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)絡用戶對網(wǎng)絡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)絡中的瓶頸，各種新的寬帶接入技術成為研究的熱點。

PON技術的發(fā)展：

APON（ATMPON）

1995年提出，1996年由13家大型網(wǎng)絡運營商同它們的主要設備供應商組成了FSAN(FullServiceAccessNetwork)聯(lián)盟，155Mb/s的PON系統(tǒng)技術規(guī)范，ATM傳輸協(xié)議，ITU-TG.983系列標準；

BPON（BroadbandPON）

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

GPON（GigabitPON）

FSAN聯(lián)盟進行1Gb/s以上速率的PON標準研究，希望提出一種方案，除了能運行在更高的速率外，還要在多業(yè)務、OAMP、可擴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批準確立了GPON標準G.984.1、G.984.2和G.984.3；

摘要：以太無源光網(wǎng)絡（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)絡管理系統(tǒng)顯得尤為重要。簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議（SNMP）是當今應用最廣泛的網(wǎng)絡管理協(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、安全管理等功能設計了EPON網(wǎng)管系統(tǒng)，并分別在管理站和代理站上予以實現(xiàn)。

2000年11月，IEEE成立了802.3EFM(EthernetintheFirstMile)研究組，業(yè)界有21個網(wǎng)絡設備制造商發(fā)起成立了EFMA，實現(xiàn)Gb/s以太網(wǎng)點到多點的光傳送方案，所以又稱GEPON（GigabitEthernetPON）。EFM標準IEEE802.3ah；

EPON就是一種新興的寬帶接入技術，它通過一個單一的光纖接入系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音及視頻的綜合業(yè)務接入，并具有良好的經(jīng)濟性。業(yè)內(nèi)人士普遍認為，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。由于EPON網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的特點，寬帶入戶的特殊優(yōu)越性，以及與計算機網(wǎng)絡天然的有機結(jié)合，使得全世界的專家都一致認為，無源光網(wǎng)絡是實現(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://m.butianyuan.cn/article/201706/353501.htmEPON接入系統(tǒng)具有如下特點：

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

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

采用單纖波分復用技術（下行1490nm，上行1310nm），僅需一根主干光纖和一個OLT，傳輸距離可達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?，上行利用時分復用（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；

點對多點的結(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)進行擴容升級，充分保護運營商的投資；

EPON具有同時傳輸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。通過擴展第三個波長（通常為1550nm）即可實現(xiàn)視頻業(yè)務廣播傳輸。

由于EPON的眾多優(yōu)點，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)絡能夠穩(wěn)定、高效、準確的運行，為EPON提供一個有效的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)顯得尤為重要。

在網(wǎng)絡管理領域，隨著基于TCP/IP體系的網(wǎng)絡管理技術的不斷發(fā)展，SNMP已經(jīng)成為事實上的標準?；赟NMP的EPON網(wǎng)絡管理系統(tǒng)是指采用SNMP管理協(xié)議框架，對EPON網(wǎng)絡實體的資源實現(xiàn)有效管理的系統(tǒng)。

二、SNMP的介紹

SNMP（簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議）是一種基于TCP/IP的網(wǎng)絡管理協(xié)議，它使用UDP作為傳輸層協(xié)議，能管理支持代理進程的網(wǎng)絡設備。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是設備所維護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用程序和設備間交換消息。

SNMP采用代理/管理站模型進行網(wǎng)絡管理。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文進行相互通信，以獲取網(wǎng)絡設備的各種信息，從而控制網(wǎng)絡設備的正常運行。

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)絡單元）。基于SNMP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設備之間采用SNMP協(xié)議進行通信，實現(xiàn)在EMS中對OLT、ONU的統(tǒng)一管理。通信的方式有2種：

（1）輪詢。管理站每隔一段時間對所有OLT和ONU代理站的MIB進行主動查詢，各代理站返回被查詢的結(jié)點值。

（2）告警（trap）。當某些指定事件發(fā)生時，代理進程向管理站發(fā)送trap報文。管理站接收、顯示告警事件，并做相應處理。

同時OLT設備和ONU設備具備本地Console接口，可以實現(xiàn)本地操作管理維護。

四、EPON網(wǎng)管系統(tǒng)的設計

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)運轉(zhuǎn)所需要的資源和數(shù)據(jù)，構(gòu)造和維護網(wǎng)絡系統(tǒng)的配置，識別各網(wǎng)元，保證網(wǎng)元的基本配置，監(jiān)控當前配置和按照具體情況改變配置，設置系統(tǒng)參數(shù)，收集并存儲各參數(shù)，報告與基本配置值的偏差，啟動和關閉資源等。

