沈 超，徐 俊，劉佳誕（無(wú)錫供電公司，江蘇無(wú)錫214000）

EPON手拉手保護(hù)在配電通信網(wǎng)的應(yīng)用及優(yōu)化

沈 超，徐 俊，劉佳誕
（無(wú)錫供電公司，江蘇無(wú)錫214000）

基于以太網(wǎng)原理對(duì)以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）的手拉手保護(hù)倒換特性進(jìn)行詳細(xì)的分析，以電力系統(tǒng)中實(shí)際EPON組網(wǎng)方案為模型，通過(guò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)（eNSP）模擬手拉手保護(hù)倒換過(guò)程中交換機(jī)、光線路終端（OLT）以及光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）的網(wǎng)絡(luò)行為。針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)中EPON手拉手組網(wǎng)業(yè)務(wù)倒換速度過(guò)慢的情況給出合理的解釋，在不改變EPON協(xié)議棧的情況下，采用端口隔離和免費(fèi)地址解析協(xié)議（ARP）2種輔助功能對(duì)EPON手拉手保護(hù)倒換進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)倒換速度在毫秒級(jí)別，并采用實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。

EPON；手拉手保護(hù)；端口隔離；免費(fèi)ARP

目前，配電通信網(wǎng)主要采用以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，EPON技術(shù)結(jié)合了以太網(wǎng)技術(shù)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)，在多個(gè)城市配電自動(dòng)化建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用［1-3］。為滿足電力配電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)可靠性的特殊要求，EPON廠家提出了手拉手組網(wǎng)保護(hù)機(jī)制，采用主備冗余的思想確保通信系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的可靠運(yùn)行［4，5］。隨著EPON技術(shù)的深入應(yīng)用，部分城市在組建配電通信網(wǎng)EPON網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)EPON主用線路發(fā)生故障或主用OLT發(fā)生故障后，手拉手保護(hù)并不能及時(shí)將業(yè)務(wù)倒換至備用線路，業(yè)務(wù)倒換時(shí)間為數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。文中以EPON中的以太網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用仿真軟件企業(yè)eNSP對(duì)手拉手保護(hù)過(guò)程中光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）的網(wǎng)絡(luò)行為進(jìn)行模擬，分析了業(yè)務(wù)倒換時(shí)間過(guò)慢原因，并采用端口隔離、免費(fèi)地址解析協(xié)議（ARP）的方法對(duì)手拉手保護(hù)機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化。

1　 EPON組網(wǎng)分析

配網(wǎng)自動(dòng)化組網(wǎng)中支持多種PON組網(wǎng)保護(hù)方案，包括Type B保護(hù)、EPON Type D保護(hù) （GPON Type C保護(hù)）和獨(dú)立上行保護(hù)，其中GPON Type C保護(hù)和EPON Type D保護(hù)原理相同。

電力系統(tǒng)中通常所說(shuō)的手拉手保護(hù)是在EPON Type D保護(hù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)［6］。EPON Type D保護(hù)分為單歸屬和雙歸屬，配電通信網(wǎng)中通常采用的是雙歸屬模式，即上行冗余PON口分別在2臺(tái)OLT上，如圖1所示。在雙歸屬的組網(wǎng)場(chǎng)景中，ONU具有雙PON口，ONU與OLT之間的2條PON線路處于主備狀態(tài)，正常工作狀態(tài)下，ONU僅能通過(guò)主用線路PON口轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，備用PON口在備用OLT上注冊(cè)信息，但不能用于轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。當(dāng)主用線路中的某器件發(fā)生故障導(dǎo)致主用線路中斷時(shí)，ONU可快速切換到備用OLT。

圖1　Type D保護(hù)雙歸屬模式

在配電網(wǎng)實(shí)際組網(wǎng)應(yīng)用中，EPON手拉手組網(wǎng)比圖1所示網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以分為核心層、匯聚成、接入層3個(gè)層面，如圖2所示。核心層包括設(shè)置在主站的核心交換機(jī)，用于快速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；匯聚層包括位于變電站內(nèi)的OLT、匯聚交換機(jī)以及傳輸設(shè)備SDH/ MSTP，OLT將數(shù)據(jù)傳送至匯聚交換機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚、安全控制、流量控制等處理后通過(guò)骨干通信網(wǎng)傳輸至核心交換機(jī)；接入層包括放置在環(huán)網(wǎng)柜/開閉所/柱上開關(guān)的ONU、分光器和配電終端設(shè)備，ONU通過(guò)主備用2條光纖線路分別連接至不同變電站的OLT。

