Bitfehlerraten-Test (BERT)

Technisch führende Bitfehlerraten-Tester von VIAVI

Bit Error Rate Test

Bitfehlerraten-Test (BERT)

Die Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER), die auch als Bitfehlerhäufigkeit (BFH) bezeichnet wird, ist in der Telekommunikation ein wichtiges Maß für die Signalintegrität. Hierfür wird die Anzahl bzw. der Prozentsatz der fehlerhaft empfangenen Bits ermittelt. Allgemein gilt, dass sich die Signalqualität proportional zur Anzahl der fehlerhaften („gekippten“) Bits verschlechtert. Die Bitfehlerrate ist ein effektiver Indikator für die Ende-zu-Ende-Gesamtleistung, da sie den Sender und Empfänger sowie das verbindende Übertragungsmedium berücksichtigt.

Wie wird die Bitfehlerrate gemessen?

Der BER-Test erlaubt, die Bitfehlerrate in optischen Netzen, im Ethernet sowie in allen anderen Datenübertragungssystemen zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird ein vordefinierter Datenstrom in eine Übertragungsstrecke des Netzwerks eingespeist. Anschließend werden die am Empfangsende eintreffenden Bits untersucht, um die Anzahl der Fehler im Verhältnis zur Gesamtzahl der in einem vorgegebenen Zeitintervall übertragenen Bits zu ermitteln.

Mithilfe einer binären Pseudo-Zufallsfolge (Pseudo Random Binary Sequence, PRBS) wird ein Datenübertragungsmuster erzeugt, das durch eine breite Palette willkürlicher Bitmuster aller Wahrscheinlichkeit nach eine entsprechende Anzahl von Fehlern erzeugt. Dieses anspruchsvolle Belastungsmuster versetzt den Techniker zwar in die Lage, die BER-Testdauer zu verringern, kann jedoch nur auf Leitungen zum Einsatz kommen, die nicht in Betrieb sind. Ganz gleich, ob Sie das Leistungspotenzial Ihres eigenen Netzes ermitteln oder einen Dienst für Ihre Kunden aktivieren möchten, die BER-Messung ist eine effektive Methode, um die Gesamtintegrität des betreffenden Netzes zu gewährleisten.

Kennwerte von BER-Tests

Zur Ermittlung der Bitfehlerrate wird die Anzahl der empfangenen fehlerhaften Bits durch die Gesamtzahl der im gleichen Zeitintervall übertragenen Bits dividiert. Ein Ergebnis von 10–9 gilt in der Telekommunikation allgemein als eine akzeptable Bitfehlerrate, während 10–13 für die Datenübertragung als zulässiger Mindestwert angesehen wird. Bei einem hohen Vertrauensniveau kann die Bitfehlerrate auch als Wahrscheinlichkeit der in Zukunft auftretenden Bitfehler (Bit Error Probability, BEP oder Pe) ausgedrückt werden. Ein effektiver BER-Tester erlaubt, durch Ermittlung mehrerer kritischer Leistungsindikatoren (KPI), die für die Aktivierung von Diensten erforderlichen Messungen auszuführen.

Die Paketfehlerrate (Packet Error Rate, PER) hängt eng mit der Bitfehlerrate zusammen. Da jedes Paket im Prinzip aus einzelnen Bits besteht, kann die Paketfehlerrate mit dem Verhältnis der Anzahl der Busse verglichen werden, die nicht am Zielort eintreffen, während die Bitfehlerrate das gleiche Verhältnis für die Anzahl der Passagiere in diesen Bussen ermittelt. Diese Messung ist deshalb wichtig, weil der Verlust einer großen Anzahl von Paketen einen zu langsamen Dienst oder sogar die Unterbrechung des Netzes zur Folge haben kann. Einige häufige Ursachen für Paketverluste sind überlastete Netze und Geräte sowie Hardware-Probleme, wie veraltete Firewalls. In manchen Fällen sind Paketverluste auch ein Frühindikator für Sicherheitsverletzungen, wie Denial-of-Service(DOS)-Angriffe.

In Bezug auf die Netzwerkleistung gibt die Latenz die Signallaufzeit an – also die Zeit, die die Daten benötigen, um von einem Punkt auf der Übertragungsstrecke zum nächsten Punkt zu gelangen. Die Latenz ist ein wichtiger Parameter der Dienstgüte (Quality of Service, QoS), da lange Laufzeiten die Qualität der Sprachübertragung (VoIP) verschlechtern und daher die Verständigung erschweren. Eine zu große Latenzzeit verringert möglicherweise auch den Durchsatz, da sie dazu führen kann, dass sich das TCP-Fenster zu langsam füllt. Häufige Ursachen für lange Signallaufzeiten in Netzwerken sind zu große Faserlängen, Speicherverzögerungen und Router-/Switch-Fehler.

