（光学工程专业论文）基于snmp的epon网元管理系统的研究与开发.pdf

丫 5 7 竹 摘要 随着i n t e rn e t 的发展和普及， 其业务量迅猛增长。 伴随着骨干网建设的日 臻完善， 接入网已经成为业务接入的瓶颈。市场竞争的加强，使得宽带化进程所需的时间大 大缩短。 e p o n以其高带宽、 低成本、 易使用、易升级的优良 特性成为光接入网的最 佳选择，为 “ 最后一英里”接入瓶颈的解决提供了最具有竞争力的方案。同时，宽 带接入问题的解决必将导致各个领域的技术革新。 e p o n网络性能的管理与改善，主要依赖于e p o n ( e t h e rn e t p a s s i v e o p t i c a l n e t w o r k ) 的e m s ( e l e m e n t m a n a g e m e n t s y s t e m) 网 元管理系统。 本文首先对e p o n 系统及其关键技术做了 研究，接着依据国家信息产业部的通信行业标准，对 e p o n 的网管系统做了全面深入的研究，并设计出e ms系统的框架结构， 然后认真研究了 s n m p ( s im p l e n e t w o r k m a n a g e m e n t p r o t o c o l ) 协议的内 容， 实 现了 基于s n m p 的网 ) c 管理软件的四大基本功能: 配置管理 ( c m: c o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t ) 、性能 管理 ( p m: p e r f o r m a n c e m a n a g e m e n t ) 、 故障管理 ( f m : f a u l t m a n a g e m e n t ) 和安 全管3 ( s m : s e c u r i ty m a n a g e m e n t ) 。 最后 研究了t f t p ( t r i v i a l f i l e t r a n s f e r p r o t o c o l ) 协议，并利用该协议实现了对软件的维护与升级。 其中，基于s n mp的网 元管理系统的设计与实现是本文的重点。 关键词:e p o n e ms s n mp t f t p 未经作者 导师同意 勿 全 文 abs tr act a l o n g w i t h t h e d e v e l o p m e n t a n d p r e v a l e n c e o f i n t e rn e t , i t s d a t a q u a n t i ty i n c r e a s e s q u i c k l y . wh e n b a c k b o n e n e t w o r k i s c o n s t r u c t e d c o n s u m m a t e g r a d u a l l y , a c c e s s n e t w o r k h a s b e c o m e t h e b o tt l e n e c k o f n e t w o r k a c c e s s . m a r k e t c o m p e t i t i o n s h o r t e n s t h e c o u r s e o f b r o a d - b a n d c o n s t r u c t in g g r e a t l y . w i t h i t s f e a t u re o f h i g h b a n d w i d t h , l o w c o s t a n d b e in g u s e d a n d u p d a t e d e a s i l y , e p o n i s t h e b e s t s e l e c t i o n f o r o p t i c a l n e t w o r k a n d c a n p r o v i d e t h e m o s t c o m p e t i t i v e s c h e m e f o r t h e m e t h o d o f e t h e rn e t i n t h e l a s t mi l e . a t t h e s a m e t i me , t h e s o l u t i o n f o r b r o a d - b a n d a c c e s s w i l l l e a d t o a l l k i n d s o f t e c h n i c a l r e n o v a t i o n . t h e m a n a g e m e n t a n d im p r o v e m e n t o f e p o n l i e o n e ms 一 e l e m e n t ma n a g e m e n t s y s t e m . i n t h i s a rt i c l e , f i r s t ly , e p o n a n d i ts k