都很难找出非对称的错误以及接地的问题。所以，为了要有效地除错并提供独立且直接的个别线路存取，具有整合MELT功能的硬件就有其必要了。在宽带的量测上，SELT和DELT都是很有用的方式，这些方式可以检测出与频率无关的参数结果，诸如线路衰减、串讯（crosstalk）和外部噪声等。然而，这些方式只有在结合MELT的解决方案下， 才能确实的检测出线路中所有的物理参数。

　　MELT解决方案强化了既有SELT对于ADSL与VDSL的检测，使得系统业者能充分掌握用户回路的传输情形，包括：线路距离和传输速率、桥接分接点（bridge tap）侦测，以及串讯分析等相关信息与数据。此外，MELT解决方案可以提供对于电磁波的潜在重迭信息，甚至是已知的射频干扰（RFI：radio frequency interference），并藉此推算出线路中可能出现干扰的位置。

　　如果系统业者要把MELT的功能套用到次世代网络中，则必须把符合的硬件直接整合到DSL的线路卡里。这些额外的电路成本与电路板空间，要尽可能的降到最低，而MELT硬件对DSL服务的影响也要尽可能的减少。

　　2 网络测试的需求

　　在网络基础建设中，监视每一个用户回路的不寻常与错误，并且在安装时提供必要的支持以及定期的防潮电流传送（wetting currents）（提供低电量的讯号，用以预防线路因潮湿而老化或氧化），都是非常重要的工作。这些馈送的电流讯号可以让POTS线路的传输质量“有朝气有活力”，但在xDSL的环境里却没此必要。

　　而一套有效率的MELT解决方案，还必须具备定位与分辨错误的能力。典型的错误有：Tip和 Ring电线之间的短路，以及因潮湿导致绝缘不良。其它常见的错误，还包含了各式各样的接地问题或线缆破损等。此外，MELT的算法（algorithm）还要能量测出像是在建筑工地里，所耦合的外来交直流电压之振幅和频率，或是异常的安装与接线错误。在这些外来的电压中，最重要的就是要透过与对应电压振幅的限制数值之间的比对，找出可能引发致命影响的潜在来源。

　　至于在确保传输服务质量（QoS：quality of service）方面，则需要持续地监视线路，并在错误发生时快速因应。是故，系统还要能在不影响DSL运作的前提下，进行MELT的量测。特别是在全数字化的网络中，在没有分歧器的环境里还能完成如此的要求。一套需要处理继电器切换的MELT解决方案，无法在不影响DSL运作表现的条件下进行量测。

　　3 标准化

　　来自芯片厂商与系统供货商的各家独门专属检测解决方案，早已在市场上行之有年了。随着xDSL电信服务装机普及率的提升，业界对于解决方案标准化的呼声也越来越高。首先是在二○○二年，业界试图将SELT1标准化所踏出的第一步：G.selt标准，但时至今日还是无法完全竟功。在二○○六年之前，必须检测的参数项目表仍付之阙如，尔后，才对于三种测试方法（即SELT、DELT、MELT）的配套，以及各自所适合用于找出不同的错误有些交代。G.selt在日后变为G.lt，并且成为合并SELT、DELT，以及MELT的全球标准。从SELT中所建立的功能参考模式，已经被DELT和MELT采纳，并成为一般线路检测的功能参考。

　　通讯解决方案厂商Lantiq，是一家在MELT标准化中积极投入的公司，并且与诸多一流的系统业者与系统供货商携手共同推动相关的工作。如今，MELT业已成为国际电信联盟（ITU）的全球标准ITU 996.2 standard（G.lt）的一部分，此规范标准是用在“XDSL收发机的单端检测、双端检测以及金属检测等线路检测形式中”。

