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浙江工业大学硕士学位论文 g p o n 网管系统的关键技术研究和实现 摘要 随着网络用户的急剧增加，高带宽业务的不断出现，宽带光纤接入网技术显得越来 越重要，尤其是p o n 技术。目前比较流行的p o n 技术标准有a p o n 、e p o n 和g p o n 标准。 他们各自有着其优缺点。但a p o n 和e p o n 在承载业务上的能力上与g p o n 相比有一定的 不足，g p o n 系统具有天然的承载t d m 业务能力，能够高效、透明地完成各种业务的传送， 因此，未来的f t t p f t t h 领域中解决方案，g p o n 技术将成为重要的一部分。 本文首先介绍了目前流行的各种接入网技术以及p o n 的发展和分类，并对p o n 技术 进行了比较，阐述了g p o n 系统的组成、工作原理和g p o n 网管系统组成和工作原理。在 此基础上提出了整个g p o n 网管系统实现的关键技术点，主要是对管理者站端与o l t 的 a g e n t 代理端的信息交互的设计于实现，以及s n m p 协议与o m c i 协议两者协议转换之间 的实现，以及0 l t 的0 m c i 代理端与o n u 从代理端信息交互的实现。重点是在根据g 9 8 4 4 协议设计的基础上，利用嵌入式l i n u x 系统和开发板实现了网管的功能，并且优化设计 了相关功能。 本文研究设计的网络设备信息交互的实现方法对促进g p o n 网管系统的实现有着重 要的理论和现实意义。 关键词：吉比特无源光网络，s n m p ，嵌入式l i n u x ，s 3 c 2 4 4 0 ，o m c i 浙江工业大学硕士学位论文 t h ek e yt e c h n o l o g i e si m p l e m e n t a t i o n o fg p o nn e t w a o r km a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t w i t hi i l t e m 烈u s e r sd r a m a t i c i n c r e a s i n g a n dl l i 曲- b a i l d 、v i d t l ls e n ，i c e s e m e 唱i n g ， b r o a d b a n do p t i c a la c c e s sn 咖o r kt e c l l l l o l o g ) ri sb e c o m i n gi m p o n a m ，e s p e c i a l l yi np o n 妣h n o l o 黟a tp r e s e n t ；m ep o p u l a rp o nt e c 量l f l i q u e s 黜a p o n ，e p o n 锄dg p o n a n dt h e y e a c hh a v em e i ra d v a l l t a g e s 锄dd i s a d v 锄胁g e s c o m p a r e d 谢n lg p o ns y s t e m ，a p o n 锄d e p o nh a v ed i s a d v a n t a g e si nt l l ec a p a c i t yo f c a n 了i n gb u s i n e s s g p o ns y s t e mc a i ll o a dt d m s e i c ei n a n i f i c i a l l y ，位m s m i ta l ll 【i n d so fs e r v i c e se 衢c i e n n y 龇l d 咖p a r e n t l l y g p o n t e c h n o l o g yw i l lb e c o m e 锄i m p o r t 锄tp a ni n 如t u r ef t t p f t t hs o l u t i o na r e a t 1 1 i sa r t i c l ef i r s ti n t r o d u c e ss o m ep 叩u l a rn 咖o r ka c c e s s t e c h n i q u e s 锄d廿1 e d e v e l o p m e m 锄dc l a s s i f i c a t i o no fp o nt e c l l i l o l o 黟i td e s c r i b e s 龇c o m p o s i i l g ，w o 幽n g t 1 1 e o 巧o fg p o ns y s t e m 锄dg p o nn e t w o t l ( m a l l g e i l i i l e n ts y s t c m t h e n ，龇a n i c l ep u t s f 0 刑砌t l l ek e yt e c l l i l o l o g yp o i n t so fg p o nn e t 、0 r k i ti se m p