EPON與EOC廣電雙向解決方案

一、引言

隨著Internet的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)用戶對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求日漸增長。為了滿足市場的需要，通信網(wǎng)的主干部分已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，而一直變化較少的傳統(tǒng)接入網(wǎng)已經(jīng)成為整個網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸，各種新的寬帶接入技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。

PON技術(shù)的發(fā)展：

APON（ATMPON）

1995年提出，1996年由13家大型網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商同它們的主要設(shè)備供應(yīng)商組成了FSAN(FullServiceAccessNetwork)聯(lián)盟，155Mb/s的PON系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，ATM傳輸協(xié)議，ITU-TG.983系列標(biāo)準(zhǔn)；

BPON（BroadbandPON）

2001年，APON標(biāo)準(zhǔn)后來得到了加強(qiáng)，可支持622Mb/s的傳輸速率，同時(shí)加上了動態(tài)帶寬分配、保護(hù)等功能，能提供以太網(wǎng)接入、視頻發(fā)送、高速租用線路等業(yè)務(wù)，寬帶的PON；

GPON（GigabitPON）

FSAN聯(lián)盟進(jìn)行1Gb/s以上速率的PON標(biāo)準(zhǔn)研究，希望提出一種方案，除了能運(yùn)行在更高的速率外，還要在多業(yè)務(wù)、OAMP、可擴(kuò)縮性等方面較之其它的PON效率更高。這一研究使得GigabitPON(GPON)出現(xiàn)。2003年1月，ITU-T批準(zhǔn)確立了GPON標(biāo)準(zhǔn)G.984.1、G.984.2和G.984.3；

摘要：以太無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）即將成為寬帶接入的最有效的通信方法，為EPON系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定、有效的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)顯得尤為重要。簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。本文分析了基于SNMP的EPON網(wǎng)管結(jié)構(gòu)，按配置管理、性能管理、故障管理、安全管理等功能設(shè)計(jì)了EPON網(wǎng)管系統(tǒng)，并分別在管理站和代理站上予以實(shí)現(xiàn)。

2000年11月，IEEE成立了802.3EFM(EthernetintheFirstMile)研究組，業(yè)界有21個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商發(fā)起成立了EFMA，實(shí)現(xiàn)Gb/s以太網(wǎng)點(diǎn)到多點(diǎn)的光傳送方案，所以又稱GEPON（GigabitEthernetPON）。EFM標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3ah；

EPON就是一種新興的寬帶接入技術(shù)，它通過一個單一的光纖接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音及視頻的綜合業(yè)務(wù)接入，并具有良好的經(jīng)濟(jì)性。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，F(xiàn)TTH是寬帶接入的最終解決方式，而EPON也將成為一種主流寬帶接入技術(shù)。由于EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，寬帶入戶的特殊優(yōu)越性，以及與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)天然的有機(jī)結(jié)合，使得全世界的專家都一致認(rèn)為，無源光網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)合一”和解決信息高速公路“最后一公里”的最佳傳輸媒介。

本文引用地址：http://2s4d.com/article/201706/353501.htmEPON接入系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

局端（OLT）與用戶（ONU）之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，無需租用機(jī)房、無需配備電源、無需有源設(shè)備維護(hù)人員，因此，可有效節(jié)省建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)成本；

EPON采用以太網(wǎng)的傳輸格式同時(shí)也是用戶局域網(wǎng)/駐地網(wǎng)的主流技術(shù)，二者具有天然的融合性，消除了復(fù)雜的傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換帶來的成本因素；

采用單纖波分復(fù)用技術(shù)（下行1490nm，上行1310nm），僅需一根主干光纖和一個OLT，傳輸距離可達(dá)20公里。在ONU側(cè)通過光分路器分送給最多32個用戶，因此可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力；

上下行均為千兆速率，下行采用針對不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼?，上行利用時(shí)分復(fù)用（TDMA）共享帶寬。高速寬帶，充分滿足接入網(wǎng)客戶的帶寬需求，并可方便靈活的根據(jù)用戶需求的變化動態(tài)分配帶寬；

點(diǎn)對多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，只需增加ONU數(shù)量和少量用戶側(cè)光纖即可方便地對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容升級，充分保護(hù)運(yùn)營商的投資；

EPON具有同時(shí)傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數(shù)據(jù)采用IEEE802.3以太網(wǎng)的格式進(jìn)行傳輸，輔以電信級的網(wǎng)管系統(tǒng)，足以保證傳輸質(zhì)量。通過擴(kuò)展第三個波長（通常為1550nm）即可實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)廣播傳輸。

