（通信与信息系统专业论文）epon网络管理系统的设计与oam协议的软件实现.pdf

摘要 攘要 随着互联网业务的快速发展，对网络带宽提出了越来越高的要求。由于骨干 网已有足够的能力支持宽带业务，接入网带宽成为整个传输网络的瓶颈。以以太 阏( e t h e m e t ) 为基础的以太无源光网络( e p o n ) 是未来实骥宽带、多韭务综合 接入的熏要技术手段，它采用点到多点结构、无源光网络传输，在以太网之一匕提 供多魏业务。它综合了p o n 技术嗣以太网技术二者的优点，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。随着e p o n 国际标准 疆e e 8 0 2 ，3 a h 在2 0 0 4 年的正式发布，e p o n 的产业联鼹已经吸引了众多厂商 的积极参与。目前北美和日本光纤到户( f 删) 的建设已经规模展开，而国内f 的实验已经在些地方开始实施。 为了保证e p o n 能够稳定、离效的运行，为e p o n 提供个有效的网络管理 系统显得尤为薰要。e p o n 网络管理系统设计的主要工作是网管软件的设计和实 现，称之为孵元管理系统。 e p o n 中的托管设备十分庞大，且管理软件在嵌入式系统上运行，因此可选择 相对简单、代码容量小的s n m p 作为圈终管理旃议来开发e p o n 网元管理系统。 但s n m p 是应用层的协议，要求下层网络工作正常、被管理设备i p 可达。传统的 s 涩已经很难胜任接入霹豹网管要求，为姥，i e e e 8 0 2 3 委员会在8 0 2 ，3 a h 游议 中制定了专门针对接入网的数据链路层网络管理协议一一o a m 。本文对基于 s n m p 、o a m 协议的管理站、委托代理分别给出了设计方案。 基于o a m 协议的程序是网元管理系统中最底层的应用软件，负责直接对网元 ( o l t 、0 n u 以及之间的光纤链鼹) 进行操作。o a m 程序的实现与否直接影响整 个网元管理系统的实现。论文在分析o a m 帧格式和o a m 予层各个功能模块的基 础上，分别实现了局端的o a m 主程序和用户端的o a m 子程序，它们配合使用可 以完成o a m 协议的功能。 s n m p 与o a m 的无缝连接一直是网元管理系统的热门议题。论文提出了一种 有效解决s n m p 与o a m 陡议稿结合的方法：稠用m i b 作为桥梁。m i b 是嵌入式 系统一i = = 暂存参数的小型数据库，魑s n m p 体系中不可或缺的一部分。在本e p o n 摘要 网元管理系统中，无论是o a m 主程序采集或发送的数据，还是s n m p 代理提取 或设置豹数据都是放在m i b 中的。将m i b 作为两静协议豹结合点可以遴兔繁琐的 协议转换程序，提高嵌入式芯片的运行效率。 关键词：以太无源光网络，网元管理系统，简单网络管理协议，运行管理维护协 议，管理信息痒 i i a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e m e ts e r v i c e s ，h i g h e ra n d h i g h e rr e q u i r e m e n t so f n e t w o r kb a n d w i d t ha r en e e d e d s i n c et h eb a c k b o n eh a sa l r e a d yt h ea d e q u a t ea b i l i t yt o s u s t a i nt h eb r o a d b a n d ，a c c e s sn e t w o r kb a n d w i d t hb e c o m e st h eb o t e l e n e c ko ft h ew h o l e n e t w o r k a sas o l u t i o nf o ra c c e s sn e t w o r k ，e p o n ( e t h e m e tp a s s i v e0 p t i c a ln e t w o r k ) h a sm a t u r et e c h n o l o g ya n db r o a da p p l i c a t i o no fe t h e r n e t i th a sap o i n t - t o m u l t i p o i n t a r c h i t e c t u r ea n dp r o v i d e sm u l t i s e r v i c eb a s i n go ne t h e m e t i tc o m b i n e st h ea d v a n t a g e o fp o r tt e c h n o l o g ya n de t h e r n e tt e c h n o l o g y w i t hi t sf e a t u r e so fh i 曲b a n d w i d t h ，l o w c o s ta n db e i n gu s e da n du p d a t e de a s i l y e p o ni st h eb e s ts o l u t i o nf o ra c c e s sn e t w o r k w i 也e p o ni n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d - - i e e e 8 0 2 3 a hb e i n gr e l e a s e di n2 0 0 4 t h ei n d u s