田 芳，曾 顏，熊中柱

（光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 烽火通信科技股份有限公司，湖北 武漢 430074）

責(zé)任編輯:許 盈

0 引言

隨著電信技術(shù)的不斷發(fā)展，電信業(yè)務(wù)的需求正逐漸從簡(jiǎn)單語(yǔ)音向數(shù)據(jù)、多媒體、綜合業(yè)務(wù)等發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的要求。傳統(tǒng)的接入方式已無(wú)法滿足大量信息傳送的需求。以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）憑借其組網(wǎng)靈活、業(yè)務(wù)提供能力強(qiáng)大、技術(shù)成熟、維護(hù)成本低廉等優(yōu)勢(shì)，成為運(yùn)營(yíng)商“光進(jìn)銅退”建設(shè)中的技術(shù)首選。光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）作為EPON系統(tǒng)的一種遠(yuǎn)端設(shè)備，具有設(shè)備使用量大、分布較為廣泛的特點(diǎn)，對(duì)其的管理和維護(hù)也就成為了運(yùn)營(yíng)商極為關(guān)注的問題[1-4]。支持光線路終端（OLT）對(duì)ONU設(shè)備進(jìn)行快速、穩(wěn)定的遠(yuǎn)程升級(jí)是PON系統(tǒng)必須滿足的基本功能之一。本文對(duì)EPON系統(tǒng)為ONU進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)的傳統(tǒng)方案中存在的缺陷進(jìn)行了分析，針對(duì)這些缺陷提出一種利用基于IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的下行報(bào)文代替?zhèn)鹘y(tǒng)升級(jí)方案使用的OAM報(bào)文對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)的改進(jìn)方案，該方案可以縮短升級(jí)過程的等待時(shí)間，使升級(jí)過程更穩(wěn)定。

1 PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中，PON系統(tǒng)位于接入層，PON系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。PON通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相連，通過用戶側(cè)接口與用戶端設(shè)備相連。其中，OLT為局端設(shè)備，ONU為客戶端設(shè)備，ODN為光分配網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)OLT下可以連接多個(gè)ONU。OLT到ONU為下行方向，反之為上行方向。

2 傳統(tǒng)EPON系統(tǒng)中ONU設(shè)備升級(jí)的方案分析

在EPON系統(tǒng)組網(wǎng)中，OLT通常放置在局端的中心機(jī)房，而ONU則放置在用戶所在的小區(qū)、樓道或家中。一般，OLT與ONU之間的距離最長(zhǎng)可達(dá)20 km。因此，如何使OLT對(duì)ONU進(jìn)行快速、穩(wěn)定的遠(yuǎn)程升級(jí)就顯得相當(dāng)重要。

2.1 系統(tǒng)遠(yuǎn)程升級(jí)過程

通常OLT對(duì)遠(yuǎn)端ONU設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)，可分為3個(gè)過程:第一過程，OLT將升級(jí)軟件發(fā)送給ONU，使ONU獲得升級(jí)軟件；第二過程，ONU將OLT發(fā)送的升級(jí)軟件寫入自身的存儲(chǔ)區(qū)（Flash）；第三過程，ONU通過寫入Flash的升級(jí)軟件進(jìn)行重新啟動(dòng)運(yùn)行。

2.2 傳統(tǒng)升級(jí)方案的弊端

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的升級(jí)方案存在一定的弊端:

1）OLT將升級(jí)軟件發(fā)送給ONU的過程中可能存在升級(jí)速度慢的問題?！吨袊?guó)電信EPON技術(shù)要求》中指出，在EPON系統(tǒng)中，OLT應(yīng)支持基于TFTP協(xié)議和OAM機(jī)制的ONU軟件遠(yuǎn)程升級(jí)功能，用于軟件/固件的遠(yuǎn)程下載的信息由OAMPDU承載[5]。在升級(jí)的第一階段，OLT要將升級(jí)軟件進(jìn)行拆分封裝進(jìn)OAM報(bào)文，再將這些OAM報(bào)文逐個(gè)發(fā)送給ONU。但是，IEEE 802.3ah[6]標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定OAM報(bào)文的傳輸速率為每秒鐘不超過10幀且每幀不超過128 byte。除去OAM報(bào)文的報(bào)頭，每幀大致可攜帶100 byte，那么系統(tǒng)每秒鐘發(fā)送給ONU的升級(jí)軟件大小只有1000 byte，這就限制了傳輸升級(jí)軟件的速度，使得升級(jí)等待時(shí)間過長(zhǎng)。