l 琊i s0 nt l l ei i l t e r a c t i o n i l l l p l e m e n t i o nb e “e e nm 锄a g e m e n ts t a l i o n 锄do l t sa g e n t ， a n dp r o t o c o lc o n v e r s i o n i m p l e m e n t i o nb 嘶e e no m c ip r o t o c o l 锄ds n m pp r o t o c o l ，a n di n f b n n a t i o ne x c h 锄g e i i i l p l e m e n t i o nb e t 、v e e no l t so m c ia g e n t 锄do n u a c c o r d i n gt 0g 9 8 4 x ，t l l e 枷c l e i l i l p l e m e n t sg p o nn e t 、) v o r km 趾a g m e n tb yu s i n ge m b e d d e dl i i l u xd e v e l o p m e i l tb o a r d ，锄d o p t i m i z e st l l er e l a t e dm n c t i o n i nt l l i sp a p e r ，t h er e a l i z a t i o no fd e s i g nm e m o do fn e t 、o r kd e v i c ei d o m l a t i o ne x c h a n g e 晰l lp r o m o t et h ei m p l e m e n t i o no fg p o nn e t w o r km a l l g 锄e n ts y s t e m i th a s i i i l p o n a i l tv a l u e s i nt l l e o r e t i c a l 赳l dp r a c t i c a ja r e a k e yw b r d s ：g p o n ，e m b e dl i n u ) 【，s 3 c 2 41o ，s 3 c 2 4 4 0 ，o m c i 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 时代的快速发展，1 1 1 t e m e t 网络的影响力与日剧增。伴随着网络用户的急剧增加， 全球宽带接入网进入了信息化高速发展阶段。而我国宽带接入网在近两年发展也十分迅 速。随着三网融合的快速进行，光纤数字通信技术异军突起，以及宽带网络的快速发展 和各种高带宽业务的出现，使得宽带光纤接入网技术川显得更加重要。截止2 0 1 0 年年底， 韩国宽带家庭的普及率已经达到9 5 ，居全球首位。而北美国家的宽带用户也突破了五 千万，我们国家宽带用户已经超过了l 亿户。因此，大量用户的增加导致了网络的极大 拥挤，寻找新的接入网技术就非常重要。目前随着韩国，日本和北美国家光纤到户f 1 广r h 【l 】( f i b r et 0n l eh o m e ) 的正在进行大规模的发展，国内f t r h 技术运用已经在一些地方 开始实施，并且已经商用。 目前，主流的宽带光纤接入网的技术大致分为两类，有源光网络( a c t i v eo p t i c m n e t 、o r k ) 和无源光网络( p 2 l s s i v eo p t i c a ln e t 、v o r k ) ，而有源光网络的主要接入技术是基 于s d h ( s y i l c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 的多业务传送技术m s t p ( m u l t i s e i c et r 孤s p o n p l a t f o m ) ，m s t p 技术解决了s d h 技术对于数据业务承载效率不高，成本高，服务质 量不高等问题，但不适合面向家庭用户【2 】f 3 】；有源光网络的主要接入技术是基于以太网 的p o n 技术( e p o n ) 和g p o n 技术。p o n 网络由于自身的特点能够避免电磁干扰和雷电 影响，提高系统的可靠性，并且业务透明性好，原则上可以用于任何制式和速率的信号， 是未来光纤化接入的理想选择之一，未来的潜在市场比较大。 p o n 技术是一种新型的点到多点的光纤接入技术，可以满足各种网络数据业务的 需求。由于p o n 不含任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器组成，不需要贵 重的有源电子设备，所以其管理维护的成本较低。p o n 技术由于能够很好的坚决目前技 术难以解决的一些难题，如实现费用，带宽拥挤，良好的解决“最后一公里”，而受到 关注。目前，无论是在国内还是在国外，p o n 技术的主流技术e p o n 和g p o n 都已经 进行到商用化阶段，成为了网络接入方案的新秀。 