基于PON技術(shù)光接入網(wǎng)的運(yùn)行、管理和維護(hù)

1 概述

隨著IPTV、3D網(wǎng)絡(luò)游戲、在線視頻瀏覽、高清電影視頻下載等業(yè)務(wù)的不斷出現(xiàn)和普及，傳統(tǒng)的ADSL寬帶接入技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足電信用戶對于4 Mbit/s以上大帶寬的需求。眾所周知，PON技術(shù)已經(jīng)成為各大電信運(yùn)營商改造綜合性接入網(wǎng)，解決寬帶提速的主要接入技術(shù)。中國電信運(yùn)營商從2007年年底開始嘗試采用EPON技術(shù)進(jìn)行寬帶接入網(wǎng)改造，截至2009年年底，僅中國電信一家運(yùn)營商EPON設(shè)備的集采規(guī)模就已經(jīng)達(dá)到1 000萬線(其中不包括各省公司自行采購的數(shù)量)。對于電信運(yùn)營商，在建設(shè)和運(yùn)營基于EPON技術(shù)的綜合寬帶接入網(wǎng)絡(luò)過程中，都面臨著運(yùn)行維護(hù)方面的巨大挑戰(zhàn)。

2 PON網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理和維護(hù)

PON技術(shù)采用基于以太網(wǎng)技術(shù)的點(diǎn)到多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)的ADSL，它是一種全新的光纖接入技術(shù)。根據(jù)PON設(shè)備在電信運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)的實(shí)際情況，目前面臨的主要問題集中在網(wǎng)管功能、安全保護(hù)、業(yè)務(wù)發(fā)放和故障診斷這4個方面。

2.1 網(wǎng)管功能

經(jīng)過一段時間的接入網(wǎng)運(yùn)行和維護(hù)，對于PON網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理的要求除了最為基本的功能(包括拓?fù)?、配置、告警、性能及策略管?之外，運(yùn)營商還提出了危險操作提示、批量離線配置、業(yè)務(wù)配置模板、告警過濾及屏蔽、實(shí)時流量統(tǒng)計及告警、定時批量版本升級、定時/實(shí)時檢測網(wǎng)元在線狀態(tài)及數(shù)量等新的需求。

(1)危險操作提示

當(dāng)PON網(wǎng)管人員進(jìn)行的操作會對系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生重大影響時，系統(tǒng)應(yīng)提供“危險操作提示”功能。例如，當(dāng)PON網(wǎng)管人員進(jìn)行板卡添加或刪除時，由于針對有業(yè)務(wù)的PON業(yè)務(wù)板的刪除操作是被禁止的，因此必須有相應(yīng)的提示以起到警示作用。此外，PON系統(tǒng)必須支持全局的危險操作提示，而不是僅針對某些業(yè)務(wù)板卡或端口。

(2)批量離線配置

PON EMS需要實(shí)現(xiàn)對ONU終端設(shè)備業(yè)務(wù)屬性和參數(shù)的離線配置。網(wǎng)管人員可以在ONU終端設(shè)備離線的狀態(tài)下，在EMS上根據(jù)已規(guī)劃的業(yè)務(wù)及資源配置規(guī)范進(jìn)行相關(guān)配置，并進(jìn)行標(biāo)識和保存配置文件。在ONU上線后將配置下發(fā)到ONU終端設(shè)備，完成業(yè)務(wù)開通。針對FTTB場景，MDU型ONU終端配置復(fù)雜，而且以太網(wǎng)用戶端口數(shù)量眾多，為提高業(yè)務(wù)開通效率，可以采用離線配置方式。

(3)業(yè)務(wù)配置模板

由于基于PON技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)承載了多種業(yè)務(wù)，PON EMS集成了多業(yè)務(wù)管理和配置功能，因此，網(wǎng)管人員需要熟悉多種業(yè)務(wù)的配置，為了提高其工作效率，在EMS上需要集成相關(guān)業(yè)務(wù)配置的共同屬性形成相應(yīng)的業(yè)務(wù)配置模板。在實(shí)際業(yè)務(wù)配置時，只需要完成特定業(yè)務(wù)參數(shù)的配置便能實(shí)現(xiàn)快速的業(yè)務(wù)發(fā)放。但需要注意的是，業(yè)務(wù)配置模板一定要具有靈活性，就是要求相關(guān)參數(shù)可以靈活修改以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)和用戶需求，例如帶寬、限速等;同時需要具備通用性，即要求模板能夠針對多業(yè)務(wù)配置，減少模板的數(shù)量和下發(fā)次數(shù)。

