以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)

目錄
·EPON網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
·EPON網(wǎng)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
·EPON網(wǎng)管系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
·EPON接入系統(tǒng)特點(diǎn)




以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network ， EPON） 是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。它在物理層采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：低成本；高帶寬；擴(kuò)展性強(qiáng)，靈活快速的服務(wù)重組；與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性；方便的管理等等。
　　
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(gè)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)�；�于SNMP的EPON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是指采用SNMP管理協(xié)議框架，對(duì)EPON網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的資源實(shí)現(xiàn)有效管理的系統(tǒng)。��

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(duì)象定義的一般框架。MIB是設(shè)備所維護(hù)的全部被管理對(duì)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。��



EPON網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
EPON系統(tǒng)的管理對(duì)象為1個(gè)OLT（光線路終端）和32個(gè)ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）�；�于SNMP的EPON網(wǎng)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2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(duì)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(duì)所有OLT和ONU代理站的MIB進(jìn)行主動(dòng)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)。��



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(shí)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(chǔ)各參數(shù)，報(bào)告與基本配置值的偏差，啟動(dòng)和關(guān)閉資源等。

EPON配置管理包括系統(tǒng)初次啟動(dòng)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(dòng)時(shí)，針對(duì)EPON網(wǎng)絡(luò)，可自動(dòng)或手動(dòng)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(dòng)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(shí)信息和系統(tǒng)信息，啟用、禁用某個(gè)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(dòng)態(tài)帶寬管理。

2. 性能管理
　　
性能管理功能對(duì)EPON網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行監(jiān)視、檢測(cè)，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(cè)、性能管理控制和性能統(tǒng)計(jì)分析。性能監(jiān)測(cè)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(cuò)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(dòng)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(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過濾條件，并對(duì)門限值進(jìn)行管理。性能統(tǒng)計(jì)分析是對(duì)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(cuò)誤率、接口輸出錯(cuò)誤率、吞吐率等。

3. 故障管理
　　
故障管理功能提供對(duì)EPON網(wǎng)絡(luò)故障監(jiān)測(cè)、故障定位，保護(hù)切換與恢復(fù)，并存儲(chǔ)故障信息供以后查詢。對(duì)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(chǔ)，對(duì)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(cè)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。可以設(shè)置各種告警事件的告警等級(jí)。不同等級(jí)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(duì)不同等級(jí)的告警，進(jìn)行不同的處理。對(duì)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(cè)試。啟動(dòng)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(huì)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(chǔ)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(jí)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(shí)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(dòng)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(gè)等級(jí)，不同等級(jí)的用戶設(shè)置不同的管理權(quán)限，第一級(jí)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(jí)用戶在設(shè)置參數(shù)、操作設(shè)備等權(quán)限上被限制；高級(jí)用戶擁有低級(jí)用戶的所有權(quán)限，并能對(duì)低級(jí)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。��



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(duì)代理進(jìn)程實(shí)現(xiàn)管理的控制實(shí)體。��

通信模塊的功能是按照SNMP協(xié)議，對(duì)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(duì)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(shí)別的信息，向上傳遞。對(duì)應(yīng)于5種消息類型，SNMP有5種類型
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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(chǔ)存或者送往上層。對(duì)各種采集到的數(shù)據(jù)，要按照配置、性能、故障幾個(gè)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(gè)接口在每個(gè)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(chǔ)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(gè)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(gè)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(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。顯示模塊則以對(duì)話框、列表框、曲線圖等形式，提供直觀、方便的圖形化界面，如圖4所示。��

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(gè)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(qǐng)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(dòng)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(gè)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SNMP v1/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Interfaces MIB、RFC1493定義的Bridge MIB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(duì)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(duì)某些對(duì)象可以配置。Interfaces MIB是針對(duì)改善MIB-II中的接口組的不足和缺陷，發(fā)展而來的一個(gè)以定義網(wǎng)絡(luò)接口管理對(duì)象為主的MIB。Bridge MIB是一個(gè)定義網(wǎng)橋管理對(duì)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(duì)OLT設(shè)備中所具有的生成樹網(wǎng)橋的設(shè)置、監(jiān)測(cè)提供網(wǎng)絡(luò)管理手段。
　　
自定義MIB是針對(duì)OLT、ONU特殊管理對(duì)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(duì)于每個(gè)ONU端，對(duì)應(yīng)于不同的上行波長。把波長信息加入每個(gè)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(gè)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。��

隨著EPON的快速發(fā)展，為EPON設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)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。本文結(jié)合EPON的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于SNMP的EPON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。目前，本系統(tǒng)已經(jīng)基本完成，正在進(jìn)行最后的測(cè)試工作。��



EPON接入系統(tǒng)特點(diǎn)

Ø 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；

Ø 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；

Ø 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(gè)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(gè)用戶，因此可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力；

Ø 上下行均為千兆速率，下行采用針對(duì)不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼�寬，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(dòng)態(tài)分配帶寬；

Ø 點(diǎn)對(duì)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)，充分保護(hù)運(yùn)營商的投資；

Ø 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IEEE 802.3以太網(wǎng)的格式進(jìn)行傳輸，輔以電信級(jí)的網(wǎng)管系統(tǒng)，足以保證傳輸質(zhì)量。通過擴(kuò)展第三個(gè)波長（通常為1550nm）即可實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)廣播傳輸。

• 通信詞典解釋