目前比较流行的p o n 标准有基于a t m ( a s y n c h r o n o u st r a i l s f e rm o d e ) 协议的a p o n 2 浙江工业大学硕士学位论文 ( 删p a s s i v eo p t i c a lne t _ w d r k ) ，基于以太网协议的e p o n( e t l l e m e tp 嬲s i v eo p t i c a l n e t w o r k ) 和新一代g p o n 【4 】【5 】f 6 】川( g i g a b i t c a p a b l ep a s s i v e 叫i c a ln e t 、o r l ! ( s ) 。由于a p o n 技术的a t m 技术承载i p 业务效率低，因此未能取得很好的商业成功，然而e p o n 技 术和g p o n 技术是目前最为流行的两种光接入网技术。e p o n 技术和g p o n 技术都可 以提供比a p o n 更高的带宽和更全面的服务，同时其的体系结构也符合相关标准的大多 数要求。但由于g p o n 由于具有比e p o n 更好的业务承载能力，提供更高的带宽需求， 因而，g p o n 技术就比e p o n 更能接近用户业务的需求。由于e p o n 技术在承载时分复 用业务方面存在着一定的缺陷，且有时导致严重的服务质量问题产生，因此e p o n 技术 在发展方面受到了一定的限制，而g p o n 系统的传输汇聚层具有天然的承载时分复用业 务，更加注重各种业务的服务质量，以及其上下行链路的非对称特性更能使用户获得更 大的带宽，更加高效的网路速率。因此，g p o n 技术更加受到设备商家的青睐。g p o n 网 络技术也将成为f n h 领域中更为完善的解决方案，同时也是网络技术领域中的一大热 点和高利润增长点，有望成为下一代网络系统主要的接入技术。 接入网是通信网的重要组成部分，直接面对广大用户，因此接入网技术的好坏直接 关系到未来该接入技术的发展前景，g p o n 接入网技术能够在众多接入网技术中脱颖而 出，也必然有其无可比拟的优越性。因此，当接入技术成为当前信息通信中高新技术竞 争最为激烈和发展过程最快的通信网部分，g p o n 技术无疑也受到了极大的关注，研究 他也成为现代通信网络的一个热点。 1 1问题的提出 目前，全球宽带接入的总用户数不断的上升，( d s l ，f t t x ，c a b l e ，m o d e m ) 等各种 接入技术也不断的发展。但是，随着“语音、数据和视频 三合一互联网业务的发展， x d s l 等接入技术已经逐渐无法满足用户的需求；而在涌现的新的接入网技术中，由于 政策和竞争因素的影响，和网络本身成本建设的下降，再加上光纤到户技术在接入网各 种技术中独有的强大优势，使得使用f f t x 技术的用户增长速度最快。无源光网络( p o n ) 技术是f t t x 采用的主流技术，它具有成本低、可靠、稳定、业务透明、易于维护和管 理等特点。 千兆无源光网络( g p o n ) 作为第三代p o n 技术不仅继承了点到多点传输技术、 可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构的p o n 技术特点，而且克服了a p o n 浙江工业大学硕士学位论文 ( 删p a s s i v e 哪i c a ln e “v o r k ) 的删技术承载i p 业务效率低，e p o n ( t l l e m e t p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 承载时分复用( t d m ) 业务存在很大的局限性等的缺点。g p o n 的传输汇聚( t c ) 层具有天然的承载t d m 业务能力，更注重多业务和服务质量( q o s ) 保证；能够简单、通用、高效的透明传送各种业务，非对称特性更能适应未来的 f t t p f t l h 宽带市场；传输距离更远、覆盖范围更广。它通过为用户提供千兆比特的 带宽，高效的i p 、t d m 承载模式，将成为f r r p f t t h 领域中更为完善的解决方案。 g p o n 是由局侧的光线路终端( o l t ) 、用户侧的光网络终端( o n t ) 以及光分配网络 ( o d n ) 组成的。它可以提供的带宽可以达到1 0 0 m 到1 0 g ，目前，1 0 g 的g p o n 网 络已经商用，达到了预期的效果。而且，随着g p o n 网络建设运营成本不断降低，但其 能支持互联网业务的能力大幅度提升的时，如对数据语音业务、视频点播业务的完美支 持，使得这种网络技术成为“三网融合”最佳的途径之一。g p o n 以前所未有的经济性、 以原有格式支持传统通信业务，也支持未来向全分组全i p 网络的演进，具有明显的经 济和社会效益。 虽然g p o n 技术具备了其他接入网网技术无可比拟的优势，但其网管技术目前还并 未达到e p o n 网管的程度。因此，如何能够使得网络系统中各个部件进行最大限度的协 调工作，如何更好操作、维护和管理g p o n 系统，是g p o n 系统中一个重要而且急需 解决问题。通信网络管理系统这个概念的诞生就是能够自动的方便的实时的为网管人员 提供关于当前网络运行状况的信息，并且同时能够对网络性能数据进行采集、分析和预 测，在保证通信网络正常运行的基础上还能能够优化网络功能。