圖2　配電通信網(wǎng)EPON組網(wǎng)方案

2　手拉手保護(hù)倒換網(wǎng)絡(luò)特性分析

在大部分企業(yè)測(cè)試環(huán)境中，通常采用圖1的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)手拉手保護(hù)功能進(jìn)行測(cè)試［7，8］，測(cè)試結(jié)果表明在主用線路發(fā)生故障的情況下，業(yè)務(wù)能夠很快地倒換至備用線路，整個(gè)倒換大約在50 ms。但是在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，主用線路發(fā)生故障后，往往需要數(shù)分鐘甚至更多時(shí)間，業(yè)務(wù)才能夠倒換成功。

對(duì)比測(cè)試環(huán)境拓?fù)浜蛯?shí)際組網(wǎng)環(huán)境拓?fù)?，發(fā)現(xiàn)測(cè)試環(huán)境和實(shí)際組網(wǎng)的差別在于實(shí)際環(huán)境比測(cè)試環(huán)境多了匯聚層和核心層交換機(jī)，為研究交換機(jī)對(duì)EPON手拉手保護(hù)特性的影響，采用仿真軟件eNSP模擬手拉手倒換過(guò)程中OLT、ONU、交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)行為。不考慮PON的物理特性，OLT、ONU的網(wǎng)絡(luò)交換特性可以等效成以太網(wǎng)2層交換機(jī)，因此在仿真中采用2層交換機(jī)模擬OLT和ONU，仿真拓?fù)淙鐖D3所示。

圖3　實(shí)際組網(wǎng)仿真拓?fù)?/p>

圖中CORE模擬主站核心交換機(jī)，SW1和SW2模擬變電站匯聚交換機(jī)，SW1的g0/0/1與SW2的g0/0/1之間采用3層通道互聯(lián)，CORE與SW1、SW2之間運(yùn)行OSPF協(xié)議；OLT和ONU均由2層交換機(jī)模擬，SW1、SW2、OLT1、OLT2以及ONU之間均用二層鏈路連接，其中SW1的g0/0/4與SW2的g0/0/4之間采用2層通道互聯(lián)；配電終端設(shè)備（DTU）用PC進(jìn)行模擬，IP地址為10.1.20.100，在SW1設(shè)置DTU網(wǎng)關(guān)10.1.20.254。仿真過(guò)程中通過(guò)控制ONU上聯(lián)端口g0/0/1和g0/0/2的開關(guān)狀態(tài)模擬主用PON鏈路故障后的倒換動(dòng)作。在DTU上使用命令“ping 1.1.1.1-t”來(lái)模擬實(shí)時(shí)遙測(cè)信息，1.1.1.1為CORE環(huán)回口地址。

2.1穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，ONU的g0/0/1端口被關(guān)閉，主用PON鏈路為ONU-OLT2。通過(guò)命令在所有設(shè)備上查看實(shí)際物理地址（MAC）表，列出與DTU的MAC相符合的表項(xiàng)，結(jié)果如表1所示。

在SW1上查看DTU對(duì)應(yīng)IP地址10.1.20.100的ARP表項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)MAC地址為5489.9850.7777，對(duì)應(yīng)出接口為g0/0/4。

通過(guò)抓包分析可知DTU向CORE上傳數(shù)據(jù)路徑：DTU—ONU—OLT2—SW2—SW1—CORE，CORE向DTU下發(fā)數(shù)據(jù)路徑：CORE—SW1—SW2—OLT2—ONU—DTU，此時(shí)DTU能夠持續(xù)連通CORE，表明系統(tǒng)能夠正常工作。

表1　正常工作時(shí)MAC地址

2.2故障倒換

將ONU的g0/0/2關(guān)閉，并打開ONU的g0/0/1，模擬主用PON鏈路失效后數(shù)據(jù)從備用PON鏈路進(jìn)行發(fā)送，發(fā)現(xiàn)DTU無(wú)法連通CORE，連接中斷。通過(guò)命令在所有設(shè)備上查看MAC地址表，列出與終端DTU的MAC相符合的表項(xiàng)，結(jié)果如表2所示。