t r y a l l i a n c eo fe p o nh a sa p p e a l e dm a n ym a n u f a c t u r e st op a r t i c i p a t ea c t i v e l y n o wi n n o r t ha m e r i c aa n dj a p a n e s ef r t hh a b e e nd e v e l o p e di nal a r g es c a l e a n di nc h i n a t h ee x p e r i m e n to f f t t hh a sb e e ns t a r t e di ns o m e p l a c e s i no r d e rt og u a r a n t e ee p o nt oo p e r a t es t e a d i l ya n de f f i c i e n t l y ，i ti si m p o r t a n tt o p r o v i d ear e l i a b l en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m t h em a i na s p e c to fe p o nn e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e mi st h ed e s i g no ft h es o f t w a r e ，w h i c hi sc a l l e de m s ( e l e m e n t m a n a g e m e n ts y s t e m ) t h ep r o x i e dd e v i c e so fe p o ni sv e r yl a r g e ，a n dn e t w o r km a n a g e m e n ts o f t w a r e r u n si ne m b e d d e db o a r d ，s ot h e “s i m p l ea n ds h o r t c u t ”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 ) i su s e dt od e v e l o pe p o n se m s b u tt h es n m pw h i c hi st h e p r o t o c o lo ft h ea p p l i c a t i o nl a y e rr e q u i r e sl o w e rl a y e rw o r k i n gn o r m a l l ya n dm a n a g e d d e v i c e st r a n s m i t t i n gi pf l a m e sr i g h t ，s ot h ec o n v e n t i o n a ls n m ph a sb e e nd i f f i c u l tt o m a t c ht h en e e do f t h em a n a g e m e n to ft h ea c c e s sn e t w o r k b a s eo nt h ea b o v er e a s o n ，i e e e 8 0 2 3c o m m i t t e ea d d sas u i t eo fo a m ( o p e r a t i o n s a d m i n i s t a t i o nm a i n t e n a n c e ) p r o t o c o l sw h i c ha c h i e v em a n a g e m e n tg o a lo ft h ed a t al i n k l a y e ro ft h ea c c e s sn e t w o r k + i nt h i st h e s i s ，w ep r o p o s ed e s i g ns c h e m e so fm a n a g e ra n d p r o x ya g e n tb a s eo ns n m pa n do a m t h ep r o g r a m m eb a s e do no a mp r o t o c o li st h e i i i a b s t r a c t l o w e s ta p p l i e a t i o ns o f t w a r eo fe m s i to p e r a t e sd i r e c t l yt od e m e n ti n c l u d i n go l t , o n ua n do p t i c a ll i n kd u r i n gt h e m t h ec o m p l e t i o no fo a mp r o g r a m m ei n f l u e n c e st h e w h o l er e a l i z a t i o no fe m ss t r o n g l y o a mf r a m e sf o r m a ta n do a ms u b l a y e rf u n c t i o n m o d u l e sa r ea n a l y s e di nt h et h e s i s ，a n dt h e no a mm a i np r o g r a m m ei nt h ec e n t r a lo f f i c e a n do a m s u b p r o g