e y t e c h n i q u e h a v e b e e n i n v e s t i g a t e d ; s e c o n d l y , t h e m a n a g e m e n t s y s t e m o f e p o n h a s b e e n c o m p l e t e l y s t u d i e d b a s e d o n t h e c o m m e r c i a l t e l e c o m m u n ic a t io n s s t a n d a r d s o f n a t i o n a l mi n i s t ry o f i n f o r m a t i o n i n d u s t ry . f u rt h e r m o r e , t h e fr a m e w o r k a n d s t r u c t u r e o f e ms h a v e b e e n w o r k e d o u t ; t h i r d ly , s n mp p r o t o c o l h a s b e e n e l a b o r a t e d a n d t h e f o u r - b a s i c f u n c t i o n s o f e ms b a s e d o n s n mp一 c o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t , p e r f o r m a n c e m a n a g e m e n t , f a u lt m a n a g e m e n t a n d s e c u r i t y m a n a g e m e n t 一 h a v e b e e n a c c o m p l i s h e d ; f i n a l l y , t f t p p r o t o c o l h a s b e e n i n t r o d u c e d , a n d t h e m a i n t e n a n c e a n d u p d a t e o f t h i s s o ft w a re h a v e b e e n im p l e m e n t e d b y t f t p . a n d i n t h i s a rt i c l e , t h e d e s i g n a n d r e l i z a t i o n o f e ms b a s e d o n s n mp a r e e m p h a s e s . k e y w o r d s : e p o n e ms s nmp t f t p i 绪论 1 . 1 引言 随着人类社会对网络通信业务从质量到种类提出越来越高的要求， 数字化、 宽带 化和智能化已成为未来通信发展的方向。接入网是网络数字化的最后段，由传统 的a l 户环路发展而来，是用户环路的升级，它直接面向用户，通过各种传输媒介为 用户提供各种业务， “ 最后一公里” 的称谓由此而来。 伴随着骨干网建设的逐渐完善， 接入网已 经成为业务接入的瓶颈。接入网 ( a n : a c c e s s n e t w o r k ) 概念的提出，主 要川于综合考虑解决将本地交换机、用户环路和中断设备等各种类型的用户通过有 限的标准化接口，接入到业务节点的问题。 由于接入网覆盖面积大， 技术难度高，己经成为影响网络建设与运行成本的最重 要部分，开发过程仍然任重道远，因此有人称接入网是“ 艰难的最后一公里” 或 “ 漫 长的最后一 公里” 。 而e p o n技术集中 几种最佳的技术和网络结构于一身， 以其独特 的优点，成为解决接入网瓶颈问题的最佳方案之一。 1 . 1 . 1 接入网发展历史回 顾 1 . 1 . 1 . 1接入网 概念的 提出 接入网概念的首次提出 是在1 9 7 5 年。当 年英国电 讯 ( b t : b ri t is h t e l e c o m ) 在 苏格兰举行的 一 次研讨会上首次提出了接入网的概念:第二年，在曼彻斯特进行了 组网可行性试验:1 9 ” 年在苏格兰和伦敦地区进行了大规模的推广应用:1 9 7 8年 b t在格拉斯哥国际电 话与电 报顾问委员会 ( c c i t t : i n t e r n a t i o n a l t e l e p h o n e a n d t e l e g r a p h c o n s u l t a t i v e c o m m i t t e e ， 现改 组为i t u - t ， 即 国际电 信联盟 标准化组织) 会 议上正式提出这种组网方式并命名为 “ 接入网组网”技术，得到了国际电信技术界 的认同， 随后由wi l l e s m 等人共同编辑了此次会议的文献集“ 电信网技术” ; 1 9 7 9 年 c c i t t用远端用户集线器命名方式给具备类似性能的设备进行了框架描述， “ 接 入网”概念由此确定。 1 . 1 . 1 . 