（通信与信息系统专业论文）基于snmp的gpon网管系统的设计与实现.pdf

摘要 中文摘要 随着因特网的发展和普及，数据业务激烈增长，“最后一公里”的接入部分仍然 是高速局域网和主干网之间的瓶颈。网络数据业务的激增加剧了对接入网容量的 需求。人们迫切需要一种经济、简单、易升级、能够综合传输语音、数字和视频 业务的新的接入网络技术。基于无源光网络( p o n ) 的接入技术打破了传统的点到点 解决方法，以其低成本、可靠稳定的性能和提供透明宽带的传送能力成为接入网 经济有效的解决方案。p o n 自从在2 0 世纪8 0 年代被采用至今已经历了 a p o n b p o n 、e p o n 、g p o n 几个发展阶段。原有的a p o n 仍p o n 标准过于复杂， 成本过高，在传送以太网和i p 数据业务时数据效率低；e p o n 由于采用8 b 1 0 b 的 线路编码，引入2 0 的带宽损失，造成效率较低，且难以支持以太网以外的业务。 f s a n 于2 0 0 3 年发起了一种具有吉比特高速率、高效率，支持多业务透明传 输的，同时提供明确的服务质量保证和服务级别、电信级的网络监测和业务管理 的p o n 网络【1 】：g p o n ( g i g a b i t c a p a b l ep a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k s ) 。g p o n 技术支持 变长的基于包的i p 业务和a t m 信元【2 】g p o n 可以说是针对变长的e t h e r n e t 业务 对b p o n 技术的修正，同时确保兼容已有的b p o n 技术。g p o n 网络强调全业务、 q o s 保证，充分考虑到网络i p 化的趋势，同时兼顾传统业务，被认为是最后一个 也是最优的p o n 技术。 g p o n 技术最终要实现广泛的应用，发挥其先进的技术优势，为它提供稳定、 有效的网络管理显得尤为重要。 本文对首先分析了g p o n 网管系统结构，提出了一种经济的基于简单网络管 理协议( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l ，s n m p ) 的g p o n 网络管理系统设 计方案，并根据g p o n 系统网管需求设计了g p o nm i b 库。本设计将g p o n 网管 结构设计为两个层次： 第一个层次：接入网通过网管接1 ：3 与管理方相连来实现管理方对接入网的管 理、协调和操作，从而提供用户的接入类型及承载能力。在第一个层次我们选用 了s n m p 协议，即网络管理站( m a n a g e r ) 通过s n m p 协议和代理( a g e n t ) 交换 管理信息，从而实现了对设备的远程管理。 摘要 第二个层次：o n u 管理控制接口( o n tm a n a g e m e n ta n dc o n t r o li n t e r f a c e ， o m c i ) 作为一种o a m 服务，提供发现o n u 和管理控制o n u 的标准方法。本文 对g p o n 特有的o m c i 消息的格式、寻址和复用以及处理进行了的分析。 接下来分析了g p o n 网络管理系统a g e n t 的功能需求，提出了a g e n t 的设计、 实现方案并给出了程序开发、移植步骤和细节。本文详细讲解了如何实现g p o n 系统的m i b 库和代理程序s n m p d ，并对功能进行了验证，最后给出了将程序移植 到基于n i o si i 软核c p u 的嵌入式操作系统m i c r o t r o n i x ( 专用于n i o s 的u c l i n u x ) 中的具体方法。本设计中，s n m pa g e n t 开发使用的是u c d s n m p4 2 1 开发包，并 选择在l i n u x 操作系统下进行程序的开发及测试。本文选用u c d s n m p 和 m i c r o t r o n i x 开发包，充分利用了开源运动的优势，不仅很好的实现了目标，而且 也节省了很多开发费用。 最后本文分析了g p o n 网管m a n g e r 的功能需求并设计了m a n a g e r 程序的实现 流程，详细说明了如何基于w i n s n m pa p i 实现管理方的配置、性能、故障和数 据采集处理，并对所实现的功能进行了验证。 在g p o n 网络管理中引入s n m p ，是本文的创新之处。它为蓬勃发展的g p o n 网络的管理提出了一种可行的解决方案。这正是本课题的意义所在。 关键词：吉比特无源光网络，o m c i ，网络管理，s n m p ，a g e n t ，m a n a g e r n 垒里! 