面向FTTP的EPON技術(shù)解決方案

　�。�北京格林威爾科技發(fā)展有限公司 郭巍

　　摘要：隨著EPON技術(shù)的逐漸成熟，它在滿足FTTP應(yīng)用方面的技術(shù)手段也不斷豐富和完善。本文介紹了格林威爾公司自主研發(fā)的EPON系統(tǒng)，在豐富接入業(yè)務(wù)種類、保證業(yè)務(wù)質(zhì)量、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全、便捷網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等方面的特色功能。這些功能很好地適應(yīng)了FTTP市場需求。

　　1引言

　　EPON技術(shù)為解決“最后一公里”問題而生，它不僅繼承了以太網(wǎng)設(shè)備成本低廉、操作和維護(hù)簡單的特點(diǎn)，更提供了豐富的接入帶寬和擴(kuò)展空間。在FTTP應(yīng)用的市場環(huán)境中，商業(yè)用戶不僅看重高帶寬接入，更重視高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營。EPON要想在這個市場中有所作為，不僅要“價廉”，還要“質(zhì)優(yōu)”。格林威爾科技發(fā)展有限公司自2001年便開始了EPON技術(shù)的研究與產(chǎn)品的開發(fā)，在歷經(jīng)了幾代的EPON產(chǎn)品開發(fā)之后，已經(jīng)形成了豐富的EPON產(chǎn)品線，包括分別滿足FTTH/FTTB/FTTP市場的局端設(shè)備以及遠(yuǎn)端機(jī)型。針對FTTP應(yīng)用的EPON產(chǎn)品，在豐富接入業(yè)務(wù)種類、保證業(yè)務(wù)質(zhì)量、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全、便捷網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等方面都頗具特色。下面就從以上四個方面來了解一下EasyPath EPON產(chǎn)品的特點(diǎn)。

　　2業(yè)務(wù)種類

　　圖1中展示了EPON全業(yè)務(wù)接入時的情景，分別為以太網(wǎng)寬帶接入、語音業(yè)務(wù)和專線業(yè)務(wù)。


圖1 EPON系統(tǒng)示意圖

　　2.1寬帶接入及基于IP的增值業(yè)務(wù)

　　這是EPON提供的基本業(yè)務(wù)接口，由于得益于以太網(wǎng)技術(shù)的流行，RJ-45接口成為最常用的寬帶業(yè)務(wù)接口。IP協(xié)議已經(jīng)成為未來骨干網(wǎng)的支撐協(xié)議，以太網(wǎng)由于在支持IP方面簡單高效的特點(diǎn)，使其在用戶和網(wǎng)絡(luò)側(cè)的應(yīng)用都很普遍。根據(jù)用戶的特點(diǎn)和需要，可以配置1個或多個10/100M自適應(yīng)的以太網(wǎng)端口，如果用戶需要可以配置1000M的以太網(wǎng)端口。網(wǎng)絡(luò)側(cè)一般配置多個千兆接口，以匯聚多路PON的傳輸數(shù)據(jù)。這種高帶寬的供給能力是目前ADSL（ADSL+或VDSL）技術(shù)所無法比擬的，也為運(yùn)營商提供各種高帶寬消耗的增值業(yè)務(wù)開通了高速路。

　　2.2語音業(yè)務(wù)