由于EPON的眾多優(yōu)點(diǎn)，它越來越受到人們的青睞，即將成為寬帶接入網(wǎng)一種最有效的通信方法。為了保證EPON網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定、高效、準(zhǔn)確的運(yùn)行，為EPON提供一個有效的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)顯得尤為重要。

在網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域，隨著基于TCP/IP體系的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的不斷發(fā)展，SNMP已經(jīng)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)?；赟NMP的EPON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是指采用SNMP管理協(xié)議框架，對EPON網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的資源實(shí)現(xiàn)有效管理的系統(tǒng)。

二、SNMP的介紹

SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）是一種基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，它使用UDP作為傳輸層協(xié)議，能管理支持代理進(jìn)程的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。SNMP主要包括SMI（管理信息結(jié)構(gòu)）、MIB（管理信息庫）和SNMP協(xié)議幾部分。SMI給出了管理對象定義的一般框架。MIB是設(shè)備所維護(hù)的全部被管理對象的結(jié)構(gòu)集合。SNMP協(xié)議包括SNMP操作、SNMP信息的格式以及如何在應(yīng)用程序和設(shè)備間交換消息。

SNMP采用代理/管理站模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。SNMP有5種消息類型，分別為Get-Request、Get-Response、Get-Next-Request、Set-Request和Trap。代理和管理站之間通過這幾種消息報(bào)文進(jìn)行相互通信，以獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的各種信息，從而控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的正常運(yùn)行。

三、EPON網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本EPON系統(tǒng)的管理對象為1個OLT（光線路終端）和32個ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）?；赟NMP的EPON網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所示。

EMS網(wǎng)管系統(tǒng)安裝在工作站，與OLT設(shè)備之間通過帶外網(wǎng)管接口（F接口）相連。EMS網(wǎng)管系統(tǒng)和OLT、ONU設(shè)備之間采用SNMP協(xié)議進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)在EMS中對OLT、ONU的統(tǒng)一管理。通信的方式有2種：

（1）輪詢。管理站每隔一段時(shí)間對所有OLT和ONU代理站的MIB進(jìn)行主動查詢，各代理站返回被查詢的結(jié)點(diǎn)值。

（2）告警（trap）。當(dāng)某些指定事件發(fā)生時(shí)，代理進(jìn)程向管理站發(fā)送trap報(bào)文。管理站接收、顯示告警事件，并做相應(yīng)處理。

同時(shí)OLT設(shè)備和ONU設(shè)備具備本地Console接口，可以實(shí)現(xiàn)本地操作管理維護(hù)。

四、EPON網(wǎng)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

EPON網(wǎng)管系統(tǒng)按照網(wǎng)管功能分為四大模塊：配置管理、性能管理、故障管理和安全管理。

1.配置管理

配置管理主要是組織EPON網(wǎng)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的資源和數(shù)據(jù)，構(gòu)造和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置，識別各網(wǎng)元，保證網(wǎng)元的基本配置，監(jiān)控當(dāng)前配置和按照具體情況改變配置，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，收集并存儲各參數(shù)，報(bào)告與基本配置值的偏差，啟動和關(guān)閉資源等。

EPON配置管理包括系統(tǒng)初次啟動時(shí)的配置管理和系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的配置管理。

啟動時(shí)，針對EPON網(wǎng)絡(luò)，可自動或手動生成OLT、ONU設(shè)備拓?fù)鋱D，顯示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中各OLT、ONU設(shè)備的狀態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D生成后，SNMP管理進(jìn)程采用輪詢的方式定期查詢SNMP代理進(jìn)程，收集設(shè)備信息用于更新數(shù)據(jù)庫，以實(shí)現(xiàn)配置信息的實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)正常運(yùn)行后，網(wǎng)管可根據(jù)需要隨時(shí)手動設(shè)置其各項(xiàng)配置參數(shù)。如可以設(shè)置各OLT、ONU代理的標(biāo)識信息和系統(tǒng)信息，啟用、禁用某個端口，配置各端口的工作狀態(tài)，配置網(wǎng)橋的工作參數(shù)，配置VLAN，重啟設(shè)備等。還提供基于用戶的動態(tài)帶寬管理。
2.性能管理

性能管理功能對EPON網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行監(jiān)視、檢測，采集相關(guān)性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、診斷，從而為網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步規(guī)劃與調(diào)整提供依據(jù)，以保證網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

