Promwad Telecom

Вы здесь

Технологии CPE

CPE (Customer Premises Equipment) — класс телекоммуникационного оборудования, которое размещается на стороне клиента и обеспечивает доступ пользователей к публичной сети.

Примеры CPE-устройств: телефонное оборудование, АТС на стороне клиента, периферийное и терминальное оборудование, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и другое сетевое оборудование.

Основное назначение таких устройств — предоставление конечным пользователям услуг телекоммуникационных компаний, таких как провайдеры интернета и медиа. В качестве интерфейса связи с сетью провайдера может выступать традиционный Ethernet, цифровая линия xDSL, оптоволоконный канал GPON (Gigabit PON) и т.д.

Для управления CPE-устройствами, расположенными на территории клиента, необходимо наличие средства удаленного управления.

Удаленное управление устройствами (TR-069)

TR-069 — техническая спецификация, которая описывает протокол удаленного управления абонентскими устройствами, основанный на CWMP (CPE WAN management protocol). Спецификация была опубликована в 2004 году консорциумом DSL Forum (Broadband Forum) и на данный момент является наиболее используемым способом удаленного конфигурирования CPE.

CWMP — это протокол прикладного уровня, в качестве инструмента передачи информации он использует SOAP (service oriented protocol) — надстройку над HTTP. Все данные передаются в формате XML. Непосредственное управление основано на удаленном вызове процедур (RPC, remote procedure call).

Для обеспечения защищенного соединения стандарт предполагает использование стандартных протоколов SSL 3.0 (secure socket layer) или TLS 1.0 (transport layer security).

Иерархию протоколов в основе TR-069 можно представить следующим образом:

TCP/IP → SSL/TLS → HTTP → SOAP (XML) → CWMP

Протокол CWMP разработан для реализации множества функций по управлению CPE, среди которых можно выделить следующие:

  • Автоматическое конфигурирование и динамическое подключение сервисов
  • Управление образами приложений и прошивок
  • Мониторинг состояния и производительности
  • Диагностика

Согласно спецификации, на территории провайдера должен располагаться сервер автоконфигурации (ACS — auto configuration server), которые организует взаимодействие с абонентским оборудованием, обрабатывает запросы от устройств и подключает дополнительные сервисы. Сессия управления может быть инициирована как со стороны CPE, так, в случае необходимости, и со стороны ACS.

Структура сети CWMP выглядит следующим образом:

Структура управляемой сети устройств с поддержкой TR-069

 

Адрес сервера ACS можно указать статически или присвоить его динамически с помощью DHCP.

TR-069 — это базовая спецификация протокола CWMP, она определяет основные параметры и функции CPE. Дополнительные поля и функции определяются другими спецификациями, такими как, например, TR-104 (provisioning parameters for VoIP CPE).

Стандарт TR-069 предусматривает наличие веб-интерфейса для управления устройствами со стороны операторов провайдера с реализацией следующих функций:

  • Просмотр списка всех использующихся устройств
  • Разделение устройств на группы
  • Просмотр и редактирование дерева параметров
  • Обновление прошивки устройств.

Таким образом, с помощью TR-069 возможно удаленное управление абонентским оборудованием, как со стороны оператора провайдера, так и автоматически с целью установки определенных параметров устройства (или группы устройств) и обновления прошивок.

 

Процесоры Broadcom

Broadcom предлагает широкий спектр процессоров для применения в CPE-устройствах, оптимизированных по соотношению цена/производительность.


 

Семейство Broadcom BCM53001/BCM53003

Это современные процессоры для применения в различных высокоинтегрированных решениях среднего и Enterprise-уровня. В основе этих процессоров лежит 32-разрядное ядро MIPS74K, работающее на частоте до 600 МГц. Размер раздельного кэша L1 составляет по 32 КБ на кэш данных и инструкций. Особенностью данного семейства является блок аппаратного ускорения обработки сетевого трафика, обеспечивающий снижение нагрузки на ядро ЦП.

Блок-схема семейства процессоров Broadcom BCM53001/BCM53003

 

Характеристики процессора Broadcom BCM53003:

  • Тактовая частота до 600 МГц
  • Поддержка 16/32-битной памяти DDR2 на частоте до 333 МГц
  • 2 интерфейса Gigabit Ethernet
  • 2 интерфейса PCI-Express v1.1
  • Поддержка USB 2.0 в режиме хоста
  • 2 полнодуплексных VoIP-канала

Наибольшее распространение получили предложения Broadcom в сфере одночиповых DSL-решений. Одним из таких процессоров является Broadcom BCM6362 — высокоинтегрированной процессор для применения в CPE-устройствах. Он совмещает в себе двухъядерный ЦП с архитектурой MIPS32 и такую периферию как AFE (analog front end) ADSL2+, поддержку беспроводных сетей 802.11n, ядро DECT/DECT6.0/CAT-iq для VoIP-телефонии и встроенный коммутатор Gigabit Ethernet.

