在线检测技术探讨

一、技术背景

网络从最初的仅仅为了军事服务，到如今几乎与每个人都息息相关；从发展之初单纯的共用打印机的需求，到现在无处不在的电子商务；从上世纪80年代初的10M以太网标准的制定，到当前的万兆铜缆以太网标准的出台，今天的网络，其规模和应用都异常庞大与复杂，许多大型纵向网、园区网、局域网，都包含着数以万计的信息点，其中除了传统的数据业务，语音与视频的应用正成为下一个热点。

当前的网络已经发展成为“以应用为中心”的信息基础平台，网络管理能力的要求已经上升到了业务层次，传统的网络设备的智能已经不能有效支持网络管理需求的发展。比如，网络调试期间最消耗人力与物力的线缆故障定位工作，网络运行期间对不同用户灵活的服务策略部署、访问权限控制、以及网络日志审计和病毒控制能力等方面的管理工作，由于受网络设备功能本身的限制，目前都还属于费时、费力，有时甚至是不可能的任务，迫切需要网络设备具备支撑“以应用为中心”的智能网络运营维护的能力。

二、在线测试技术原理

2.1.1VCT原理

VCT功能一般嵌入在PHY芯片中，VCT技术远程和无干扰地诊断cable plant上的质量和属性，能够探测和识别潜在的电缆问题，如电缆断开或在电缆中的任何阻抗不匹配，并准确地报告在1米之内的故障距离。VCT也将探测对交换、对极性颠倒和过多的对偏差。潜在的电缆故障包括：（1）开路：在双绞线末端的接头之间缺少连续性。（2）短路： 2个或更多的导线一起短路。（3）交叉对：双绞线在末端未正确连接。例如，在一个末端对3连到接头4和5，在另一个末端连到接头7和8。（4）反转对：在双绞线中的2个导线以相反的极性连接。例如，一个在对3的导线在一边连到接头1，在另一边连到接头2，而第2个导线连到接头2和接头1中间。（5）不正确的终止：电缆终止不等于100欧姆。因为典型的5类阻抗（Cat 5）电缆为100欧姆，在每个末端的电缆终止也必须为100欧姆，以防止波形反射和潜在的数据误差。

VCT技术使用时域反射法（TDR）诊断cable plant。与雷达相似，通过向导线发送一个脉冲信号并检查脉冲的反射的方法，TDR分析导线。当传输的脉冲达到电缆末端时或电缆的故障点时，部分或全部脉冲能量被反射回发送地。VCT算法测量信号在电缆中传输、达到故障点及返回所需的时间。通过以太网PHY中的内部寄存器，把测量到的时间转换成距离并使之可用。

2.1.2VCT故障定位

（1）传输线中的阻抗。当两个金属导线紧密地连在一起时，它们形成一个电缆阻抗。一个正确终止线是一条其阻抗等于源阻抗及负载阻抗的线或电缆。对于一个极佳的终止线，其反射波形阻抗为零；负载吸收所有源波形的能量。当电缆在远程末端连接断开（或开路）时，负载阻抗为无穷大且反射波形等于源波形。以下方程进一步定义此动态特性，计算反射系数pL：

其中，ZL为负载阻抗，Z0为电缆阻抗，而5类电缆的阻抗为100欧姆。图1显示以下负载条件的反射系数。

所示的数据中可以得到一些观察结果：（1）当负载阻抗大于电缆阻抗时，反射系数结果为正；相反，当负载阻抗小于电缆阻抗时，出现负反射系数（即反射脉冲数在零以下）。Marvell VCT技术使用此信息帮助确定负载阻抗。

当负载阻抗为300欧姆时，反射系数为0.5，这意味着反射波形数是源波形的一半。VCT技术使用反射波形的极性和数量来准确计算和报告负载阻抗。

当负载阻抗为100欧姆时，反射系数为0，这意味着负载吸收100%的源波形能量，且无反射波形。在没有反射波形情况下，VCT算法分辨出无电缆故障存在。

（2）计算距离。传播速度（VOP）是同真空光速相关的信号速度（每秒186 400英里）。数字1.0代表光速；所有其它信号都较慢。VOP为0.71的电缆传输71%光速的信号。5类双绞线具有0.71的VOP，其转化4.7纳秒/米的传播延迟。使用TDR技术测量反射波形的传播延迟，及了解计算出的5类电缆的VOP，使计算到电缆故障点的电缆长度或距离变得相对简单。

有时需要诊断以太网端口的数据收发情况正常与否，此时采用端口环回方式比较简单有效，环回测试提供两个方向的环回功能，线路环回用于向对端环回，即将对等发送的MAC帧原样返回，对端通过检测接收到的数据是否与发送的数据一致来判断线路中是否存在误码情况；内环用于向自己端口环回，即将自身发往端口的数据送回本端口的接收端，通过检查自己的接收端情况来检测自身的发送与接收是否正常。

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