2 接入网的发展历程 接入网从二 世纪 7 0 年代发展至今， 经历了突飞猛进的变迁，其中有历史意义 的阶段主要有: ( 1 ) 7 0 年代末， 数字程控交换机开始大规模商业化。由于接入网概念普遍为电 信运营商和设备供应商接受，加上数/ 模混合网时代的来临p c m ( p u l s e c o d e mo d u l a t i o n ， 脉冲编码调制) 数字复用传输设备从更高程度减少了传感器与 主控设备 之111 的实际连接数量，并作为一种过渡性的网关接口 设备较好地解决了数/ 模混合网 1 1-1 模拟设备与数字设备之间的互连互通问 题。 ( 2 ) c c i t t 相关工作组在8 0 年代初先后提出了v i , v 2 . v 3 . v 4 共4 种数字 接口的一般性建议，但是最终未能取得运营者、传统设备供应商、新的竟争者等的 广泛认同。 ( 3 ) 8 0 年代后期， 在各方面的推动下， 国际电信联盟标准组( i t u - t : i n t e rn a t i o n a l t e l e c o m m u n ic a t i o n s u n i o n一 t )开始着手制定标准化程度较高的数字接口 规范 v 5 .x ，并对接入网作了较为科学的界定。但是，随着网络规模的急速膨胀， 特别是 由于接入网中物理节点显著增加，运营业的网络管理及许多相关问题日 趋复杂化， 网管 危 机开 始出 现。 电 信管理网( t m n : t e l e c o m m a n a g e m e n t n e t w o r k ) 概念的 提出 是运营业为在多设备供应商环境下寻求高效管理能力解决网管问题的又一新的努 ) j 。 ( 4 ) 9 0年代以来随着宽带、无线技术的发展，人们普遍认为 b - i s d n ( b r o a d - i n t e g r a t e d s e r v i c e s d i g i t a l n e t w o r k ) 时 代即 将 来 临， 接 入网 有 可能 为 新的 运 营公司提供发展机会， 为老的运营公司提供增值业务， 十是i t u - t终于在1 9 9 8 年基 本完成了v b 5 建议的制定工作。 ( 5 )光纤传输技术的革命性进步，为接入网的发展提供了更加良 好的契机。接 入网瓶颈问题的解决，很可能会发展成一个独立的产品及运营市场。 1 . 1 .2 接入网定义 1 . 1 . 2 . 1 核心网与接入网 般地说，通信网包含核心网 ( c n : c o r e n e t w o r k )( 也即骨干网，b a c k b o n e ) 和接入网( a n) 两大部分。 核心网在不同的地区设立若干1朴口 局( c o : c e n t r a l o ffic e ) ( 也即e x c h a n g e ) 作为网的结点， 这些中 心局经过局间线路 ( i n t e r o f f i c e l i n e ) 相互 连接，就构成了核心网。与此同时，用户终端经过各种有线传输线路，连接在该地 区的 1 ， 心局。 这样的川户线称为接入线 ( a c c e s s l i n e ) ， 一 般为双向传输。 上行线供用 户发送数据信息，准备进行交换;下行线供用户接收数据信息。这种接入线既是整 个通信网的最后一英里 ( l a s t m i l e ) ，又是最初一英里 ( f i r s t m i le ) 。这样， 一 个市内 通信网范围内众多用户的接入线就构成接入网。 从整个通信网络来看， 对接入线只涉及一个用户， 核心网承担整体通信业务，关系重大，而接入网的每 影响较小。 庞大，因此对通信网投资企业者来说， 1 . 1 .2 .2 接入网定义 但是，用户数众多，相应地接入线的线对数 接入网需要花去比核心网更多的资金。 根据i t u - t定义，接入网是指用户网络接口 ( u n i : u s e r n e t w o r k i n t e r f a c e )与 业务节点接口 ( s n i : s e r v ic e s n e t w o r k i n t e r f a c e )间实现传送承载功能的实体网络， 包含线路设施和传输设施， 可由 管理 接口 ( q 3 ) 配置和管理。 其中， s n ( s e r v i c e s n o d e ) ( 业务节点) 指的是提供接入到各种交换或非交换综合业务的网元: s n i 指的是提供 用户接入到 s n 的接口:u n i 指的是终端设备与应用接入协议的网络终端之间的接 口。传输设施提供必要的传送各种业务所需的承载能力，对用户信令是透明的，不 作处理 ， 。 接入网也是指中心局到用户终端之间的所有机线设备。它的界定如图1 - 1 所示。 接入网所覆盖的范围由三个接口界定。 网络侧经由 业务节点接口 ( s n i ) 与业务节点 ( s n ) 相连。 业务 节点 可以 是p s t n ( p u b l i c s w i t c h e d t e l e p h o n e n e t w o r k ， 公 共开 关 电话网络) / i s d n交换机， 也可以是租用线业务节点、 路由器或特定配置情况下的点 播电视和广播电 视业务节点等。 