r a mi nt h eu s e rs i d ea r er e a l i z e d u s i n gt h e s et w op r o g r a m st o g e t h e r c a l la c h i e v ef u n c t i o no f o a m p r o t o c a l t h es e a m l e s sc o n n e c t i o no f s n m pa n do a mi so n eo f t h eh o t t e s tt o p i co f e m s i n t h i st h e s i s ，w ep r o v i d eav e r ye f f e c t i v em e t h o dt os o l v et h ec o n n e c t i o no fs n m pa n d o a mb yu s i n gm 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 ) a sab r i d g e m i bi st h e t e m p o r a r i l yp a r a m e t e rs t o r a g eo f t h ee m b e d d e ds y s t e ma n dt h ei n d i s p e n s a b l ep a r to ft h e s n m ps y s t e m i nt h ee p o n se m s ，t h ed a t a f r o me t h e ro a m m a i np r o g r a m m eo r s n m pa g e n ti ss t o r e di nm i b ，u s i n gm i ba st h ec o n n e c t i o no ft h et w op r o t o c o l s ，w e c a na v o i dc o m p l e xc o n v e r t i o no ft h ep r o g r a m m e ，a n di m p r o v ep e r f o r m a n c ee f f i c i e n c y o fe m b e d d e dc h i p ， k e y w o r d s ：e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( e p o n ) ，e l e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ( e m s ) ，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 ) ，o p e r a t i o n a d m i n i s t r a t i o n m a i n t e n a n c e ( o a m ) ，m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o nb a s e 图形列表 图2 - 1 图2 - 2 图2 - 3 图2 - 4 图2 5 图2 - 6 图2 - 7 图2 - 8 图2 9 图2 - 1 0 图3 1 图3 - 2 图3 - 3 图3 - 4 图3 5 图3 - 6 图3 - 7 图3 8 图3 - 9 图3 1 0 图3 1 1 图3 - 1 2 图3 - 1 3 图3 - 1 4 图3 - 1 5 图3 - 1 6 图3 - 1 7 图3 一1 8 图4 - 1 图形列表 e p o n 体系结构图5 e p o n 硬件系统7 e p o n 嵌入式系统结构图9 s n m p 的5 种报文操作一1 2 委托代理的s n m p 管理模型1 3 e p o n 网元管理系统结构图1 4 e p o n 管理站功能模块结构1 5 管理站s n m p 通信模块流程图1 7 e p o n 委托代理功能模块结构1 8 委托代理通信模块流程图1 9 o a m 子层在o s i 参考模型中的位置2 1 o a m p d u 帧格式2 3 i n f o r m a t i o no a m p d u 数据域2 4 e v e n tn o t i f i c a t i o no a m p d u 数据域2 5 v a r i a b l er e q u e s t r e s p o n s eo a m p d u 数据域2 6 p a ss o f t 结构体系图2 9 基于p a ss o f t 的o a m 程序2 9 o a m 程序功能模块3 1 d i s c o v e r y 流程图3 2 o a m p d u 发送控制流程图3 4 p a r s e r 模块流程图3 5 m u l t i p l e x e r 模块流程图3 6 局端o a m 主程序流程图3 7 用户端o a m 子程序流程图3 8 o a md e m o 初始化演示4 l o a md e m o 获取性能参数演示4 l o a md e m o 监昕演示4 2 o a md e m o 回环测试演示4 2 m i b 对象标识树一4 3 v i l 表格列表 表格列表 表3 1o a m 远端回环命令2 7 表3 2 d i s c o v e r y 流程中的变量3 3 表3 3 g d b 主要命令4 0 表4 1 s y s t e m表中的单变量45_info 表4 2 o l ts t a t i s t i c s 表中的表变量4 5 表4 3m i b 