2）不支持并行方式的批量升級(jí)。IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了OAM報(bào)文不支持廣播方式發(fā)送，只能以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式發(fā)送，所以當(dāng)OLT對(duì)多個(gè)ONU同時(shí)升級(jí)的時(shí)候，就會(huì)使升級(jí)ONU的過程變得十分繁瑣，同時(shí)也會(huì)增加升級(jí)的等待時(shí)間。

3）如果ONU寫入Flash的升級(jí)軟件出現(xiàn)異常，或者設(shè)備軟件升級(jí)過程中遭遇電力或者鏈路故障導(dǎo)致升級(jí)失敗，再或者ONU無(wú)法正常工作（由ONU判斷）等特殊情況，都會(huì)直接導(dǎo)致ONU升級(jí)失敗。這主要是由于該升級(jí)方法不支持升級(jí)失敗回滾，一旦ONU升級(jí)失敗，將會(huì)導(dǎo)致ONU不能啟動(dòng)。這對(duì)運(yùn)營(yíng)商和用戶而言都會(huì)帶來(lái)很大的損失。

3 優(yōu)化的遠(yuǎn)程升級(jí)方案

鑒于傳統(tǒng)升級(jí)方案存在的種種弊端，需要對(duì)上述的升級(jí)方法進(jìn)行優(yōu)化改善，優(yōu)化后的升級(jí)方法不僅升級(jí)速度快，支持并行的批量升級(jí)，還可支持軟件升級(jí)失敗后的自動(dòng)回滾，即讓ONU在軟件升級(jí)失敗后能夠自動(dòng)回滾到原來(lái)的版本。

3.1 設(shè)計(jì)方案

優(yōu)化的升級(jí)方案是針對(duì)原有升級(jí)方案中存在的弊端提出的。

1）利用基于802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的下行報(bào)文替代OAM報(bào)文封裝升級(jí)軟件。

先對(duì)需要升級(jí)的目的ONU設(shè)置邏輯鏈路標(biāo)識(shí)LLID，然后由OLT將升級(jí)軟件拆分并封裝到設(shè)置的基于IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的下行報(bào)文中，該報(bào)文要用目的ONU的LLID進(jìn)行標(biāo)識(shí)，ONU可根據(jù)OLT廣播過來(lái)的下行報(bào)文中所攜帶的LLID來(lái)確定是否接收該下行報(bào)文。由于設(shè)置的基于IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的下行報(bào)文可以由OLT根據(jù)當(dāng)前EPON的情況來(lái)設(shè)置傳輸速率，這樣就可以提高升級(jí)速度，縮短升級(jí)等待時(shí)間。且可以通過廣播的方式發(fā)送給多個(gè)ONU，并支持批量升級(jí)。

2）利用下行報(bào)文可通過廣播方式發(fā)送給多個(gè)ONU的特點(diǎn)解決并行批量升級(jí)問題。

由于設(shè)置的基于IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的下行報(bào)文可以通過廣播的方式發(fā)送給多個(gè)ONU，故可以對(duì)多個(gè)ONU設(shè)備劃定一個(gè)組播組，并在基于IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的下行報(bào)文中設(shè)置一個(gè)組播MAC地址，利于ONU識(shí)別，利用組播的模式完成對(duì)ONU設(shè)備的并行批量升級(jí)。

3）針對(duì)ONU升級(jí)失敗后不支持軟件回退的弊端，可以通過在ONU的存儲(chǔ)區(qū)（Flash）中設(shè)置一個(gè)引導(dǎo)軟件（BOOT）部分進(jìn)行判斷來(lái)解決，該部分與現(xiàn)有技術(shù)方案基本相同，不作為本文的論述重點(diǎn)。