业务节点接口 是连接接入网和业务节点的开放接口， 包括日 前广泛应用的一与 窄带交换设备相连的v 5 接口， 还有 v 13 5 接口、高速以太网 接口及其它开放接口。 用户侧经由用户网络接口( u n i ) 与用户终端设备或用户驻地 网 相连。 用户网 络接口 可以 是z 接口 、 i s d n接口 、 a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e r m o d e ) 接口，也可以是以太网接口或其它接口。用户终端可以是计算机、普通电话机或其 它电 信终端设备。 用户驻地网 可以 是局域网 或其它专用通信网。 管理方面经q 3 接口 与电信管理网 ( t m n )相连， 通常需经协调设备再与t m n相连2 1 图1 一 1 接入网界定 1 . 1 .2 .3 接口配二 在交换业务的情况下， s n即指本地交换局， 它提供接入呼叫和连接控制信令的 功能，具有接入连接并进行资源处理的能力，这时接入网就是本地中心局与用户终 端之间的系统.最简单的接入网就是金属用户线路，这时u n i 就是电话机与用户线 的接口，s n i 就是电话交换机的模拟用户线接口 ( z接口) 。由此可见，有电信网以 来就有接入网，随着数字化从核心网扩展到用户接入，s n i 和u n i 越来越多样化， 创门 之间的传送实体也变得复杂了，国际电 信联盟开始用接入网来定义s n i 和u n i 之间的传送系统。交换机数字用户接入用的s n i 统称为v接口，根据帧格式等而区 分为v i -v 5 ，其中v 5 又依据集线能力分为v 5 . 1 与 v 5 .2 ， 宽带则称为v b 5 . 1 和 v b 5 .2 o u n i 的类型也很多， i t u - t已 经规定的有i s d n的t接口 和 b - i s d n的t b 接口，实际上大量使用的还有i o m b / s 和1 0 0 m b / s 以太网接口，以 及1 0 0 0 m b / s 以太 网口。用户终端也不仅仅是t e ，代替t e的可能就是一个网络，即c p n ( 用户驻地 网) 。 随着i p 和视频业务的发展， 路由 器、 接入服务器、 视频服务器等作为s n出现 在电 信网络， s n i 可以v 5 或v b 5 类接口， 也可以是不同的接口， 对后者i t u - t目 前尚 未 标准化3 1 1 . 1 .3 接入网 功能及其业务 1 . 1 .3 . 1 接入网功能 接入网包括缆线设施和传输设备，一般具有复用、交叉连接等传输功能，还具 有与u n i 有关的用户端口功能、 与s n i 有关的业务端口功能以及核心功能( 如集线、 电 路仿真和通路选择) ， 这些功能分 布在o l t ( o p t i c a l l i n e t e r m i n a l ， 光线路终端) 和o n u ( o p t i c a l n e t w o r k u n it ， 光网 络单元) 中。 传输设各是与业务和应用无关的 传送网络，主要完成交叉连接、复用和传输功能，一般不包含交换功能，其目标是 建立一种标准化的接口方式，以 一个可监控的接入网络，使用户能够获得话音、租 用线、数据多媒体、有线电视等综合业务。需要指出即便在交换业务接入的情况下 接入网本身也并不解释用户信令，换句话说接入网不受用户信令所控制，不包含交 换功能。 对于s n i 是v 5和 v b 5 类接口的接入网， 与v 5 和v b 5 类接口有关的功能 是由网络管理系统通过a n中管理用的q 3 接口 来配置的。 1 . 1 .3 .2 接入网业务 除了电话业务外，接入网 在目 前至少应支持现有铜缆用户网所能支持的所有业 务，例如各种低速数据业务、 n x 6 4 k b it 数据租用业务、模拟租用线、i s d n基本接 入和非本地交换的业务等等。 从 1 9 %年开始， 中国电 信组织了由1 7 个中外厂商和 1 5 个省邮电管理局参加的 3 5 个实验点。经过近2 年的试验，结果表明v 5 接口 可实现不同厂家接入网设备与 交换机的互通，接入网具有较强的业务支持能力，除支持p s t n , i s d n业务外，还 支 持n x 6 4 k b p s , 6 4 k b p s 以 下各类速率、 i n t e r n e t , x .2 5 , c a t v ( c o m m u n i t y a n t e n n a t e le v is i o n )等业务。根据试验和测试结果，1 9 9 8 年中国电 信选出功能较强、能较好 符合中国v 5 接口 规范的 巧个厂家 1 0多种接入网设备在公网上试用。由 此，我国 v 5 接入网的实际应用在全国范围逐步展开。到目 前为止，网上接入网设备共4 0 0 万 线，规模超过世界其他国家。 随着我国接入网技术的逐渐成熟和发展， 公众多媒体通信接入系统、 a t m接入、 v o d ( v i d e o - o n - d e m a n d ，视频点播)系统等已逐步进入试验网阶段，而利用 h f c ( h y b r i d f i b e r - c o a x i a l ， 光纤同 轴电缆混合网) 系统和非 对称c a b l e m o d e m ， 将专用 c a t v网改造成具有宽带数据和话音接入的宽带接入网的工作也在逐步展开。 