因此，网络管理系统是 通信可靠、高效、稳定运行的重要保证，可大大减少网络故障，缩短或消除网络信号的 中断，提高网络的整体性能。因此，相应的网管技术研究也是一个重要的研究领域。 目前对g p o n 系统技术的研究已经比较成熟，但g p o n 网管系统的研究特别是在 o l t ( o p t i c a jl i n et e 肌i n m ) 及o n u ( o p t i c a ln e t 、v o r ku m t ) 的高层管理很不完善，特 别是对g p o n 系统管理和控制接口上的高层管理【4 】，比如与现有的协议如o m c i 协议进 行通信的问题，o l t 与o n u 之间o m c i 帧处理问题，特别是当管理多o n u 时对于可 能到来的并行o m c i 帧处理的问题，以及在基于光网络下单点对多点的通信问题都是急 需要待解决的。 4 浙江工业大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状及趋势 自新世纪以来，全球宽带接入网进入了高速发展阶段。我国宽带接入网在近两年发 展也十分迅速。随着i p t v 、网上v o d 点播等视频业务的开展，f t t x 技术的发展迫在 眉睫。目前主要的接入技术有e p o n 和g p o n ，两者相比g p o n 技术在运营维护和网 管方面比e p o n 有很大改进，但是它的技术成熟度不如e p o n ，难度较高，设备成本也 较高，因此虽然中国电信等运营商已经开展了g p o n 的测试，在中国主要采用e p o n 中 的主流技术g e p o n 。由于国内的f t t h 的技术研究取得重大的突破，其商用产品的开 发和应用也已经得到很大的推广。国内的厂商各个如z l r e 、华为、烽火等著名企业一直 积极致力于无源光接入系统解决方案，如中兴的z x a l0 ) 【p o n ，盛立亚2 0 0 0 e p o n 系统， 烽火通信、u t 斯达康所推出的f t t h 全业务解决方案都是一直积极研究的成果。2 0 0 8 年中国网通和中国电信已表示将在新建的公寓大楼中采用千兆以太网无源光网络 ( g e p o n ) 技术。2 0 0 9 年1 2 月1 3 日，美国电信巨头v e r i z o n 与华为日前完成全球首个l o g g p o n f t t p 现网测试，而在中国，2 0 l o 年1 月2 0 日，中国移动、工信部电信研究院、 多家厂商的碰头会议，拉开了1 0 g g p o n 测试序幕也悄然启动。所以研究g p o n 网管系 统是极具必要性和迫切性的。 因此，g p o n 的技术已经是相对来说比较成熟，但是现有的g p o n 系统的操作管理帧 的功能有比较大的局限性。在动态带宽的分配上，以及安全性的保障上都是有所欠缺的。 而且不支持改变远端m i b ( m a i l a g e m e n ti n f o n n 撕o nb a l s e ) 变量的能力，更是使得在网络管 理上的带来很大的困难。因此，在保证管理业务的顺利进行的同时，实现网络管理工作 的高效运行，也是一项十分重要的工作。所以，网管的工作必须能在这几方面有改进。 1 3 研究的目的和意义 在现代生活中，人们对于网络带宽的需求成指数型的增长。因此研究p o n 技术是 当代网络发展的一大趋势。p o n 技术的飞速发展，已经成为当前f t t h 技术领域解决方 案的首选，并且，p o n 设备的安全性，如不含任何有源电子器件，及其稳定性相比较以 往的技术都有很大的提升。并且在维护方面，也降低了成本。 目前，g p o n 技术是现实商用阶段的最新层次，由于g p o n 网络技术的实验得到了 很大的成功，并且很多厂家的商用产品也已经在市面上出现，因此其产品设备可以说比 5 浙江工业大学硕士学位论文 较成熟，但是对其网络管理方面的研究仍旧不是非常成熟，相关的论文文献也比较少。 因此，研究其网络管理系统的技术不仅仅在保证其网络的安全稳定运行，减少网络故障， 并且能够使得网管技术能够更加适应未来通信网络管理的需求。而且，我省的光电子制 造业也比较发达，所以，开展g p o n 管理控制系统的研究和开发，更加能推动为信息化 产业的发展。 本文通过对g p o n 标准系列g 9 8 4 x 分析，从理论上阐述g p o n 网络管理系统的实 现的可能，然后重点在网络管理的高层管理上进行相关协议的研究和开发。使得相关的 网络设备能够在保证业务顺利进行的前提下，又可以提高通信网络的可靠、稳定、高效 的运营，大大的减少网络故障的发生率，从而减少网络的运营成本，发挥g p o n 网络本 身固有的极大的优势，为g p o n 系统能够早日民用化贡献自己的一份力量。 1 4 本课题所做的工作 本课题在导师关心的指导下，年初确定了课题研究的主要内容以及工作安排。在这 段时间内，完成的工作大致如下： 结合g 9 8 4 4 规范和s n m p ( 简单网络管理) 协议，构建标准的、开放式网络管理系统， 实现对g p o n 网络的控制和管理要求。并实现其相关的关键技术。 