EPON技术的介绍

1、EPON技术由IEEE 802.3 EFM工作组进行标准化。2004年6月，IEEE 802.3EFM工作组发布了EPON标准IEEE 802.3ah(2005年并入IEEE 802.3-2005标准)。在该标准中将以太网和PON技术相结合，在无源光网络体系架构的基础上，定义了一种新的、应用于EPON系统的物理层(主要是光接口)规范和扩展的以太网数据链路层协议，以实现在点到多点的PON中以太网帧的TDM接入。此外，EPON还定义了一种运行、维护和管理(OAM)机制，以实现必要的运行管理和维护功能。在物理层，IEEE 802.3-2005规定采用单纤波分复用技术(下行1490 nm，上行1310

2、 nm)实现单纤双向传输，同时定义了1000 BASE-PX-10 U/D和1000 BASE-PX-20 U/D两种PON光接口，分别支持10 km和20 km的最大距离传输。在物理编码子层，EPON系统继承了吉比特以太网的原有标准，采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1 Gbit/s数据速率(线路速率为1.25 Gbit/s)。在数据链路层，多点MAC控制协议(MPCP)的功能是在一个点到多点的EPON系统中实现点到点的仿真，支持点到多点网络中多个MAC客户层实体，并支持对额外MAC的控制功能。图1示意了EPON协议参考模型及多点MAC控制协议的位置。MPCP主要处理ONU的发现和注

3、册，多个ONU之间上行传输资源的分配、动态带宽分配，统计复用的ONU本地拥塞状态的汇报等。利用其下行广播的传输方式，EPON定义了广播LLID(LLID=0xFF)作为单拷贝广播(SCB)信道，用于高效传输下行视频广播/组播业务。EPON还提供了一种可选的OAM功能，提供一种诸如远端故障指示和远端环回控制等管理链路的运行机制，用于管理、测试和诊断已激活OAM功能的链路。此外，IEEE 802.3-2005还定义了特定的机构扩展机制，以实现对OAM功能的扩展，并用于其他链路层或高层应用的远程管理和控制。相对于BPON和GPON，EPON协议简单，对光收发模块技术指标要求低，因此系统成本较低。另外

4、，它继承了以太网的可扩展性强、对IP数据业务适配效率高等优点，同时支持高速Internet接入、语音、IPTV、TDM专线甚至CATV等多种业务综合接入，并具有很好的QoS保证和组播业务支持能力，是目前建设高质量接入网的重要备选技术之一。EPON技术现状自EFMA(Ethernet First Mile Alliance，第一公里以太网联盟)在2004年6月发布EPON技术规范IEEE 802.3 ah以来，EPON技术得到快速发展，目前相关的芯片和设备均已基本成熟，并有较大规模的应用。在日本，NTT、KDDI、YahooBB等运营商从2004年开始部署EPON，采用FTTH、FTTB/C+V

5、DSL/ADSL2+等多种组网方式，为用户提供高带宽互联网接入业务。目前，日本市场上已经部署了超过500万线的EPON设备，而且每月新增的FTTH用户数已经超过了DSL用户。目前，EPON技术已经成熟，主要体现在以下方面：经过各标准化组织、设备和芯片制造商、运营商的共同努力，EPON商用芯片和光模块已经成熟，在中国电信的主导下，已经实现了EPON芯片级和系统级的互通测试;EPON产业链也在进一步成熟，形成了良性的市场竞争格局，设备成本进一步下降，已达到规模商用水平。EPON技术的应用综合考虑EPON的技术特点、成熟度、投资成本、业务需求、市场竞争等多方面的因素，基于EPON的FTTx系统近期主

6、要应用于以下场景。公众客户综合接入对于公众用户来说，可以采用FTTH和FTTB/C/Cab等应用模式。大客户、商业客户综合接入对于商业用户，可以根据业务需求和用户规模的不同，采取不同的实施模式，如FTTO、FTTB或FTTC。“全球眼”等高带宽接入“全球眼”等对带宽(特别是上行带宽)要求比较高的应用可以采用EPON作为接入手段，具体组网方式如图5所示。PON替代了原来模拟组网方案中的二/三层交换机，同时还节省大量的光纤收发器，并且不需要视频光端机设备。村村通接入在光纤资源短缺的情况下，如村村通工程中，可采用多级分光且分光功率不等的光分路器方案，即在只有一芯或几芯光缆资源的情况下采用功率不等光分

