肖 青，黃婷熙

(a.光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室;b.烽火網(wǎng)絡(luò)有限公司，湖北武漢430074)

在第3次電信重組后，無(wú)論是固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商還是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)在都向全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)型，全業(yè)務(wù)電信運(yùn)營(yíng)商，成為新組成的三大運(yùn)營(yíng)商急需扮演的一個(gè)全新角色。隨著電信技術(shù)和業(yè)務(wù)的發(fā)展，視頻、數(shù)據(jù)等寬帶寬業(yè)務(wù)和應(yīng)用日益豐富。預(yù)計(jì)到2012年前后，用戶下行帶寬至少20 Mbit/s，甚至更大，達(dá)到 50 ～100 Mbit/s，在以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)中按照每個(gè)PON口至少下帶128個(gè)用戶計(jì)算，PON口下行帶寬至少2.5 Gbit/s，如果用戶下行帶寬要求更高，每個(gè)PON口下帶用戶更多(比如512個(gè))，PON口下行帶寬將要求10 Gbit/s。面對(duì)用戶帶寬的長(zhǎng)期需求，服務(wù)商需要提供更寬帶寬的下一代互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)。而ONU作為PON系統(tǒng)的最底層，直接與用戶終端設(shè)備相連，怎樣高效地對(duì)其進(jìn)行配置管理也是下一代PON接入網(wǎng)急需解決的問(wèn)題。隨著市面上光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)種類越來(lái)越多，傳統(tǒng)的ONU配置管理技術(shù)會(huì)變得越來(lái)越繁冗。

1 EPON網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概述

EPON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)是一種點(diǎn)到多點(diǎn)(Point to Multipoint Optical Access Network)［1］的光接入網(wǎng)絡(luò)，其下行數(shù)據(jù)傳輸采用廣播的方式，通過(guò)在數(shù)據(jù)幀前導(dǎo)碼中插入ONU的邏輯鏈路標(biāo)識(shí)(LLID)［2-3］，當(dāng)ONU收到數(shù)據(jù)時(shí)，比較LLID來(lái)判斷數(shù)據(jù)丟棄或轉(zhuǎn)發(fā)［4］。正是因?yàn)槠涮烊坏膹V播特性，能高效地支持組播或廣播業(yè)務(wù)。上行方向通過(guò)時(shí)分復(fù)用(TDM)以及動(dòng)態(tài)帶寬分配(DBA)［5］對(duì)ONU進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。在網(wǎng)絡(luò)改造中“光進(jìn)銅退”是必然的趨勢(shì)，“光纖到戶(FTTH)”是網(wǎng)絡(luò)改造的最終目標(biāo)，但是對(duì)于現(xiàn)在不同的應(yīng)用場(chǎng)景，其入網(wǎng)方式也各不相同，對(duì)于新建的小區(qū)便于線路鋪設(shè)，一般采用光纖到樓道(FTTB)+以太網(wǎng)(LAN)［6］技術(shù)，或是直接采用 FTTH，而對(duì)于比較陳舊的社區(qū)，其入網(wǎng)方式可以采用FTTB+基于同軸電纜的以太網(wǎng)技術(shù)(EoC)，或是 FTTB+ADSL［7］等，其主要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 EPON業(yè)務(wù)承載拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2 傳統(tǒng)的ONU配置管理技術(shù)

在早期，由于中國(guó)電信EPON設(shè)備技術(shù)要求還不是很成熟，設(shè)備之間的互通性基本上無(wú)法進(jìn)行，各個(gè)廠商基本上都有屬于自己的一套私有通信方案，即使使用相同的PON芯片，由于不同廠商對(duì)ONU的配置管理方案不同，能正常授權(quán)ONU，依舊不能開通業(yè)務(wù)，這就造成廠商之間的隔離，當(dāng)服務(wù)商購(gòu)買了某廠商的光線路終端(OLT)設(shè)備時(shí)用戶必須匹配該廠商的ONU才能正常入網(wǎng)。也正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，傳統(tǒng)的ONU配置管理技術(shù)，建立在設(shè)備商制造的ONU型號(hào)之上。對(duì)不同型號(hào)的ONU采用不同通信方式對(duì)其進(jìn)行配置管理。當(dāng)ONU正常授權(quán)后，根據(jù)不同的協(xié)議層，其配置下發(fā)的方式也可以有多種。

