EPON實現PTN末端接入的可行性分析

顏永明

（中國電信股份有限公司上海分公司 上海200030）

1 引言

當前中國電信股份有限公司上海分公司（以下簡稱上海電信）PTN（packet transport network）的末端接入基本采用直連光纖，隨著用戶數量的增加，光纖資源日趨緊張，而大規模鋪設新光纜也存在眾多困難，為用戶新建直連光纜的工程費用高昂、耗時長，無法滿足業務快速開通的要求。上海電信積極推進的 “城市光網”建設已大規模部署了EPON設備，在提升Internet接入帶寬的同時，利用EPON技術優點節省了大量局端到用戶端的光纖資源。單從全程光纖特點和在上海地區的覆蓋范圍來看，EPON有希望成為PTN末端接入的解決方案，但是上海電信EPON同時承載了IPTV、VoIP、Internet等多業務的接入，其自身技術特點和其已有業務的配置規范能否適用于PTN末端接入的各種應用場景，本文將進行深入分析并對當前條件下部署的可行性提出自己的觀點。

2 PTN及EPON技術簡述

PTN基于T-MPLS/MPLS-TP技術，具有高帶寬、面向連接、H-QoS（hierarchical QoS，層次化 QoS）、時間/時鐘同步等優點，可滿足數據專線用戶對于靈活帶寬、順序數據分組、低時延、低抖動、低冗余性的需求。PTN應用性價比高的以太接口和統計復用技術，大大降低了設備成本，節省了運營商的投資。單從數據平面來看，PTN屬于標簽封裝二層承載技術，利用PWE 3封裝在分組交換網絡中，盡可能真實地模仿了ATM、幀中繼、以太網、TDM、SDH等業務的基本行為，但與傳統二層MPLS VPN不同，其擁有豐富的OAM特性，可確保網內出現故障時的50 ms快速倒換。PTN結合了IP網和SDH傳送網各自的優點，非常適于承載電信級數據專線業務。上海電信PTN定位于現有基礎數據網絡的演進方向，規劃用于承載已有基礎數據網專線的大規模遷移，主要用于替代設備老化、技術停滯、備件停產的DDN。上海電信的PTN為用戶提供百兆和吉比特級以太光接口，目前發展的所有用戶都通過直連光纖接入PTN局端節點，與傳統的DDN銅線接入相比，光纖價格相對低廉，可提供高帶寬，且接入距離長，抗干擾能力強，有能力為用戶提供更加高效和穩定的通信服務。

EPON由OLT（光纖線路終端）、ODN（光分配網絡）和ONU（光網絡單元）3部分構成樹型拓撲結構。OLT置于局端，負責分配和管控信道的連接并具有實時OAM功能，ONU則位于用戶側，兩者通過無源的 ODN按照1∶16、1∶32、1∶64等方式相連。EPON使用了單纖雙向波分復用技術，規定傳送話音和數據業務的上行波長為1 310 nm，下行波長為1 490 nm，而1 550 nm波長則用于傳送CATV信號。OLT到多個ONU的下行通過加密廣播方式傳送數據，上行則采用TDMA方式共享帶寬。EPON的傳輸距離可達20 km，可以替代傳統直連光纖的點到點布局，能夠大大節省光纖資源和管理成本。

綜上所述，PTN和EPON都具有光網絡的特性，PTN屬于新一代數據專線承載網，EPON則定位于光纖末端接入網。單從物理組網形態來看，使用EPON替代直連光纖實現PTN的末端接入，可以大大節省直連光纖資源。

3 EPON作為PTN末端接入的可行性分析

通過分析數據幀的轉發過程，發現PTN和EPON都會對用戶幀的VLAN Tag進行處理，但識別CVLAN、增/刪SVLAN的處理過程卻有著各自的規則。要實現它們之間的互通，關鍵點在于對VLAN的處理行為是否兼容，能否最終實現用戶各類幀的端到端透傳。

華為PTN設備的UNI二層接口屬性可設成Tag Aware、Access、Hybrid 3種模式之一。各模式的區別在入口方向上：Tag Aware模式對帶有VLAN的幀進行透傳，若幀不帶VLAN則丟棄；Access模式將默認VLAN（默認VLAN值可以修改）加入不帶VLAN的幀中，若幀本身帶有VLAN則丟棄；Hybrid模式將默認VLAN加入不帶VLAN的幀中，若幀帶有VLAN則透傳該幀。

在出口方向上，Tag Aware模式透傳幀；Access模式下，若幀攜帶的外層VLAN值等于出端口的缺省VLAN值，則剝除該VLAN后轉發幀，若不相等則丟棄；Hybrid模式下，若幀攜帶的外層VLAN值等于出端口的缺省VLAN值，則剝除該VLAN后轉發幀，若不相等則透傳。此外，對于QinQ數據幀，當前版本的華為PTN設備在處理上有一些限制：UNI只能對最外層VLAN進行查看、剝除、修改，無法對內層VLAN進行查看和操作；另外，PTN節點對VLAN的識別和操作不具全局意義，只具有單接口本地意義，單個接口上承載的不同邏輯線路不能使用重復的最外層VLAN值。

