EPON网络QoS机制的研究和实现

王 东

(中国电信股份有限公司广州分公司网络操作维护中心，广东 广州 510630)

0 引言

随着通信业务带宽需求的不断提高，网络向客户提供的业务逐渐从低速的数字电路、传输业务向百兆、千兆以太网业务过渡。为了有效满足业务的带宽需求，迅速开发一种能够与IP业务紧密结合的高带宽技术，成为中国和其它发达国家通信技术面临的紧迫课题，基于千兆以太网的宽带无源光网络（EPON，Ethernet Passive Optical Network）系统，是满足高带宽业务需求发展的必然结果。EPON技术具有低成本、高带宽、灵活快速的服务重组、兼容现有以太网、维护简单等优点[1]，是数据传送和互联网业务的理想接入技术，而服务质量（QoS，Quality of Service）是EPON技术应用的关键。

1 EPON技术的QoS原理

EPON技术的QoS机制通过分配上下行通道的带宽实现，带宽的分配方案可分为静态带宽分配和动态带宽分配[2]。

1.1 EPON的带宽分配机制

静态带宽分配对带宽采取固定配置的方式，系统按照各光网络单元（ONU，Optical Network Unit）预定的带宽进行初始配置，运行期间其值保持不变。其优点是实现简单，但存在带宽利用率低、带宽分配不公平、对突发业务适应能力差等问题[3]。动态带宽分配对带宽采取实时调度方式，系统按照ONU实时上报的请求统筹安排，通过特定的算法动态地调整授权给ONU的带宽，保证各ONU上行数据帧互不冲突，从而充分利用系统资源，同时改善时延等性能[4]。

1.2 EPON的QoS关键技术

基于动态带宽分配的优点，动态带宽分配（DBA，Dynamically Bandwidth Assignment）技术成为了EPON 的QoS关键技术。DBA是一种能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配的机制，具有带宽效率高、公平性好、满足QoS要求的优点[5]。其原理为：光线路单元（OLT，Optical Line Terminal）的多点控制协议（MPCP，Multipoint Control Protocol）会下发轮询消息给ONU，ONU通过应答信息申请传送数据的所需带宽，OLT通过授权信息通知 ONU在指定时间窗口发送数据，ONU在指定的窗口打开激光器发送数据，发送完毕后关闭激光器[6]。DBA的实现过程如图1所示。

图1 DBA的实现过程

EPON网络采用星型结构，下行通道通过广播方式传送数据。EPON的标准中并没有限定下行带宽分配规则，一般即为先到先服务的共享策略[7]，这种情况可能使某些用户抢占到更多的带宽资源，从而影响其他用户的使用体验。运营商可以根据用户的服务等级及业务申请设定最大的下行速率，对用户的下行带宽进行限制。

2 EPON技术带宽分配的实现

EPON设备的带宽参数通过绑定 DBA 模板和线路模板来设置。DBA 模板描述了EPON 的流量参数，线路模板主要描述了逻辑链路标识符（LLID，Logical Link Identifier）和 DBA 模板的绑定关系。考虑到目前的上网业务下行速率的需求和重要性，OLT可以不设置 ONU的带宽参数，以其他方式限制ONU的数据流的下行带宽。OLT的DBA模板分为5种模式，每一种模式都对应一种带宽分配方法，详情见表1所示。

表1 DBA模板的分类

固定带宽是指任何情况下都被 ONU占用的带宽。保证带宽是指ONU没有数据发送时，该部分带宽可被其他ONU使用，一旦ONU有数据发送，该部分带宽马上被该ONU占用。最大带宽是指ONU可以根据发送数据量大小来分配的动态带宽。

下面分析光纤到大楼（FTTB，Fiber To The Building）和光纤到户（FTTH，Fiber To The Home）的2种ONU设备配置方式。

2.1 FTTB ONU

FTTB ONU提供铜线接入的上网业务，OLT配置的限速参数主要是设定了整个ONU的带宽，是整台ONU所有上网业务的带宽总和。带宽参数在 OLT的ONU接口下配置，分别设定上下行带宽参数值。

（1）ONU认证

配置命令如下：

interface epon 0/2

ont add 2 1 mac-auth 0025-9EF9-81AA snmp ont-lineprofile-id 100 desc "yuediandasha-1"

参数说明：①mac-auth：ONU认证参数，此为以媒体访问控制（MAC，Media Access Control）地址作为认证参数；②snmp：以简单网络管理协议（SNMP，Simple Network Management Protocol）对FTTB ONU进行管理；③ont-lineprofile-id：线路模板索引。