(4)告警過濾及屏蔽

隨著寬帶接入網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，現(xiàn)網(wǎng)部署的PON設(shè)備數(shù)量也不斷增加，隨之而來的是大量不重要的PON設(shè)備告警會影響PON網(wǎng)管維護(hù)人員的正常管理工作。因此，要求PON設(shè)備具有完善的告警過濾和屏蔽功能，例如，要求OLT設(shè)備的以太網(wǎng)上聯(lián)端口和業(yè)務(wù)接口板PON端口的告警狀態(tài)能夠設(shè)置成“AUTO”狀態(tài)。在設(shè)備開通時初始狀態(tài)為“AUTO”，上聯(lián)端口收到光信號以及PON端口在第一個ONU上線后，相應(yīng)端口狀態(tài)自動設(shè)置成打開狀態(tài)，否則處于“休眠狀態(tài)”(非關(guān)閉狀態(tài))不接受任何告警。

(5)實(shí)時流量統(tǒng)計及告警

要求PON系統(tǒng)同時支持對OLT的上聯(lián)端口及PON端口流量進(jìn)行有效統(tǒng)計分析，根據(jù)分析結(jié)果得出相應(yīng)的報表。并能夠?qū)ο鄳?yīng)端口設(shè)置流量帶寬占用率閾值，一旦流量超過所設(shè)定的閾值時告警。該功能可以有效告知PON網(wǎng)管人員何時需要進(jìn)行端口及設(shè)備的擴(kuò)容升級。

隨著PON承載業(yè)務(wù)應(yīng)用的不斷深入，還需針對每個用戶不同業(yè)務(wù)流量進(jìn)行分析，這種精細(xì)化的流量分析可以反映用戶的使用習(xí)慣，通過這些數(shù)據(jù)能方便地制訂一些個性化的業(yè)務(wù)套餐。

(6)定時批量軟件版本升級

要求PON系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)ONU軟件版本核對及升級功能，通過在配置菜單中輸入目標(biāo)版本，隨后對目標(biāo)版本與ONU終端設(shè)備實(shí)際版本進(jìn)行比對，當(dāng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際版本和目標(biāo)版本不符時，能夠通過已制定策略自動觸發(fā)軟件版本升級，且要求升級過程中不影響業(yè)務(wù)的使用。一旦升級成功，自動重啟ONU設(shè)備完成新版本的應(yīng)用，如果多次升級失敗，ONU設(shè)備仍能使用原有軟件版本。

(7)定時/實(shí)時檢測網(wǎng)元在線狀態(tài)及數(shù)量

基于PON技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)中PON設(shè)備終端數(shù)量巨大，電信運(yùn)營商需要有效統(tǒng)計網(wǎng)元的在線狀態(tài)，PON系統(tǒng)需要支持定時/實(shí)時檢測所有網(wǎng)元設(shè)備的在線狀態(tài)，并在PON網(wǎng)管上提示實(shí)際在線的網(wǎng)元數(shù)，通過結(jié)合應(yīng)在線網(wǎng)元數(shù)、不在線網(wǎng)元數(shù)以及不在線網(wǎng)元列表，進(jìn)行有效的網(wǎng)元管理。

2.2 安全保護(hù)

目前基于EPON的寬帶接入網(wǎng)面臨的安全保護(hù)主要涉及用戶接入安全和設(shè)備冗余保護(hù)兩大方面。

在用戶接入安全方面包括ONU終端設(shè)備接入及綁定、PON接口數(shù)據(jù)安全性、用戶與業(yè)務(wù)安全等。首先，接入設(shè)備安全主要是執(zhí)行對ONU設(shè)備的認(rèn)證和綁定，以防止非法ONU對PON網(wǎng)絡(luò)的接入和攻擊，保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的正常運(yùn)行;其次，通過啟用三重攪動方法保證PON接口下行數(shù)據(jù)的安全;最后，在用戶與業(yè)務(wù)安全方面，通過賬號與端口綁定，將用戶的寬帶賬號與其所在EPON系統(tǒng)的物理端口進(jìn)行綁定，特定的賬號只能通過特定的端口實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)，防止用戶寬帶賬號被盜用。此外，在EPON系統(tǒng)中，還可以利用VLAN或QinQ功能實(shí)現(xiàn)用戶和業(yè)務(wù)之間的隔離。在以上方面中，值得重視的問題是賬號與端口綁定的問題：針對不同業(yè)務(wù)，運(yùn)營商將為用戶分配不同的賬號和物理端口，通過綁定，運(yùn)營商可以在一定程度上有效防止盜用現(xiàn)象。對于PPPoE撥號上網(wǎng)業(yè)務(wù)，在基于EPON的FTTH/B/N/O接入網(wǎng)中，BRAS應(yīng)啟用賬號與用戶接入端口的綁定功能;對于IPTV和VoIP語音業(yè)務(wù)(SIP協(xié)議)由于采用DHCP認(rèn)證方式，應(yīng)采用DHCP Option82實(shí)現(xiàn)用戶與接入線路(端口)的惟一標(biāo)識。