PTN PE節點的UNI收到數據幀且完成VLAN操作后，對幀進行PW 封裝，若配置選用“以太Tag模式”則添加一層VLAN后再封裝，若選用默認的“以太模式”則直接封裝，封裝時可根據最外層VLAN值將某個或多個特定的VLAN值幀封裝進一條PW，也可將收到的所有幀封裝進同一條PW，而不對VLAN值進行區分。華為PTN設備還支持PW （即線路兩端使用不同的VLAN值），這是通過VLAN改寫功能實現的。但在這里需要指出的是，上海電信當前使用的華為網管系統的版本號為 V100R002C01SPC001，要實現PTN節點對外層VLAN的增/刪等操作，只能在“單站”視角下完成配置，即需對線路上的每個節點進行逐臺配置，而不能在網管的“全局”視角下實現。

從EPON的現網情況來看，上海電信已制定的《基于EPON的城市光網資源及業務配置規范》中規定，除多播和網管等特定業務采用單層CVLAN封裝外，其他業務均應采用SVLAN+CVLAN的兩層VLAN Tag封裝，封裝后發往匯聚交換機，以區分不同的業務和用戶，對于SVLAN的所有操作原則上由OLT完成。若要使用EPON作為PTN末端接入，也需遵循此規范中制定的原則，同時對照該規范要求，PTN接入屬于C+類業務類型，因而使用EPON接入的PTN UNI收到的幀必然會攜帶SVLAN。另一方面，采用EPON作為PTN末端接入的傳送網絡仍應該為用戶提供端到端的透明通道，即不能改變用戶幀內的CVLAN。以上限制條件在實際組網配置中都應加以考慮。

PTN作為二層透傳網絡，其用戶組網方式大致可分為點對點和點對多點兩種形式。因局端光纖資源情況復雜，末端接入是否具備EPON資源存在不確定性，因而可能存在3種物理連接方式：PTN兩末端都使用直連光纖；PTN兩末端都使用EPON接入；一端使用EPON，另一端使用直連光纖。對上述情況進行排列組合，可形成6種應用場景，本文不討論已在網內成熟應用的兩端都使用直連光纖的場景，就其余5種有EPON參加的場景做逐一分析。

3.1 場景1：點對點（兩端EPON接入）

場景1為點對點PTN用戶線路，用戶兩端都使用EPON作為PTN末端接入，適用于兩末端都有EPON接入資源的點對點用戶線路。用戶發出的數據幀可能帶有單層單CVLAN值、單層多CVLAN值、雙層QinQ CVLAN，也可能不帶CVLAN。不同用戶的CVLAN存在重復的可能性。用戶1攜帶的單層CVLAN值為100；用戶2發送的數據幀不帶CVLAN；用戶3發送的數據幀攜帶單層CVLAN且所取多值范圍為100～200；用戶4數據幀帶有兩層CVLAN，內層CVLAN所取多值范圍為100～200，外層CVLAN值為30。

幀的端到端傳遞和處理過程如圖1所示。ONU透傳收到用戶幀，OLT區分ONU并對同一ONU透傳上來的幀添加相同的SVLAN。匯聚交換機透傳后，交由PTN入口PE節點處理。在此場景下，需將PTN兩端UNI屬性都設為Tag Aware，此時PTN入口PE節點將根據SVLAN區分用戶線路，用不同PW封裝后在PTN網內傳送，PTN出口PE則根據PW節點區分不同線路并對SVLAN進行改寫，以確保單個出接口內不同線路的SVLAN不重復，改寫后交由EPON剝除外層SVLAN，還原成用戶數據幀交給用戶設備處理。因為本場景中兩端都使用EPON接入，所以在雙向上對幀的處理方式相同。

從上述分析可知，EPON作為PTN的末端接入能實現業務的連通。

3.2 場景2：點對點（一端EPON，另一端直連光纖接入）

場景2為點對點PTN用戶線路，用戶一端使用EPON，另一端使用直連光纖作為PTN末端接入，適用于兩端無法同時具備EPON資源的情況。用戶發送的數據幀種類與場景1相同，相關描述可參考場景1。