　　在市场上，最初将此导入到现场实务工作中是在二○一○年四月，由德国的网络营运商开始把这些MELT的功能带进旗下所有今后的xDSL安装工程中。

　　4 创新的MELT芯片组

　　Lantiq公司之MELT芯片组的特色之一，在于可以直接放进DSL线路卡里。DSL的线路是透过高奥姆值的电阻来存取，换句话说，对照于继电器式的联机（relay-based connection），这种方式的阻抗在交换过程中不会有所变动。这可以让MELT解决方案在量测或防潮电流传送进行时，不会影响到DSL的讯号与服务。而藕合电阻，则是透过高电压多任务器所连接的输出缓冲器与量测放大器。输出缓冲器传送量测讯号到线路中，并且透过量测放大器，把这些讯号的处理结果反映出来。

　　由Lantiq所提供的高成本效益比且值得信赖的多通道MELT解决方案，具备了高效率的线路与回路检测功能，以利实时音质与网络稳定度监控，而其精确性更是超出了外部测试头端，并且能和DSL联机同时运作。不仅具有如此的整合性能，MELT的解决方案还能满足DSL线路卡之极为有限的空间限制。

　　【图三】在Lantiq的MELT解决方案中，其芯片组将可直接安装在DSL线路卡里

　　对照于当今的线路检测解决方案，以交换矩阵来控制外部测试头端或测试卡，Lantiq这种整合的MELT解决方案，将可提供高达百分之九十的成本优势。同时，其极低的功耗符合了欧洲“操作规范”（CoC：Code of Conduct），对于能源效率的要求，并且还兼容于国际电信联盟的ITU 996.2 测试标准（G.lt）。

　　该芯片组支持了各家厂商的所有DSL技术（ADSL、VDSL，与SHDSL），不但如此，比起传统以继电器式为基础的PSTN线路检测，它还具备了许多额外的功能，例如线路卡生产检测。这个解决方案还提供了防潮电流传送（粒度为十六个传输埠，即granularity of 16 ports），以满足线路可靠度、长期区域回路营运等各项需求。

　　同时，对于需要客制化功能的检测头端，事先定义好的直流配对辨识音调，仍旧可以在Lantiq所提供的整合式MELT解决方案中自行选择使用。

　　该MELT解决方案系由一颗一百廿八通道的控制器（VINETICTM-LTC128），以及一颗十六通到的高压检测多任务器（Smart SLIC-TTM-16/MLT-16）所组成，并具备了一组整合多任务器与AD/DA转换器。线路检测控制器负责处理数字化的检测讯号，并计算出相对应的网络模式。而Smart SLICTM-T16/MLT16可以接到多达十六个DSL实体线路，也能把防潮电流传送出去，并且产生配对辨识音调。由于VINETICTM-LTC128能支持八颗Smart-SLICTM-T16/MLT16，因此将能达成以单一线路卡来进行一百廿八个通道的检测工作。

　　【图四】最新的MELT芯片（MLT16）还支持了仍然使用POTS分歧器（splitter）的过渡期特别方案。由于此MELT具备了高输入阻抗的特色，将可避免在使用分歧器时，因为高通滤波器所产生对DSL线路的存取干扰

　　有了Lantiq的MELT解决方案，只消三十秒就能完成单一通道的一整组检测工作。Lantiq还提供了支持不同主控制器的完整软件套装，并达成了ITU K.20的保护要求（protection requirements）。正因为这个解决方案把MELT和SELT的功能建置在同一张线路卡上，将会让各种相关的量测工作变得更为简便。

　　5 充分整合的线路检测

　　为了要充分体验并*估这些崭新的MELT 技术，该公司业已提供了支持ADSL、VDSL，以及SHDSL的设计套装MELT Easy-Boards。这将让系统开发人员可以快速且简便地享受高度整合之MELT芯片组所带来的种种优势，并透过极为小巧的空间要求来显着地降低整体成本（没有继电器或不需要切换矩阵）。线路检测以及防潮电流能在不限制任何DSL的运作下进行，透过规律与并行的检测，充分确保网络的运作。在最新一代的VDSL2与ADSL2+芯片组中，Lantiq还更进一步地把已经整合的线路检测控制器，做进DSL芯片中。