三种数据类型结构体定义4 7 v l t l 缩略字表 a p i a p a n a t m b d b c n i c s c m p d b a e m s e p o n f 兀h i e e e 匝t f m a c m m m 旷c p o a m o a m p d u o d n o i d o i j o n u p d u 缩略字表 a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e a t mp a s s w eo p t i c a ln e t w o r k a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e b e r k e l e yd b u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns e r v i c e c o m m o nm a n a g e m e n tl n f o r m m i o np r o t o c o l d y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n e l e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k f i b e rt ot h eh o m e i n s t i t u t i o no f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e m e d i aa c c e s sc o n t o l m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e m u l t i - p o m tc o n t r o lp r o t o c o l o p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o nm a i n t e n a n c e o a mp r o t o c o id a t au n i t o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k o b j e c ti 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 l o p t i c a ln e t w o r ku n i t p r o t o c o ld a t au n i t 应用程序接口 a t m 无源光网络 异步传输模式 伯克利数据库 用户网络接口 公共管理信息服务 公共管理信息协议 动态带宽分配 网元管理系统 以太无源光网络 光纤到户 电气与电子工程师学会 因特网网络工程任务组 媒体访问控制 管理信息库 多点控制协议 运行管理维护 o a m 协议数据单元 光分配网络 对象标识符 光线路终端 光网络单元 协议数据单元 缩略字表 p o n q o s s n i s m i s n 口 t d m v o d v o i p w d m p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k q u a l i t yo fs e r v i c e s s e r v i c en e t w o r ki n t e r f a c e s t r u c t u r eo f m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n 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 i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x v i d e oo nd e m a n d v o i c eo v e ri p w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x x 无源光网络 服务质量 业务网络接口 管理信息结构 简单网络管理协议 时分复用 视频点播 网络电话 波分复用 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是率人在译师指静f 进行的研究工作及澈得 的褥巍成果。据我掰簿，除了文孛特掰热数貅注和致谢豹憋方井，论文串不包 含葵撬久纛经发表蠛撰写避鹃磅究残暴，惑零包含蔫获褥彀予辩鼓大学或麓窀 教肖桃毒每的学位或诞书面使用过的树料。与我一两工作的隧惠对本研究所椴毂 任何羹献均巍在论文巾作了聪确豹瀵骧荠表零落意。 签名：j 垒重垒霸搿：年弱 疆 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者宪全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 京教镲留劳淘藩家蠢关露秘躐褴揍送交渣文黥复零佟鞠磁盘，龛诲论文羧囊阕 和借阗。本人授权电子科技大学可以蟪学位涂文的全部或部分内容编入鸯笑数 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。 ( 保密髂学位论文在解锈君应遂守魏魏定) 签名：燃嚣帮签名：鱼：鳖 躁期：每, e l穗 第一章绪论 第一章绪论 1 1 接入网的发展及国内外现状 近年来通信业的迅猛发展导致了网络传输能力的巨大提升。骨干网和高速局 域网随着人们对带宽越来越大的需求而不断升级，但是连接两者之间的接入网成 了整个网络的瓶颈。