將ONU的Flash劃分為4個(gè)部分，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

軟件引導(dǎo)部分主要是通過判斷ONU軟件的校驗(yàn)和來(lái)引導(dǎo)ONU重啟后運(yùn)行升級(jí)軟件還是備份軟件；第2部分是用來(lái)存儲(chǔ)OLT發(fā)送給ONU的升級(jí)軟件；第3部分是用來(lái)存儲(chǔ)ONU的備份軟件，通常為ONU進(jìn)行升級(jí)之前所運(yùn)行的軟件；第4部分是空閑部分。ONU升級(jí)重啟時(shí)，F(xiàn)lash的BOOT部分會(huì)通過計(jì)算存儲(chǔ)的升級(jí)軟件的校驗(yàn)和來(lái)引導(dǎo)ONU是選擇升級(jí)軟件還是備份軟件進(jìn)行重啟。ONU通過Flash中BOOT部分的判斷來(lái)完成升級(jí)重啟后，重新接入OLT的動(dòng)作。這樣就可以保證ONU在升級(jí)失敗后仍然可以回退到原來(lái)的軟件版本，并可以重新接入OLT。

3.2 設(shè)計(jì)流程

根據(jù)上文提出的思路，可以設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)化的升級(jí)方案來(lái)解決文中提到的弊端，具體的軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

步驟1:給目的ONU設(shè)置邏輯鏈路標(biāo)識(shí)LLID，OLT先將升級(jí)軟件分片，拆分成相同大小的若干部分，再將拆分后的若干軟件分片分別封裝到設(shè)置的基于IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的下行報(bào)文中，同時(shí)該報(bào)文還需攜帶LLID，該LLID可以是目的ONU的LLID或者是廣播LLID。

步驟2:OLT將下行報(bào)文依次廣播給其管轄的ONU。此時(shí)，由于廣播發(fā)送的下行報(bào)文的速率可以由OLT來(lái)設(shè)定，故而可以提高升級(jí)的速度。由于ONU會(huì)將接收到的下行報(bào)文交給自身的CPU進(jìn)行處理，為防止OLT由于快速下發(fā)大量的下行報(bào)文而導(dǎo)致ONU的CPU隊(duì)列堵死，所以要對(duì)下行報(bào)文的廣播速率進(jìn)行限制。廣播完成后，OLT采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式向目的ONU發(fā)送通知升級(jí)的報(bào)文，告知目的ONU已將全部升級(jí)軟件廣播，該報(bào)文中攜帶有目的ONU的LLID、升級(jí)軟件的長(zhǎng)度和校驗(yàn)和等。

步驟3:OLT管理的ONU通過判斷廣播接收到的多個(gè)下行報(bào)文中攜帶的LLID是否為自身設(shè)置的LLID，或?yàn)閺V播LLID來(lái)決定是否接收這些下行報(bào)文，如果相同則轉(zhuǎn)入步驟5；否則，轉(zhuǎn)入步驟4。

步驟4:OLT管理的ONU不為目的ONU，則該ONU不接收通過廣播發(fā)送的下行報(bào)文，升級(jí)過程直接結(jié)束。

步驟5:OLT管理的ONU為目的ONU，則該ONU依次接收通過廣播發(fā)送過來(lái)的多個(gè)下行報(bào)文；目的ONU接收到下行報(bào)文后，進(jìn)一步判斷下行報(bào)文中設(shè)置的MAC地址是否為自身的MAC地址或組播MAC地址，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟7；否則，將轉(zhuǎn)入步驟6。

步驟6:目的ONU的MAC地址與廣播來(lái)的下行報(bào)文中的MAC地址不一致，則該ONU直接將該下行報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給具有報(bào)文中設(shè)置的MAC地址的ONU。

步驟7:下行報(bào)文中設(shè)置的MAC地址為目的ONU自身的MAC地址或組播MAC地址，則目的ONU將接收的下行報(bào)文交給自身的CPU進(jìn)行處理，將升級(jí)軟件依次進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)，目的ONU還要判斷是否接收到通知升級(jí)的報(bào)文，如果是，轉(zhuǎn)入步驟8；否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟7。

步驟8:目的ONU接收到通知升級(jí)報(bào)文后，給OLT發(fā)送回應(yīng)報(bào)文，回應(yīng)報(bào)文中攜帶有目的ONU是否完整接收到升級(jí)軟件的信息。

步驟9:目的ONU將接收到的升級(jí)軟件進(jìn)行重組并存放到Flash的第2部分中。

步驟10:目的ONU通過Flash中的軟件引導(dǎo)（BOOT）部分對(duì)ONU中存儲(chǔ)的升級(jí)軟件的長(zhǎng)度計(jì)算校驗(yàn)和，通過計(jì)算后的結(jié)果來(lái)判斷是否升級(jí)重啟，如果計(jì)算的校驗(yàn)和正確，則轉(zhuǎn)入步驟11；否則，轉(zhuǎn)入步驟12。