EPON的性能管理功能分為性能監(jiān)測、性能管理控制和性能統(tǒng)計(jì)分析。性能監(jiān)測是連續(xù)的收集OLT、ONU上與性能相關(guān)的數(shù)據(jù)，根據(jù)性能數(shù)據(jù)確定網(wǎng)元的性能，從而掌握設(shè)備單元因不太頻繁或間斷的差錯導(dǎo)致業(yè)務(wù)質(zhì)量變差的性能情況。性能管理控制的目的是支持管理人員發(fā)出控制命令或網(wǎng)管軟件自動發(fā)出控制命令，以改善OLT、ONU性能。它可以設(shè)置性能管理數(shù)據(jù)采集周期、設(shè)置性能監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲過濾條件，并對門限值進(jìn)行管理。性能統(tǒng)計(jì)分析是對收集到的性能數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的處理，以分析表或分析圖的形式報(bào)告分析結(jié)果。如計(jì)算接口利用率、接口的輸入錯誤率、接口輸出錯誤率、吞吐率等。

3.故障管理

故障管理功能提供對EPON網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)測、故障定位，保護(hù)切換與恢復(fù)，并存儲故障信息供以后查詢。對來自硬件設(shè)備或路徑結(jié)點(diǎn)的報(bào)警進(jìn)行監(jiān)控、報(bào)告和存儲，對故障進(jìn)行診斷、定位和處理，是故障管理的重要工作。

當(dāng)監(jiān)測到網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備故障或異常時(shí)，網(wǎng)管系統(tǒng)實(shí)時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。一些故障、異常是由網(wǎng)管程序通過查詢代理站MIB發(fā)現(xiàn)的，而另一些是代理站通過Trap通知管理站發(fā)現(xiàn)的?？梢栽O(shè)置各種告警事件的告警等級。不同等級的告警事件采取不同的告警指示和處理措施。

網(wǎng)管系統(tǒng)收到告警信息后，進(jìn)行分析和提示，然后針對不同等級的告警，進(jìn)行不同的處理。對于嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的故障，需要進(jìn)行故障定位和測試。啟動故障定位過程，試圖從這些過程中獲取相關(guān)信息。進(jìn)行故障定位后，網(wǎng)管系統(tǒng)會盡快做出響應(yīng)，采取故障修復(fù)措施，使EPON網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常。

告警信息被存儲到本地?cái)?shù)據(jù)庫?？梢园凑崭婢瘯r(shí)間、告警設(shè)備、告警等級等關(guān)鍵字查詢歷史告警信息。根據(jù)全部告警信息，進(jìn)行告警統(tǒng)計(jì)分析，繪制出統(tǒng)計(jì)圖表。

4.安全管理

安全管理功能通過訪問操作控制策略等方法保證管理應(yīng)用程序和管理信息不被非法訪問和破壞。

用戶標(biāo)識和鑒定，是網(wǎng)管系統(tǒng)提供的最外層的安全保護(hù)措施。網(wǎng)管用戶在啟動程序前必須輸入用戶名和登陸密碼，系統(tǒng)在核實(shí)鑒定了用戶身份以后才能提供網(wǎng)管系統(tǒng)的使用權(quán)。用戶被分為3個等級，不同等級的用戶設(shè)置不同的管理權(quán)限，第一級用戶擁有最高管理權(quán)限，可以使用網(wǎng)管系統(tǒng)提供的所有功能；低級用戶在設(shè)置參數(shù)、操作設(shè)備等權(quán)限上被限制；高級用戶擁有低級用戶的所有權(quán)限，并能對低級用戶進(jìn)行管理。

系統(tǒng)還提供安全日志，登陸者的所有操作將被錄入數(shù)據(jù)庫，以便維護(hù)和檢查使用。

五、EPON網(wǎng)管系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

EPON網(wǎng)管系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括管理站網(wǎng)管軟件的實(shí)現(xiàn)和代理站軟件的實(shí)現(xiàn)。

1.管理站網(wǎng)管軟件的實(shí)現(xiàn)

管理站網(wǎng)管系統(tǒng)是為用戶提供友好的交互式界面，利用SNMP協(xié)議對代理進(jìn)程實(shí)現(xiàn)管理的控制實(shí)體。
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通信模塊的功能是按照SNMP協(xié)議，對網(wǎng)絡(luò)中的代理站（OLT和ONU）發(fā)送、接收SNMP報(bào)文，從而獲取或設(shè)置代理站中MIB庫的相應(yīng)信息。一方面，它將上層的操作、信息封裝成對應(yīng)的PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元），向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送。另一方面，它接收代理發(fā)給自己的PDU，并解析成上層可識別的信息，向上傳遞。對應(yīng)于5種消息類型，SNMP有5種類型