　　談到EPON的語音方案，首先被大家想到的是VOIP模式，這種基于分組技術(shù)的方案與EPON有較好的技術(shù)吻合，形成的系統(tǒng)也最適合采用NGN的SS/IMS平臺的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。在這種方案中客戶端的ONU實(shí)際上就是一個接入網(wǎng)關(guān)(AG)，或者就可以看做光口IAD，而EPON網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個透明的二層網(wǎng)絡(luò)。這時，如果上游網(wǎng)絡(luò)是NGN，OLT的設(shè)計會得到簡化，將是一個理想的解決方案。但是當(dāng)上游網(wǎng)絡(luò)是PSTN時，就需要在OLT側(cè)完成H.248/SIP到PSTN的V5協(xié)議轉(zhuǎn)換(媒體網(wǎng)關(guān)MG)，增加了設(shè)計復(fù)雜性和成本。正是考慮到目前上游網(wǎng)絡(luò)多是PSTN的情況，格林威爾公司采用基于“PCM over EPON”的專利技術(shù)，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，節(jié)約了成本。在ONU側(cè)直接提供普通的POTS電話口，語音經(jīng)PCM編碼以后直接打包在EPON中傳輸。在OLT側(cè)，SNI提供V5/PRI的接口直接與PSTN網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)上游網(wǎng)絡(luò)是NGN時，在OLT側(cè)實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)關(guān)(AG)的功能，這樣既保護(hù)了原有的PSTN網(wǎng)絡(luò)，又實(shí)現(xiàn)了向NGN的平滑升級，是一個兩全其美的解決方案。在接入PSTN網(wǎng)絡(luò)時，PCM的方案較VOIP有明顯的成本優(yōu)勢；在接入NGN網(wǎng)絡(luò)時，PCM的方案由于存在一定的話路收斂比，在OLT側(cè)需要處理的語音路數(shù)也大為減少，AG的處理工作量大大減輕。即使將來上游網(wǎng)絡(luò)全部成為NGN，只要將ONU升級為光口的IAD，設(shè)備的投資依然得到了保護(hù)。圖2分別針對上聯(lián)NGN網(wǎng)絡(luò)與PSTN網(wǎng)絡(luò)兩種情況，對VOIP方案與TDM-PCM方案進(jìn)行了對比。


圖2 VOIP和PCM Over EPON方案的比較

　　2.3專線業(yè)務(wù)

　　E1專線：由于商業(yè)客戶可能存在遺留設(shè)備需要利用，或組建專網(wǎng)的需要，都可能用到E1專線的業(yè)務(wù)。而支持TDM業(yè)務(wù)的能力問題，也是人們認(rèn)為EPON遜于GPON的一個因素。格林威爾公司基于“TDM over EPON”的專利技術(shù)，在EPON系統(tǒng)內(nèi)以較低的成本提供等效PDH網(wǎng)絡(luò)性能的E1專線業(yè)務(wù)，極大地擴(kuò)展了EPON在FTTP領(lǐng)域的適應(yīng)能力。具備E1接口的ONU可以連接用戶的電話交換機(jī)，擴(kuò)展V.35接口的ONU可以連接路由器構(gòu)建客戶的專網(wǎng)。圖3為TDM Over EPON的原理框圖，PON網(wǎng)絡(luò)透明傳輸承載E1的以太網(wǎng)幀，提供高優(yōu)先級、低時延抖動的網(wǎng)絡(luò)傳輸，E1模塊依靠自身的自適應(yīng)時鐘恢復(fù)功能，實(shí)現(xiàn)了E1數(shù)據(jù)和時鐘的傳輸。


圖3 TDM Over EPON的原理框圖

　　以太網(wǎng)專線：透明傳輸?shù)囊蕴�網(wǎng)通道，不經(jīng)過PON內(nèi)部的交換芯片，直接由PON MAC層芯片進(jìn)行隔離，提供了貫穿EPON內(nèi)部的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸隧道，可以為需要數(shù)據(jù)隔離的用戶使用。

　　3業(yè)務(wù)質(zhì)量保證

　　3.1動態(tài)帶寬分配和端口限速

　　針對PON上行帶寬的使用，可以有兩種機(jī)制：靜態(tài)帶寬分配和動態(tài)帶寬分配。靜態(tài)帶寬分配對帶寬采取固定配置的方式，系統(tǒng)按照各ONU預(yù)定的帶寬進(jìn)行初始配置，運(yùn)行期間其值保持不變。當(dāng)EPON承載突發(fā)性很強(qiáng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，靜態(tài)帶寬分配的效率是比較低的。動態(tài)帶寬分配（DBA，Dynamic Bandwidth Assignment）對帶寬采取實(shí)時調(diào)度方式，系統(tǒng)按照ONU實(shí)時上報的請求統(tǒng)籌安排，動態(tài)調(diào)整授權(quán)給ONU的帶寬，從而充分利用系統(tǒng)資源，同時改善時延等性能。