表2　發(fā)生保護(hù)倒換后MAC地址

在SW1上查看10.1.20.100的ARP表項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)結(jié)果與正常運(yùn)行時(shí)相同，對(duì)應(yīng)出接口仍為g0/0/4。

由表2可知，當(dāng)備用的鏈路被啟用時(shí)，除了OLT2丟失DTU的MAC地址表項(xiàng)外，OLT1、SW1、SW2的MAC地址表項(xiàng)均未發(fā)生變化，而且SW1的ARP表項(xiàng)也未發(fā)生變化。抓包分析顯示，DTU上傳的信息直接在OLT1處即被丟棄，無(wú)法上傳至SW1和CORE。等待5 min后再次查看MAC表，結(jié)果如表3所示。

表3　保護(hù)倒換5 min后MAC地址

此時(shí)在SW1上查看10.1.20.100的ARP表項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)結(jié)果與正常運(yùn)行時(shí)相同，10.1.20.100對(duì)應(yīng)出接口仍為g0/0/4。結(jié)果表明，此時(shí)MAC地址表已經(jīng)被正確學(xué)習(xí)，但是由于SW1關(guān)于10.1.20.100的ARP表項(xiàng)仍然存在錯(cuò)誤，故DTU無(wú)法恢復(fù)與CORE的通信。

抓包分析發(fā)現(xiàn)，DTU發(fā)往CORE的數(shù)據(jù)已經(jīng)被CORE正確接收，但CORE向DTU發(fā)送的回復(fù)報(bào)文全部被SW1通過(guò)g0/0/4接口發(fā)送出去，從而導(dǎo)致DTU無(wú)法接收到回復(fù)報(bào)文，與CORE的連接關(guān)系建立失敗。再等待20 min后，發(fā)現(xiàn)DTU和CORE的連接恢復(fù)，此時(shí)查看MAC表和ARP表，發(fā)現(xiàn)均學(xué)習(xí)正確，SW1關(guān)于10.1.20.100的ARP表項(xiàng)對(duì)應(yīng)出接口已從g0/0/4更新至g0/0/2。

2.3原因分析

在手拉手倒換過(guò)程中，限制業(yè)務(wù)進(jìn)行快速倒換的原因主要有二：（1）OLT1的MAC地址表項(xiàng)沒有及時(shí)更新；（2）當(dāng)OLT1和SW1的MAC地址表項(xiàng)更新后，SW1的ARP表項(xiàng)沒有及時(shí)更新。分別采用MAC地址漂移和ARP更新原理對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行解釋。

2.3.1MAC地址漂移

MAC地址漂移是指某個(gè)端口的源MAC地址老化之前，設(shè)備從另一個(gè)端口學(xué)習(xí)到該源MAC地址，并刷新MAC地址表中源MAC地址和物理端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這就好像是MAC地址從一個(gè)端口漂移到另一個(gè)端口。為應(yīng)對(duì)惡意用戶利用MAC地址漂移原理仿冒其他用戶或上層設(shè)備的MAC地址，OLT支持防御MAC地址漂移特性，簡(jiǎn)稱防MAC漂移。實(shí)現(xiàn)原理是從端口A接收到某個(gè)源MAC地址的報(bào)文后，設(shè)備會(huì)檢查MAC地址表中是否已存在該MAC地址。如果MAC地址表中記錄端口B對(duì)應(yīng)該MAC地址，則設(shè)備根據(jù)主控板、端口類型等判斷是否允許該MAC地址從端口B漂移到端口A。對(duì)于禁止漂移的情況，在MAC地址老化之前，設(shè)備會(huì)丟棄從端口A接收到的含有該源MAC地址的報(bào)文。

在EPON系統(tǒng)中，OLT默認(rèn)開啟防MAC地址漂移功能，OLT網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口（NNI）MAC地址優(yōu)先級(jí)為1，用戶側(cè)接口（UNI）MAC地址優(yōu)先級(jí)為 0，因此當(dāng)OLT網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口學(xué)習(xí)到某個(gè)MAC地址后，即使該MAC地址立刻從UNI被學(xué)習(xí)到，該MAC仍然不會(huì)被覆蓋，而從用戶側(cè)發(fā)來(lái)的帶有該源MAC地址的報(bào)文會(huì)被全部丟棄。