型里 a b s t r a c t t h e g i g a b i t c a p a b l ep a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k ( g p o f ow i l l b et h em o s t c o s t e f f e c t i v em e t h o df o ra c c e s sn e t w o r k i ti si m p o r t a n tt op r o v i d eas t a b l ea n d e f f e c t i v en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mf o rg p o n s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n t p r o t o c o l ( s n m p ) i sap o p u l a ra n dw i d e l yu s e dp r o t o c o lf o rm o n i t o r i n gt h eh e a l t ha n d w e l f a r eo fn e t w o r ke q u i p m e n tt h i sp a p e rp r o p o s e st h ed e s i g na n ds o l u t i o no fa s n m p b a s e dn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e ma r c h i t e c t u r eo fg p o n t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 i n t r o d u c et h es t r u c t u r eo fe p o n ，d e p i c tt h ed e m a n do fa c c e s sn e t w o r k m a n a g e m e n t ，a n da n a l y z et h ed i f f e r e n c eo f3b r o a d b a n da c c e s s n e t w o r km a n a g e m e n t s o l u t i o n s 2 p r o p o s et h ed e s i g no fa s n m p b a s e dn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e ma r c h i t e c t u r e o fg p o na n dd e s c r i b e st h eo p t i c a ln e t w o r kt e r m i n a t i o n ( o n t ) m a n a g e m e n ta n dc o n t r o l i n t e f f a c e ( o m c i ) a n d t h et r a n s m i s s i o nm e t h o do fo p e r a t i o n sa d m i n i s t r a t i o na n d m a i n t e n a n c e ( o a m ) i n f o r m a t i o no nt h ec o n t r o la n dm a n a g e m e n tp l a n eo fg p o n 3 d e s i g na n di m p l e m e n tt h es o l u t i o nf o rb o t ha n g e n ta n dm a n a g e ro ft h eg p o n n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mb yu s i n gs n m p 4 t e s tt h ep e f f o r m e n c eo nm a i n f u n c t i o n s ，a n a l y z et h et e s t i n g k e y w o r d ：g p o n ，o m c i ，n e t w o r km a n a g e r m e n t ，s n m p , a g e n t ，m a n a g e r 1 1 i 主要符号表 缩略词表 主要英文缩写及其全称列表 a l l o c i da l l o c a t i o ni d e n t i f i e r分配标识符 a p o na t mo v e rp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r ka t m 无源光网络 a t m a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 异步传输模式 b p o nb r o a d b a n dp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k宽带无源光网络 b w m a p b a n d w i d t hm a p带宽映射 d b a d y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n 动态带宽分配 