　　EPON DBA除了考慮最大限度地利用系統(tǒng)資源，同時還要能夠公平地管理控制各用戶（ONU）帶寬。所謂公平就是出現(xiàn)各用戶競爭系統(tǒng)帶寬時DBA能夠根據(jù)用戶與運(yùn)營商簽定的合約情況進(jìn)行帶寬分配，用戶得到的帶寬正比于其付費(fèi)的多少。因此，格林威爾公司提出了兼顧帶寬利用率和公平性的準(zhǔn)周期同步輪詢動態(tài)帶寬分配控制方法并應(yīng)用于EasyPath系統(tǒng)。這種算法可以使用戶忙時獲得的帶寬不低于保證帶寬，但也不會高于保證帶寬的2倍（視系統(tǒng)負(fù)載情況）。

　　針對EPON下行帶寬的使用，EPON的標(biāo)準(zhǔn)中并沒有限定分配規(guī)則，一般即為先到先服務(wù)的共享策略，這種情況可能使某些用戶搶占到更多的帶寬資源，從而影響其他用戶的應(yīng)用體驗。因此，我們對用戶端口增加了限速的功能，運(yùn)營商可以根據(jù)用戶的服務(wù)等級設(shè)定最大的下行速率。

　　3.2隊列優(yōu)先級和隊列調(diào)度

　　針對IP承載的不同業(yè)務(wù)，為了保證服務(wù)質(zhì)量，通過Port、MAC地址、VLAN標(biāo)簽、DSCP字段等多種方式進(jìn)行業(yè)務(wù)識別，并劃分不同的優(yōu)先級隊列，再根據(jù)優(yōu)先級隊列的調(diào)度算法，合理分配帶寬、保證時延特性。這些調(diào)度算法包括嚴(yán)格優(yōu)先級隊列調(diào)度（SP），加權(quán)循環(huán)隊列調(diào)度（WRR）和SP+WRR算法等。

　　結(jié)合DBA、端口限速、優(yōu)先級、隊列調(diào)度以及擁塞控制等多種手段，基于IP的業(yè)務(wù)質(zhì)量可以得到較好的保證，基于“TDM/PCM Over EPON”的E1專線和PCM語音業(yè)務(wù)，由于其技術(shù)方案本身已經(jīng)結(jié)合EPON的技術(shù)特點(diǎn)作了優(yōu)化設(shè)計，性能已經(jīng)得到保證。所以，可以說EasyPath EPON較好地解決多業(yè)務(wù)接入的QoS控制問題，為基于SLA協(xié)議的業(yè)務(wù)提供做好了準(zhǔn)備。

　　4網(wǎng)絡(luò)安全

　　4.1光纖保護(hù)倒換

　　網(wǎng)絡(luò)安全越來越受到客戶的重視，保障傳輸鏈路的可靠就是一個重要的方面，格林威爾公司為此提出了低成本的EPON干線光纖保護(hù)倒換與全光纖保護(hù)倒換方案。其中干線保護(hù)，是在不增加ONU成本的基礎(chǔ)上，通過OLT側(cè)的PON卡多提供一個備用光模塊，連接到干線的2：N分路器的另一個主干分支上，來提供干線保護(hù)功能，見圖4。全保護(hù)方案，是通過在OLT的設(shè)備上，將激光器直接掛接1：2的分路器，將兩根支路光纖送出機(jī)房，在遠(yuǎn)端分別接分路器，再連接到ONU上，需要保護(hù)的ONU只需同時接在兩個分路器的支路上即可，無需保護(hù)的ONU可以只掛接一個分路器的分支上，這樣便靈活實(shí)現(xiàn)了同一個網(wǎng)絡(luò)中，對ONU可以有選擇的進(jìn)行保護(hù)，見圖5。這兩種靈活便捷的保護(hù)方式均集成在GW的EPON專用芯片上。