對(duì)應(yīng)仿真拓?fù)?，OLT1的NNI接口為g0/0/1，UNI接口為g0/0/2，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，OLT1從NNI接口學(xué)習(xí)到了DTU的MAC地址5489.9850.7777，當(dāng)備用PON線路備啟用后，OLT1又從 g0/0/2學(xué)習(xí)到5489.9850.7777，但由于g0/0/2的MAC地址優(yōu)先級(jí)低于g0/0/1，該MAC地址無(wú)法被正確學(xué)習(xí)，因此表2中OLT1關(guān)于DTU的MAC地址5489.9850.7777對(duì)應(yīng)接口仍然是g0/0/1。這種情況會(huì)持續(xù)到OLT1中該MAC地址表項(xiàng)老化時(shí)間結(jié)束，當(dāng)該MAC地址在老化時(shí)間達(dá)到后仍然無(wú)法被刷新，OLT1丟棄這個(gè)MAC地址，開始接收g0/0/2的MAC地址學(xué)習(xí)。MAC地址的老化時(shí)間默認(rèn)為5 min，因此等待5 min后，表3中MAC地址被正確學(xué)習(xí)。

2.3.2ARP更新原理

ARP用于確定對(duì)應(yīng)IP地址的網(wǎng)卡物理地址。在實(shí)際環(huán)境中，只有同時(shí)滿足以下2個(gè)條件時(shí)，設(shè)備的ARP表項(xiàng)才會(huì)更新：（1）設(shè)備收到來(lái)自某IP的ARP請(qǐng)求包或免費(fèi)ARP包；（2）設(shè)備現(xiàn)有ARP表項(xiàng)中已經(jīng)存在該IP對(duì)應(yīng)的ARP表項(xiàng)。其他非ARP報(bào)文不會(huì)對(duì)設(shè)備的ARP表項(xiàng)產(chǎn)生影響。

以仿真系統(tǒng)為例，系統(tǒng)剛開始運(yùn)行時(shí)，DTU不知道網(wǎng)關(guān)10.1.20.254對(duì)應(yīng)的MAC地址，則會(huì)發(fā)送ARP請(qǐng)求，SW1以自身MAC地址回應(yīng)，DTU收到ARP回復(fù)后即在ARP表中保存相應(yīng)的ARP表項(xiàng)，同樣SW1中也會(huì)保存關(guān)于DTU的ARP表項(xiàng)。當(dāng)發(fā)生故障倒換后，DTU無(wú)法感知上層網(wǎng)絡(luò)變化，仍然采用原ARP表項(xiàng)封裝數(shù)據(jù)包，并不會(huì)發(fā)送ARP請(qǐng)求或免費(fèi)ARP報(bào)文，因此雖然網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化，但是SW1由于沒有收到DTU的ARP請(qǐng)求或免費(fèi)ARP，SW1中關(guān)于DTU的ARP表項(xiàng)仍不會(huì)更新。因此，即使倒換后SW1能正確學(xué)習(xí)關(guān)于DTU的MAC地址（如表3），由于不滿足ARP更新的2個(gè)條件，當(dāng)CORE發(fā)往DTU的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)SW1時(shí)，SW1仍會(huì)按照原ARP表項(xiàng)中的對(duì)應(yīng)接口g0/0/4將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，從而導(dǎo)致DTU與CORE建立連接失敗，這種情況會(huì)持續(xù)到ARP老化時(shí)間到達(dá)。當(dāng)DTU的ARP表項(xiàng)老化時(shí)間達(dá)到后，SW1會(huì)發(fā)送一個(gè)ARP探測(cè)確定原ARP對(duì)應(yīng)DTU主機(jī)是否存活，由于DTU上聯(lián)通道已經(jīng)連接至OLT1，SW1自然無(wú)法從g0/0/4獲取ARP探測(cè)的回應(yīng)，嘗試數(shù)次仍無(wú)法得到回應(yīng)后，SW1會(huì)刪除相應(yīng)ARP表項(xiàng)。此時(shí)若有CORE發(fā)往DTU的流量，SW1會(huì)發(fā)出ARP廣播，請(qǐng)求DTU的MAC地址，從而獲取正確的ARP表項(xiàng)。