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

啟動時，針對EPON網(wǎng)絡，可自動或手動生成OLT、ONU設備拓撲圖，顯示當前網(wǎng)絡中各OLT、ONU設備的狀態(tài)。在網(wǎng)絡拓撲圖生成后，SNMP管理進程采用輪詢的方式定期查詢SNMP代理進程，收集設備信息用于更新數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)配置信息的實時性。系統(tǒng)正常運行后，網(wǎng)管可根據(jù)需要隨時手動設置其各項配置參數(shù)。如可以設置各OLT、ONU代理的標識信息和系統(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)絡性能進行監(jiān)視、檢測，采集相關性能統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行分析、診斷，從而為網(wǎng)絡進一步規(guī)劃與調(diào)整提供依據(jù)，以保證網(wǎng)絡的業(yè)務質(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)計分析。性能監(jiān)測是連續(xù)的收集OLT、ONU上與性能相關的數(shù)據(jù)，根據(jù)性能數(shù)據(jù)確定網(wǎng)元的性能，從而掌握設備單元因不太頻繁或間斷的差錯導致業(yè)務質(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。它可以設置性能管理數(shù)據(jù)采集周期、設置性能監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲過濾條件，并對門限值進行管理。性能統(tǒng)計分析是對收集到的性能數(shù)據(jù)做進一步的處理，以分析表或分析圖的形式報告分析結(jié)果。如計算接口利用率、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)絡故障監(jiān)測、故障定位，保護切換與恢復，并存儲故障信息供以后查詢。對來自硬件設備或路徑結(jié)點的報警進行監(jiān)控、報告和存儲，對故障進行診斷、定位和處理，是故障管理的重要工作。

當監(jiān)測到網(wǎng)絡、設備故障或異常時，網(wǎng)管系統(tǒng)實時產(chǎn)生報警。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，進行分析和提示，然后針對不同等級的告警，進行不同的處理。對于嚴重影響網(wǎng)絡運行的故障，需要進行故障定位和測試。啟動故障定位過程，試圖從這些過程中獲取相關信息。進行故障定位后，網(wǎng)管系統(tǒng)會盡快做出響應，采取故障修復措施，使EPON網(wǎng)絡恢復正常。

告警信息被存儲到本地數(shù)據(jù)庫?？梢园凑崭婢瘯r間、告警設備、告警等級等關鍵字查詢歷史告警信息。根據(jù)全部告警信息，進行告警統(tǒng)計分析，繪制出統(tǒng)計圖表。

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用程序和管理信息不被非法訪問和破壞。

用戶標識和鑒定，是網(wǎng)管系統(tǒng)提供的最外層的安全保護措施。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；低級用戶在設置參數(shù)、操作設備等權(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，以便維護和檢查使用。

五、EPON網(wǎng)管系統(tǒng)的實現(xiàn)

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

1.管理站網(wǎng)管軟件的實現(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)議對代理進程實現(xiàn)管理的控制實體。
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通信模塊的功能是按照SNMP協(xié)議，對網(wǎng)絡中的代理站（OLT和ONU）發(fā)送、接收SNMP報文，從而獲取或設置代理站中MIB庫的相應信息。一方面，它將上層的操作、信息封裝成對應的PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元），向網(wǎng)絡中發(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。對應于5種消息類型，SNMP有5種類型

數(shù)據(jù)采集、處理模塊負責將采集的數(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刻的總流量?？梢栽O置每隔一秒鐘取一次值，然后計算秒間總流量差值，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信息，并且提供人機接口，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.代理站軟件的實現(xiàn)

SNMP在代理站的實現(xiàn)工作主要包括代理進程軟件的實現(xiàn)和MIB的設計與組織。

(1)代理進程軟件的實現(xiàn)

代理進程軟件實現(xiàn)SNMP協(xié)議，并管理MIB。它實際上是一個執(zhí)行無限循環(huán)的守護進程，在循環(huán)中，它接收管理站的SNMP請求，然后進行相應的操作，并作出響應。同時，代理進程能夠根據(jù)自身管理的MIB信息，主動向管理站發(fā)送陷阱報文（Trap），以通知管理站所管理的網(wǎng)絡設備發(fā)生了異常事件，實現(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現(xiàn)SNMP代理開發(fā)的免費軟件包，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，實現(xiàn)了SNMP代理站的基本框架。

(2)EPON設備MIB的設計與組織

OLT、ONU設備的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設備需要自定義的私有MIB。

MIB-II包含了基于TCP/IP網(wǎng)絡的基本網(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設備運行的基本網(wǎng)絡信息，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設備中所具有的生成樹網(wǎng)橋的設置、監(jiān)測提供網(wǎng)絡管理手段。

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，我們可以遠程進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設計和實現(xiàn)一個穩(wěn)定高效和準確的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)具有重要的意義。