Характеристики Broadcom BCM6362:

  • Тактовая частота до 400 МГц
  • 2 вычислительных ядра
  • Поддержка ADSL2+
  • Встроенный коммутатор с 4-мя интерфейсами 10/100 Ethernet и 2-мя интерфейсами Gigabit Ethernet
  • 2 канала 802.11n WLAN, способных работать на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц
  • Поддержка DECT/DECT6.0/CAT-iq
  • Параллельный интерфейс с поддержкой CardBus и mini-PCI
  • 2 порта USB с возможностью работы в режиме хоста и устройства
  • Аппаратное ускорение обработки пакетов
 

Процесоры Marvell Kirkwood

Marvell Kirkwood — система на кристале на базе ARMv5TE-совместимой архитектуры Sheeva. Данные процессоры разработаны специально для использования в CPE устройствах, таких как маршрутизаторы, точки доступа, STB-устройства, сетевые накопители, медиасерверы и plug-компьютеры.

Семейство Kirkwood состоит из процессоров с одним или двумя вычислительными ядрами и обширным набором периферии. Рабочие частоты — от 600 МГц до 2 ГГц, вся линейка несет на борту кэш L2 размером 256 КБ. Старшие двухъядерные модели могут похвастаться наличием FPU.

Promwad является официальным партнером компании Marvell. Подробнее »

Рассмотрим два процессора из линейки Kirkwood.

Характеристики процессора Marvell Kirkwood 88F6323:

  • Два ядра
  • Тактовая частота до 1ГГц
  • Поддержка 32/40-битной памяти DDR2 на частоте до 800 МГц
  • 3 интерфейса Gigabit Ethernet
  • 3 порта USB 2.0
  • 2 интерфейса PCI-Express
  • 1 порт SATA 2.0

Блок-схема Marvell Kirkwood 88F6323
 

Характеристики процессора Marvell Kirkwood 88F6282:

  • Одно ядро
  • Тактовая частота до 2 ГГц
  • Поддержка 16-разрядной памяти DDR2/3 на частоте до 1066 МГц
  • 2 интерфейса Gigabit Ethernet
  • 1 порта USB 2.0
  • 2 интерфейса PCI-Express
  • 2 порта SATA 2.0
 

Процесоры NXP PowerQUICC

PowerQUICC III является последней версией процессоров PowerQUICC от NXP/Motorola. В основе лежит 32-разрядное ядро e500 с архитектурой Power, размером раздельного L1-кэша данных и инструкций по 32 КБ и L2-кэшем размером до 1 МБ (в зависимости от модели).
 


 

Семейство PowerQUICC III состоит из одноядерных (кроме MPC8572E) процессоров с тактовыми чатотами от 533 МГц до 1,5 ГГц. Встроенный FPU имеет двойную точность.

Рассмотрим два процессора из линейки PowerQUICC III.

Характеристики процессора NXP MPC8572E:

  • Тактовая частота до 1.5ГГц
  • Два ядра
  • Поддержка 64-битной (или 72-битной ECC) памяти DDR2/3 на частоте до 800 МГц
  • 4 интерфейса Gigabit Ethernet
  • 3 интерфейса PCI-Express

Блок-схема процессора NXP MPC8572E
 

Характеристики процессора NXP MPC8548E:

  • Тактовая частота до 1.5ГГц
  • Одно ядро
  • Поддержка 64-битной памяти DDR на частоте до 200 МГц либо DDR2 до 266 МГц
  • 4 интерфейса Gigabit Ethernet
  • 1 интерфейса PCI-Express
  • 1 интерфейса PCI/PCI-X
 

Fast path: повышение производительности CPE-устройств

В локальных и глобальных компьютерных сетях стандартом де-факто является передача данных по протоколам Ethernet и TCP/IP. Эти протоколы предусматривают различные топологии с разделением исходных крупных сетей на подсети с применением маршрутизаторов. Простейший вариант построения сети возможен следующим образом:

Простейшая сеть с маршрутизатором
 

При передаче потока информации от компьютера A к компьютеру B трафик в виде пакетов поступает на интерфейс маршрутизатора eth0, откуда пакет направляется в операционную систему, где последовательно проходит через разные уровни стека протоколов TCP/IP и расшифровывается для определения дальнейшего пути следования пакета.

После получения адреса назначения и определения правила перенаправления операционная система снова запаковывает пакет, в зависимости от используемых протоколов, и выводит его через интерфейс eth1. При этом большая часть пакета остается неизменной, меняются лишь некоторые поля его заголовков. Чем быстрее пакет проходит все эти стадии, тем большую пропускную способность сможет обеспечить маршрутизатор. И если во времена сетей с пропускной способностью 100 Мбит/c проблема производительности маршрутизаторов не стояла так остро, то с приходом гигабитных скоростей появилась необходимость в повышении эффективности оборудования.