需要注意的是，在Cisco設(shè)備中ARP表項(xiàng)只起到IP地址和MAC地址互相轉(zhuǎn)換的功能，具體數(shù)據(jù)發(fā)送則會(huì)查找相應(yīng)的MAC地址表項(xiàng)。國(guó)內(nèi)大部分廠家在優(yōu)化ARP表功能時(shí)，在ARP表中添加了出接口一項(xiàng)，雖然減少了查找多個(gè)表項(xiàng)帶來(lái)的延遲，但是也帶來(lái)了MAC表和ARP表無(wú)法同步刷新而導(dǎo)致數(shù)據(jù)被錯(cuò)誤轉(zhuǎn)發(fā)的問(wèn)題。

3　倒換機(jī)制優(yōu)化

根據(jù)上述分析可知，當(dāng)EPON手拉手保護(hù)從主用PON鏈路切換到備用PON鏈路過(guò)程中，倒換延遲主要體現(xiàn)在MAC地址老化時(shí)間和ARP表項(xiàng)老化時(shí)間兩方面。MAC地址老化時(shí)間默認(rèn)為5 min，ARP表項(xiàng)老化時(shí)間默認(rèn)為20 min，遠(yuǎn)超過(guò)了網(wǎng)絡(luò)故障自動(dòng)恢復(fù)的允許時(shí)間，影響了電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。通過(guò)減少M(fèi)AC表和ARP表的老化時(shí)間可以縮短保護(hù)等待時(shí)間，然而多次嘗試發(fā)現(xiàn)，如果將老化時(shí)間略減少后，對(duì)手拉手保護(hù)倒換的提升效果非常有限；但是如果將老化時(shí)間大幅減少（5 s），整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的ARP報(bào)文，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)數(shù)量較多的情況下有可能產(chǎn)生報(bào)文堵塞，影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，產(chǎn)生的后果比倒換失敗更加嚴(yán)重。

通過(guò)研究MAC表和ARP表的更新機(jī)理，采用以下2種方式對(duì)手拉手保護(hù)倒換機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化：（1）在網(wǎng)關(guān)交換機(jī)上配置端口隔離功能，避免OLT在NNI接口學(xué)習(xí)到終端DTU設(shè)備的MAC地址，解決防端口漂移帶來(lái)的問(wèn)題；（2）在發(fā)生主備PON鏈路倒換時(shí)，ONU通過(guò)備用PON鏈路同步發(fā)送免費(fèi)ARP報(bào)文，主動(dòng)更新網(wǎng)關(guān)交換機(jī)的ARP表，解決MAC地址表和ARP地址表無(wú)法同步更新的問(wèn)題。

3.1端口隔離

端口隔離是為了實(shí)現(xiàn)報(bào)文之間的2層隔離而產(chǎn)生的高級(jí)功能，正常情況下，同1個(gè)VLAN內(nèi)所有的設(shè)備均屬于同1個(gè)廣播域，同1個(gè)廣播域中設(shè)備的MAC地址、IP地址可以被同1個(gè)廣播域中另外1臺(tái)設(shè)備學(xué)習(xí)。采用端口隔離特性，可以實(shí)現(xiàn)同1個(gè)VLAN內(nèi)端口之間的隔離，用戶只需要將端口加入到隔離組中，就可以實(shí)現(xiàn)隔離組內(nèi)端口之間2層數(shù)據(jù)的隔離，使用隔離技術(shù)后隔離端口之間不會(huì)產(chǎn)生單播、廣播和組播。采用端口隔離，不但增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性，提供了靈活的組網(wǎng)方案，同時(shí)節(jié)省了大量的VLAN資源。

在EPON手拉手保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)交換機(jī)上部署端口隔離，即可保證主用PON鏈路上的OLT和備用鏈路上的OLT均不可能從NNI學(xué)習(xí)到終端設(shè)備的MAC地址，不但保留了OLT防MAC地址漂移的安全功能，而且解決了保護(hù)倒換過(guò)程中MAC地址老化的等待時(shí)間。以仿真系統(tǒng)為例，在SW1上部署端口隔離，將g0/0/2和g0/0/4放入一個(gè)隔離組。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，OLT1的g0/0/1不會(huì)從SW1學(xué)習(xí)到DTU的MAC地址，在發(fā)送故障倒換后，OLT2的g0/0/1也不會(huì)從SW2學(xué)習(xí)到DTU的MAC地址，如圖4所示。