步驟11:目的ONU中存儲(chǔ)的升級(jí)軟件是完整可用的，該ONU采用OLT通過廣播發(fā)送來(lái)的升級(jí)軟件啟動(dòng)并接入OLT運(yùn)行，升級(jí)結(jié)束。

步驟12:目的ONU中存儲(chǔ)的升級(jí)軟件異?；蛏?jí)過程中出現(xiàn)異常情況，該ONU采用備份軟件啟動(dòng)并接入OLT運(yùn)行，升級(jí)結(jié)束。

4 遠(yuǎn)程升級(jí)方案對(duì)比

所設(shè)計(jì)的優(yōu)化的遠(yuǎn)程升級(jí)方案是在原有的升級(jí)方案的基礎(chǔ)上，針對(duì)其弊端提出的。下面對(duì)兩種升級(jí)方案的優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)比。

1）升級(jí)速度對(duì)比

現(xiàn)行的遠(yuǎn)程升級(jí)方案中封裝升級(jí)軟件報(bào)文均使用OAM報(bào)文，并且每秒僅能傳送不超過10幀，且每幀不超過128 byte的報(bào)文，單位時(shí)間內(nèi)所傳送的升級(jí)軟件報(bào)文的信息量較小，改進(jìn)后的升級(jí)方案使用基于IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的下行報(bào)文，該報(bào)文在單位時(shí)間內(nèi)所傳送的升級(jí)軟件報(bào)文的信息量要比OAM報(bào)文傳送的升級(jí)軟件報(bào)文的信息量大，單位時(shí)間內(nèi)的效率更高，因此改進(jìn)后的升級(jí)方案可以提高速度，縮短升級(jí)過程中用戶的等待時(shí)間，使升級(jí)過程的效率更高。

2）批量升級(jí)對(duì)比

由于現(xiàn)行的遠(yuǎn)程升級(jí)方案中OAM報(bào)文不支持廣播方式發(fā)送，只能以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式發(fā)送給遠(yuǎn)端設(shè)備，所以現(xiàn)行的升級(jí)方案所支持的是串行的批量升級(jí)方式，但是改進(jìn)后的升級(jí)方案使用的是基于IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的下行報(bào)文，該報(bào)文可通過廣播方式發(fā)送給多個(gè)ONU，因此改進(jìn)后的升級(jí)方案可以支持多臺(tái)遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行并行的批量升級(jí)，縮短批量升級(jí)的時(shí)間，使批量升級(jí)過程的效率更高。

5 小結(jié)

對(duì)EPON系統(tǒng)中的遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)是系統(tǒng)必須滿足的基本功能。本文主要針對(duì)EPON系統(tǒng)中OLT對(duì)ONU進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)的傳統(tǒng)方案中存在著升級(jí)速度慢、無(wú)法批量的弊端，提出利用基于IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的下行報(bào)文替代OAM報(bào)文封裝升級(jí)軟件的方法解決升級(jí)速度慢的問題，同時(shí)利用下行報(bào)文可通過廣播方式發(fā)送給多個(gè)ONU的特點(diǎn)解決并行批量升級(jí)問題。改進(jìn)后的升級(jí)方案不僅可以提高升級(jí)的速度，同時(shí)可以支持多臺(tái)ONU設(shè)備進(jìn)行并行批量升級(jí)，提高系統(tǒng)升級(jí)工作的效率。

[1]龔濤.向以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的光網(wǎng)絡(luò)單元發(fā)送升級(jí)軟件的方法:中國(guó)，200510112772.5[P].2006-04-26.

[2]熊偉成.EPON技術(shù)及市場(chǎng)應(yīng)用[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2007（2）:70-73.

[3]鄒蓉.基于EPON技術(shù)的接入網(wǎng)實(shí)施方案[J].科技信息，2009（3）:71.

[4]程樹文.EPON系統(tǒng)實(shí)用化設(shè)計(jì)與探討[J].電視技術(shù)，2006，30（10）:8-11.

[5]中國(guó)電信.中國(guó)電信EPON設(shè)備技術(shù)要求v2.1[EB/OL].[2011-01-04].http://wenku.baidu.com/view/786fb9eb19e8b8f67c1cb9ec.html.

[6]IEEE Std 802.3ah-2004，以太網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)&EPON-MAC標(biāo)準(zhǔn)[S].2004.