这些都 为建设能传送活动图像、图片、数据、话音等各种业务的、统一的接入系统全 业务 接入网 打下坚实的 基础4 1 对于小企事业用户和居民用户，近期的宽带业务需求主要有下面五类: ( 1 )点播电视 ( v o w ， 又称影视点播业务或准影视点播业务，尤其是点播电 影节目。这类业务允许用户选择中心电影库中的任何一部影片并具有很短的延时。 这类业务将会是小企事业和居民 用户环境下发展最快的宽带新业务。 ( 2 ) 交互式图像游戏。 这类业务允许用户通过现有的公用电话网玩电子图像游 戏，电 子图像游戏库可以有大量丰富多采的节目 可供选用。这类业务也会有相当的 市场。 ( 3 ) 交互式图像业务。这类业务允许用户控制所看的节目， 例如用户可以控制 摄像机的角度，参加游戏节目，获取新闻或体育节目 的额外信息等。 ( 4 ) 远程教育。 这类业务允许分布在各地的用户都能参加现场的或录像的教育 课程。这类业务预计也将会有较大的发展潜力。 ( 5 )多媒体库。 这类业务可以 看作是远程教育节目中的一种，其特点是允许用 户进行交互式搜索，并能看、读、听多媒体信息，即有视听读能力。 中长期的宽带业务需求主要有下面几类: ( 1 ) 广播电视。 这类业务允许用户籍用广播电视。 这类业务允许用户接入和迅 速选择广播电视节目。 ( 2 )事务业务。 这类业务允许用户参与交互式事务，诸如银行、购物、要求服 务、预购机票、预订旅馆等。 ( 3 )目 标型广告。 这类业务允许作广告的公司选择某一类人或群体看他们的广 告，或者为特定的个人或群体选择广告类型。 其他的还有图像信箱业务和可视电话业务等。 1 . 2 1 . 2. 1 光纤接入系统e p o n 接入技术分类 接入网分类方法有很多种，例如可以按传输媒介分、按拓扑结构分、按使用技 术分、 按接口 标准分、 按业务带宽分、 按业务 种类分等等6 1 。 综合来看目 前的宽带接 入方式， 比较成熟的主流技术有以下几种: 一， 基于电话网用户线的x d s l ( x d i g i t a l s u b s c r i b e r l o o p ) 技术:二， 基于有线电 视网的h f c宽带接入:二， 基于千兆及快 速以太网的f t t x + l a n技术;四， 基于 s d h技术: 五， 基于固定无线方式的l md s 接入; 六， 基于 光纤的p o n接入7 . b 1 . 2 . 1 . 1 基于电话网金属用户线的x d s l( 数字用户线)技术 该系统的 拓扑结构是点 到点， 又可分为i d s l ( i s d n数字用户环路) 、 h d s l( 利 用两对线双向对称传输 2 mb / s的高速数字用户环路) 、s d s l 单线对双向对称传输 2 mb / s 的数字用户环路，传输距离比h d s l稍短) 、v d s l( 超高速数字用户环路) 、 a d s l( 不 对称数字 用户 环路) ， 其中以a d s l 为 代表。 a d s l ( a s y m m e t r i c a l d i g i t a l s u b s c r ib e r l o o p ) 利用先 进的 数字 编码和调制解调 技术， 实 现在一对普通电 话双绞线 上传送双向高速数字信号。 a d s l提高了i p数据业务的分流能力，高速数据由 于不 占用话音交换机的任何资源，所以 用户的增加不会对传统话音交换机造成任何附加 负荷。其主要缺点是对传输线的要求较高，目 前国内只有不到 1 0 %的双绞线可以用 于a d s l 。另外，a d s l 成本偏高。 1 .2 . 1 . 2 基于有线电视网的h f c , s d v宽带接入 该系统的拓扑结构是树型或总线型，下行物理上通常为广播方式。h f c( 双向 混合光纤同轴电缆接入传输系统) / s d v( 可交换的数字视频接入系统， 也是基于混 合光纤同轴电缆， 但同轴电缆上只传输下行信号)与其他接入方式相比的特点是下 行可以混合传送模拟与数字信号，但是不足之处是:在接入网和骨干网之间需要模 数转换，带宽共享会随着用户容量增加而指标变坏:同轴电缆部分为树状结构，容 易产生噪声积累，影响系统质量;下行和上行频率存在干扰，滤波技术难度大。 1 .2 . 1 .3 基于千兆及快速以太网的f t t x 十 l a n技术 以 太网方式是采用 1 0 “ 位、1 扩位以 太网 交换技术， 利用路由 器+ 交换机+ 5类线 ( u t p - 5 ) 方式实现“ 千兆 ( 1 0 ) 到小区、百兆 ( 1 0 日 )到 用户”的宽带信息化小区 建设方案。快速以 太网接入由 于与i p网的无缝结合和优良的可扩展性而具备很多天 然优势， 该技术能够提供高速的网络服务， 分组话音和视频业务， 费用远远低于h f c 和x d s l ， 且具有更长的使用周期。 其不足之处在于 1 0 / 1 0 0 m 以太网五类线接入的传 输距离有限，如果换用专用的无碰撞全双工光纤连接，就会使以太网的传输距离扩 大， 完全可以满足接入网和城域网的应用需要。 