尽管当前广泛使用的宽带接入方案如x d s l 【i j 、h f c 和c a b l e m o d e m l 2 1 提高了一定的带宽，但与人们的需求还相去甚远，并且也不能为新兴网络 业务如视频会议、v o d 、v o i p 提供足够的带宽以及相关业务的q o s 保证，在这样 的条件下产生了p o n ( p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，无源光网络) 技术【j j 。 无源光网络的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的特点， 在光接入网中扮演着越来越重要的角色。p o n 自从在2 0 世纪8 0 年代被采用至今 已经历经几个发展阶段。起初人们认为将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) 技术和p o n 技术相结合的a p o n ( a t m p a s s i v e o p t i c a l n e t w o r k ，a t m 无源光网络) 技术是实现综合接入的理想模式，然而，由于数据业务的爆炸式增 长，a t m 技术暴露出效率不高、协议复杂、成本过高等弱点，因此并未得到大规 模的应用。同时，以太网( e t h e m e t ) 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i p 数据包 的最佳载体。随着i p 业务在城域网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，逐渐向接入网、城域网甚至骨干网上 渗透。而以太网与p o n 的结合，便产生了以e p o n ( e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k ，以太无源光网络) 。它同时具备了以太网和p o n 的优点，成为光接入网 领域中的热门技术【4 _ 5 1 ，并逐步走向成熟。 从全球范围看，在宽带用户中，6 6 是采用d s l ，在中国这个比例高达9 0 ， 但利用e p o n 技术的f t t h ( f i b e r t ot h eh o m e ，光纤到户) 接入方式呈现出高速增长 的势头。日本是全球f t t h 发展最好的国家，制定的“e j a p a n ”战略要求国内使 用光纤线路的用户或家庭要达到整个宽带市场的三分之一以上。 2 0 0 3 年以来，国内关于f t t h 的新闻也屡见不鲜。中国网通宣布在北京和长 电子科技大学硕士学位论文 沙率先采用e p o n 设备的v o i p 、v o d 等业务可谓是中国运营商首个f t l h 合同。 2 0 0 4 年起，国内不少通信公司都投入了大量的人力、物力到f t i h 技术的研发和 实验中来。武汉烽火科技于2 0 0 4 年在武汉光谷展开光纤试点，测试其e p o n 设备。 北京格林威尔公司也宣布在徐州实验局开通e p o n 测试。同时，随着8 0 2 ，3 a h 协议 的正式出台，其他大大小小通信公司都对e p o n 开始了跟踪和研发，这其中包括 华为、上海贝尔阿尔卡特、中兴等国内领先的大公司。 可以预见一旦光纤到户市场启动，其市场规模将是空前的，必将带动整个通 信行业进入新一轮的快速增长时期【”。 1 2 网络管理需求与发展 随着大规模互连网络的建设及应用的迅猛发展，新技术、新设备的广泛应用 使网络变成一个多厂商混合网络，网络的类型、服务的种类和设备的来源更加复 杂化。在这种环境下，资源分布程度和共享程度大大提高，任何微小的故障都可 能导致用户应用的失败。如何及早发现并排除潜在的故障隐患，有效地管理好网 络，是网络设备和网络服务提供者共同关心的问题。事实证明，管理好一个网络 与网络的建设同等重要。研究表明，一个普通的局域网络在一年内平均出现重大 的故障达2 0 次，由此而产生的服务失效时间长达1 6 小时。对于像a t & t 这样的 营运公共通信网络的企业来说，4 小时的网络失效就可能带来几千万甚至上亿美元 的损失。网络管理系统可以给网络管理员提供良好的信息来源，减少网络故障， 缩短网络失效时间，最大限度的提高商业利润。人们迫切需要功能完善、安全可 靠、使用方便灵活的网络管理工具来加强网络管理的能力，提高网络的使用效率【6 1 。 正是因为如此，在过去的十几年里，国际标准化组织和i n t e m e t 工作组在这方 面都做了大量的工作，并提出了各自的网络管理框架、协议标准和服务。其中最 主要的两种就是国际标准化组织开放系统互连( i s o o s i ) 提出的公共管理信息服 务及协议c m i s c m i p ( c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o l r m a t i o ns e r v i c ea n dc o m m o n m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n p r o t o c 0 1 ) 和由因特网网络工程任务组i e t f 制定的i n t e m e t 简单网络管理协议s n m p ( 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 0 1 ) 。c m i s c m i p 基于 o s i 的七层模型，包括四个子模型：为要管理的资源建立的信息模型、分配网络管 理角色的组织模型、交换管理信息的通信模型和定义基本网络管理功能的功能模 2 第一章绪论 型。