圖4 干線保護(hù)倒換方案


圖5 全保護(hù)倒換方案

　　4.2 PON口數(shù)據(jù)安全

　　EPON系統(tǒng)下行方向采用廣播方式，惡意用戶很容易截獲系統(tǒng)中其它用戶的信息。為提高用戶數(shù)據(jù)的保密性，必須采用某種加密措施。格林威爾公司一直積極參與中國電信組織的EPON系統(tǒng)互通測試，作為國內(nèi)的EPON芯片提供商，完整地實(shí)現(xiàn)了中國電信提出的三重攪動（Triple Churning）功能。即在EPON系統(tǒng)下行針對每個LLID的數(shù)據(jù)進(jìn)行攪動加密，每個LLID都有獨(dú)立的密鑰。攪動由OLT提出密鑰更新要求，ONU提供3字節(jié)攪動密鑰，OLT使用此密鑰完成攪動功能。在啟用攪動功能后，對所有的數(shù)據(jù)幀和OAM幀進(jìn)行攪動。密鑰的更新和同步過程采用基于面向廠商擴(kuò)展OAMPDU幀的方式。

　　4.3 ONU認(rèn)證功能

　　OLT支持基于ONU的MAC地址對ONU合法性進(jìn)行認(rèn)證的能力，能夠拒絕非法ONU的接入。OLT支持對該功能的開啟和關(guān)閉配置。對于已被拒絕注冊的非法ONU，仍然有一定的嘗試注冊的機(jī)會。在ONU嘗試注冊失敗以后，進(jìn)入拒絕注冊后的靜默狀態(tài)。

　　5運(yùn)營維護(hù)管理

　　5.1靈活和統(tǒng)一的管理軟件

　　格林威爾的EPON產(chǎn)品線統(tǒng)一在DA網(wǎng)管平臺下進(jìn)行管理，可以集中管理不同地域的多個PON系統(tǒng)，高效地進(jìn)行配置管理、性能管理、故障管理和安全管理。除此之外，還有基于Telnet的管理界面、基于CONSOLE口的命令行管理，用于小范圍的業(yè)務(wù)配置、工程開通和故障調(diào)試。

　　5.2邊緣智能

　　邊緣智能是格林威爾公司品牌特征，體現(xiàn)在EPON產(chǎn)品線上是為客戶提供開通方便、維護(hù)便利，依托自己在EPON核心技術(shù)上的積累實(shí)現(xiàn)了智能開通、在線測量等功能。智能開通是指在OLT芯片內(nèi)嵌了一個以太網(wǎng)分析儀，在EPON系統(tǒng)中的ONU自動發(fā)現(xiàn)完成之后，OLT軟件配置芯片內(nèi)嵌的以太網(wǎng)測試儀自動對該ONU的以太網(wǎng)鏈路進(jìn)行帶寬、時延、丟包率、鏈路誤碼率的測量，輸出ONU的通道性能的報告，據(jù)此可以快速判斷該點(diǎn)是否順利開通，鏈路性能是否達(dá)標(biāo)等。在線測量是指在ONU正常運(yùn)行過程中，可以隨時啟用OLT芯片內(nèi)嵌的以太網(wǎng)分析儀產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)，在不中斷正常業(yè)務(wù)的情況下，在線測量某ONU的PON內(nèi)的鏈路通斷、丟包率、延時等指標(biāo)，為用戶的業(yè)務(wù)性能提供真實(shí)的數(shù)據(jù)報告，這改變了傳統(tǒng)的模式：用戶業(yè)務(wù)中斷－>用戶投訴－>運(yùn)營商被動排故；轉(zhuǎn)變?yōu)椋合到y(tǒng)主動測量－>報告產(chǎn)生－>分析－>優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)－>系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，見圖6。


圖6 在線測量示意圖

　　6小結(jié)

　　綜上所述，格林威爾公司的EPON設(shè)備，依托自己的EPON核心芯片技術(shù)及對客戶需求的充分理解與把握，開發(fā)的功能全面的EPON產(chǎn)品線設(shè)備，有效解決了客戶的接入需求，是FTTP的理想解決方案之一。

　　參考文獻(xiàn)：

　　《電信級多業(yè)務(wù)EPON系統(tǒng)－EasyPath的技術(shù)特色》：陳雪、孫曙和
　　《EPON雙模語音接入方案的價值分析》：孫曙和、鄧羽
　　《如何更有效利用EPON系統(tǒng)解決商業(yè)用戶的接入需求》：蓋鵬飛
　　《Ethernet Passive Optical Network》：Glen Kramer


來源：由CHINA通信網(wǎng)組稿