e f me t h e r n e tf o rt h ef i r s tm i l e以太网最后一公里 f s a nf u l ls e r v i c ea c c e s sn e t w o r k全业务接入网 f 1 r bf i b r et ot h eb u i l d i n g光纤到大楼 兀t c f i b r et ot h ec u r b 光纤到路边 兀r hf i b r et ot h eh o m e光纤到家 g a lg e m a d a p t a t i o nl a y e r g e m 适配层 g e mg p o ne n c a p s u l a t i o nm e t h o dg p o n 封装方式 g f pg e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e通用成帧过程 g p o n g i g a b i tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k 吉比特无源光网络 g t cg p o nt r a n s m i s s i o na n dc o n v e r g e n c eg p o n 传输汇聚层 i pi n t e r n e tp r o t o c o l网际协议 i t ui n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n国际电信联盟 m a cm e d i aa c c e s sc o n t r o l媒体接入控制 m e m a n a g e de n t i t y 被管实体 m i b m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e 管理信息库 o a m o p e r a t i o n s ，a d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e 操作管理维护 o a n o p t i c a la c c e s sn e t w o r k光纤接入网络 o m c co n t m a n a g e m e n ta n dc o n t r o lc h a n n e lo n t 管理控制信道 o m c io n t m a n a g e m e n ta n dc o n t r o li n t e r f a c e o n t 管理控制接口 o n t o p t i c a ln e t w o r kt e r m i n a t i o n 光网络终端 o n u o p t i c a ln e t w o r ku n i t 光网络单元 主要符号表 0 n u i d o i 二r p c b d p h y p u p i _ o a m p o n p o n i d p o t s p s y n c f n q o s s n m p t c t e t c o n t t d m t d m a w r r o n ui d e n t i f i e r o p t i c a ll i n et e r m i n a t i o n p h y s i c a lc o n t r o lb l o c kd o w n s t r e a m p h y s i c a li n t e r f a c e p a y l o a d l e n g t hi n d i c a t o r p h y s i c a ll a y e ro a m p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k p o r ti d e n t i f i e r p l a i no l dt e l e p h o n es e r v i c e p h y s i c a ls y n c h r o n i z a t i o n p a y l o a dt 3 ，p ei n d i c a t o r q u a l i t yo fs e r v i c e s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e t e r m i n a le q u i p m e n t t r a n s m i s s i o nc o n t a i n e r t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s w e i g l l t e dr o u n d r o b i n i i o n u 标识符 光线路终端 下行物理层控制块 物理层接口 负载长度指示符 物理层操作管理维 护 无源光网络 端口标识符 简单老式电话业务 物理层同步 负载类型指示符 服务质量 简单网络管理协议 传输会聚 终端设备 传输容器 时分多路复用 时分多址接入 加权轮询 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：避日期：加以年6 , 9z 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：二陵导师签名：叠塑 日期：莎m f 年易月，弘日 第一章绪论 1 1 现代通信网的发展 第一章绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，人类进入信息化高速发展的新时代。