7、路器逐点汇聚。目前，接入网网络面临一系列技术和业务模式的革命和挑战，用户业务需求的变化和行业整合带来新的竞争局面，传统电信运营商采用的是ADSL或者LAN接入，但随着新的业务需求，传统方式已经不能满足，而且网络改造的成本高昂，作为广电网络运营商来说，怎样建设新型接入网络，具备开展多业务的能力，具备网络扩展的潜力，这是目前网络建设需要认真考虑的。只有建设能够满足未来多业务需求的基础网络，才能在新的市场竞争环境获得发展机会。当前，通信网络的发展有2个方向，一是传输层面呈现全光网络的发展趋势，从核心层的ASON技术到接入层的FTTP技术，无不预示网络承载向光的演化;另外是以IP为核心的业务整合，IN

8、TERNET 的发展使IP成为最理想的业务承载协议，MSTP、RPR、MPLS等技术无不是传统传输网络和包交换网络互相借鉴和融合的结果， IPTV、VoIP的快速发展同样也说明了IP承载的发展方向。接入网系统的网络建设要把握技术和市场两个方面的发展趋势，选择合理的技术建设接入网络。本方案提供一种基于EPON技术的光接入网解决方案，方案以EPON技术实现光纤到楼(FTTH)网络，充分体现以太网和IP业务的优势，具备三网合一(Triple Play)的业务支持能力。方案使用盛立亚公司的SALIRA 2000平台建设光纤入户的接入网络。盛立亚(中国)光网络有限公司(SALIRA Systems, I

9、nc.)是光接入网设备的领先制造商，在GEPON(Gigabit Ethernet Passive Optical Network )领域保持领先水平。目前盛立亚公司在国内和国外已经有多个成功商用案例，产品成熟、技术可靠。EPON作为一种新兴的接入网技术，非常适合光纤接入网络(FTTB/FTTH)建设，从运营商的角度来看：无源的特性可以降低建设、管理和运营成本，提高投资回报率，增加新的赢利机会;EPON网络的体系结构非常符合接入网建设，使运营商可以快速有效的开展业务并易于进行网络扩展;EPON提供的高带宽将满足用户对网络带宽日益增长的应用需求，使运营商开展多业务有可靠的网络资源保证;EPON网

10、络的兼容性良好，可以和现有网络很好的融合;EPON在提供上述优点的同时，还具有其他FTTx技术不可比拟的经济性，可以减少投资和长期建设成本。需求描述本次某小区部署数据接入网，初期提供数据接入服务，同时为IPTV做准备，一旦时机成熟时给客户提供IPTV服务，为客户提供高品质的网络服务。小区内共有7个标段248幢楼房、含690个住户单元，共计有9108个住户。另有商业、学校、机关等大楼若干。初期为用户首先提供宽带上网业务，后期需要开展IPTV、VoIP和其他数据增值业务。本方案中主要考虑住户的接入，商业、学校、机关等今后根据实际情况调整。本次网络建成的网络可以提供足够的带宽，实现高质量的数据接入业

11、务、IPTV流媒体业务。网络要具备良好的扩展和升级能力，在未来可以有效支持三网合一的业务需求。光纤接入网络支持的业务包括：互联网接入：提供普通INTERNET接入，对浏览页面、上传下载等普通应用有足够的带宽保证。VOIP：面向未来的NGN网络，提供网络电话业务。IPTV/VOD：可以实现各种单播或组播方式的视频业务，包括PC或机顶盒方式的IPTV业务、视频点播(VOD)业务。小区宽带接入网方案本方案将为新建项目，使用SALIRA 2550 OLT和SALIRA 3300系列ONU建设小区宽带，系统在可靠性、标准适用性、安全性、扩展性、SLA&QoS、可管理性等方面有充分保证和全面考虑，基于这个