幀的端到端傳遞和處理過程如圖2所示。對于承載帶CVLAN的用戶幀的線路，在EPON接入到直連光纖接入的方向上，ONU透傳幀，OLT區分不同ONU并據此對幀添加不同的SVLAN。匯聚交換機則透傳數據幀并交由PTN入口PE節點處理。此處PTN PE的UNI應設為Tag Aware模式，直接根據SVLAN區分不同線路并將幀封裝進PW，在PTN網內進行傳送，PTN出口PE節點的UNI則設為Hybrid模式，以根據PW區分線路并在出口對SVLAN進行剝除，還原成原始用戶數據幀后交由用戶設備。對于反向流量，到達右側PTN入口PE節點后，已設為Hybrid模式的UNI將對帶VLAN的幀進行透傳，此時需在該PE節點上將PW默認的“以太模式”改成“以太Tag模式”，以確保在對PW封裝前先對幀添加SVLAN，接著送到PTN網內進行傳送，到達左側出口PE的UNI時去掉PW封裝，同時因該接口已使用了Tag Aware模式會保留幀的SVLAN，對SVLAN值進行改寫以確保該接口上不同線路的SVLAN不重復，再發往EPON，由EPON剝除SVLAN還原用戶數據幀，最終傳遞給用戶。

而對承載不帶CVLAN幀的線路，則在配置PW時應保持直連光纖端PTN PE設備上默認的“以太模式”配置，以確保反向無VLAN Tag流量，只在Hybrid模式接口添加一層SVLAN后實現互通，其余配置則與“帶CVLAN的用戶幀的線路”相同。

通過上述分析可知，對于攜帶和不攜帶CVLAN的用戶幀，場景2的線路配置方法存在差異，因而在配置前必須事先了解用戶CVLAN的使用情況，EPON作為PTN的末端接入能實現業務的連通。

3.3 場景3：點對多點（用戶各端都用EPON接入）

場景3為點對多點PTN用戶線路，用戶總頭及各分點全部使用EPON作為PTN末端接入，針對“總頭—分點”類用戶，在大型政企、金融客戶中較為常見。為了區分某個用戶的多個分點，用戶總頭需根據發往不同分點的數據幀攜帶的不同CVLAN規則將幀發送給運營商，PTN則應根據最外層的特定VLAN封裝到特定PW，從而發送給特定分點。

幀的端到端傳遞和處理過程如圖3所示。用戶發送的CVLAN一般為單層多值VLAN，其中會有部分幀因用戶使用Native VLAN而不攜帶VLAN Tag，此時ONU透傳數據幀，OLT可使用Selective VLAN特性針對不同ONU發來的不同CVLAN封裝不同的SVLAN。例如，對ONU 1發來的CVLAN號為100的幀添加SVLAN 2001，對ONU 1發來的CVLAN號為200的幀添加SVLAN 2002，對ONU 2發來的CVLAN號為100的幀添加SVLAN 2003，依此類推。單個OLT上不允許復用SVLAN號，而各OLT之間則可復用。匯聚交換機透傳數據幀后交由PTN入口PE處理。此時PTN兩端UNI均應配置成Tag Aware模式。入口PE根據SVLAN區分不同用戶到不同方向的線路，并將數據幀封裝進相應PW在PTN網內進行傳送，PTN出口PE則根據PW區分不同線路并對SVLAN進行改寫，以確保單個UNI內不同線路的SVLAN不重復，改寫后交由EPON確保OLT能區分數據分組發往哪個ONU，EPON負責剝除外層標簽還原成用戶數據幀交由用戶處理。此場景下雙向流量的處理方式相同。

場景3較為理想化，即上海電信需為用戶的總頭及所有各分點都提供EPON接入，但受限于EPON的布點資源，很難實現。在此場景下，EPON能作為PTN末端接入實現線路的連通。

3.4 場景4：點對多點（用戶總頭用EPON，而分點用直連光纖接入）

場景4為點對多點PTN線路，總頭使用EPON作為PTN末端接入，部分分點使用EPON接入，部分則使用直連光纖接入，可根據各分點是否擁有EPON資源進行組網，主要針對“總頭—分點”類用戶，其物理連接拓撲比較符合實際情況。

此場景下使用EPON接入的部分分點，其流量雙向轉發過程和場景3相同，在此不再贅述。用戶發送幀的CVLAN情況與場景3相同，幀的端到端傳遞和處理過程如圖4所示。對于總頭到分點的流量，ONU透傳數據幀，OLT使用Selective VLAN模式針對不同ONU發送來的不同CVLAN封裝不同的SVLAN。PTN入口PE的UNI采用Tag Aware模式，根據SVLAN區分不同用戶到不同方向的線路，并將幀封裝進PW后在PTN網內進行傳送；PTN出口PE的UNI配置成Hybrid模式，以根據PW區分不同線路并在UNI對SVLAN進行剝除處理，還原成用戶原始數據幀并交由用戶設備處理。而對分點到總頭的反向流量，用戶流量到達右側PTN入口PE的UNI后，其Hybrid屬性會對帶CVLAN的幀透傳，對無CVLAN的幀添加指定SVLAN，此時需對承載“帶CVLAN幀”的線路設置PW“以太Tag模式”以實現追加SVLAN后進行PW封裝，而對承載“不帶CVLAN幀”的線路則采用默認配置的PW“以太模式”來確保只有單層VLAN并封裝入PW。在PTN網內傳送后，出口PE對SVLAN進行改寫，以確保單個PTN出接口上不同線路的SVLAN不重復，然后交由EPON剝除SVLAN還原用戶數據幀后傳遞給用戶。