随着i n t e r n e t 的迅 猛发展，信息网络的应用已渗透到社会的各个领域。通信信息量的剧增和全业务 服务的需求，使得现有的基础网络很难适应。与此同时，以微电子、光电子为基 础的光纤数字通信技术发展迅速，并在信息网络传输方面得到了广泛的应用，给 全世界的生产和人类的生活、工作和沟通的方式带来了巨大的变化。 随着通信技术向数字化、宽带化、智能化方向发展和业务多样化的需求，如 何满足用户不断增长的多种多样的业务需求，充分发挥现代通信网的业务潜能， 成为各大网络运营商关注的焦点。光纤通信网络由于传输损耗低、传输速率高、 通信质量好、抗干扰性好、保密性强等优点，极大地扩展了通信系统的容量、传 输速率和传输距离。基于这些优点，无论是电信网还是c a t v 网的骨干部分物理 传输介质通常是基于光纤连接的，通常采用高速传输网络( 如s d h ) 传输数据，高速 交换设备f 如a r m 和基于i p 的交换) 提供网络路由，可以实现大范围的数字传输， 网络朝着高速、高带宽、智能的方向发展。 目前，随着网络传输的业务种类越来越多，特别是视频业务，需求越来越宽， 交互性越来越强，因而接入网必将向着同样的方向发展，只有这样，才能实现网 络的宽带全程化，真正实现端到端的宽带应用。随着通信技术特别是光纤和数字 技术等新技术的不断发展，促进了网络的演变、网络的变化和各种接入技术的应 用。 接入网在宽带网络中占有极其重要的地位，对整体通信网络的发展和业务应 用起着至关重要的作用。因为它是通信网络中占用资源最大的邹分，其次接入网 直接面对应用终端，它的网络质量决定了整体网络的服务质量和各种应用系统的 应用，它是完成语音、数据和图像等综合业务的重要一环。 电子科技大学硕士学位论文 1 2 宽带光纤接入网的发展概况 1 2 1 接入网基本概念 接入网是电信网的一个组成部分，负责将电信业务透明地传送到用户，也就 是说用户通过接入网的传输，能灵活的接入到不同的电信业务节点上。具体而言， 接入网即为本地交换机与用户之间的连接部分，通常包括用户传输系统、复用设 备、交叉连接设备或用户网络终端设备。接入网建设最敏感的因素是成本，这是 因为在接入网中网络资源设备的共享性远低于核心网络，有些适用于骨干网和城 域网的技术并不一定适用于接入网。为了降低成本，需要实现业务交换节点与业 务接入点分离，接入网的概念也是由此产生的。i t u - - t 1 9 9 5 年7 月通过的最新 建议g 9 0 2 中是这样定义接入网( a n ) 的【4 】：“由业务结点接口( s n i ) 和用户网 络( u n i ) 之间的一系列传送实体( 例如线路设施和传输设施) 组成，为供给电信 业务而提供所需传送承载能力的实施系统，可经由q 3 接口配置管理。”接入网也 不解释信令。通常接入网对用户信令透明，不作任何处理，可以看作是一个与业 务和应用无关的传送网。接入网的主要功能是复用、交叉连接和传输，一般不含 交换功能。 1 2 2 宽带接入网的现状 宽带接入网的技术实现手段有多种，包括铜线上的d s l 和以太网技术，同轴 电缆上的h f c 技术，光纤上的各种有源、无源技术和无线上的宽带接入技术等。 当前各种宽带接入技术都在发展和应用，就世界范围看，电信公司是以a d s l 为 主发展的。根据a t m 论坛统计，2 0 0 4 年一季度全球已有73 4 0 多万a d s l 宽带用 户，其他宽带接入技术的数量都不是很大【5 j 。 目前，接入网部分主要的传输媒介还是铜线，约占9 4 左右，携带的业务主 要是电话业务。传统的铜缆网由于无法提供长距离及高速宽带等系列服务，渐渐 己无法适应固网运营商在原有带宽基础上推出更多新的服务项目，满足用户的需 求。同时铜缆网的故障率很高，特别是其中的配线网部分是主要故障段，维护运 行成本也很高。仅美国贝尔电话运营公司每年用于其用户铜缆网维护运行和满足 新用户增长的花费就达3 0 亿美元。 2 第一章绪论 随着光通信技术的飞速发展和国内电信运营商的增多，国内的主干网己基本 实现光纤化、数字化、宽带化，但处于网络边缘的用户接入网一直发展缓慢，技 术落后，仍然基本维持着原始的模拟技术和窄带接入技术为主的局面。 在宽带应用方面，按照美国麦肯锡公司的最新分析，初期的宽带应用主要是 高速上网，可以使上网的时间增加约3 0 。此后，随着业务的大规模拓展，开发 新业务成为继续发展的动力。 事实上，从电信发展历史看，当网络用户数达到一定规模，各种应用会自然 产生，这也是迈特卡夫定律的威力所在。历史上没有一种技术生来就带着一大堆 应用，无论是移动通信还是互联网，其短信、浏览、网上聊天等关键应用都是在 用户规模发展到一定程度后自然产生的，而不是事先刻意设计策划出来的。 显然，接入网正日益成为全网进一步发展的瓶颈。