1 、在分析g p o n 系统结构的基础上，分析g p o n 的o a m ( 操作管理维护) 以及 管理实体的关系，重点研究在s n m p 协议下对g p o n 网络系统的操作管理和维护技术 的设计和实现；从而使得网络管理站能通过网口对o l t 、o n u 进行网络管理，主要是网 络管理站通过s n m p 协议与o l t 代理进行信息交互； 2 、重点研究s n m p 协议与o m c i 协议区别，合理搭建两协议之间的通信桥梁。从 而使得在0 l t 中能够合理的构架出介于s n 肝协议和o m c i 协议之间的协议转换器； 3 、研究在o m c i 协议下o l t 端与o n u 端管理与控制软件、操作管理和维护技术 的设计和实现；从而使得o l t 能通过0 m c i 对o n u 进行管理控制，实现方式是0 l t 与o n u 之间通过0 m c i 帧进行控制管理信息的交互；并且o n u 能把突发事件实时通过0 m c i 帧发 给o l t ，向o l t 告警，并通知管理者软件端； 4 、在实现网管的关键技术的情况下，能够在空间上和时间上优化网络管理系统， 能实现较好网络管理效率。 6 浙江工业大学硕士学位论文 1 5 论文的安排 第一章，绪论。主要介绍课题的背景、研究的目的和意义以及要做的主要工作。 第二章，p o n 技术及其网管技术概述。首先介绍了p o n 技术的发展；再把g p o n 技术与a p o n 、e p o n 等技术做了比较：然后介绍了g p o n 系统的组成、工作原理、协 议、帧结构等；最后介绍了g p o n 网管技术系统技术的组成和工作原理。 第三章，管理者站与o l t 的a g e n t 代理端的信息交互的设计和实现，优化。从g p o n 网络的整体框架出发，在现有的开发条件支持下，实现管理者站与o l t 的a g e n t 代理端 的信息交互功能，并且对此功能提出改进方案。 第四章，s n m p 协议与o m c i 协议两者协议转换之间的实现。结合g 9 8 4 x 协议，分 析两者协议的区别。然后从功能出发，研究设计和实现该协议转化器的。 第五章，o l t 的0 m c i 代理端与o n u 代理端信息交互的实现。深入分析o m c i 协议， 在此基础上研究出关键部分的实现方案以及流程，并进行验证。 第六章，对现有的网管方案的不足点进行分析，初步提出改进方案。 第七章，对本文阐述的内容进行总结，指出研究的结果以及不足，并阐述了进一步 的研究目标。此外还总结了通过本次研究所得到的收获和本次研究所产生的重要意义。 7 浙江工业大学硕士学位论文 2 1p o n 技术 第二章p o n 系统及其网管系统概述 2 1 1p o n 技术的发展 在1 9 8 7 年，英国电信公司的研究人员最早提出了p o n 技术的概念。p o n 技术就进 过了一个快速发展的历程。他是一种单点对多点的接入技术。 在1 9 9 6 年，i t u - t ，发布了g 9 8 2 标准系列。为p o n 技术的革命性发展开辟了先 河【引。 在1 9 9 8 年，i t u t 以1 5 5 m b i t sa t m 技术为基础，发布了g 9 8 3 标准系列，即a p o n 的标准。同时各电信设备制造商的a p o n 产品也随之诞生【8 】。 2 0 0 0 年1 2 月，成立了i e e e8 0 2 3 a l l 工作小组，提出基于以太网的p o n 技术的概 念一e p o n ，开始正式研究包括1 2 5 g b i t s 的e p o n 在内的e f m ( e t l l e m e tf o rt h ef i r s tm i l e ) 相关标准。 2 0 0 1 年底，f s a n 把a p o n 更名为b p o n 。同时f s a n 也开始进行l g b i 以以上的 p o n g p o n 标准的研究。 2 0 0 3 年3 月i t u t 颁布了g 9 8 4 1 和g 9 8 4 2 标准，总体描述g p o n 总体特性和其 o d n 物理媒质相关子层的相关特性【9 】。 2 0 0 4 年3 月和6 月发布了g 9 8 4 3 和g 9 8 4 4 标准，规范t c 层和运行管理通信接 口层的相关属性内容和数据【9 】。 目前p o n 技术从出现到现在，已经形成统一国际标准有a t m 无源光网络技术 ( a p o n ) 、以太无源光网络技术( e p o n ) 、吉比特无源光网络技术( g p o n ) 以及尚未 形成国际标准波分复用型无源光网络( w p o n ) 和混合型无源光网络( h p o n ) 技术等 等。未来，由于其独特的优势，p o n 技术必将进入一个新的发展时代。 8 浙江工业大学硕士学位论文 2 1 2 几种p o n 技术介绍 ( 1 ) a p o n a p o n 是a t m p o n 的简称。a t m 技术是一种信元传输协议，近年来，被广泛的 应用于接入网上，提供远程教学，视频广播，以及各种通信数据业务。a p o n 技术是由 f s a n 联盟提出并经i t u t 采纳，是p o n 技术发展的最初技术。