12、平台有效开展数据接入业务以及基于IP的话音、数据和视频业务。网络拓扑结构小区内共有7个标段248幢楼房、含690个住户单元，共计有9108个住户。另有商业、学校、机关等大楼若干。由于小区楼数较多，本方案主要考虑住户的接入，后期商业、学校、机关的接入问题可根据实际情况调整。局端OLT配置方案考虑到该小区总用户数多，此次设计采用SALIRA电信级中心站设备OLT2550，该设备为10U设计，插卡式结构，计划安装在小区内的中心机房。设备满配置可提供28个下行PON光口，28个上行GE口。该OLT能够提供最大28Gbps接入容量。满足该小区宽带接入和以后的IPTV业务开展需要。PON ODN网络方案本

13、次工程中心OLT安装在小区内，所以采用1次分光，采用1：16分光器，分光器考虑采用地埋方式或者小区内光交接箱内，分光器出来光纤到楼栋，在楼栋安装箱内成端，按照该楼栋户数配置的ONU3346的数量配置纤芯数，每台ONU3346配置2条纤芯 (1芯主用，1芯备用)。多楼栋的楼考虑2个楼栋共用1台ONU3346，光纤到1号楼栋，2号楼栋使用5类线直接穿管到达。ONU部署方案本期工作初期目标是为客户提供数据接入服务，后期目标为客户提供IPTV和IP增值业务，本着实用和经济的原则，计划采用盛立亚ONU3346部署 FTTB，光纤到楼栋，采用壁挂式接头箱，内置ONU3346，ONU3346出5类线到用户家

14、。ONU3346为24FE接口用户端，为高密度经济型用户端。扩展接入方案EPON系统具备良好的可扩展性，只要针对小区当前网络规划的情况，增加分光器/板卡等设备，可方便快捷的实现对网络的扩展，且不会对现有业务造成任何影响。例如，针对本方案，可以对该小区部分高端客户提供FTTH(光纤到户)接入以及迅速接入周边客户(只需要部署分光器到该用户之间的光纤即可)。由于目前没有具体的需求，本方案书中暂不针对这种方式进行设计和配置，可根据具体要求进行进一步沟通后进行规划。方案特点和优势使用SALIRA EPON平台可以充分实现数据接入网的设计目标，非常适合本次方案的需求，由上面的网络设计可以看到EPON作为数

15、据接入解决方案的主要优势：点到多点的网络拓扑结构在逻辑结构上是星型的连接，即每个ONU都是直接连接到局端设备，避免网络的非平衡结构，相比传统的点对点或环状的网络有更强的接入能力和扩展能力，能节省大量干线光纤，减少投资。从管理的角度来看采用用一套中心管理系统对整个网络进行管理，避免传统接入网管理能力差、分开管理的缺点，同时，能够管理到ONU端端口为维护、故障排除提供了很大的便利。从维护的角度看无源光网络采用无源器件，大大减少网络故障点和外围机房配套设施。从网络建设角度来看采用EPON平台能够做到分期投资，在运营过程中逐步扩容，不浪费任何资源，增加投资回报率。从运营商市场竞争角度看借助SALIRA

16、2000平台能够快速部署和扩展的特点，运营商可以更快更灵活的满足用户需求。EPON(Ethernet Passive Optical Network 以太网无源光网络)无源光网络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的的特点，在光接入网中扮演着越来越重要的角色。同时，以太网（Ethernet）技术经过二十年的发展，以其简便实用，价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域网，并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升，以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进，逐渐向接入、城域甚至骨干网上渗透。而以太网与PON的结合，便产生了

17、以太网无源光网络（EPON）。它同时具备了以太网和PON的优点，正成为光接入网领域中的热门技术。PON技术的发展：APON（ATM PON）1995年提出，1996年由13家大型网络运营商同它们的主要设备供应商组成了FSAN (Full Service Access Network)联盟，155Mb/s的PON系统技术规范，ATM传输协议，ITU-T G.983系列标准；BPON（Broadband PON）2001年，APON标准后来得到了加强，可支持622Mb/s的传输速率，同时加上了动态带宽分配、保护等功能，能提供以太网接入、视频发送、高速租用线路等业务，宽带的PON；GPON（Giga