数据业务特别是具有高带 宽要求的高速数据业务的出现表明，传统的铜线接入己经不能满足人们对信息的 多样化需求。“最后一公里”的接入部分仍然是高速的局域i 网( l a n ) 和主干网之间的 瓶颈。 1 2 3 宽带接入网的发展趋势 目前在全世界最广泛应用的a d s l 技术是建立在铜线基础上的宽带接入技术， 然而铜是世界性战略资源，随着国际铜缆价格持续攀升，以铜缆为基础的x d s l 线路成本越来越高。其次，作为有源设备，电磁干扰难以避免，维护成本越来越 高，不是接入网的长远解决方案。最后，随着全网的光纤化进程继续向用户侧延 伸，端到端宽带连接的限制越来越集中在接入段。a d s l 其速率和传输距离的继续 大幅度提高是受限的，不能指望有本质性突破。光纤通信网络由于传输损耗低、 传输速率高、通信质量好、抗干扰性好、保密性强等优点，极大地扩展了通信系 统的容量、传输速率和传输距离。显然，随着光纤在长途网、城域网乃至接入网 主干段的大量应用，发展趋势将是继续向接入网的配线段和引入线部分延伸。 进入2 1 世纪以来，全球宽带接入网进入了大发展阶段，其中亚太地区，特别 是韩国和日本是发展最迅猛的国家，这与其政府的大力推动政策密不可分。韩国 经过了三年的大发展，宽带用户总数突破10 0 0 万，宽带普及率达世界第一，占据 家庭的7 0 ，互联网的9 0 ，市场规模达4 0 亿美元。日本政府也通过各种措施 ( 包括e j a p a n ，u j a p a n 等一系列国家项目) 大力推进宽带发展，目前宽带用户总 数约30 0 0 万，其中兀t h 达到10 0 0 万。我国宽带接入网在近两年发展也十分迅 电子科技大学硕士学位论文 速，宽带用户增长进入高速发展期。我国2 0 0 8 年举办奥运会和2 0 1 0 年举办世界 博览会这两大事件将在一定程度上推进宽带光纤接入网的发展。 综上所述，面对核心网和用户侧带宽的快速增长，接入网已经成为全网实现 端到端宽带连接的最后瓶颈，接入网的宽带化和i p 化将成为本世纪初接入网发展 的主要大趋势。 1 3 无源光网络的发展现状 1 3 1 无源光网络简介 无源光网络( p o n ) 技术是专门为了适应接入网的应用而发展起来的一项光网 络技术，如图1 - 1 所示，网络中不采用有源光器件，而是采用无源的光功率分割技 术，即无源分光技术，来达到资源共享和传送多种业务的目的。每个o n u 可连接 几个到几十个用户，因为使用的是无源器件，共享光纤传输介质，整个光网络的 费用较低：p o n 在一定程度上对所使用的传输体制是透明的，所以升级起来比较 容易；p o n 的无源o d n 无需供电，不仅免除了供电的一系列问题，而且可靠性 比有源设备高很多。1 6 也就是说，p o n 避免了有源设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部 设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本。还能比较经济地支持 模拟广播电视业务，即具备三重功能( t r i p l e - - p l a y ) 。据美国贝尔运营公司报道， 采用无源光网络后每年每线可节约维护费用5 0 美元，是电信维护部门长期期待的 技术。而且，p o n 的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。 最后，由于其光发送机和光纤由用户共享，因而线路成本较其他点到点通信方式 要低，特别是随着光纤向用户日益推进，其综合优势越来越明显。p o n 的灵活组 网能力和经济适用能力使其最适合于分散的小企业和居民用户，特别是那些用户 区域较分散，而每一区域用户又相对集中的小面积密集用户地区。 p o n 也存在不足之处，主要缺点是一次性投入成本较高，因为局端光线路终 端o l t 很贵，光纤和分路器等无源基础设施又必须一次到位，这样当用户数较少 或用户分布超过某一限定距离时，单用户成本很高。另外，其树型分支拓扑结构 使用户不具备保护功能或保护功能成本较高，影响了大规模发展。 第一章绪论 但是，p o n 网络具有频带宽、容量大、信号质量好、可靠性高、可以提供多 种业务乃至未来宽带交互型业务这些显著的优势，所以被普遍认为是接入网实现 f 1 丁h 的最终解决方案。 1 3 2a p o n 和b p o n 图1 - 1p o n g p o n 网络拓扑 早期的窄带无源光网络是基于t d m 的，性能价格比不好，已经自然消亡。一 个a t m 化的无源光网络( a p o n b p o n ) 可以利用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，使性能价格比有重要改进i ”。目 前该技术在美国和日本等国已经开始商用，在日本已经敷设了约5 0 万线。 然而，目前实际a p o n ，b p o n 的业务适配提供很复杂，业务提供能力有限， 数据传送速率和效率不高，成本较高，其市场前景由于a t m 的衰落而不确定。最 后，从长远的业务发展趋势看，a p o n 的可用带宽仍然不够。以f t t c 为例，尽管 典型主干下行速率可达6 2 2 m b i t s ，但由于分路后，实际可分到每个用户的带宽将 大大减小。