基于NGPON系统的ONU配置管理技术

肖 青，黄婷熙

(a.光纤通信技术和网络国家实验室;b.烽火网络有限公司，湖北武汉430074)

在第3次电信重组后，无论是固网运营商还是移动运营商现在都向全业务运营转型，全业务电信运营商，成为新组成的三大运营商急需扮演的一个全新角色。随着电信技术和业务的发展，视频、数据等宽带宽业务和应用日益丰富。预计到2012年前后，用户下行带宽至少20 Mbit/s，甚至更大，达到 50 ～100 Mbit/s，在以太网无源光网络(EPON)中按照每个PON口至少下带128个用户计算，PON口下行带宽至少2.5 Gbit/s，如果用户下行带宽要求更高，每个PON口下带用户更多(比如512个)，PON口下行带宽将要求10 Gbit/s。面对用户带宽的长期需求，服务商需要提供更宽带宽的下一代互联网接入技术。而ONU作为PON系统的最底层，直接与用户终端设备相连，怎样高效地对其进行配置管理也是下一代PON接入网急需解决的问题。随着市面上光网络单元(ONU)种类越来越多，传统的ONU配置管理技术会变得越来越繁冗。

1 EPON网络架构概述

EPON无源光网络是一种点到多点(Point to Multipoint Optical Access Network)［1］的光接入网络，其下行数据传输采用广播的方式，通过在数据帧前导码中插入ONU的逻辑链路标识(LLID)［2-3］，当ONU收到数据时，比较LLID来判断数据丢弃或转发［4］。正是因为其天然的广播特性，能高效地支持组播或广播业务。上行方向通过时分复用(TDM)以及动态带宽分配(DBA)［5］对ONU进行动态管理。在网络改造中“光进铜退”是必然的趋势，“光纤到户(FTTH)”是网络改造的最终目标，但是对于现在不同的应用场景，其入网方式也各不相同，对于新建的小区便于线路铺设，一般采用光纤到楼道(FTTB)+以太网(LAN)［6］技术，或是直接采用 FTTH，而对于比较陈旧的社区，其入网方式可以采用FTTB+基于同轴电缆的以太网技术(EoC)，或是 FTTB+ADSL［7］等，其主要网络架构如图1所示。

图1 EPON业务承载拓扑结构图

2 传统的ONU配置管理技术

在早期，由于中国电信EPON设备技术要求还不是很成熟，设备之间的互通性基本上无法进行，各个厂商基本上都有属于自己的一套私有通信方案，即使使用相同的PON芯片，由于不同厂商对ONU的配置管理方案不同，能正常授权ONU，依旧不能开通业务，这就造成厂商之间的隔离，当服务商购买了某厂商的光线路终端(OLT)设备时用户必须匹配该厂商的ONU才能正常入网。也正是因为这一点，传统的ONU配置管理技术，建立在设备商制造的ONU型号之上。对不同型号的ONU采用不同通信方式对其进行配置管理。当ONU正常授权后，根据不同的协议层，其配置下发的方式也可以有多种。

1)通过链路层协议进行配置管理，也是EPON系统中最常用的通信方式，通过标准的或扩展的操作、管理维护协议(OAM)来管理ONU或对其下发配置。由于IEEE 802.3ah标准中定义的OAM功能比较有限，芯片制造商、设备制造商均可以定义自己的私有OAM协议，扩展的OAM协议数据单元(OAMPDU)应符合IEEE 802.3ah中关于OAM扩展的规定。其帧格式如图2所示。

图2 Organization Specific OAMPDU帧格式

设备商定义的私有OAM主要用于带扩展CPU的ONU中，在这种类型ONU中，OAM主体已经不是PON芯片，而是CPU，从OLT发送过来的OAMPDU首先经CPU解析，判断该帧的执行体，如果由PON芯片执行将再回传给PON执行完后，将返回码传递给CPU，然后再回传给OLT，其处理过程如图3所示。