數(shù)據(jù)采集、處理模塊負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)分析、處理、儲存或者送往上層。對各種采集到的數(shù)據(jù)，要按照配置、性能、故障幾個模塊的需求進(jìn)行轉(zhuǎn)換，向上傳送。一些數(shù)據(jù)直接可以給上層顯示使用；一些采集到的數(shù)據(jù)需要處理后，再送往上層顯示。如通過訪問接口MIB，可以得到每個接口在每個時(shí)刻的總流量?？梢栽O(shè)置每隔一秒鐘取一次值，然后計(jì)算秒間總流量差值，得到接口每秒鐘的流量。有些數(shù)據(jù)暫時(shí)不需要顯示，需要儲存在數(shù)據(jù)庫，供以后查詢使用。

顯示模塊是面向用戶的。它按照配置管理、性能管理、故障管理、安全管理幾個模塊分類，以圖形化界面形式顯示各項(xiàng)信息，并且提供人機(jī)接口，供配置使用。

本系統(tǒng)是在Windows環(huán)境下，用VC++6.0開發(fā)出來的。通信模塊是利用Windows提供的API函數(shù)，封裝成一個SNMP類，來實(shí)現(xiàn)SNMP的各種操作。按照顯示模塊的需要，數(shù)據(jù)處理模塊采用各種算法對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。顯示模塊則以對話框、列表框、曲線圖等形式，提供直觀、方便的圖形化界面。
2.代理站軟件的實(shí)現(xiàn)

SNMP在代理站的實(shí)現(xiàn)工作主要包括代理進(jìn)程軟件的實(shí)現(xiàn)和MIB的設(shè)計(jì)與組織。

(1)代理進(jìn)程軟件的實(shí)現(xiàn)

代理進(jìn)程軟件實(shí)現(xiàn)SNMP協(xié)議，并管理MIB。它實(shí)際上是一個執(zhí)行無限循環(huán)的守護(hù)進(jìn)程，在循環(huán)中，它接收管理站的SNMP請求，然后進(jìn)行相應(yīng)的操作，并作出響應(yīng)。同時(shí)，代理進(jìn)程能夠根據(jù)自身管理的MIB信息，主動向管理站發(fā)送陷阱報(bào)文（Trap），以通知管理站所管理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生了異常事件，實(shí)現(xiàn)故障告警。

通常，在開發(fā)過程中使用一些軟件開發(fā)包可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。ucd-snmp軟件包是一個廣泛使用的實(shí)現(xiàn)SNMP代理開發(fā)的免費(fèi)軟件包，它支持SNMPv1/v2c/v3，支持分布式代理的開發(fā)，支持MIB-II。它包括SNMP協(xié)議模塊和MIB管理模塊，實(shí)現(xiàn)了SNMP代理站的基本框架。

(2)EPON設(shè)備MIB的設(shè)計(jì)與組織

OLT、ONU設(shè)備的MIB主要包括RFC1213定義的MIB-II、RFC1573定義的InterfacesMIB、RFC1493定義的BridgeMIB和根據(jù)EPON設(shè)備需要自定義的私有MIB。

MIB-II包含了基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)管信息，包括系統(tǒng)組、接口組、IP組、ICMP組、UDP組、SNMP組等基本管理對象。通過MIB-II，我們可以獲取OLT、ONU設(shè)備運(yùn)行的基本網(wǎng)絡(luò)信息，如系統(tǒng)信息、端口基本信息、IP、ICMP等類型數(shù)據(jù)包的統(tǒng)計(jì)等，對某些對象可以配置。InterfacesMIB是針對改善MIB-II中的接口組的不足和缺陷，發(fā)展而來的一個以定義網(wǎng)絡(luò)接口管理對象為主的MIB。BridgeMIB是一個定義網(wǎng)橋管理對象的MIB，它包括一般網(wǎng)橋管理信息、生成樹網(wǎng)橋管理信息和透明網(wǎng)橋管理信息。它主要對OLT設(shè)備中所具有的生成樹網(wǎng)橋的設(shè)置、監(jiān)測提供網(wǎng)絡(luò)管理手段。

自定義MIB是針對OLT、ONU特殊管理對象和特殊功能而定義的，主要包含各OLT、ONU的特殊系統(tǒng)信息和帶寬控制管理兩部分。特殊系統(tǒng)信息包括硬件系統(tǒng)信息和軟件系統(tǒng)信息。如我們的EPON系統(tǒng)上行是采用WDMA方式的，對于每個ONU端，對應(yīng)于不同的上行波長。把波長信息加入每個ONU的自定義MIB中，這樣通過網(wǎng)管系統(tǒng)就可以查詢各ONU的波長相關(guān)信息了。帶寬控制管理MIB是自定義MIB的一個重要部分，通過它，我們可以遠(yuǎn)程進(jìn)行基于用戶的帶寬管理。

六、結(jié)束語

隨著EPON的快速發(fā)展，為EPON設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個穩(wěn)定高效和準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)具有重要的意義。