按3 2 路计算，每一个分支的可用带宽仅剩1 9 5 m b i t s ，再按1 0 个用户 共享，则每个用户仅能分得约2 m b i t s 的带宽而已。显然，这样的性能价格比是无 法满足网络和业务的长远发展需要的。 争毛。尹熙毓需 电子科技大学硕士学位论文 1 3 3e p o n g e p o n 近几年随着i p 的崛起和发展，有人提出了e p o n 的概念，即在与a p o n 和 b p o n 类似的结构和g 9 8 3 的基础上，设法保留其精华部分物理层p o n ，而 以以太网代替a t m 作为链路层协议，构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更 宽业务能力的新的结合体p o n 。这一思想在以太网界得到了积极响应，在 i e e e 8 0 2 3 的旗帜下已经形成了初步标准g e p o n 。在实际中，e p o n 和g e p o n 的基本差别就是标准化，前者往往指非标设备，后者指符合1 e e e 8 0 2 3 a h 规范的设 备。另外，g e p o n 的传输距离和分路比均比e p o n 有所减小【9 】。 从e p o n g e p o n 的结构上看，其关键优点是极大地简化了传统的多层重迭网 结构f 8 1 ，主要特点有： 消除了a t m 和s d h 层，从而降低了初始成本和运行成本： - 下行业务速率高达1 g b i t s ，允许支持更多用户，每一用户的带宽可以更高， 并能提供视频业务能力和较好的q o s ； 硬件简单，无须室外电子设备，使安装部署工作得以简化： 改进了电路的灵活指配、业务的提供和重配置能力。 i e e e 8 0 2 3 a h 规范的g e p o n 技术的规范性好，上下行波长是13 1 0 r i m 和1 4 9 0 n m ，上下行速率为1 2 5 g b i t s ，传输距离是1 0 2 0 k m ，分路比是1 6 ，主要业务 是数据和语声；增加一个15 5 0 n m 电视广播波长后，成为语声、数据和电视三合 一的所谓“t r i p l ep l a y ”宽带业务捆绑服务，而这将是未来家庭业务的“杀手锏应 用”【1 0 】。 e p o n g e p o n 的主要缺点是效率低和难以支持以太网以外的业务。前者是由 于采用8 b 1 0 b 的线路编码，引入2 0 的带宽损失；而a p o n 和g p o n 都采用n r z 扰码为线路码，没有带宽损失。再加上承载层、传输汇聚层、业务适配效率等原 因，使e p o n 总的传输效率很低，大约仅为g p o n 的一半。 1 3 4g p o n 2 0 0 1 年，在i e e e 积极制定e p o n 标准的同时，f s a n 组织开始发起制定速率 超过1 g b i t s 的p o n 网络标准千兆以太网无源光网络( g p o n ) ；随后，i t u t 也介入了这一新标准的制定工作，并于2 0 0 3 年1 月通过两个有关g p o n 的新标准 g 9 8 4 1 和g 9 8 4 2 ( 速率提高到2 5 g b i t s ) 。按照这一最新标准的规定，g p o n 可 以提供1 2 4 4 g b i t s 与2 4 8 8 g b i t s 的下行速率和所有标准的上行速率，传输距离至 第一章绪论 少达2 0 公里，具有高速、高效传输的特点。而且，g p o n 还在传输汇聚层采用了 一个全新的标准通用组帧程序g f p l l l 】1 1 2 】，这是一种可以透明、高效地将各种数据 信号封装进现有网络的开放的通用标准信号适配映射技术，可以适应任何用户信 号格式和任何传输网络制式，全面体现了业务提供商对业务提供的灵活性要求， 而a p o n b p o n 和e p o n g e p o n 对每种特定业务都需要提供特定的适配方法。由 于采用g f p 映射，g p o n 的传输汇聚层本质上是同步的，还使用标准s d h 的1 2 k s 帧，因而使g p o n 可以直接支持t d m 业务。 从提供的业务看，g p o n 不仅可以提供1 0 1 0 0 m b i t s ，1 g b i f f s 的业务，而且可 以提供v i a n 业务和语音业务，事实上可以适应任何现有业务和未来新业务的适 配要求。g p o n 不是制造商驱动的技术标准，而是一种运营商驱动的标准，因此 具有更周到的运营利益考虑，速率更高，可达2 4 g b i t s ；具有通用的映射格式， 可适应任何新老业务；具有丰富的o a m & p 特点；对各种业务均具有很高的传输 效率，即便对于t d m 业务也能高效无开销地传送“。 由于三种p o n 的主要成本都是光接口，因而其硬件成本相差不多，而传输效 率是关键。g p o n 无论在扰码效率、传输汇聚层效率、承载协议效率和业务适配 效率方面都是最高的，因此其总效率最高，等效系统成本最低。例如假设t d m 业 务占1 0 ，而数据业务占9 0 ，则g p o n 的总效率为9 4 ，而a p o n 和e p o n 分别为7 2 和4 9 1 5 1 。