圖4　穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下端口隔離功能

3.2免費(fèi)ARP

免費(fèi)ARP報(bào)文是一種特殊的ARP報(bào)文，該報(bào)文中攜帶的發(fā)送端IP和目標(biāo)IP地址都是本機(jī)IP地址，報(bào)文源MAC地址是本機(jī)MAC地址，報(bào)文的目的MAC地址是廣播地址。設(shè)備通過(guò)對(duì)外發(fā)送免費(fèi)ARP報(bào)文來(lái)實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）確定其他設(shè)備的IP地址是否與本機(jī)IP地址沖突。當(dāng)其他設(shè)備收到免費(fèi)ARP報(bào)文后，如發(fā)現(xiàn)報(bào)文中的IP地址和本機(jī)IP地址相同，則給發(fā)送免費(fèi)ARP報(bào)文的設(shè)備返回一個(gè)ARP應(yīng)答，告知該設(shè)備IP地址沖突。（2）設(shè)備改變了硬件地址，通過(guò)發(fā)送免費(fèi)ARP報(bào)文通知其他設(shè)備更新ARP表項(xiàng)。

免費(fèi)ARP具有更新其他設(shè)備ARP表項(xiàng)的功能。在EPON手拉手組網(wǎng)中，利用該特性即可實(shí)現(xiàn)主備PON鏈路倒換過(guò)程中匯聚交換機(jī)ARP表項(xiàng)主動(dòng)更新功能。具體思路如下：在正常工作狀態(tài)下，ONU設(shè)備會(huì)保存終端設(shè)備的ARP表項(xiàng)。當(dāng)ONU監(jiān)測(cè)到主用PON鏈路發(fā)生故障后，將業(yè)務(wù)導(dǎo)向備用PON鏈路時(shí)，同步發(fā)送一個(gè)免費(fèi)ARP報(bào)文，該報(bào)文中攜帶的發(fā)送端IP地址和目標(biāo)IP地址都是終端設(shè)備IP地址，報(bào)文源MAC地址是終端設(shè)備的MAC地址，報(bào)文的目的MAC地址是廣播地址。當(dāng)備用OLT和匯聚交換機(jī)收到該免費(fèi)ARP報(bào)文后，會(huì)立即更新本地的ARP表和MAC地址表，無(wú)須再等待相應(yīng)表項(xiàng)的老化時(shí)間。

以仿真系統(tǒng)為例，正常運(yùn)行時(shí)ONU會(huì)保存DTU的 ARP表項(xiàng) IP：10.1.20.100—MAC：5489.9850.7777，當(dāng)ONU檢測(cè)到主用PON鏈路故障后，會(huì)主動(dòng)通過(guò)備用PON鏈路發(fā)送免費(fèi)ARP，免費(fèi)ARP的源IP地址和目的 IP地址均為 10.1.20.100，，源 MAC地址為5489.9850.7777，目的MAC為廣播地址。雖然此時(shí)DTU本身沒有發(fā)出ARP，但是SW1仍然可以從g0/0/2接口接收到免費(fèi)ARP報(bào)文，從而更新本地的ARP表項(xiàng)，確保倒換過(guò)后系統(tǒng)正常運(yùn)行，如圖5所示。

圖5　故障倒換后ONU主動(dòng)發(fā)送免費(fèi)ARP更新MAC表和ARP表

4　實(shí)際系統(tǒng)仿真驗(yàn)證

以無(wú)錫地區(qū)配電自動(dòng)化EPON網(wǎng)絡(luò)為驗(yàn)證對(duì)象，誠(chéng)飛、灰凌、仕途、竹輝路為某條線路上4個(gè)饋線終端設(shè)備（FTU），各FTU所連ONU以EPON手拉手保護(hù)方式組網(wǎng)，主備用鏈路分別連接至楊亭變OLT和商貿(mào)變OLT，如圖6所示。設(shè)備地址規(guī)劃如表4所示。

圖6　無(wú)錫配電通信網(wǎng)EPON手拉手保護(hù)組網(wǎng)拓?fù)?/p>

表4　EPON手拉手組網(wǎng)地址規(guī)劃

在主站前置機(jī)通過(guò)輸入命令 “ping 10.X.20.36-t”，長(zhǎng)時(shí)間觀察誠(chéng)飛FTU終端的在線情況，在核心交換機(jī)通過(guò)輸入命令 “ping-m 10-c 50000 10.X. 20.36”觀察誠(chéng)飛FTU終端的在線情況。