1)通過(guò)鏈路層協(xié)議進(jìn)行配置管理，也是EPON系統(tǒng)中最常用的通信方式，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的或擴(kuò)展的操作、管理維護(hù)協(xié)議(OAM)來(lái)管理ONU或?qū)ζ湎掳l(fā)配置。由于IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)中定義的OAM功能比較有限，芯片制造商、設(shè)備制造商均可以定義自己的私有OAM協(xié)議，擴(kuò)展的OAM協(xié)議數(shù)據(jù)單元(OAMPDU)應(yīng)符合IEEE 802.3ah中關(guān)于OAM擴(kuò)展的規(guī)定。其幀格式如圖2所示。

圖2 Organization Specific OAMPDU幀格式

設(shè)備商定義的私有OAM主要用于帶擴(kuò)展CPU的ONU中，在這種類型ONU中，OAM主體已經(jīng)不是PON芯片，而是CPU，從OLT發(fā)送過(guò)來(lái)的OAMPDU首先經(jīng)CPU解析，判斷該幀的執(zhí)行體，如果由PON芯片執(zhí)行將再回傳給PON執(zhí)行完后，將返回碼傳遞給CPU，然后再回傳給OLT，其處理過(guò)程如圖3所示。

圖3FTTB型ONU OAM處理流程

2)通過(guò)傳輸層協(xié)議進(jìn)行配置管理。由于ONU上配置比較多，特別是當(dāng)對(duì)ONU進(jìn)行配置后，重啟ONU或重啟設(shè)備進(jìn)行配置恢復(fù)時(shí)，會(huì)下發(fā)大量配置，使用TCP進(jìn)行傳輸，在下發(fā)配置前會(huì)有3次握手過(guò)程并且當(dāng)某個(gè)配置下發(fā)錯(cuò)誤時(shí)會(huì)出現(xiàn)重傳現(xiàn)象，而主從通信對(duì)時(shí)延性要求比較高，當(dāng)某個(gè)配置長(zhǎng)期得不到響應(yīng)時(shí)有可能導(dǎo)致后面的配置壓棧，整個(gè)系統(tǒng)處于崩潰狀態(tài)。在UDP套接口通信中，客戶與服務(wù)器不需要建立連接，它只管用函數(shù)sendto給服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)。類似地，服務(wù)器不從客戶端接收連接，它只管調(diào)用函數(shù)recvfrom，等待來(lái)自某客戶的數(shù)據(jù)到達(dá)。這一類通信方式基本上也是用于FTTB型ONU的配置管理中，當(dāng)授權(quán)ONU后，根據(jù)ONU所接的槽位號(hào)、PON口號(hào)以及ONU授權(quán)號(hào)唯一地確定ONU的IP地址，然后建立套接字，通過(guò)UDP套接字進(jìn)行通信。

3)通過(guò)應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行配置管理?；赥CP/IP的網(wǎng)絡(luò)管理包含兩個(gè)部分：管理進(jìn)程和代理進(jìn)程，其間的通信協(xié)議叫做簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(Simple Network Management Information，SNMP)。ONU正常授權(quán)后配置SNMP的相關(guān)參數(shù)，ONU作為一個(gè)SNMP實(shí)體，網(wǎng)元管理系統(tǒng)(EMS)基于SNMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)ONU的遠(yuǎn)程管理。與PON接口相關(guān)的遠(yuǎn)程管理功能(如加密、ONU基本信息上報(bào)、FEC功能管理等)由OAM方式實(shí)現(xiàn)，其他與業(yè)務(wù)相關(guān)的遠(yuǎn)程管理功能(如 VLAN、組播、端口管理、QoS、VoIP、TDM、告警、軟件下載等)由SNMP方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理單元與ONU之間建立連接后，OLT對(duì)配置命令是透明的。ONU上線后，通過(guò)其上報(bào)的標(biāo)識(shí)信息確定ONU類型(onuType)，下發(fā)ONU配置時(shí)，在軟件適配層根據(jù)不同的onuType建立不同的配置分支，其具體流程如圖4所示。