根據目前EPON和PTN的布點情況，預計點到多點用戶會較多地應用到場景4中，在此場景下，EPON能作為接入手段實現與PTN的互連。

3.5 場景5：點到多點（總頭直連光纖而分點EPON接入）

場景5為Hub-Spoke結構的PTN線路，總頭端使用直連光纖作為PTN末端接入，部分分點使用EPON，部分使用直連光纖作為PTN末端接入，針對“總頭—分點”類用戶。對于總頭和部分分點使用直連光纖接入的情況，因現網中已有大量應用且無特殊設置，本文不再加以分析。

總頭使用直連光纖，分點末端使用EPON接入，其用戶發送幀的CVLAN情況與場景3相同。幀的端到端傳遞和處理過程如圖5所示。對于總頭到分點的流量，PTN入口PE的UNI應配置為Hybrid模式，對帶有CVLAN的幀透傳，對不帶CVLAN的幀添加指定CVLAN，此時需將該PE的PW默認的“以太模式”配置改成“以太Tag模式”，對幀添加外層SVLAN，而出口PE接口配置Tag Aware屬性并對SVLAN進行改寫，以確保PTN出口上不同線路的SVLAN不重復，EPON負責剝除SVLAN標簽將數據幀交由用戶設備處理。但此時會出現一個問題，若EPON按先前的規則配置，總頭發出的不帶CVLAN Tag的幀在用戶分頭接收時卻攜帶了由網絡添加的CVLAN Tag，違背了透傳原則，會導致用戶無法接收，要解決此問題需明確要求用戶發出的幀必須攜帶CVLAN或者通過在EPON的ONU

上設置剝離CVLAN來實現透傳。

對于反向攜帶CVLAN的用戶流量，OLT使用Selective VLAN模式針對下掛的不同ONU發送來的不同CVLAN封裝不同的SVLAN，PTN的PE進行PW封裝后在網內傳遞，到達出口PE后先改寫SVLAN，確保PE單接口上不同線路的SVLAN不同，然后由出口的Hybrid模式負責剝離SVLAN還原成用戶幀。而對于不帶CVLAN的用戶流量，則需要由入口ONU負責打上CVLAN Tag。

通過分析可知，在該場景下，需了解用戶幀的CVLAN情況，并對不帶CVLAN的用戶幀進行特殊配置以實現連通。

4 結束語

通過上述對EPON和PTN互連的5種場景的分析，得出如下結論：PTN與EPON能否實現連通的關鍵在于對VLAN的處理。在PTN點對點線路情況下，EPON作為其末端接入能夠滿足各種場景需要；而在點對多點線路的情況下，能滿足多數場景的要求，但對于總頭是直連光纖而分點是EPON接入的場景則需特別注意，需強制要求用戶流量必須攜帶CVLAN或對EPON的ONU進行CVLAN設置。

總體來說，要成功實現5種場景的應用，應根據用戶發送的數據幀是否存在CVLAN的情況在PTN網內采用不同的配置，這就要求運營商必須對用戶的流量有所了解。需要指出的是，華為技術有限公司提供的PTN網管現網版本尚不支持在“全局”視角下完成針對外層VLAN增/刪等操作的配置，若采用EPON實現PTN末端接入并大規模部署，會因對PTN節點的“單站”逐臺配置造成配置量大幅增加，并對今后運維不利。而針對不同場景，EPON的配置方法也有著很大差別，會增加設備配置的復雜程度。EPON作為多種業務共享的接入平臺，最終是否適合作為PTN的末端接入，除了連通性外，還需綜合考慮QoS等級、安全性、開通流程和維護界面等因素。

綜上所述，筆者認為EPON作為PTN末端接入雖能解決光纖資源不足的問題，但時機還不成熟，尚不具備大規模部署的條件。目前華為技術有限公司已接受上海電信提出的建議，正著手開發PTN網管系統新版本，以實現在“全局”視角下對外層VLAN進行增/刪等操作的配置，預計2012年底前可實現部署，屆時PTN末端采用EPON接入的方案將有可能大規模部署。

1 華為技術有限公司.PTN產品工程師培訓教材，2010

2 中國電信股份有限公司上海分公司.基于EPON的城市光網資源及業務配置規范，2010

3 唐建軍.EPON技術及組網應用研究.中興通訊技術，2008(11)