该接入方式的另一个缺点是接入交换 机数量众多、零散，网络管理和维护复杂，线路不够安全。 1 .2 . 1 .4 基于 s d h技术 s d h ( s y n c h r o n o u s d i g it a l h i e r a r c h y ， 同 步数字体系) 技术主要应用在核心网 上， 但随着带宽需求和技术的发展，s d h技术上的巨大优势也会扩展到接入网领域， 使 s d h的功能和接口 尽可能靠近用户。 在接入网中应用s d h的卞要优势是: 可以直接 用 s d h系统以点到点或环型拓扑形式与用户相连， 提供理想的网络性能和业务可靠 性，从而满足对业务质量和稳定性要求很高的大型企事业集团用户的需求;可以增 加传输带宽，改进网管能力，简化维护工作，降低运行维护成本;另外，s d h固有 的灵活性使网络运营者可以更快更有效地提供用户所需长期和短期的业务以及组网 需要。 1 . 2 . 1 . 5 签于固定无线方式的l md s 接入 l m d s( 本地多点分配系统) 是一种微波宽带系统， 主要的工作方式是点到多点， 它工作在微波频率的高端2 0 g h z - 4 0 g h z .组网灵活方便，使用成本低。该系统上行 解决多用户争用的技术有f d ma( 频分多址) 、 t d m a( 时分多址) 和c d m a( 码分 多址) ， 从频谱效率看c d ma最好， t d ma其次。 其中c d ma又有扩谱 ( d s ) ,跳 频 ( f h )和同步 ( s - c d m a )几种。l m d s的技术优点主要是:通信带宽高、提供 业务多、有完善的网管系统，方便用户对网络的监控。 1 . 2 . 1 . 6 基于光纤的p o n接入 光纤接入网 ( o a n : o p t i c a l a c c e s s n e t w o r k ) 是 采用光纤 传输技术的 接入网， 即本地交换局和用户之间全部或部分采用光纤传输的通信系统。 从总的发展趋势看， 在接入网中馈线光纤必将代替馈线电缆， 直接面向用户，实现纯光纤接入，即光纤 到户( f t t h 方式。 光纤接入网又可划分为无源光网络( p o i ) 和有源光网络( a o n : a c t i v e o p t i c a l n e t w o r k ) ， 其中， 无 源光网 络的 发展受到多 数国 家和i t u - t 的 更多 关 注。 有源光网络系统有基于p d h( 准同 步数字系列) 和s d h( 同步数字系列) 之分， 杯朴结构可以是环型、总线型、星型或混合型，也有点对点类型。无源光网络有窄 带与宽带之分， p o n本身下行是点到多点系统，上行为多点到点。上行时需要解决 多用户争用问题，目 前大多采用 t d ma( 时分多址)技术。 1 .2 .2 接入网发展趋势 随着数字化与宽带业务的出现， 采用具有更长传输距离和更大容量的通信媒介， 成为现今接入网技术的发展方向。社会和技术的进步使得信息技术发展的大趋势是 电话、计算机、电 视二种技术、产业乃至网络的融合，即三网合一。它表现为业务 层互相渗透交叉，应用层使用统一的通信协议，网络层互联互通，技术上趋向一致。 在这种大潮推动下， 接入网的发展目 标是建立一个全业务接入网 ( f s a n ) ，它不仅 能支持窄带、宽带以及交互式宽带业务， 而且还能支持目 前尚未定义的一些新业务， 将各种应用性技术融于一网，以 满足用户的 各种业务 需 求 9 1 x d s l数字用户系列技术是基于原有的铜缆接入网而提供的一种宽带接入手段， h f c系统和非对称c a b l e m o d e m在传送模拟c a t v信号方面具有很大优势; 但从技 术发展来看，光纤到户 ( f t t h )是接入网的最终解决方案。光纤到户的优点在于: 对用户来说带宽不受限，这为宽带业务进入家庭提供了带宽上的保证:另外，光纤 直接到家，不受外界的干扰也无泄露问题，室外设备可以做到无源，避免雷击，性 能更可靠，供电成本也最低:但其缺点是成本太高，不能大量推广。随着光纤器件 的 成本的降 低， 采用光纤 接入网 无疑是 一种 最好的 接入方案 1 0 1 . 3 本文的主要研究方向 1 .3 . 1 课题的提出 宽带接入技术的发展， 绝不仅仅意味 着用户能 享受更方便快捷的i n t e rn e t 资讯， 更重要的是它背后孕育着一场巨大的网 络通信技术发展与应用的革命。随着市场竞 争的加强， 宽带化进程所需的时间也会大大缩短。 e p o n以其高带宽、 低成本、 易使 用、易升级的优良 特性成为光接入网的最佳选择，为 “ 最后一英里” 接入瓶颈的解 决提供了最具有竞争力的方案。同时，宽带接入问 题的解决必将导致各个领域的技 术 革 新 u 近年来， e f m小组关于e p o n的标准化工作已 取得了很大进展，整体框架已经 确定， 第一次草案也即将出炉。 现在， 越来越多的公司都加入了e f m研究组， 加快 了标准化的进程。 一些大型的运营商和设备提供商如c i s c o , n o r t e l , a l c a t e l . b r o a d c o m 等公司都非常看好 e p o n在宽带接入网方面的巨大优势，也希望标准化工作能尽快 完成 12 ! 