圖4 ONU配置管理流程

對(duì)于FTTH型ONU，OAM幀格式取決于所使用的芯片能力，有的PON芯片只支持CTC OAM幀格式，而有的芯片除了支持CTC OAM幀格式外還支持芯片廠商自己定義的幀格式。從圖4中可以看出，ONU的配置是建立在onuType之上的，隨著ONU的種類越來(lái)越多，管理分支會(huì)越來(lái)越混亂，特別是用于互通測(cè)試時(shí)，由于不知道各廠商的設(shè)備如何確定onuType，如果使用傳統(tǒng)的管理方式就需要根據(jù)不同廠商的設(shè)備標(biāo)識(shí)修改大量程序代碼，在網(wǎng)管系統(tǒng)上也要添加相應(yīng)的實(shí)體以便下發(fā)配置。為了互通測(cè)試，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)都要進(jìn)行修改，工作量比較龐大，涉及到的人員也比較多，對(duì)于生產(chǎn)的新ONU類型，在網(wǎng)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中要建立該ONU實(shí)體并且將其相關(guān)配置項(xiàng)以及ONU端口信息等存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)ONU類型比較多時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)變得比較冗余，隨著電信標(biāo)準(zhǔn)的日漸成熟，根據(jù)中國(guó)電信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的能力集［8］，提出能力集模板的管理方案。

3 能力集模板的ONU配置管理技術(shù)

隨著各大芯片廠商對(duì)電信標(biāo)準(zhǔn)的支持，通過(guò)能力集獲取ONU的基本信息成為可能。在早期的電信標(biāo)準(zhǔn)中，能力集只是上報(bào)了端口，以及ONU所支持的業(yè)務(wù)信息，但這些信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠定義一個(gè)ONU所支持的業(yè)務(wù)能力，也不適合用來(lái)對(duì)其進(jìn)行管理。比如一個(gè)4口的家庭網(wǎng)關(guān)與4口的單住戶單元(SFU)型ONU，上報(bào)的能力集幾乎相同。在中國(guó)電信EPON設(shè)備技術(shù)要求V2.1版本中能力集2對(duì)能力集1進(jìn)行了相應(yīng)的補(bǔ)充，對(duì)ONU的整體能力進(jìn)行了詳細(xì)的描述，包括ONU設(shè)備形態(tài)(比如家庭網(wǎng)關(guān)、SFU、盒式多住戶單元、小型插卡式MDU等)、是否支持多LLID、是否支持光鏈路保護(hù)、插卡式MDU的槽位數(shù)量、各種接口類型以及總端口數(shù)量、是否具有備用電池等。為了與以前的設(shè)備兼容，NGPON系統(tǒng)采用的是onuType+能力集模板混合管理方式，對(duì)于已知類型的ONU，依舊通過(guò)傳統(tǒng)的ONU配置管理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行管理，對(duì)于新型號(hào)ONU或是異廠商ONU通過(guò)能力集模板管理方式進(jìn)行管理。

能力集模板的ONU配置管理技術(shù)就是根據(jù)創(chuàng)建的能力集模板創(chuàng)建ONU實(shí)體，并將CTC型ONU(支持能力集模板管理方式的ONU，認(rèn)為均符合中國(guó)電信EPON設(shè)備技術(shù)要求V2.1版本)的配置綁定在相應(yīng)的ONU上。因此在使用能力集模板管理方式時(shí)，首先要建立能力集模板，然后將其綁定在相應(yīng)的ONU上，當(dāng)ONU授權(quán)成功后，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)綁定的模板建立ONU相應(yīng)的端口實(shí)體以及相應(yīng)的配置項(xiàng)。在能力集模板中需要配置的選項(xiàng)主要有端口數(shù)目、端口類型以及ONU設(shè)備類型，根據(jù)不同的設(shè)備類型網(wǎng)管系統(tǒng)需要綁定不同的配置項(xiàng)。雖說(shuō)現(xiàn)在僅僅對(duì)SFU型ONU進(jìn)行能力集模板管理，為了擴(kuò)展到不同類型的ONU，能力集模板中設(shè)備類型應(yīng)是必選項(xiàng)。ONU上線時(shí)，線卡驅(qū)動(dòng)層通過(guò)擴(kuò)展的OAMPDU獲取ONU的能力集，并上報(bào)給管理模塊，在綁定能力集模板后，比較能力集模板里相關(guān)項(xiàng)與ONU上報(bào)的能力集是否相同，如果一致則進(jìn)行正常授權(quán)，如果不一致則通過(guò)網(wǎng)管返錯(cuò)提示用戶能力集模板綁定錯(cuò)誤，其基本流程如圖5所示。