由于a t m 技术能为接 入网提供动态带宽分配等业务需求，而p o n 技术可以为其提供物理平台，因此最初在 p o n 技术中采用a t m 信元的形式来传输信息。a p o n 技术将a 1 m 和p o n 的优势互相 结合，使其显示出优越性能。 ( 2 ) b p o n b p o n 技术是a p o n 技术的后续发展。由于a p o n 的标准加强，可以支持6 2 2 m s 的传输速率需求，同时为了满足越来越多的业务需求，a p o n 的标准已经不适用，于是 有了b p o n 的产生。b p o n 最初被称为a t m 宽带无源光网络，被用于a t m 第二层信 号传输协议的p o n 规范标准，b p o n 系统提供各种宽带业务，包括以太网接入连接、 视频图像传输，语音数据传输等等业务。但是b p o n 的成本昂贵，以及部署困难，很快 被后面的e p o n 所代替。 ( 3 ) e p o n e p o n 的全名是以太无源光网络，e p o n 是一种新型的光纤接入网技术。通过单一 的光纤接入系统，在以太网之上提供多种业务，实现了数据，语音，视频业务的综合接 入。e p o n 在物理层采用了无源光网络技术，在链路层使用以太网传输协议，将具有i p 包头的信息帧直接封装在以太网中进行传输，并且利用p o n 的拓扑结构实现了以太网 的接入。因此，e p o n 拥有了p o n 技术和以太网技术的优点，使得成为现代f t t x 技术 采用主流技术。 但e p o n 它还存在着许多问题，包括协议本身还在不断的完善和研究、o 州功能 性和物理层规范都缺乏细节定义。目前，超低的传输效率效率和对太网外的其他业务不 能很好有效的支持等缺点，都限制了e p o n 的快速发展。 ( 4 ) g p o n g p o n 技术是基于i t u - t g 9 8 4 x 标准系列的最新一代宽带无源光接入网技术，具 有高效率，高带宽，能够承载多种业务，用户接口丰富等优点，g p o n 技术是一种面向 点到多点的光纤接入技术，在p o n 中传输多业务时，具有天然承载a 刑业务和i p 业 9 浙江工业大学硕士学位论文 务能力，对于各种业务的传输简单，高效，透明。 目前，g p o n 网络技术的主要缺点是技术成熟度不如e p o n ，各种业务的功能和高 效的速率支持使其实现难度较高，设备成本较高。因此对g p o n 技术进行研究，使其技 术成熟，降低成本具有重大的现实意义。 2 1 3g p o n 与其他p o n 技术比较 下表是依据相关标准规范描述了a p o n 、e p o n 和g p o n 的主要特征【9 l 。如表2 1 ： 表2 1a p ( ) n 、e p ( ) n 和g p c n 的主要特征 a p o ng p o n e p o n 下行m b s 1 5 5 6 2 212 4 4 2 4 8 81 2 5 0 上下行速率上行m b s 1 5 5 6 2 215 5 6 2 2 12 4 4 2 4 8 81 2 5 0 传输线路编码方式 n r z 8 b 1 0 b 编码 最大传输距离( k m ) 2 06 0 2 0 最大分路比 3 26 4 一1 2 8 3 2 6 4 t d m 的承载能力t d mo v e rt d mo v e ra t m 或 t d mo v e r e t l l e m e t a t mt d mo v e rp a c k e t o a m 有无有有有 下行数据加密性能搅动或a e sa e s 加密没有定义 加密 支持的o d n 类型a 类、b 类和c 类a 类和b 类 q o s可靠不可靠 波长姗下行1 4 8 0 1 5 0 0 ，上行1 2 6 啦! 3 6 0下行1 3 l o ，上行 1 5 5 0 承载协议效率 9 0 1 0 0 9 7 协议和封装格式a t ma t m 或g f pi e e e 8 0 2 3 以太帧 封装格式 相关标准 i t ut g 9 8 3i t ut g 9 8 4i e e e 8 0 2 3 a h l o 浙江工业大学硕士学位论文 注：表2 1 中的光分配单元类型中的a 类、b 类和c 类分别最多可连接的o n u 数 目为1 3 、3 2 、8 1 个【9 】。 根据表2 1 ，可以看出g p o n 网络系统的优势： ( 1 ) 在上下行速率方面：速率的对称与非对称，是其技术之间最为明显的区别。 就目前市场上实验的情况来看，非对称结构更能适应宽带业务数据市场，这 是由于非堆成速率结构能够更加有效的利用网络的上行带宽资源，以此保证 网络的高效，安全，可靠的运行和管理工作； ( 2 ) 在传输线路编码方面：e p o n 使用8 b 1 0 b 码作为线路编码会致使2 0 的带宽 损失，a p o n 和g p o n 系统是扰频方法保证线路编码的高效，由于扰频过程 中只改变了代码的顺序，并不会造成带宽损失。而且在数据的传输的安全性 上也有很大的提高。但是扰频技术的本身实现器件的难度上要比e p o n 实现 难度要大，因此花费的成本比较高。 ( 3 ) 在分路比方面：g p o n 系统拥有高达l ：1 2 8 分路比，这是其他p o n 技术所 无法比拟的，这也就意味着g p o n 系统所能承载的客户容量是e p o n 系统的 2 倍。 ( 4 ) 在下行链路数据方面：g p o n 和a p o i n 都拥有各自的加密方案，e p o n 系统 没有定义自己的加密方案，因此在通用性和保密性方面g p o n 和a p o n 比 e p o n 更具有优势； ( 5 ) 在q o s 功能方面：g p o n 的具有天然的承载t d m 业务能力，并且能够提供 可靠的q o s 保证；而e p o n 其承载t d m 业务存在很大的局限性，无法提供 可靠的q o s 保证。 ( 6 ) 在管理控制方面，g p o n 拥有强大的o 川能力，比e p o n 做的更完善，具 有更全面的管理； ( 7 )在承载业务方面：g p o n 能满足各种业务的支持，而a p o n 承载i p 业务时效 率比较低，e p o n 承载t d m 业务存在很大的局限性，对于现在业务的越来越 多样化，g p o n 技术将会更加符合未来趋势。 从以上七点的比较，g p o n 技术的优势显而易见。而g p o n 的缺点也是很明显， 就是目前技术成熟度太低，产品的价格极其昂贵，同时也就造成了产品部署的极大困难。 l l 浙江工业大学硕士学位论文 因此，研究研究g p o n 技术对于未来网络的发展有着重要的意义。 2 2 g p o n 系统组成及工作原理 2 2 1系统组成 g p o n 网络系统主要有g 9 8 4 1 ( g g p o n g s r ) 、g 9 8 4 2 ( g g p o n p m d ) 、g 9 8 4 3 ( g g p o n g t c 层) 、g 9 8 4 4 ( g p o no m c i 规范) 4 个协议标准。其组成风格较之前 的集中p o n 网络在网络结构上承接了以前p o n 网络的简单明了的特点，同其他的无源 光网络接入系统一样，g p o n 网络主要由光线路终端o l t 、光网络单元o n u 及光纤分 配网o d n 这三部分组成f 9 1 。如图2 1 所示： l 嘴干同i f 忒 、心 l o l t ii l 髂t ni li 图2 1g p ( ) n 系统组成结构 o l t 外接当前的i p 网络，以及p s t n 网络，为适应当前的所具有的网络提供接入 接口，速率为1 2 4 4 g b s 或2 4 8 8 g b s 。主要用于对o n u 网络语音信息，话音信息的 中转；中间组成部分的o d n 由分支器等无源器件组成，主要负责o l t 与o n u 之间的 连接。如图2 1 则是由分路器完成了g p o n 网络的分路的功能，而且系统支持的分路比 为l ：l 3 2 6 4 1 2 8 ；o n u 外接当前用户，或者p b x 网络等等，为各种不同类型的用户 提供各种应用接口；另外，o n u 还提供服务节点接口和用户网络接口，用户网络接口 可以给用户提供视频、数据和音频服务等一系列的服务。 1 2 浙江工业大学硕士学位论文 2 2 2 工作原理 g p o n 网络的系统结构在上节已经做了介绍，其工作原理主要集中在数据传输方 面。在数据传输下行链路中，o l t ( 光线路中端) 把由数据包组成的帧通过广播的方 式，再由无源光网络分支器发送到各个注册过的o n u 。因此，每个o n u 都将接收到全 部的数据流，然后根据o n u 将会在接收到的所有下行帧中，根据自己的m a c 地址提 取出属于自己的数据包，然后后传送给各个用户。具体过程如图2 2 所示。 号! 二! 高固厮广叫o n u l 卜刊用尸1 旦圃 几订广二1 o n u n 卜_ 剖用户n 图2 2g p o n 下行链路数据流示意图 在数据传输上行连路中，由o n u 收集各种不同的用户信息，然后共享同一信道资 源，只是在传送帧时间上有差别。从o n u 来的数据帧不能经分路器直接其它o n u ，因 为分路器只是无源光器件，并不具备转发信息的功能，必须进过o l t 转发才能与o n u 用户通信。因此，上行链路的g p o n 网络是一个点到点的网络。现有的g p o n 系统的 上行链路中接入一般采用t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 方式，即上行链路数 据的传送都按照o l t 所分配的时隙传送数据，具体的传输方案统一归由o l t 控制。因 此各个不同的o n u 输用户数据，不同的o n u 传输时所用的时隙是不同的，o n u 所要 传输的的上行链路数据就避免了冲突。具体过程如图2 3 所示： 图2 - 3g p ( ) n 上行链路数据流示意图 1 3 浙江工业大学硕士学位论文 2 3g p o n 网络管理系统组成和工作原理 2 3 1网管系统简介 当前典型的网络管理体系结构主要有三种：简单网络管理协议( s n m ps i m p l e n e m o r km a i l a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 管理系统结构、公共管理信息协议( c m i pc o n 啪o n m a l l a g e m e n ti n f o n i l a t i o np r o t o c 0 1 ) 管理系统结构和电信管理网( t m nt e l e c o i 姗u i l i c a t i o l l s m 锄a g 锄e n tn e 觚o r km o d e l ) 管理系统结构i l o j 。 