Очевидно, что такая полная обработка трафика является избыточной для большинства пакетов известного типа. Отсеивая и перенаправляя на раннем этапе пакеты, которые не предназначены самому устройству, можно значительно уменьшить время обработки проходящего трафика. Такая обработка чаще всего проводится еще до операционной системы, что уменьшает временные задержки. Благодаря сведению к минимуму пути прохождения пакетов эта технология получила название fast path. Так как этот способ ускорения зависит от низкоуровневой части сетевого стека и предусматривает обмен информацией с сетевым драйвером, конкретная реализация технологии fast path зависит от используемого оборудования.

В основе технологии fast path лежат следующие принципы:

  1. Разделение всех типов сетевых пакетов на часто встречающиеся легко обрабатываемые (направляемые в fast path) и реже встречающиеся с необходимостью более сложной обработки (т. н. slow path через сетевой стек операционной системы).
  2. Обеспечение максимально эффективной идентификации и обработки пакетов, направленных в fast path.
  3. Уменьшение размера основного кода обработки пакетов с целью его помещения в код кэша процессора.

Возможны как аппаратные, так и программные реализации механизма fast path.

Применение fast path при маршрутизации пакетов обеспечивает значительное повышение производительности. При замере пропусной способности тестового устройства на базе системы на кристалле Marvell Kirkwood 88F6282 с тактовой частотой 1 ГГц с помощью утилиты Iperf были получены следующие результаты:

Тип пакетов

TCP

UDP

Размер пакета, байт

1400

1400

Пропускная способность без fast path, Мбит/с

281

338

Пропускная способность с fast path, Мбит/с

551

552

 

Как видно из полученных значений, в случае TCP-трафика пропускная способность возросла почти в два раза (на 96%), что довольно ощутимо. Для UDP-пакетов эффект не такой сильный — зафиксирован рост на 63%, но и это неплохой результат.

 
технологии cpe в promwad

Портфолио в сфере телекома

Промышленные коммутаторы Мы разработали новую линейку из восьми промышленных Ethernet-коммутаторов 1Gb/10Gbps, работающих в температурном диапазоне от -20 до +70°C
Покупки из видео ИИ-приложение Мы разработали приложение для ТВ-приставок на базе Android и Java. Распознавание фото и видео реализовали на базе нейросети белорусского стартапа Oyper
DSP + FPGA модуль для систем связи Мы спроектировали программно-аппаратную платформу для беспроводных систем связи с поддержкой 17 протоколов и стандартов
Коммутатор L2 на 8 и 16 портов Мы создали для заказчика референс-дизайн промышленных управляемых коммутаторов с портами 10Gbase-X и 10/100/1000Base-T
Роутер с контент-фильтром Мы разработали опытные образцы умного абонентского роутера (Smart CPE) со встроенным сервисом контент-фильтрации и блокировки рекламы
Коммутаторы второго уровня Серия устройств под ключ — разработаны управляемые коммутаторы второго уровня на базе набора микросхем Realtek 83xx и Linux kernel
OpenWRT портирование Мы проанализировали и протестировали несколько вариантов аппаратной платформы на базе чипсетов Mediatek, Qualcomm, Realtek и выбрали оптимальное решение
BYPASS сетевой анализатор Мы создали прототипы анализатора сетевого трафика для реализации функции BYPASS
Роутер для малого офиса Разработали и подготовили к производству модем-маршрутизатор с поддержкой всех видов офисной связи

MPEG2/4 встроенное ПОМы доработали встроенное программное обеспечение для многоканального транскодирования транспортных потоков MPEG2-TS в потоки формата H264

OpenWRT для RealtekМы разработали специализированный дистрибутив Embedded Linux для роутеров, маршрутизаторов и других сетевых устройств

VoIP абонентское устройство Разработано абонентское устройство для предоставления услуг голосовой связи по протоколу IP в широкополосных сетях

IPTV + T/C гибридная ТВ-приставка Мы спроектировали референс-дизайн ТВ-приставки, который предназначен для платформенной разработки и вывода на рынок цифровых устройств
Smartlabs IPTV-приставка Самый крупносерийный проект! Мы разработали IPTV-приставку с ОТТ и PVR — выбор абонентов Ростелекома и МТС

AK1100 тонкий клиентМы разработали компьютер для сетей с клиент-серверной архитектурой, который переносит основные процессы на удаленный сервер

IP-Plug ARM-мини-серверМы разработали первый в России коммерческий plug-компьютер — IP-Plug АК-Systems

JPEG2000 4-канальный регистраторМы разработали устройство видеорегистрации для оцифровки, хранения и выдачи по запросу аудио и видеопотоков от 4 аналоговых источников

IPTV STB DVB-T/S/S2Мы спроектировали цифровую IPTV-приставку с поддержкой форматов DVB-T и DVB-S/S2 на базе процессора SMP8654

Планируете разработку в сфере телекома?

Расскажите о своей задаче. Мы ответим вам сегодня или на следующий рабочий день.