基于NGPON系統的ONU配置管理技術

肖 青，黃婷熙

(a.光纖通信技術和網絡國家實驗室;b.烽火網絡有限公司，湖北武漢430074)

在第3次電信重組后，無論是固網運營商還是移動運營商現在都向全業務運營轉型，全業務電信運營商，成為新組成的三大運營商急需扮演的一個全新角色。隨著電信技術和業務的發展，視頻、數據等寬帶寬業務和應用日益豐富。預計到2012年前后，用戶下行帶寬至少20 Mbit/s，甚至更大，達到 50 ～100 Mbit/s，在以太網無源光網絡(EPON)中按照每個PON口至少下帶128個用戶計算，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PON口下帶用戶更多(比如512個)，PON口下行帶寬將要求10 Gbit/s。面對用戶帶寬的長期需求，服務商需要提供更寬帶寬的下一代互聯網接入技術。而ONU作為PON系統的最底層，直接與用戶終端設備相連，怎樣高效地對其進行配置管理也是下一代PON接入網急需解決的問題。隨著市面上光網絡單元(ONU)種類越來越多，傳統的ONU配置管理技術會變得越來越繁冗。

1 EPON網絡架構概述

EPON無源光網絡是一種點到多點(Point to Multipoint Optical Access Network)［1］的光接入網絡，其下行數據傳輸采用廣播的方式，通過在數據幀前導碼中插入ONU的邏輯鏈路標識(LLID)［2-3］，當ONU收到數據時，比較LLID來判斷數據丟棄或轉發［4］。正是因為其天然的廣播特性，能高效地支持組播或廣播業務。上行方向通過時分復用(TDM)以及動態帶寬分配(DBA)［5］對ONU進行動態管理。在網絡改造中“光進銅退”是必然的趨勢，“光纖到戶(FTTH)”是網絡改造的最終目標，但是對于現在不同的應用場景，其入網方式也各不相同，對于新建的小區便于線路鋪設，一般采用光纖到樓道(FTTB)+以太網(LAN)［6］技術，或是直接采用 FTTH，而對于比較陳舊的社區，其入網方式可以采用FTTB+基于同軸電纜的以太網技術(EoC)，或是 FTTB+ADSL［7］等，其主要網絡架構如圖1所示。

圖1 EPON業務承載拓撲結構圖

2 傳統的ONU配置管理技術

在早期，由于中國電信EPON設備技術要求還不是很成熟，設備之間的互通性基本上無法進行，各個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ONU的配置管理方案不同，能正常授權ONU，依舊不能開通業務，這就造成廠商之間的隔離，當服務商購買了某廠商的光線路終端(OLT)設備時用戶必須匹配該廠商的ONU才能正常入網。也正是因為這一點，傳統的ONU配置管理技術，建立在設備商制造的ONU型號之上。對不同型號的ONU采用不同通信方式對其進行配置管理。當ONU正常授權后，根據不同的協議層，其配置下發的方式也可以有多種。

1)通過鏈路層協議進行配置管理，也是EPON系統中最常用的通信方式，通過標準的或擴展的操作、管理維護協議(OAM)來管理ONU或對其下發配置。由于IEEE 802.3ah標準中定義的OAM功能比較有限，芯片制造商、設備制造商均可以定義自己的私有OAM協議，擴展的OAM協議數據單元(OAMPDU)應符合IEEE 802.3ah中關于OAM擴展的規定。其幀格式如圖2所示。

圖2 Organization Specific OAMPDU幀格式

設備商定義的私有OAM主要用于帶擴展CPU的ONU中，在這種類型ONU中，OAM主體已經不是PON芯片，而是CPU，從OLT發送過來的OAMPDU首先經CPU解析，判斷該幀的執行體，如果由PON芯片執行將再回傳給PON執行完后，將返回碼傳遞給CPU，然后再回傳給OLT，其處理過程如圖3所示。