以上配置为第2槽第2 个EPON端口下的第1个ONU绑定了索引号“100”的线路模板。

（2）线路模板配置命令如下：ont-lineprofile epon profile-id 100 profile-name "SNMP"

llid dba-profile-id 100

commit

以上模板配置了一个名为“SNMP”、索引号为“100”的线路模板，并绑定了索引号为“100”的DBA模板。

（3）DBA模板配置命令如下：

dba-profile add profile-id 100 profilename "OLT-DBA" type3 assure 102400 max 128000

以上模板配置了一个名为“OLT-DBA”、索引号为“100”的DBA模板，使用了模式3的DBA模板，设置了保证带宽为100 Mb/s，最大带宽128 Mb/s。这种配置保证了这台 ONU上的所有用户有足够的（100 Mb/s）带宽上网，并且上行的最大流量可以达到128 Mb/s。

FTTB ONU配置中线路模板一般只是绑定了DBA模板，用于控制上行信道带宽，下行信道的带宽并没有进行限制。这样配置是考虑到下行带宽对上网业务的用户感知极为敏感，在宽带接入服务器（BAS，Broadband Access Server）侧，可通过用户上网帐号进行带宽限制，因此不在OLT侧对下行带宽进行限制。以上的配置中，ONU的流量在 0～128 Mb/s之间变化，每周和每日的接收及发送流量值如图 2所示。

图2 FTTB ONU流量

2.2 FTTH ONU

FTTH ONU是一类具备智能终端功能的家庭网关，可以向用户提供宽带和语音业务，OLT配置的限速参数主要为这两种业务设定带宽总和，参数配置类似于FTTB ONU在OLT的ONU接口下配置带宽参数。

（1）ONU认证

配置命令如下：

interface epon 0/10

ont add 1 2 password-auth "GZ0008998546777"always-on oam ont-lineprofile- id2ontsrvprofile-id2desc "H"

参数说明：①password-auth：ONU认证参数，此为以业务序列号作为认证参数；②oam：以操作管理维护（OAM，Operation Administration and Maintenance）方式对FTTB ONU进行管理，不同于FTTB ONU的SNMP管理方式；③ont-lineprofile-id：线路模板索引；④ont-srvprofile-id：业务模板，指定ONU的端口容量。

以上配置为第10槽第1 个EPON端口下的第2个ONU绑定了索引号“2”的线路模板。

（2）线路模板

配置命令如下：

ont-lineprofile epon profile-id 2 profilename "huaweihg"

fec enable

llid dba-profile-id 13

undo llid ont-car

参数说明：①fec：Forward Error Correction前向纠错，使用fec enable 命令使能FEC 功能，提高 OLT 和 ONT 之间数据传输的可靠性；②llid ont-car：设置下行带宽参数，上面的配置取消了下行带宽设置。

以上模板配置配置了一个名为“huaweihg”、索引号为“2”的线路模板，并绑定了索引号为“13”的DBA模板，并且取消了下行带宽参数。

（3）DBA模板

配置命令如下：

dba-profile add profile-id 13 profile-name"FTTH" type4 max 204800

以上模板配置了一个名为“FTTH”的DBA模板、索引号为“13”的DBA模板，使用了模式4的DBA模板，设置了最大带宽204 Mb/s。这种配置下，如果该ONU的数据量较小，没有完全占用分配给其的全部带宽，其他ONU可以占用剩余带宽。同样的FTTH ONU不对下行带宽做限制，由 BAS对下行带宽进行限制。以上的配置中，ONU的流量在 0～204 Mb/s之间变化，每周和每日的接收及发送流量值如图 3所示。

图3 FTTH ONU流量

3 结语

EPON有多种带宽参数的配置方式，可以根据实际需要灵活配置。线路模板和DBA模板虽然属于开局参数，但是随时可以根据需要临时添加，应用到ONU的带宽限制中。模板的配置虽然原理相同，但是FTTB ONU和FTTH ONU的管理方式不同，两者的模板不能混用，否则会出现丢包和不稳定的问题。按照文中分析及总结的方法进行配置，即可得到理想的带宽分配模式，满足数据通信的需要。

[1] 李鹰.EPON加密系统的设计和实现[J].信息安全与通信保密,2009(11):79-80.

[2] 张晓敏,李维民.EPON和GPON 的几种动态带宽分配算法比较[J].通信技术,2009,42(11):128-129.

[3] 郭为民,郭东生.EPON/GPON从原理到实践[M].北京:人民邮电出版社,2010:48-49.

[4] 李丹.一种保证QoS的1OG-EPON动态带宽分配算法[J].通信技术,2012,45(04):10-11.

[5] 阎德升,边恩炯,王旭,等.EPON—新一代宽带光接入技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2006:116-120.

[6] 张杰,赵子仪,付疆.一种EPON-WiMAX融合网络带宽分配算法[J].信息安全与通信保密,2011(10):58-59.

[7] 李昭,陈前斌.一种 EPON上行接入带宽动态带宽分配算法[J].通信技术,2008,41(05):72-73.