总的看，g p o n 似乎应该具有更广阔长远的应用前景【1 5 】。 g p o n 和e p o n g e p o n 面临的共同挑战有：怎样才能在e t h e m e t g f p 上有效 承载t d m 业务并提供电信级的服务质量；其次，由于g p o n 和e p o n g e p o n 是 点对多点的星形或树形网络，需要通过一个1 + 1 并经过不同路由的光网络来实现 电信级的保护恢复要求，网络成本将非常高；第三，目前g p o n 和e p o n g e p o n 设备成本主要受限于突发光发送接收模块以及核心的控制模块芯片，这些模块要 么是技术不成熟无法商用，要么是价格昂贵难以适应市场需要；第四，g p o n 和 e p o n g e p o n 的一次性投入成本较高，不太适合逐步投资扩容的传统电信建设模 式，最适合完全新建或改建的密集用户区域。 总的来看，各种宽带光纤接入网都有其最佳使用场合和时机。宽带点到点有 源光纤系统最适合企事业用户，其中宽带数字环路载波系统适合从传统电话网向 宽带网转型的过渡期应用；宽带点到点有源以太网光纤系统适合在低密度用户分 散地区应用：宽带点到多点无源光纤系统最适合新建或改建的密集用户区应用。 我国的发展趋势将可能跨越a p o n 、b p o n 和e p o n 阶段，从宽带点到点以太网 光纤系统和g e p o n 开始，乃至很快过渡到g p o n 阶段。 电子科技大学硕士学位论文 g p o n 技术最终要实现广泛的应用，发挥其先进的技术优势，为它提供有效 的网络管理显得尤为重要。这也是本课题的意义所在。 1 4 本文的主要工作与安排 本文首先分析了g p o n 的网管架构，提出了基于s n m p 协议的g p o n 网络管 理方案，设计和实现了g p o n 的网络管理a g e n t 和m a n a g e r ，并对其功能进行验 证，成功的验证了m a n o r 和a g e n t 之间的通信。 第一章对课题的背景、g p o n 的发展现状进行了介绍，对课题的必要性进行 了分析。 第二章对g p o n 网管系统分析并提出了总体设计方案。首先分析了g p o n 网 管系统结构，提出了一种经济的基于简单网络管理协议( s i m p l en e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c o l ，s n m p ) 的g p o n 网络管理系统设计方案，并根据g p o n 系统网管需求设计了g p o nm i b 库。本设计将g p o n 网管结构设计为两个层次： 第一个层次：接入网通过网管接口与管理方相连来实现管理方对接入网的管 理、协调和操作，从而提供用户的接入类型及承载能力。在第一个层次我们选用 了s n m p 协议，即网络管理站( m a n a g e r ) 通过s n m p 协议和代理( a g e n t ) 交换 管理信息，从而实现了对设备的远程管理。 第二个层次：o n u 管理控制接口( o n tm a n a g e m e n ta n dc o n t r o li n t e r f a c e ， o m a ) 作为一种o a m 服务，提供发现o n u 和管理控制o n u 的标准方法。本文 对g p o n 特有的o m c i 消息的格式、寻址和复用以及处理进行了的分析。 第三章提出了a g e n t 的设计与实现方案，并进行了功能实现及验证。首先分 析了g p o n 网络管理系统a g e n t 的功能需求，提出了a g e n t 的设计、实现方案并 给出了程序开发、移植步骤和细节。详细讲解了如何实现g p o n 系统的m i b 库和 代理程序s n m p d ，并对功能进行了验证，最后给出了将程序移植到基于n i o si i 软 核c p u 的嵌入式操作系统m i c r o t r o n i x ( 专用于n i o s 的u c l i n u x ) 中的具体方法。 本设计中，s n m pa g e n t 开发使用的是u c d s n m p4 2 1 开发包，并选择在l i n u x 操 作系统下进行程序的开发及测试。 第四章分析了g p o n 网管m a n g e r 的功能需求并设计了m a n a g e r 程序的实现流 程，详细说明了如何基于w n s n m pa p i 实现管理方的配置、性能、故障和数据 采集处理，并对所实现的功能进行了验证。 第五章为小结，总结本文工作的重点和难点，并提出了下步工作的建议。 第二章g p o n 网管系统分析与总体设计 第二章g p o n 网管系统分析与总体设计 2 1g p o n 系统结构和工作原理 2 1 1g p o n 的系统结构 g p o n 采用与a p o n ，e p o n 相同的点到多点，无源光纤传输方式的网络拓扑 结构，主要由o l t 、o d n 和o n u 三部分组成( 见图2 - 1 ) ，由无源光分路器件将 o l t 的光信号分到各个o n u 。 