圖3FTTB型ONU OAM處理流程

2)通過傳輸層協議進行配置管理。由于ONU上配置比較多，特別是當對ONU進行配置后，重啟ONU或重啟設備進行配置恢復時，會下發大量配置，使用TCP進行傳輸，在下發配置前會有3次握手過程并且當某個配置下發錯誤時會出現重傳現象，而主從通信對時延性要求比較高，當某個配置長期得不到響應時有可能導致后面的配置壓棧，整個系統處于崩潰狀態。在UDP套接口通信中，客戶與服務器不需要建立連接，它只管用函數sendto給服務器發送數據報。類似地，服務器不從客戶端接收連接，它只管調用函數recvfrom，等待來自某客戶的數據到達。這一類通信方式基本上也是用于FTTB型ONU的配置管理中，當授權ONU后，根據ONU所接的槽位號、PON口號以及ONU授權號唯一地確定ONU的IP地址，然后建立套接字，通過UDP套接字進行通信。

3)通過應用層協議進行配置管理。基于TCP/IP的網絡管理包含兩個部分：管理進程和代理進程，其間的通信協議叫做簡單網絡管理協議(Simple Network Management Information，SNMP)。ONU正常授權后配置SNMP的相關參數，ONU作為一個SNMP實體，網元管理系統(EMS)基于SNMP協議實現對ONU的遠程管理。與PON接口相關的遠程管理功能(如加密、ONU基本信息上報、FEC功能管理等)由OAM方式實現，其他與業務相關的遠程管理功能(如 VLAN、組播、端口管理、QoS、VoIP、TDM、告警、軟件下載等)由SNMP方式實現。當網絡管理單元與ONU之間建立連接后，OLT對配置命令是透明的。ONU上線后，通過其上報的標識信息確定ONU類型(onuType)，下發ONU配置時，在軟件適配層根據不同的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的種類越來越多，管理分支會越來越混亂，特別是用于互通測試時，由于不知道各廠商的設備如何確定onuType，如果使用傳統的管理方式就需要根據不同廠商的設備標識修改大量程序代碼，在網管系統上也要添加相應的實體以便下發配置。為了互通測試，導致整個系統架構都要進行修改，工作量比較龐大，涉及到的人員也比較多，對于生產的新ONU類型，在網管系統數據庫中要建立該ONU實體并且將其相關配置項以及ONU端口信息等存放在數據庫中，當ONU類型比較多時，數據庫會變得比較冗余，隨著電信標準的日漸成熟，根據中國電信標準規定的能力集［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

隨著各大芯片廠商對電信標準的支持，通過能力集獲取ONU的基本信息成為可能。在早期的電信標準中，能力集只是上報了端口，以及ONU所支持的業務信息，但這些信息遠遠不夠定義一個ONU所支持的業務能力，也不適合用來對其進行管理。比如一個4口的家庭網關與4口的單住戶單元(SFU)型ONU，上報的能力集幾乎相同。在中國電信EPON設備技術要求V2.1版本中能力集2對能力集1進行了相應的補充，對ONU的整體能力進行了詳細的描述，包括ONU設備形態(比如家庭網關、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、插卡式MDU的槽位數量、各種接口類型以及總端口數量、是否具有備用電池等。為了與以前的設備兼容，NGPON系統采用的是onuType+能力集模板混合管理方式，對于已知類型的ONU，依舊通過傳統的ONU配置管理技術對其進行管理，對于新型號ONU或是異廠商ONU通過能力集模板管理方式進行管理。

能力集模板的ONU配置管理技術就是根據創建的能力集模板創建ONU實體，并將CTC型ONU(支持能力集模板管理方式的ONU，認為均符合中國電信EPON設備技術要求V2.1版本)的配置綁定在相應的ONU上。因此在使用能力集模板管理方式時，首先要建立能力集模板，然后將其綁定在相應的ONU上，當ONU授權成功后，網絡管理系統會根據綁定的模板建立ONU相應的端口實體以及相應的配置項。在能力集模板中需要配置的選項主要有端口數目、端口類型以及ONU設備類型，根據不同的設備類型網管系統需要綁定不同的配置項。雖說現在僅僅對SFU型ONU進行能力集模板管理，為了擴展到不同類型的ONU，能力集模板中設備類型應是必選項。ONU上線時，線卡驅動層通過擴展的OAMPDU獲取ONU的能力集，并上報給管理模塊，在綁定能力集模板后，比較能力集模板里相關項與ONU上報的能力集是否相同，如果一致則進行正常授權，如果不一致則通過網管返錯提示用戶能力集模板綁定錯誤，其基本流程如圖5所示。