Da die Latenz schwankt, benötigen die einzelnen Pakete auf ihrer Reise vom Start- zum Zielpunkt nicht immer genau die gleiche Zeit. Jitter bezeichnet die Schwankung in der Laufzeit der im Netz empfangenen Datenpakete. Zu große Laufzeitschwankungen zwischen den Paketen können erhebliche Störungen zur Folge haben. Dies gilt insbesondere für Sprach- und Video-Übertragungen, bei denen der Server diesen Jitter ausgleichen muss, um eine verständliche Kommunikation sicherzustellen.

Ist der Jitter zu groß, wird das Netzwerk möglicherweise so stark überlastet bzw. gehen so viele Pakete verloren, dass der digitale Signalprozessor (DSP) diese Fehler nicht mehr kompensieren kann. Daher gehen Audiosignale verloren (Sprachaussetzer) oder das empfangene Bild wird unscharf (verpixelt) dargestellt.

Die Bedeutung von BER-Tests

Angesichts der täglich steigenden Bandbreiten- und Leistungsanforderungen der Ethernet-Netze sind BER-Tests unverzichtbar geworden, um die Bitfehlerrate in optischen Kommunikationskanälen ermitteln und Highspeed-Dienste zuverlässig aktivieren zu können. Auch sind Bitfehlerraten-Tests für interne und externe Kunden gleichermaßen wichtig.

In internen Netzen können sie saubere und effiziente Betriebsabläufe sicherstellen. Dies gilt umso mehr, wenn wichtige Übertragungsstrecken mit entsprechend hohen Verkehrsvolumen zum Einsatz kommen. Zudem erwarten die Kunden, die Highspeed-Netze kaufen, ab dem ersten Tag eine störungsfreie und hohe Leistung. Bitfehlerraten-Tests erlauben, den einwandfreien Betrieb neuer Netze zu zertifizieren und damit die Kundenzufriedenheit zu erhöhen.

In Glasfasernetzen können Bitfehler durch Dämpfung, Dispersion und zahlreiche andere Störungen verursacht werden. Leider verschleiern die in Ethernet-Netzen eingesetzten Routinen zur Fehlerprüfung und -korrektur gelegentlich die zugrunde liegenden physischen Probleme, sodass manche Techniker der Meinung sind, an Ethernet-basierten optischen Übertragungstrecken wären BER-Tests unnötig. Das Gegenteil ist der Fall. Die durch Bitfehler verursachten Übertragungswiederholungen beeinträchtigen nämlich die Durchsatzleistung und können damit ungewollt zur Überlastung des Netzes führen. Während das Netzwerk also vermeintlich optimal funktioniert, kann der Verzicht auf BER-Tests dazu führen, dass dem Netzbetreiber wichtige Einblicke in die Systemleistung vorenthalten werden und er keine Möglichkeit hat, eventuelle Störungen noch vor der Aktivierung der Dienste zu beheben.

Arten von BER-Tests

Für Ethernet-Netze und die Aktivierung von Diensten wurden mehrere BER-Tests entwickelt, die jeweils eigene Vorteile bieten bzw. Beschränkungen aufweisen. Während einige Testverfahren für spezifische Anwendungen ausgearbeitet wurden, sind andere eher für die allgemeine Bewertung der Dienstgüte (QoS) von Übertragungsstrecken im Netz geeignet.

Der Bitfehlerraten-Test nach RFC 2544 wurde 1999 von der Internet Engineering Task Force (IETF) entwickelt, um kritische Parameter (Benchmarks) von Netzelementen unter Laborbedingungen zu bewerten. Später hat man diese Testmethode an den Feldeinsatz angepasst, da den Serviceprovidern kein anderer standardisierter Ethernet-basierter Test zur Aktivierung von Diensten zur Verfügung stand. Der offizielle Titel „Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices“ (Benchmarking-Methode für vernetzte Geräte) beschreibt bereits gut den Testinhalt sowie dessen vorgesehene Nutzung zur Bewertung der Schicht 2 des OSI-Referenzmodells.