图3FTTB型ONU OAM处理流程

2)通过传输层协议进行配置管理。由于ONU上配置比较多，特别是当对ONU进行配置后，重启ONU或重启设备进行配置恢复时，会下发大量配置，使用TCP进行传输，在下发配置前会有3次握手过程并且当某个配置下发错误时会出现重传现象，而主从通信对时延性要求比较高，当某个配置长期得不到响应时有可能导致后面的配置压栈，整个系统处于崩溃状态。在UDP套接口通信中，客户与服务器不需要建立连接，它只管用函数sendto给服务器发送数据报。类似地，服务器不从客户端接收连接，它只管调用函数recvfrom，等待来自某客户的数据到达。这一类通信方式基本上也是用于FTTB型ONU的配置管理中，当授权ONU后，根据ONU所接的槽位号、PON口号以及ONU授权号唯一地确定ONU的IP地址，然后建立套接字，通过UDP套接字进行通信。

3)通过应用层协议进行配置管理。基于TCP/IP的网络管理包含两个部分：管理进程和代理进程，其间的通信协议叫做简单网络管理协议(Simple Network Management Information，SNMP)。ONU正常授权后配置SNMP的相关参数，ONU作为一个SNMP实体，网元管理系统(EMS)基于SNMP协议实现对ONU的远程管理。与PON接口相关的远程管理功能(如加密、ONU基本信息上报、FEC功能管理等)由OAM方式实现，其他与业务相关的远程管理功能(如 VLAN、组播、端口管理、QoS、VoIP、TDM、告警、软件下载等)由SNMP方式实现。当网络管理单元与ONU之间建立连接后，OLT对配置命令是透明的。ONU上线后，通过其上报的标识信息确定ONU类型(onuType)，下发ONU配置时，在软件适配层根据不同的onuType建立不同的配置分支，其具体流程如图4所示。

图4 ONU配置管理流程

对于FTTH型ONU，OAM帧格式取决于所使用的芯片能力，有的PON芯片只支持CTC OAM帧格式，而有的芯片除了支持CTC OAM帧格式外还支持芯片厂商自己定义的帧格式。从图4中可以看出，ONU的配置是建立在onuType之上的，随着ONU的种类越来越多，管理分支会越来越混乱，特别是用于互通测试时，由于不知道各厂商的设备如何确定onuType，如果使用传统的管理方式就需要根据不同厂商的设备标识修改大量程序代码，在网管系统上也要添加相应的实体以便下发配置。为了互通测试，导致整个系统架构都要进行修改，工作量比较庞大，涉及到的人员也比较多，对于生产的新ONU类型，在网管系统数据库中要建立该ONU实体并且将其相关配置项以及ONU端口信息等存放在数据库中，当ONU类型比较多时，数据库会变得比较冗余，随着电信标准的日渐成熟，根据中国电信标准规定的能力集［8］，提出能力集模板的管理方案。

3 能力集模板的ONU配置管理技术

随着各大芯片厂商对电信标准的支持，通过能力集获取ONU的基本信息成为可能。在早期的电信标准中，能力集只是上报了端口，以及ONU所支持的业务信息，但这些信息远远不够定义一个ONU所支持的业务能力，也不适合用来对其进行管理。比如一个4口的家庭网关与4口的单住户单元(SFU)型ONU，上报的能力集几乎相同。在中国电信EPON设备技术要求V2.1版本中能力集2对能力集1进行了相应的补充，对ONU的整体能力进行了详细的描述，包括ONU设备形态(比如家庭网关、SFU、盒式多住户单元、小型插卡式MDU等)、是否支持多LLID、是否支持光链路保护、插卡式MDU的槽位数量、各种接口类型以及总端口数量、是否具有备用电池等。为了与以前的设备兼容，NGPON系统采用的是onuType+能力集模板混合管理方式，对于已知类型的ONU，依旧通过传统的ONU配置管理技术对其进行管理，对于新型号ONU或是异厂商ONU通过能力集模板管理方式进行管理。