圖5 NGPON系統ONU配置管理流程圖

由于現在能力集模板應用場景有限(僅適用于SFU型ONU)，圖5中的設備形態判斷分支可以刪除，但是擴展的能力集模板管理方式需要保留該分支。在ONU授權成功對其下發配置時，定義ONU標識頭部，其中包含授權號、MAC地址以及onuType，通過能力集模板授權的ONU，其onuType為65535，在配置模塊中定義相應的宏：CHECK_TEK_FTTH_ONU_TYPE，CHECK_FTTB_ONU_TYPE，CHECK_CTC_ONU。將65535的 onuType定義在CHECK_CTC_ONU中，當 ONU類型為CHECK_TEK_FTTH_ONU_TYPE時，通過芯片私有的OAM幀對ONU進行配置;當ONU類型為CHECK_FTTB_ONU_TYPE時，通過UDP套接字按照定義的私有協議對ONU相關項進行配置;當ONU類型為CHECK_CTC_ONU時，通過CTC OAM幀進行配置管理。如果ONU設備形態為卡式MDU時，通過配置SNMP參數，在網管與ONU實體之間建立連接，通過SNMP協議下發ONU的相關配置。設備之間的互通難點就是ONU實體的建立以及配置項的綁定，通過能力集模板的管理方法，根據ONU綁定的能力集模板來建立ONU實體以及配置項，不用將該ONU類型存儲在網管數據庫中，并且同能力集的ONU綁定相同的模板，不用理會ONU是哪個廠商制造的。通過該方法能很好地解決設備間的互通。

烽火通信生產的AN5006_01A型ONU在NGPON系統中上線時，線卡驅動沒有判斷該ONU的標識信息，上報給管理模塊的ONU類型為65535(未知ONU)，要想正常對其進行授權必須通過能力集模板進行管理。首先創建能力集模板(1個GE口，1個1 Gbit/s上行口)，并將該模板綁定在ONU上，ONU能正常授權，并且能正確綁定配置，開通業務。

4 小結

基于能力集模板的ONU配置管理方式，出發點是基于設備間的互通測試提出，在以往互通測試時，為了很好地進行互通，需要詢問異廠商ONU類型確定方式，然后在修改網管數據庫添加相應ONU數據信息，修改授權管理模塊以確認該ONU是否為合法ONU，修改線卡驅動以確定ONU類型，涉及的人員比較多，通過能力集模板的管理方式能很好地解決該問題，線卡驅動對于不知道類型的ONU上報未知型號，在網管上建立正確的能力集模板并將其綁定在ONU上。隨著中國電信EPON標準的推廣，各大設備廠商以及芯片廠商通信方式均在向CTC OAM通信方式轉型，基于能力集模板的ONU管理方式將成為一種主流管理方法。

［1］克雷默.基于以太網的無源光網絡［M］.北京：北京郵電大學出版社，2007.

［2］莫禾勝，祝軍生，賈磊.基于EPON的FTTH網絡設計與實現［J］.電視技術，2007，31(11)：63-65.

［3］王余浩.基于10GEPON的IPTV可控組播的實現方式研究［J］.電視技術，2011，35(3)：59-61.

［4］高紅.EPON中安全機制的研究［J］.光通信技術，2004(9)：20-24.

［5］李精華，曾麗珍，李云.EPON上行信道中的動態帶寬分配算法研究［J］. 光通信技術，2006，30(1)：17-19.

［6］楊列永.FTTB 到 FTTH：改造還是升級? ［EB/OL］.［2011-10-01］.http：//www.zte.com.cn/cndqta/magazine/zte_technologies/2009/1-9/magazine/200902/t20090202_159063.html.

［7］陳光武，范多旺.EPON的性能分析及優化［J］.通信技術，2001，26(9)：90-93.

［8］中國電信集團公司.中國電信EPON設備技術要求V2.1［S］.2009.