Mittlerweile hat sich dieser Test zum branchenweiten Standard für die Aktivierung einzelner Dienste auf Ethernet- und IP-Strecken entwickelt. Er ermittelt die vier Leistungsindikatoren (KPI) Durchsatz, Burstverhalten, Rahmenverlust und Latenzzeit. Die von VIAVI angebotene, erweiterte Version des RFC-2544-Testprotokolls verkürzt die Testdauer um 66 %, da mehrere Messungen gleichzeitig ausgeführt werden.

Der Teststandard Y.1564 wurde für den Feldeinsatz entwickelt und ermöglicht, die Einhaltung von Dienstgütevereinbarungen (Service Level Agreement, SLA) für Ethernet-Netze mit einem einzigen Test vollständig zu überprüfen. Y.1564 ist der Standardtest der Branche zum Aktivieren mehrerer Ethernet- und IP-Dienste („Triple Play“). Er wird auf der Sicherungsschicht (Schicht 2) des OSI-Referenzmodells ausgeführt. Anstatt einfach die Maximalleistung zu ermitteln, vergleicht der Y.1564 im Unterschied zum RFC 2544 die gemessenen KPIs jedoch mit erwarteten Grenzwerten. Zudem kann er mehrere logische Datenströme auf einer Übertragungsstrecke unabhängig voneinander testen. Um während der Testdurchführung reale Netzverkehr-Szenarien zu simulieren, werden Testströme gemäß der Definition des Metro Ethernet Forum (MEF) 10.2 verwendet.

Obgleich die Tests nach RFC 2544 und Y.1564 weithin anerkannt sind, führen sie keine Leistungsmessungen über das Übertragungssteuerungsprotokoll TCP bzw. die Anwendungsschichten aus. Da die meisten web- und cloudbasierten Anwendungen jedoch über das TCP-Protokoll übertragen werden, ermöglicht IETF RFC 6349, die Messungen auf einer höheren Ebene durchzuführen. Der Test nach RFC 6349 überprüft die TCP-Übertragungszeit, die TCP-Effizienz anhand der Übertragungswiederholungen als prozentualen Anteil an den Gesamtbytes der TCP-Nutzlast sowie die Puffer-Laufzeit-Prozent (Buffer Delay Percentage, BDP). Der zuletzt genannte KPI-Parameter vergleicht die Rundlaufzeit (RTT) während der TCP-Übertragung mit einem zuvor festgelegten Referenzwert im nicht überlasteten Netz.

BER-Tester

Mit der Überführung der Testverfahren vom Labor in die Produktion und dann in den Feldeinsatz wurden auch die BER-Tester immer weiter entwickelt. Die vielfältige, von VIAVI angebotene Bitfehlerraten-Messtechnik unterstützt dieses breite Anwendungsspektrum durch branchenführende Handtester und Geräte für den Rack-Einbau.

Im Labor sind die Ingenieure und Wissenschaftler auf vielseitige, skalierbare und modulare Lösungen angewiesen, die es ihnen erlauben, technisch führende Geräte und Komponenten für Kommunikationsnetze zu entwickeln und zu testen. Die Produktfamilie ONT umfasst eine breite Palette von Anwendungsmodulen, die alle über einen intuitiven Touchscreen bedient werden. Diese Einsatzflexibilität ermöglicht den Entwicklern aller großen optischen Transporttechnologien, anomales Verkehrsverhalten und bestimmte Fehlerbedingungen zu simulieren sowie neu geschaffene Netzwerkkomponenten bis 400G und darüber hinaus zu bewerten.

Zudem hinaus erlaubt die Modellreihe ONT, anspruchsvolle Systemprüfungen auszuführen, wenn neue Netzwerkprodukte von der Forschung und Entwicklung (FuE) in die Produktion überführt werden. Durch effiziente Stromversorgungs- und Automatisierungsoptionen bietet sich die Produktfamilie ONT ebenfalls für Messungen in der Produktion, angefangen bei kleinen Stückzahlen bis zum gesamten Produktlebenszyklus, an.

Beim Übergang von der Entwicklungsphase im Labor zum praktischen Einsatz im Feld unterstützen kompakte und leistungsstarke BER-Handtester mit eindeutiger Gut-/Schlecht-Auswertung die erfolgreiche Aktivierung und Wartung von Netzen und Geräten.

Der MTS-5800-100G ist der weltweit kleinste universelle Bitfehlerraten-Tester für 100G. Zudem führt er in Verbindung mit der Testlösung SAMComplete die branchenweit schnellsten Tests nach RFC 2544 und Y.1564 zur Aktivierung von Diensten aus. Dieses Produkt unterstützt TrueSpeed-Tests nach RFC 6349 sowie zahlreiche weitere Testanwendungen, wie die Charakterisierung von Glasfaserstrecken und Synchronisationsmessungen.