18、bit PON）FSAN联盟进行1Gb/s以上速率的PON标准研究，希望提出一种方案，除了能运行在更高的速率外，还要在多业务、OAM&P、可扩缩性等方面较之其它的PON效率更高。这一研究使得Gigabit PON(GPON)出现。2003年1月，ITU-T批准确立了GPON标准G.984.1、G.984.2和G.984.3；摘要：以太无源光网络（EPON）即将成为宽带接入的最有效的通信方法，为EPON系统提供一个稳定、有效的网络管理系统显得尤为重要。简单网络管理协议（SNMP）是当今应用最广泛的网络管理协议。本文分析了基于SNMP的EPON网管结构，按配置管理、性能管理、故障管理、安全管理等功

19、能设计了EPON网管系统，并分别在管理站和代理站上予以实现。关键词：宽带接入网；以太无源光网络；网络管理；简单网络管理协议。 Design and Realization of an EPON Network ManagementSystem Based on SNMP ， （Huazhong University of Science and Technology, Wuhan ,China） ：The Ethernet Passive Optical Network(EPON) will be the most effective method for Access Network. It

20、 is important to provide a stable and effective Network Management System for EPON.Simple Network Management Protocol(SNMP) is the most popular network management protocol. This paper analyzes the structure of a SNMP-based Network Management System of EPON, and designes the system with the functions

21、 of configuration management，performance management，fault management and security management. Finally, it introduces how to realize the system in the manager and the agent. ：Wide band access network; EPON;Network management;SNMP 一、引言随着Internet的迅猛发展，网络用户对网络带宽的需求日渐增长。为了满足市场的需要，通信网的主干部分已经发生了巨大的变化，而一直变化

22、较少的传统接入网已经成为整个网络中的瓶颈，各种新的宽带接入技术成为研究的热点。EPON（以太无源光网络）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。由于EPON的众多优点，它越来越受到人们的青睐，即将成为宽带接入网一种最有效的通信方法。为了保证EPON网络能够稳定、高效、准确的运行，为EPON提供一个有效的网络管理系统显得尤为重要。在

23、网络管理领域，随着基于TCP/IP体系的网络管理技术的不断发展，SNMP已经成为事实上的标准。基于SNMP的EPON网络管理系统是指采用SNMP管理协议框架，对EPON网络实体的资源实现有效管理的系统。 二、SNMP的介绍SNMP（简单网络管理协议）是一种基于TCP/IP的网络管理协议，它使用UDP作为传输层协议，能管理支持代理进程的网络设备。SNMP主要包括SMI（管理信息结构）、MIB（管理信息库）和SNMP协议几部分。SMI给出了管理对象定义的一般框架。MIB是设备所维护的全部被管理对象的结构集合。SNMP协议包括SNMP操作、SNMP信息的格式以及如何在应用程序和设备间交换消息。 SN

24、MP采用代理/管理站模型进行网络管理。SNMP有5种消息类型，分别为Get-Request、Get-Response、Get-Next-Request、Set-Request和Trap。代理和管理站之间通过这几种消息报文进行相互通信，以获取网络设备的各种信息，从而控制网络设备的正常运行。 三、EPON网管系统结构本EPON系统的管理对象为1个OLT（光线路终端）和32个ONU（光网络单元）。基于SNMP的EPON网管系统结构如图2所示。EMS网管系统安装在工作站，与OLT设备之间通过带外网管接口（F接口）相连。EMS网管系统和OLT、ONU设备之间采用SNMP协议进行通信，实现在EMS中对OL