優(yōu)化前，斷開誠(chéng)飛ONU與楊亭OLT直連光纖，啟用商貿(mào)變備用PON鏈路，倒換后主站前置機(jī)與核心交換機(jī)一直處于丟包狀態(tài)，且主站前置機(jī)產(chǎn)生告警信息，顯示誠(chéng)飛FTU離線，等待約20 min后誠(chéng)飛FTU恢復(fù)在線，告警消失。實(shí)施優(yōu)化措施后，斷開誠(chéng)飛ONU與楊亭OLT直連光纖，啟用商貿(mào)變備用PON鏈路，核心交換機(jī)顯示丟包數(shù)為2，表明業(yè)務(wù)倒換延遲在50 ms以內(nèi)，主站前置機(jī)未顯示丟包，同時(shí)無(wú)告警產(chǎn)生。

5　結(jié)束語(yǔ)

EPON手拉手保護(hù)組網(wǎng)方式提高了EPON網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但大部分廠家在研發(fā)、測(cè)試手拉手保護(hù)功能時(shí)，僅考慮EPON光路的倒換時(shí)間，并未結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)和全局拓?fù)溥M(jìn)行考慮，導(dǎo)致手拉手保護(hù)在應(yīng)用中存在較多的問(wèn)題。文中結(jié)合真實(shí)EPON系統(tǒng)，從以太網(wǎng)分析角度提出了端口隔離、免費(fèi)ARP的優(yōu)化策略，縮短了手拉手保護(hù)的業(yè)務(wù)倒換時(shí)間，提高了配電通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)自愈功能。文中所做優(yōu)化均基于華為的EPON產(chǎn)品，多品牌EPON設(shè)備互聯(lián)互通、協(xié)議的兼容性以及手拉手保護(hù)倒換測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步規(guī)范、完善。

［1］蔡萬(wàn)升，湯 輝.基于EPON技術(shù)的配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)通信，2010，31（12）：11-15.

［2］唐 琳.配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電力系統(tǒng)通信，2003，24（12）：45-47，54

［3］孫曉霞.xPON和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用研究［D］.北京：華北電力大學(xué)碩士畢業(yè)論文，2010.

［4］鮑興川.配電通信網(wǎng)接入層EPON保護(hù)組網(wǎng)可靠性與性價(jià)比分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（8）：96-100.

［5］羅鵬程，金 光，周經(jīng)倫，等.通信網(wǎng)可靠性研究綜述［J］.小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2000，21（10）：1073-1077.

［6］格倫·克雷默.基于以太網(wǎng)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007：20-25.

［7］工業(yè)和信息化部.YD-T1809—2008接入網(wǎng)設(shè)備測(cè)試方法-以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）系統(tǒng)互通性［S］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2008.

［8］工業(yè)和信息化部.YD-T1771—2008接入網(wǎng)技術(shù)要求-EPON系統(tǒng)互通性［S］.北京：人民郵電出版社，2008.

Application and Optimization of EPON Hand-in-hand Protection in Distribution Communication Network

SHEN Chao，XU Jun，LIU Jiadan
（Wuxi Power Supply Company，Wuxi 214061，China）

This paper presents a method to improve the EPON hand-in-hand protection in event failure.The simulation mode of power distribution communication network in EPON is established，which is applied in analyzing the network characteristics of OLT，ONU and Switch under hand-in-hand protection.Based on Ethernet principles，two assistive functions，port-isolated and gratuitous ARP，are proposed for the optimization of hand-in-hand protection.The switching delay less than 50 microseconds is achieved.Effectiveness of the proposed method is verified by a real system.

EPON；hand-in-hand protection；port-isolated；gratuitous ARP

TP391

B

1009-0665（2015）03-0041-05

2014-12-02；

2015-02-16

沈超（1987），男，江蘇無(wú)錫人，工程師，從事電力系統(tǒng)通信研究工作；

徐?。?978），男，江蘇江陰人，工程師，從事電力系統(tǒng)通信研究工作；

劉佳誕（1975），男，江蘇無(wú)錫人，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)通信研究工作。