Der MTS-5800 ist ein zuverlässiger 10G-Handtester, der sich auch für die Aktivierung von Ethernet-Diensten anbietet. Die Produktfamilie MTS wurde mit Blick auf eine maximale Effizienz im Feldeinsatz entwickelt und ist mit einem Multi-Touchscreen und vorprogrammierten Workflows ausgestattet. Der Funktionsumfang lässt sich durch optionale Module für OTDR-Tests, Leistungspegelmesser und die Faserendflächenprüfung erweitern.

Für Ende-zu-Ende-Bitfehlerraten-Messungen werden für gewöhnlich zwei Techniker mit Handtestern an den beiden Enden der Übertragungsstrecke benötigt. In vielen Fällen verfügen die Rechenzentren jedoch nicht über ausreichend Personal, um diese Messungen vorzunehmen. In dieser Situation ist ein rackbasierter BER-Tester von Vorteil, der die Überprüfung von nur einem Leitungsende aus durchführen kann. Der MAP-2100 wurde für unbemannte Online-Ethernet-Tests bei Leitungsraten von 1G bis 100G optimiert. Mit je einem MAP-2100 an den Standorten ist es sogar möglich, die BER-Tests bei Bedarf über sichere Kommunikationskanäle ferngesteuert durchführen zu lassen.

Umfassende Informationen zur BER-Testausführung

BER-Tests bieten zahlreiche Vorteile. Allerdings wird die Testausführung zuweilen als aufwändig und kompliziert angesehen. Mithilfe vordefinierter Testroutinen und Konfigurationen ist es VIAVI gelungen, die BER-Tests zu vereinfachen, die Testdauer zu verkürzen und den Messablauf intuitiver zu gestalten. Die unten stehenden Anleitungen und Ressourcen können auch Ihnen helfen, diese Tests zuverlässig auszuführen.

Zu jedem Standardtest werden kurze Einführungen angeboten, die die von VIAVI eingeführten technischen Verbesserungen und Vorteile erläutern. Die Aktivierung von Ethernet-Diensten nach RFC 2544 umfasst mehrere gleichzeitig durchgeführte Tests, eine Langzeitmessung sowie einen integrierten J-QuickCheck-Vortest, der den grundlegenden Durchsatz sowie die durchgängige Verbindung überprüft.

Die Einführung in den Test nach Y.1564 konzentriert sich auf die Überprüfung der Konfiguration zur Sicherung einer 100%igen Bandbreite, um die Testdauer zu verringern. Ebenfalls erläutert werden die realistische Triple-Play-Emulation zur Simulation des tatsächlichen anfallenden Netzverkehrs sowie eine Vielzahl verfügbarer Schleifenmessungen (Loopback) für eine größere Einsatzflexibilität. Das SAMComplete-Testpaket bietet die einzige Lösung zur gleichzeitigen Ausführung von Tests nach Y.1564 und RFC 6349 an, um automatische und effiziente TCP-Durchsatzmessungen zu unterstützen. 

Die von VIAVI angebotene kostenlose Webinar-Reihe umfasst Hinweise und Anleitungen von Spezialisten zu den besten Vorgehensweisen bei der Durchführung von Bitfehlerraten-Tests und der Aktivierung von Ethernet-Diensten. Diese Webinare vermitteln detaillierte Einblicke in die genutzte Technologie sowie aktuelle und informative Tipps, wie sie nur ausgewiesene Experten geben können.

Können Sie wirklich auf BER-Tests verzichten?

Die unschätzbaren empirischen Ergebnisse, die im Rahmen der Ende-zu-Ende-Überprüfung der Netzwerkleistung gewonnen werden, waren einst mit einem erheblichen Aufwand an Zeit, Geräten und Personal verbunden. Doch diese Zeiten sind vorbei. Heute steigern automatische Testroutinen, bedienerfreundliche und kompakte Messtechnik sowie innovative Testprotokolle die Effizienz der Testausführung deutlich. Damit wurden alle Hemmnisse, die früher dafür gesorgt haben, dass Bitfehlerraten-Tests gern ignoriert wurden, endgültig beseitigt. Da BER-Tests leistungsstarke Netze mit äußerst zufriedenen Kunden fördern, werden sie auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen.

Literatur

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