能力集模板的ONU配置管理技术就是根据创建的能力集模板创建ONU实体，并将CTC型ONU(支持能力集模板管理方式的ONU，认为均符合中国电信EPON设备技术要求V2.1版本)的配置绑定在相应的ONU上。因此在使用能力集模板管理方式时，首先要建立能力集模板，然后将其绑定在相应的ONU上，当ONU授权成功后，网络管理系统会根据绑定的模板建立ONU相应的端口实体以及相应的配置项。在能力集模板中需要配置的选项主要有端口数目、端口类型以及ONU设备类型，根据不同的设备类型网管系统需要绑定不同的配置项。虽说现在仅仅对SFU型ONU进行能力集模板管理，为了扩展到不同类型的ONU，能力集模板中设备类型应是必选项。ONU上线时，线卡驱动层通过扩展的OAMPDU获取ONU的能力集，并上报给管理模块，在绑定能力集模板后，比较能力集模板里相关项与ONU上报的能力集是否相同，如果一致则进行正常授权，如果不一致则通过网管返错提示用户能力集模板绑定错误，其基本流程如图5所示。

图5 NGPON系统ONU配置管理流程图

由于现在能力集模板应用场景有限(仅适用于SFU型ONU)，图5中的设备形态判断分支可以删除，但是扩展的能力集模板管理方式需要保留该分支。在ONU授权成功对其下发配置时，定义ONU标识头部，其中包含授权号、MAC地址以及onuType，通过能力集模板授权的ONU，其onuType为65535，在配置模块中定义相应的宏：CHECK_TEK_FTTH_ONU_TYPE，CHECK_FTTB_ONU_TYPE，CHECK_CTC_ONU。将65535的 onuType定义在CHECK_CTC_ONU中，当 ONU类型为CHECK_TEK_FTTH_ONU_TYPE时，通过芯片私有的OAM帧对ONU进行配置;当ONU类型为CHECK_FTTB_ONU_TYPE时，通过UDP套接字按照定义的私有协议对ONU相关项进行配置;当ONU类型为CHECK_CTC_ONU时，通过CTC OAM帧进行配置管理。如果ONU设备形态为卡式MDU时，通过配置SNMP参数，在网管与ONU实体之间建立连接，通过SNMP协议下发ONU的相关配置。设备之间的互通难点就是ONU实体的建立以及配置项的绑定，通过能力集模板的管理方法，根据ONU绑定的能力集模板来建立ONU实体以及配置项，不用将该ONU类型存储在网管数据库中，并且同能力集的ONU绑定相同的模板，不用理会ONU是哪个厂商制造的。通过该方法能很好地解决设备间的互通。

烽火通信生产的AN5006_01A型ONU在NGPON系统中上线时，线卡驱动没有判断该ONU的标识信息，上报给管理模块的ONU类型为65535(未知ONU)，要想正常对其进行授权必须通过能力集模板进行管理。首先创建能力集模板(1个GE口，1个1 Gbit/s上行口)，并将该模板绑定在ONU上，ONU能正常授权，并且能正确绑定配置，开通业务。

4 小结

基于能力集模板的ONU配置管理方式，出发点是基于设备间的互通测试提出，在以往互通测试时，为了很好地进行互通，需要询问异厂商ONU类型确定方式，然后在修改网管数据库添加相应ONU数据信息，修改授权管理模块以确认该ONU是否为合法ONU，修改线卡驱动以确定ONU类型，涉及的人员比较多，通过能力集模板的管理方式能很好地解决该问题，线卡驱动对于不知道类型的ONU上报未知型号，在网管上建立正确的能力集模板并将其绑定在ONU上。随着中国电信EPON标准的推广，各大设备厂商以及芯片厂商通信方式均在向CTC OAM通信方式转型，基于能力集模板的ONU管理方式将成为一种主流管理方法。

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

［7］陈光武，范多旺.EPON的性能分析及优化［J］.通信技术，2001，26(9)：90-93.

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