在設(shè)備冗余保護(hù)方面，除了傳統(tǒng)的OLT設(shè)備主干光纖冗余保護(hù)、主控板冗余保護(hù)、OLT設(shè)備上聯(lián)板鏈路聚合保護(hù)、電源設(shè)備冗余保護(hù)之外，針對寬帶用戶及承載業(yè)務(wù)的特殊需要，還提出了OLT設(shè)備雙上聯(lián)保護(hù)的需求。

OLT設(shè)備雙上聯(lián)保護(hù)：OLT應(yīng)支持上聯(lián)板的雙歸屬的保護(hù)功能，即OLT的兩個上聯(lián)鏈路分別連接到兩個不同的上聯(lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，在OLT檢測到一個主用上聯(lián)鏈路異常后，主動切換到另外一個備用上聯(lián)鏈路。鑒于語音以及商用專線業(yè)務(wù)的實(shí)時性、高優(yōu)先級和客戶體驗(yàn)的因素，可以考慮采用雙上聯(lián)保護(hù)。此時，OLT上聯(lián)端口主、備用方式為主用端口發(fā)光、備用端口不發(fā)光(但是正常收光)、PON設(shè)備提供備用端口三層鏈路檢測功能，防止備用鏈路出現(xiàn)故障而無法實(shí)現(xiàn)主備倒換。OLT設(shè)備工程階段配置端口的檢測IP地址可作為三層鏈路檢測之用?，F(xiàn)網(wǎng)還需要根據(jù)實(shí)際需求規(guī)范三層鏈路檢測時間間隔、主備鏈路頻繁倒換后終止倒換機(jī)制等相關(guān)要求。

2.3 業(yè)務(wù)發(fā)放

實(shí)現(xiàn)FTTH是電信運(yùn)營商推進(jìn)“光進(jìn)銅退”的最終目標(biāo)，隨著FTTH用戶規(guī)模的增加，電信運(yùn)營商需要實(shí)現(xiàn)快速、高效的資源派配、業(yè)務(wù)受理、業(yè)務(wù)發(fā)放和業(yè)務(wù)開通的流程，具體流程如圖1所示。

(1)CRM系統(tǒng)進(jìn)行用戶的業(yè)務(wù)受理;

(2)CRM系統(tǒng)調(diào)用資源管理功能進(jìn)行資源確認(rèn)，形成客戶訂單;

(3)CRM系統(tǒng)派發(fā)業(yè)務(wù)客戶訂單到服務(wù)開通系統(tǒng)，服務(wù)開通系統(tǒng)負(fù)責(zé)FTTx相關(guān)產(chǎn)品服務(wù)訂單的開通流程處理，服務(wù)開通系統(tǒng)負(fù)責(zé)派發(fā)FTTx資源配置單到資源系統(tǒng)進(jìn)行自動資源配置，派發(fā)激活工單到自動激活系統(tǒng)進(jìn)行自動激活，派發(fā)外線施工單到施工調(diào)度進(jìn)行人工上門施工，派發(fā)綜合測試系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通質(zhì)量測試;

(4)資源管理系統(tǒng)完成對設(shè)備、線路等網(wǎng)絡(luò)資源的配置，更新相應(yīng)資源的狀態(tài);

(5)自動激活系統(tǒng)負(fù)責(zé)接入所有FTTx相關(guān)產(chǎn)品的平臺/網(wǎng)管，根據(jù)FTTx產(chǎn)品激活拆分規(guī)則進(jìn)行自動激活處理;

(6)施工調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行具體施工調(diào)度派單，實(shí)現(xiàn)人工施工流程的IT管控;