25、T、ONU的统一管理。通信的方式有2种：（1）轮询。管理站每隔一段时间对所有OLT和ONU代理站的MIB进行主动查询，各代理站返回被查询的结点值。（2）告警（trap）。当某些指定事件发生时，代理进程向管理站发送trap报文。管理站接收、显示告警事件，并做相应处理。同时OLT设备和ONU设备具备本地Console接口，可以实现本地操作管理维护。 四、EPON网管系统的设计EPON网管系统按照网管功能分为四大模块：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组织EPON网内运转所需要的资源和数据，构造和维护网络系统的配置，识别各网元，保证网元的基本配置，监控当前配置和按照

26、具体情况改变配置，设置系统参数，收集并存储各参数，报告与基本配置值的偏差，启动和关闭资源等。EPON配置管理包括系统初次启动时的配置管理和系统正常运行时的配置管理。启动时，针对EPON网络，可自动或手动生成OLT、ONU设备拓扑图，显示当前网络中各OLT、ONU设备的状态。在网络拓扑图生成后，SNMP 管理进程采用轮询的方式定期查询SNMP 代理进程，收集设备信息用于更新数据库，以实现配置信息的实时性。系统正常运行后，网管可根据需要随时手动设置其各项配置参数。如可以设置各OLT、ONU代理的标识信息和系统信息，启用、禁用某个端口，配置各端口的工作状态，配置网桥的工作参数，配置VLAN，重启设备

27、等。还提供基于用户的动态带宽管理。2. 性能管理性能管理功能对EPON网络性能进行监视、检测，采集相关性能统计数据，进行分析、诊断，从而为网络进一步规划与调整提供依据，以保证网络的业务质量。EPON的性能管理功能分为性能监测、性能管理控制和性能统计分析。性能监测是连续的收集OLT、ONU上与性能相关的数据，根据性能数据确定网元的性能，从而掌握设备单元因不太频繁或间断的差错导致业务质量变差的性能情况。性能管理控制的目的是支持管理人员发出控制命令或网管软件自动发出控制命令，以改善OLT、ONU性能。它可以设置性能管理数据采集周期、设置性能监测数据存储过滤条件，并对门限值进行管理。性能统计分析是对收

28、集到的性能数据做进一步的处理，以分析表或分析图的形式报告分析结果。如计算接口利用率、接口的输入错误率、接口输出错误率、吞吐率等。3. 故障管理故障管理功能提供对EPON网络故障监测、故障定位，保护切换与恢复，并存储故障信息供以后查询。对来自硬件设备或路径结点的报警进行监控、报告和存储，对故障进行诊断、定位和处理，是故障管理的重要工作。当监测到网络、设备故障或异常时，网管系统实时产生报警。一些故障、异常是由网管程序通过查询代理站MIB发现的，而另一些是代理站通过Trap通知管理站发现的。可以设置各种告警事件的告警等级。不同等级的告警事件采取不同的告警指示和处理措施。网管系统收到告警信息后，进行分

29、析和提示，然后针对不同等级的告警，进行不同的处理。对于严重影响网络运行的故障，需要进行故障定位和测试。启动故障定位过程，试图从这些过程中获取相关信息。进行故障定位后，网管系统会尽快做出响应，采取故障修复措施，使EPON网络恢复正常。告警信息被存储到本地数据库。可以按照告警时间、告警设备、告警等级等关键字查询历史告警信息。根据全部告警信息，进行告警统计分析，绘制出统计图表。4. 安全管理安全管理功能通过访问操作控制策略等方法保证管理应用程序和管理信息不被非法访问和破坏。用户标识和鉴定，是网管系统提供的最外层的安全保护措施。网管用户在启动程序前必须输入用户名和登陆密码，系统在核实鉴定了用户身份以后

30、才能提供网管系统的使用权。用户被分为3个等级，不同等级的用户设置不同的管理权限，第一级用户拥有最高管理权限，可以使用网管系统提供的所有功能；低级用户在设置参数、操作设备等权限上被限制；高级用户拥有低级用户的所有权限，并能对低级用户进行管理。系统还提供安全日志，登陆者的所有操作将被录入数据库，以便维护和检查使用。 五、EPON网管系统的实现EPON网管系统的实现包括管理站网管软件的实现和代理站软件的实现。1. 管理站网管软件的实现管理站网管系统是为用户提供友好的交互式界面，利用SNMP协议对代理进程实现管理的控制实体，它的结构如图3所示。 通信模块的功能是按照SNMP协议，对网络中的代理站（OL