圖5 NGPON系統(tǒng)ONU配置管理流程圖

由于現(xiàn)在能力集模板應(yīng)用場(chǎng)景有限(僅適用于SFU型ONU)，圖5中的設(shè)備形態(tài)判斷分支可以刪除，但是擴(kuò)展的能力集模板管理方式需要保留該分支。在ONU授權(quán)成功對(duì)其下發(fā)配置時(shí)，定義ONU標(biāo)識(shí)頭部，其中包含授權(quán)號(hào)、MAC地址以及onuType，通過(guò)能力集模板授權(quán)的ONU，其onuType為65535，在配置模塊中定義相應(yīng)的宏：CHECK_TEK_FTTH_ONU_TYPE，CHECK_FTTB_ONU_TYPE，CHECK_CTC_ONU。將65535的 onuType定義在CHECK_CTC_ONU中，當(dāng) ONU類型為CHECK_TEK_FTTH_ONU_TYPE時(shí)，通過(guò)芯片私有的OAM幀對(duì)ONU進(jìn)行配置;當(dāng)ONU類型為CHECK_FTTB_ONU_TYPE時(shí)，通過(guò)UDP套接字按照定義的私有協(xié)議對(duì)ONU相關(guān)項(xiàng)進(jìn)行配置;當(dāng)ONU類型為CHECK_CTC_ONU時(shí)，通過(guò)CTC OAM幀進(jìn)行配置管理。如果ONU設(shè)備形態(tài)為卡式MDU時(shí)，通過(guò)配置SNMP參數(shù)，在網(wǎng)管與ONU實(shí)體之間建立連接，通過(guò)SNMP協(xié)議下發(fā)ONU的相關(guān)配置。設(shè)備之間的互通難點(diǎn)就是ONU實(shí)體的建立以及配置項(xiàng)的綁定，通過(guò)能力集模板的管理方法，根據(jù)ONU綁定的能力集模板來(lái)建立ONU實(shí)體以及配置項(xiàng)，不用將該ONU類型存儲(chǔ)在網(wǎng)管數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且同能力集的ONU綁定相同的模板，不用理會(huì)ONU是哪個(gè)廠商制造的。通過(guò)該方法能很好地解決設(shè)備間的互通。

烽火通信生產(chǎn)的AN5006_01A型ONU在NGPON系統(tǒng)中上線時(shí)，線卡驅(qū)動(dòng)沒有判斷該ONU的標(biāo)識(shí)信息，上報(bào)給管理模塊的ONU類型為65535(未知ONU)，要想正常對(duì)其進(jìn)行授權(quán)必須通過(guò)能力集模板進(jìn)行管理。首先創(chuàng)建能力集模板(1個(gè)GE口，1個(gè)1 Gbit/s上行口)，并將該模板綁定在ONU上，ONU能正常授權(quán)，并且能正確綁定配置，開通業(yè)務(wù)。

4 小結(jié)

基于能力集模板的ONU配置管理方式，出發(fā)點(diǎn)是基于設(shè)備間的互通測(cè)試提出，在以往互通測(cè)試時(shí)，為了很好地進(jìn)行互通，需要詢問(wèn)異廠商ONU類型確定方式，然后在修改網(wǎng)管數(shù)據(jù)庫(kù)添加相應(yīng)ONU數(shù)據(jù)信息，修改授權(quán)管理模塊以確認(rèn)該ONU是否為合法ONU，修改線卡驅(qū)動(dòng)以確定ONU類型，涉及的人員比較多，通過(guò)能力集模板的管理方式能很好地解決該問(wèn)題，線卡驅(qū)動(dòng)對(duì)于不知道類型的ONU上報(bào)未知型號(hào)，在網(wǎng)管上建立正確的能力集模板并將其綁定在ONU上。隨著中國(guó)電信EPON標(biāo)準(zhǔn)的推廣，各大設(shè)備廠商以及芯片廠商通信方式均在向CTC OAM通信方式轉(zhuǎn)型，基于能力集模板的ONU管理方式將成為一種主流管理方法。

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