(7)綜合測試系統(tǒng)完成對業(yè)務(wù)激活后的實(shí)際質(zhì)量測試，驗(yàn)證能否滿足業(yè)務(wù)開通的質(zhì)量要求;

(8)測試通過后，服務(wù)開通系統(tǒng)向CRM系統(tǒng)發(fā)送竣工回單;

(9)CRM系統(tǒng)在收到竣工回單后，派發(fā)計費(fèi)通知，計費(fèi)系統(tǒng)負(fù)責(zé)FTTx相關(guān)產(chǎn)品的計費(fèi)采集與處理。

從上述流程中可以看到，F(xiàn)TTx寬帶接入網(wǎng)業(yè)務(wù)的開通涉及的系統(tǒng)包括CRM系統(tǒng)、計費(fèi)系統(tǒng)、服務(wù)開通系統(tǒng)、自動激活系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)、施工調(diào)度系統(tǒng)、綜合測試系統(tǒng)、PON EMS網(wǎng)管、AAA認(rèn)證系統(tǒng)、軟交換系統(tǒng)、SHLR系統(tǒng)、IPTV管理平臺等。涉及的主要接口為I1接口：PON EMS北向接口，提供業(yè)務(wù)自動激活功能。FTTx業(yè)務(wù)IT支撐總體架構(gòu)如圖2所示。

其中，接入網(wǎng)EMS系統(tǒng)北向接口的主要功能是與相關(guān)OSS/BSS系統(tǒng)對接，將接入網(wǎng)EMS系統(tǒng)納入各級運(yùn)維支撐體系之中，除了實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)自動發(fā)放外，還包括寬帶用戶測試、資源管理、告警管理及性能管理等功能。目前，PON EMS的北向接口支持多種功能類型，采用的接口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議具備先進(jìn)性和開放性，并在行業(yè)內(nèi)普遍應(yīng)用。由于各類北向接口的接口性能和功能要求各不相同，因此應(yīng)按照不同需求選擇協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

2.4 故障診斷

(1)光鏈路診斷

EPON系統(tǒng)應(yīng)支持光鏈路相關(guān)參數(shù)的實(shí)時測量功能，包括針對特定或者所有PON口/ONU的基于策略的光鏈路測量和診斷功能。具體要求如下。

· OLT應(yīng)支持對其接收到的來自每個ONU的上行平均光功率進(jìn)行測量的功能，在-30～-10 dBm范圍內(nèi)的測量精度不劣于±1 dB，最小測量取樣時間不大于600 ns。當(dāng)OLT接收到的來自某個ONU的上行光功率過低(低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的OLT靈敏度上限)或者過高(高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的OLT過載光功率下限)，則OLT應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的光功率越限告警。

· OLT還應(yīng)支持基于對PON接口下ONU的上行光功率的測量，實(shí)現(xiàn)光鏈路的故障診斷功能。故障診斷是指根據(jù)PON接口上接收到的各ONU的光功率分析光鏈路的衰減等指標(biāo)是否正常，并提供一定的鏈路故障的判斷功能。

· OLT還應(yīng)提供對自身光模塊工作溫度、供電電壓、偏置電流、發(fā)送光功率等參數(shù)的監(jiān)測。

· ONU應(yīng)具備光收發(fā)機(jī)參數(shù)測量功能，包括光模塊工作溫度、供電電壓、偏置電流、發(fā)送光功率和接收光功率等參數(shù)，ONU還應(yīng)支持對上述指標(biāo)測量值的內(nèi)部校準(zhǔn)。

· 當(dāng)ONU的光收發(fā)機(jī)的某個或者多個參數(shù)過低(低于所設(shè)置的閾值)或者過高(高于所設(shè)置的閾值)，則ONU應(yīng)通過事件通告機(jī)制向OLT發(fā)送相應(yīng)的越限告警或越限警示。

(2)精確的故障定位

光時域反射技術(shù)(OTDR)是光纜工程施工和光纜線路維護(hù)工作中最重要的測試手段，隨著PON寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的部署，針對PON網(wǎng)絡(luò)中光分配網(wǎng)(ODN)的監(jiān)測和故障定位需求日益提高。雖然成本因素還是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵問題，但是針對特殊客戶以及特殊應(yīng)用場景應(yīng)開展試點(diǎn)商用。目前通過將OTDR和PON網(wǎng)絡(luò)融合在一起的監(jiān)測方式主要有高反射方式、波長標(biāo)記方式和波長路由方式3種。這3種方式通常在OLT局端需要部署光耦合模塊，將監(jiān)測信號波長耦合到PON網(wǎng)絡(luò)主干光纖鏈路中，此外還需要配置1臺OTDR設(shè)備和多通道光纖選擇器，用于將OTDR的監(jiān)測信號注入OLT設(shè)備的不同PON端口中，實(shí)現(xiàn)對1臺OLT甚至多臺OLT 下所有PON端口光鏈路的監(jiān)測。這3種監(jiān)測方式的主要區(qū)別在于以下幾點(diǎn)。