31、T和ONU）发送、接收SNMP报文，从而获取或设置代理站中MIB库的相应信息。一方面，它将上层的操作、信息封装成对应的PDU（协议数据单元），向网络中发送。另一方面，它接收代理发给自己的PDU，并解析成上层可识别的信息，向上传递。对应于5种消息类型，SNMP有5种类型 数据采集、处理模块负责将采集的数据分析、处理、储存或者送往上层。对各种采集到的数据，要按照配置、性能、故障几个模块的需求进行转换，向上传送。一些数据直接可以给上层显示使用；一些采集到的数据需要处理后，再送往上层显示。如通过访问接口MIB，可以得到每个接口在每个时刻的总流量。可以设置每隔一秒钟取一次值，然后计算秒间总流量差值，得到

32、接口每秒钟的流量。有些数据暂时不需要显示，需要储存在数据库，供以后查询使用。显示模块是面向用户的。它按照配置管理、性能管理、故障管理、安全管理几个模块分类，以图形化界面形式显示各项信息，并且提供人机接口，供配置使用。本系统是在Windows环境下，用VC+ 6.0开发出来的。 通信模块是利用Windows提供的API函数，封装成一个SNMP类，来实现SNMP的各种操作。按照显示模块的需要，数据处理模块采用各种算法对采集到的数据进行分析处理。显示模块则以对话框、列表框、曲线图等形式，提供直观、方便的图形化界面，如图4所示。 2.代理站软件的实现SNMP在代理站的实现工作主要包括代理进程软件的实现

33、和MIB的设计与组织。(1) 代理进程软件的实现代理进程软件实现SNMP协议，并管理MIB。它实际上是一个执行无限循环的守护进程，在循环中，它接收管理站的SNMP请求，然后进行相应的操作，并作出响应。同时，代理进程能够根据自身管理的MIB信息，主动向管理站发送陷阱报文（Trap），以通知管理站所管理的网络设备发生了异常事件，实现故障告警。通常，在开发过程中使用一些软件开发包可以大大缩短产品开发周期。ucd-snmp软件包是一个广泛使用的实现SNMP代理开发的免费软件包，它支持SNMP v1/v2c/v3，支持分布式代理的开发，支持MIB-II。它包括SNMP协议模块和MIB管理模块，实现了SN

34、MP代理站的基本框架。 (2) EPON设备MIB的设计与组织OLT、ONU设备的MIB主要包括RFC1213定义的MIB-II、RFC1573定义的Interfaces MIB、RFC1493定义的Bridge MIB和根据EPON设备需要自定义的私有MIB。MIB-II包含了基于TCP/IP网络的基本网管信息，包括系统组、接口组、IP组、ICMP组、UDP组、SNMP组等基本管理对象。通过MIB-II，我们可以获取OLT、ONU设备运行的基本网络信息，如系统信息、端口基本信息、IP、ICMP等类型数据包的统计等，对某些对象可以配置。Interfaces MIB是针对改善MIB-II中的接口

35、组的不足和缺陷，发展而来的一个以定义网络接口管理对象为主的MIB。Bridge MIB是一个定义网桥管理对象的MIB，它包括一般网桥管理信息、生成树网桥管理信息和透明网桥管理信息。它主要对OLT设备中所具有的生成树网桥的设置、监测提供网络管理手段。自定义MIB是针对OLT、ONU特殊管理对象和特殊功能而定义的，主要包含各OLT、ONU的特殊系统信息和带宽控制管理两部分。特殊系统信息包括硬件系统信息和软件系统信息。如我们的EPON系统上行是采用WDMA方式的，对于每个ONU端，对应于不同的上行波长。把波长信息加入每个ONU的自定义MIB中，这样通过网管系统就可以查询各ONU的波长相关信息了。带宽控制管理MIB是自定义MIB的一个重要部分，通过它，我们可以远程进行基于用户的带宽管理。 六、结束语随着EPON的