由于有开发千兆以太网和 a p o n的技术基础，e p o n与现在广泛普及的以太网 良 好的兼容性，以及广大设备生产商、业务提供商和用户对 e p o n的支持，e p o n 必将会以高的性能价格比为用户提供最后一公里的最佳接入。所以从根本上来说 e p o n的应用和发展将带来多个领域的良 性互动，具有广阔的市场前景。 本文工作是国家八六三课题 “ 基于千兆以太网的宽待无源光网络系统”的子课 题， 重点研究了该网 络的网 元管理系统， 实现了 基于s n m p 的网管， 从而保证了e p o n 系统的高效正常运行。 1 .3 .2 本文的主要研究内容 本文共分七章。第一章绪论部分对接入网的概念及业务做了介绍，并初步探讨 了 接入网 技术，其中对光纤接入系统e p o n做了简要说明;第二章e p o n及其关键 技术介绍了e p o n系统的基本结构和功能，并对e p o n接入的关键技术进行阐明， 同时对比7 e p o n与 p o n ( a t m p o n ) 技术的差异，指出e p o n的优势所在; 第 三章简单网络管理协议对s n m p 协议做了详尽的研究， 认真学习了s n m p的管理信 息结构、 管理信息库和协议内 容， 为e ms 网管的实现打下基础: 第四章基于s n m p 的网元管理系统介绍了e ms网管模块的结构，并对 i p * w o r k s ! . n e t网络工具包的 s n m p 组件进行详细说明;第五章e m s 网管系统实现重点介绍了网管的配置管理、 性能管理、故障管理、安全管理四大功能的要求与实现，对于一些重要的模块做了 详 细介绍; 第六章e m s 网 管软件的 维 护与 升级介绍了t f t p 协议的内 容， 并 利用t f t p 协议实现了网管软件的维护与升级;第七章对本文做了简短了总结。其中第四第五 章是本文的重点。 2 e p o n及其关键技术 2 . 1 e p o n的基本结构及功能 如图2 - ， 所示，一个完整的e p o n系统主要由光线路终端 ( o l t ) 、光分布网络 ( o d n) 、光网络单元 ( o n u )和网元管理系统 ( e ms )组成。 图2 - 1 e p o n系统结构框图 o l t ( o p t i c a l l i n e t e r m i n a l ) 既 是 一 个交 换 机 或 路由 器， 又 是一 个 提 供 多 业务 服 务的平台， 它能够提供多个g b i t/ s 和 l o g b it / s 的以太网接口s n i ， 满足以太网交换功 能;提供面向 无源光纤网络的光纤接口，支持 wd m 传输;同时提供针对网管的接 口 。 o l t除了 提供网 络集中 和接入的 功能 外， 还可以 针对用户的q o s ( q u a li t y o f s e r v ic e )的不同要求进行带宽分配。 o d n ( o p t i c a l d i s t r i b u t i o n n e t w o r k ) 是 一个连接o l t 和o n u的 无 源设备， 包 括光分路器和光合波器等， 其功能是分发下行数据并集中上行数据。一般一个o d n 的分线率为8 , 1 6 或3 2 ，并可以多级连接。在e p o n中， o l t到o n u间的距离最 大可达l o k m，如果使用光纤放大器 ( 有源中继器) ， 距离还可以扩展。 o n u ( o p t i c a l n e t w o r k u n i t ) 采 用了 技 术 成熟 而 又 经 济的以 太网 网 络协 议， 提 供针对o d n的光纤接口和面向用户的u n i 接口， 在中带宽和高带宽的o n u中实现 了成本低廉的以太网第二层第三层交换功能， 可以为多个最终用户提供很高的带宽。 通信过程中使用以太协议， 因此不需要协议转换， 实现了o n u对用户数据的透明传 送 。 e m s ( e l e m e n t m a n a g e m e n t s y s t e m ) 具备针对e p o n的 配置、 性能、 故障 和安 全等管理功能，它通过 s n mp 协议对e p o n中的各个网元进行管理，使整个系统能 正常高效地运行。当出现故障时能及时报告和处理，并协调保持系统的正常工作， 从而使 e p o n中的资源得到更加有效的利用，同时系统还可以很灵活地根据用户的 需要来动态分配带宽。 2 .2 e p o n接入的关键技术 2 .2 . 1 e p o n的传输关键技术 e p o n采用点到多点的分布结构， 不需任何复杂的协议， 光信号就能直接传送到 最终用 户， 来自 最终 用户的 数 据也能 被集中 传送到中 心网 络 l 3 。 在下行方向 ， 如图 2 - 2 所示，e p o n充分利用p o n结构的广播方式，多种业务信号通过光纤传输到中 心局 ( c o ) ，然后被 o l t经光分配器 ( o b d )无源地分配到o n u单元，经过o n u 的光/ 电转换和信号处理后为用户服务。