· 高反射方式，主要采用不同于PON系統(tǒng)的工作波長(目前EPON系統(tǒng)上/下行采用1 310 nm/1 490 nm工作波長)的1 650 nm信號波長進(jìn)行監(jiān)測。同時，在每個ONU終端前部署終端濾波器(TF)，利用TF在OTDR監(jiān)測波形上形成的反射峰實(shí)現(xiàn)對光分路器后每個ONU終端配線光鏈路的故障定位。一旦某一個ONU終端的反射峰消失，則證明其光鏈路可能有故障發(fā)生。值得注意的是，每個TF部署的物理位置距離OLT局端必須不同，以便于在OTDR監(jiān)測波形上區(qū)分不同ONU終端的配線光鏈路。

· 波長路由方式，主要采用1 580～1 680 nm的OTDR，為每個ONU終端的光鏈路分配1個監(jiān)測波長。在光分路器的位置利用DWDM等無源器件將監(jiān)測信號波長分別注入光分路器之后的每個配線光鏈路，同時利用在ONU終端前部署TF，實(shí)現(xiàn)針對每個ONU終端配線光鏈路的故障定位。此時，TF部署的物理位置可以相同，但是為了區(qū)分不同ONU終端的配線光鏈路，該方式需要分別針對各配線光鏈路進(jìn)行測試。

· 波長標(biāo)記方式，除了采用1 580～1 680 nm的OTDR和TF之外，在每個TF之前增加了波長標(biāo)記過濾器用于過濾1 580～1 680 nm范圍內(nèi)的每個工作波長。正是因?yàn)橛辛瞬ㄩL標(biāo)記過濾器，使得該方式可以同時對每個ONU終端的配線光鏈路進(jìn)行測試。

我們通過以上有效而精確的故障定位手段，可以在局端更有效率地檢查PON網(wǎng)絡(luò)的光鏈路質(zhì)量;通過定期測試或連續(xù)測試PON網(wǎng)絡(luò)光鏈路，可以及時地發(fā)現(xiàn)故障的發(fā)生;利用測試獲得的各種故障信息，可以更快地進(jìn)行光纖網(wǎng)絡(luò)的修復(fù);此外還可以利用存儲的PON網(wǎng)路光鏈路的測試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)有效的綜合管理。

(3)反向查詢

能夠根據(jù)網(wǎng)元設(shè)備的名稱、別名、MAC地址、IP地址等惟一標(biāo)識，在PON 網(wǎng)管上進(jìn)行模糊或精確反向查詢PON網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元設(shè)備，而且在配置這些參數(shù)時，能提示并定位出相同參數(shù)配置的網(wǎng)元設(shè)備的拓?fù)湮恢谩Ｔ谕負(fù)鋱D上，ONU和OLT有互為定位關(guān)系，即ONU能對應(yīng)定位到所在OLT的PON口，OLT也能顯示相關(guān)PON口下的所有ONU。

3 結(jié)束語

隨著電信運(yùn)營商“光進(jìn)銅退”政策的進(jìn)一步深入實(shí)施，寬帶接入網(wǎng)將大規(guī)模采用基于PON技術(shù)的FTTx模式進(jìn)行建設(shè)和改造。在此進(jìn)程中，運(yùn)營商勢必會遇到很多困難，包括業(yè)務(wù)開通流程的制訂、ONU終端的遠(yuǎn)程管理、PON網(wǎng)絡(luò)的安全和保護(hù)以及PON網(wǎng)絡(luò)故障診斷等方面。特別是當(dāng)發(fā)展到FTTH的階段時，需要管理和維護(hù)數(shù)量龐大的用戶終端以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的PON ODN網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營商必須要做到快速的業(yè)務(wù)開通、有效的遠(yuǎn)程管理、可靠的網(wǎng)絡(luò)保障以及精確的故障診斷，這樣才能運(yùn)行、管理和維護(hù)好這張基于PON技術(shù)的光接入網(wǎng)。