公共管理信息协议( c m i p ) 是在o s i 网络参考模型下提出的基于面向对象的客户、 服务器的网络管理模型f l o 】。c m i p 协议模型采用基于事件的方法来获得网络系统的参数 数据，这是与其他管理协议采用轮询或者其他方法来获得网络系统的参数数据所不同 的，但c m i p 协议本身复杂，实现代价高，一般单位很少采用。 电信管理网( n 删)是国际电信联盟i t u t 为管理电信业务借鉴o s i 网络参 考模型中系统管理的思想及技术而定义的结构化网络体系结构，实现了网络管理系统在 按照标准进行网络管理【l o j 。但是删网络的有着高度强调标准化和标准规范要求严格 复杂等特点，导致了删管理网络的实施成为一项具有难度和挑战性的工作。 s n m p 协议先是由i i l t i e m e t 工程任务组织i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n g 协kf o r c e ) 的研 究小组为了解决i n t e m e t 上的路由器管理问题而提出的【1 1 1 。其主要原理是在每个网络管 理节点上存放管理信息库，信息管理库中存放各种被管实体的信息，这些信息都由节点 上的代理进程负责维护和管理【i 。管理者通过应用层协议对这些代理进行查询从而实现 对被管实体的管理。设计原则是尽量减少代理( a g e n t ) 进程的复杂性，并且易于实旋 管理；而且s n 协议具有成熟的标准和资源可以利用；客户服务模式本身对对资源 要求配置比较低，模型也广泛适用、成本也比较低廉。 2 3 2系统组成 根据对g 9 8 4 4 协议，以及鉴于对项目成本和实现复杂度和人力资源的考虑，由于 本文做该实验课题时，人力资源及资金都存在限制，因此采用公共管理信息协议或者电 信管理网协议都将存在很大的困难。因此，本文网管系统采用基于s n m p 协议和o m c i 协议的体系结构，即在网络管理站与o l t 代理端之间采用经典的s n m p 管理协议框架， 1 4 浙江工业大学硕士学位论文 在o l t 代理端和o n u 从代理端，采用o m c l 管理协议框架，从而对g p o n 网络系统 中的设备实体实现有效的管理。因此在本文在设计其网管系统结构的时候，将其分为三 个部分：( 1 ) 管理者站端与o l t 的a g e n t 代理端的信息交互；( 2 ) s n m p 协议与o m c i 协 议两者协议转换之间的实现；( 3 ) 0 l t 的o m c i 代理端与o n u 代理端信息交互。本文设计 的g p o n 网络管理系统结构如图2 3 所示【1 2 1 。 2 3 3工作原理 图2 3g p o n 网络管理系统结构 从上节的g p o n 网络管理系统结构可以看出，网络管理站通过通信网络，对网络中 各种被管实体，然后经过o l t 服务器的转发，向各个o n u 单元进行管理操作，同时处 理来自g p o n 网络的各种告警信息。本文中的管理站是运行在者计算机中的系统软件， 通过提供中文界面，使网络管理员可以有效的得到网络运行状态的信息参数，以及对故 障网络的进行人工处理。网络管理站通过通过s n m p 协议与o l t 的a g e n t 代理进行 信息交互通信。网络管理员可以通过管理站读取、更改位于o l t 代理端的管理信息库 ( m i b ) 中的数据信息，以此来管理和维护o l t 端及其下属o n u 端的网络状态。g p o n 网络管理站与o l t 代理之间通信消息结构框图如图2 - 4 l l 3 。 g e t 他q u 髂l 一 g e t - 他s p o n 璺 u d p 峁口1 6 i g e t n e x t 陀q 惦s t 一 g e t 。r e s p o n 辩 u d p 端口1 6 l s e t r c q u e 鞋 一 s e t - r e s p o l n gu d p 端口1 6 l t r a d u d p 端口1 6 2 图2 _ 4 管理者站与o l t 信息交互 1 5 浙江工业大学硕士学位论文 如上图所示，管理站主要使用g e t r e q u e s t 、g e t n e x t r e q u e s t 、s e t r e q u e s t 和t r 印这 4 种报文【1 3 】，获得网络运行状态的各种信息参数。而o l t 代理站会以g e t r e s p o n s e 、 s e t r e s p o i l s e 的消息形式予以回复。g e t r e q u e s t 、g e t n e x 依e q u e s t 、s e t r e q u e s t 这三种报 文消息用于请求读取和修改被管实体的信息，t r a p 报文则是o l t 代理站主动主动向管 理站报告代理运行系统中突发事件。 在主代理同o l l 下，o n u 代理端作为o l t 设