下行的工作波长典型值为 1 3 1 0 n m o 发往特定o n u 的信息包 图2 - 2 e p o n系统的下 行数据信息 在上行方向，如图 2 - 3 , 2 - 4所示，一般采用时分多址 ( t d m a )或波分多址 ( w d m a ) 技术。 采用t d m a技术， 实 现起来较为复杂， o n u之间 相互争用带宽， 必须在自己的时隙内发送数据报，否则会发生碰撞。因此需要解决快速比特同步、 定时、 测距和突发式光发送/ 接收等关键技术; 而采用wd m a技术实现起来较简单， 对于分线率为 3 2的o d n, 仁 行1作波长根据 g6 9 2 ，间隔 1 0 0 g h z 选择 3 2 波，为 每个o n u分配一个波长，探测器阵列接收各o n u的信号。根据接收探测器，就可 以判断出对应的是哪个 o n u 。由于每个 o n u都独占一个波长，享有的上行带宽可 以得到保证， 所以不需要与其他o n u争用有限的带宽， 可以持续发送数据， 而无需 等待白己的时隙，这样上行方向采用了点到点的传输，每个上行信道可以实现与下 行信道对称的带宽。wd m a 的主要问题是:对光源波长精确度要求较高 并且需要 更多的光接收器件，因此成本比 较高，主要是光器件成本目 前还比 较高。只要所需 光器件的成本降下来，e p o n上行采用wd m a接入方式比t d m a方式的优势大很 多。 由各个o n u 发送的信息包 图2 - 3 e p o n系统采用t d ma的 上行数据信息 由各个o n u 发送的信息包 图2 - 4 e p o n系统 采用wd m a的 上行数 据信息 2 .2 .2 e p o n的无源光器件 在e p o n接入网中， 需要实现对光路连接、 光信号传输方向控制、 光信号功率分 配、 各器件之间的祸合控制、 分波合波等。 因此， e p o n接入网几乎使用所有的无源 光器件，如光功率分配器、波分复用器、分路祸合器、活动连接器、衰耗器、光隔 离器等等。其中，光纤祸合器、光功率分配器、波分复用器等都很重要。 2 .3 e p o n与a p o n的对比 宽带 p o n当前已 经标准化的是基于a t m的 p o n ， 即 a p o n . a p o n是2 0 世 纪 9 0 年代中期开发完成的， 通过利用a t m 的集中和统计复用，再结合无源分路器 对光纤和光线路终端的共享作用， 使成本比 传统的、以电路交换为基础的p d h / s d h 接入系统降低2 0 - 4 0 %。 但是现有的a p o n系统有一个很大的缺点:由 于它将帧分割 成5 3 字节的a t m信元进行传输， 这样当一个信元传输出现错误时整个帧己 经无效， 而余下的a t m 信元仍在传输，因此大大浪费了网络资源。还有，a t m在一定长的 i p 包上增加信元消耗， 这样， 额外信元开销将达 1 3 %， 也就是说， 通过a t m网络传 送用户数据，要比用e t h e rne t 网络多传送 1 3 %的数据。此外，a t m还存在需要协议 转换、带宽有限、结构复杂和造价昂贵等缺陷。 随 着i p 技术的不断完善， 大多数的运营商已 经将i p 技术作为数据网络的主要承 载技术。由此也衍生出大量以以 太网技术为基础的接入技术。同时由于以太技术的 高速发展，使得 a t m 技术完全退出了局域网。因此把简单经济的以 太技术与 p o n 的传输结构结合起来的e t h e rn e t o v e r p o n概念， 自2 0 0 0 年开始引起技术界和网络运 营商的 广泛重视。 在i e e e 8 0 2 .3 e f m( e t h e m e t f o r t h e f ir s t mi l e ) 会议上， 加速了e p o n 的标准化工作. e p o n是几种最佳的技术和网络结构的结合。与a p o n承载的是固定长度为5 3 字节的a t m信元不同的是， e p o n承载的是最大长度为 1 5 1 8 字节的可变长数据包。 它采用点到多点结构，利用无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务。目 前， i p / e t h e rn e t 应用占到整个局域网通信的 9 5 %以上， e p o n由于使用上述经济而高效 的结构， 必将成为连接接入网 用户的 一种最有效的 通信方法p a , 1 s 2 .4 e p o n的优势 与其他接入方式相比，e p o n有非常突出的优点，主要表现在: 门)相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。e p o n结构在传输途中不 需电 源， 没有电子部件，因此容易铺设， 可以适应恶劣的外界环境，基本不用维护， 而且使用周期长， 长期运营成本和管理成本的节省很大; e p o n系统对局端资源占用 很少，模块化程度高，升级很容易:系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高。 e p o n系统是面向未来的技术，提供多业务平台，对于向全i p网络过渡是一个很好 的选择。 ( 2 ) 提供非常高的带宽。 e p o n