i n t e d a cei n t e r t a e ei n t e n * a c e 图2 1g p o n 网络体系参考模型 o l t 位于中心机房( c o ，c e n t r a lo f f i c e ) ，并连到一个或多个o d n 向上提供广 域网接口，包括g b e ，o c 3 s t m 1 ，d s 一3 等，向下对o d n 可提供1 2 4 4 g b l s 或 2 4 8 8 g b s 的光接口，具有集中带宽分配，控制光分配网络，实时监控，运行维护 管理无源光网络系统的功能。 o d n 为o l t 和0 n u 提供光传输手段，由无源光分路器和无源光合路器构成， 是一个连接o l t 和o n u 的无源设备，它的功能是分发下行数据和集中上行数据。 电子科技大学硕士学位论文 o n u 为接入网提供用户侧的接口，提供话音、数据、视频等多业务流与o d n 的接入，其对o d n 的光接口速率有1 5 5 m b s ，6 2 2 m b s ，1 2 4 4 g b s 和2 a 8 8 g b s 等4 种选择，受o l t 的集中控制。 g p o n 系统可支持的分支比为1 ：1 6 ，1 ：3 2 或1 ：6 4 ，还可能达到1 ：1 2 8 。 在同一根光纤上，g p o n 可通过粗波分复用( c w d m ，c o a r s ew a v e l e n g t h d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g1 覆盖实现数据流的全双工传输。在需要提供业务保护和通道 保护的情况下，可加上保护环，对某些o n u 提供保护功能，通常可采用总线型fb u s p o n ) 、树型( t r e ep o n ) 或环型( r i n gp o n ) 拓扑结构。 2 1 2g p o n 的工作原理 在下行方向，g p o n 是一个点到多点的网络。o l f 以广播方式将由数据包组 成的帧经由无源光分支器发送到各个o n u 。每个o n u 收到全部的数据流，然后 根据o n u 的媒体访问控制( m a c ) 地址取出特定的数据包1 1 6 1 ，如图2 - 2 所示。 匦只扭 j l 一 畿 卜 团专口 yo n u 3 卜一l i s e r3 第二章g p o n 网管系统分析与总体设计 2 2g p o n 网管系统总体分析与设计思路 g p o n 正在成为光接入网领域的研究热点。g p o n 系统具有大规模、功能复 杂、支持多用户、提供多服务等特点，如何使网络中各个部件协同工作，如何操 作、维护和管理g p o n 系统、尤其是g p o n 系统中的o l t o n u ，这些都是g p o n 系统必须解决的问题。只有通过适当的网络管理才能充分利用g p o n 网络的强大 功能，因此有效的网络管理能力是评价g p o n 网络的一个重要指标。 2 2 1 网管协议的选择 网络管理已经成为计算机网络和电信网研究中最重要的内容之一。网络中采 用的先进技术越多，规模越大，网络的维护和管理工作也就越复杂。计算机网络 和电信网的管理技术是分别形成的，但到后来渐趋同化，差不多具有相同的管理 功能和管理原理，只是在网络管理上的具体对象上有些差异。 通常，一个网络由许多不同厂家的产品构成，要有效地管理这样一个网络系 统，就要求各个网络产品提供统一的管理接口，即遵循标准的网络管理协议。这 样，一个厂家的网络管理产品就能方便地管理其他厂家的产品，不同厂家的网络 管理产品之间还能交换管理信息。 当前典型的网络管理体系结构主要有三种：s n m p ( s i m p l en e t w o r k m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 管理系统结构、c m i p 管理系统结构和t m n 管理系统结构。 ( 1 ) s n m p s n m p 管理体系结构在计算机网的网络管理领域取得了巨大的成功。s n m p 在设计时，就定位在是一种易于实施的基本网络管理工具。在网管领域中，它扮 演了先锋的角色，因o s l 的c m i p 发展缓慢同时在i n t e r a c t 的迅猛发展和多厂商环 境下的网络管理解决方案的驱动下，而很快成为了事实上的标准。 s n m p 的管理结构的核心思想是在每个网络节点上存放一个管理信息库m i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ) ，由节点上代理( a g e n t ) 负责维护，管理者通过 应用层协议对这些代理进行轮询进而对管理信息库进行管理。s n m p 最大的特点 就是其简单性。它的设计原则是尽量减少网络管理所带来的对系统资源的需求， 尽量减少a g e n t 的复杂性。它的整个管理策略和体系结构的设计都体现了这原 则。 s n m p 的主要优点是： - 易于实施； 电子科技大学硕士学位论文 成熟的标准； c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式对资源要求较低； 广泛适用，成本低廉。 简单性是s n m p 标准取得成功的主要原因。因为在大型的、多厂商产品构成 的复杂网络中，管理协议的明晰是至关重要的；但同时这又是s n m