这些使它能够提供较完整的管理操作，但是，正是由于为追求完整和灵活而 带来的复杂性，使c m i s c m i p 难以实现和应用。特别是它是建立在o s i 的模型之 上的，o s i 模型现今仍没有得到广泛的推广和使用，因此这也注定c m i s c m i p 无 法发挥它的强大功斟”。 1 9 8 8 年，i n t e m e t 体系结构委员会提出了简单网络管理协议的第一个版本，即 s n m p v t ，s n m p 网络管理体系结构是为了管理基于t c p i p 协议的网络而提出的， 与t c p i p 协议与o s i 协议的关系类似，s n m p 与c m i p 相比，突出的特点是简单。 这一特点使s n m p 得到了广泛的支持和应用，特别是在i n t e m e t 上的成功应用，使 得它的重要性越来越突出，目前已经成为c m i p 之外的最重要的网络管理体系结 构。 s n m p v l 经过不断的完善，匝t f 先后发布了s n m p v 2 和s n m p v 2 c 版。并在 1 9 9 8 年发表了最新版本s n m p v 3 。s n m p v 3 框架提供了对s n m p v l 和s n m p v 2 的 支持，并定义了新的m i b 以配置安全性、通知、代理服务器转发以及基于视图的 访问控制。s n m p v 3 最重要的特性是安全性得到了很大的提高，但也增加了整个 管理系统结构的复杂性。 以太网的高速发展，特别是近年来以e p o n 为代表的接入网逐步成熟，要求 其有运营级网管技术的呼声越来越高。为此，i e e e 8 0 2 3 委员会在其关于e f m ( e t h e m e ti nt h ef i r s tm i l e ，以太网最后一公里接入) 的8 0 2 3 a h 协议中制定了接入 网的o a m 协议，并在2 0 0 4 年4 月成为标准。o a m 协议主要是通过故障检测、告 警、定位和隔离等手段提高网络的运维水平。它能够有效提高网络可靠性，简化 操作，降低网络运行成本，帮助运营商有效的管理网络，最大限度地利用投资。 有了o a m 协议，以e p o n 为代表的接入网在运行维护方面可达到电信级水平， 可以顺利进入需要付费的电信运营领域。 1 _ 3 课题来源及本文的主要研究内容 1 3 1 课题来源 本课题来源于电子科技大学光纤重点实验室与四川汇源光通信科技股份有限 公司合作启动的e p o n 系统开发项目。项目包括e p o n 系统的硬件设计，嵌入式 电子科技大学硕士学位论文 系统搭建和软件设计。软件部分又分为网元管理系统的设计、o a m 协议的设计和 d b a 的设计。目前硬件平台和嵌入式操作系统已基本搭建完毕，网管软件也已调 试完成。 l - 3 2 本文主要内容及章节安排 本文主要完成网元管理系统的设计，o a m 协议的分析与实现以及o a m 协议 与s n m p 协议连接的实现。论文由五章组成。 第一章介绍了光接入网的发展及国内外研究现状；阐述了网络管理的重要性 和发展现状：最后说明了课题来源和本文主要研究内容。 第二章分析了e p o n 的体系结构及其优点；介绍了e p o n 硬件平台及嵌入式 系统的搭建；在此基础上，详细阐述了网元管理系统的设计方案。 第三章对o a m 协议内容、帧格式以及o a m 程序开发环境进行详细分析；给 出了程序流程图及部分关键代码；最后列出程序的调试方法以及得到的结果并得 出结论。 第四章提出了一种以m i b 形式结合o a m 与s n m p 的方案；以此为基础，设 计出基于文件和基于b d b 的改进型方案，并实现之。 第五章给出了全文的总结。 4 第二章e p o n 网络管理系统设计 第二章e p o n 网络管理系统设计 为了满足用户对带宽日益增长的要求，实现接入网的高速化、带宽化和智能 化，i e e e 8 0 2 3 委员会于2 0 0 0 年1 1 月成立的e f m 引入一种新的宽带接入方式一 一e p o n 。它在物理层采用了点到多点结构、无源光纤传输，在链路层使用以太 网协议，利用p o n 的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了p o n 技术 和以太网技术的优点：低成本、高带宽、扩展性强、与现有以太网的兼容性好、 管理方便等。 2 1e p o n 体系结构与工作原理 e p o n 系统在网络侧通过业务网络接口( s n i ，s e r v i c en e t w o r ki n t e r f a c e ) 与 业务节点相连，在用户侧通过用户网络接口( c m ，u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e ) 和用 户设备相连，形成一个实现用户接入功能的无源光网络。在物理层上e p o n 继承 了p o n 的体系结构，主要由三部分构成：o l t ( o p t i c a ll i n et e r m i n a l ，光线路终端) ， o d n ( o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，光分配网络) 和o n u ( o p t i c a ln e t w o r ku n i t ，光 网络单元) 。其中o l t 位于局端，o n u 位于用户端。o d n 由无源光分路器和光纤 构成，是连接o l t 和o n u 无源器件。其结构示意图如图2 一l 所示。 l 丽l i s n ii r 一 叫竺! ! i i 中心局c o 1 1 2 l3 l o d n 址! 删无源分光器p 漆 s n l ：业务网络接口 u n i ：用户网络接口 图2 1e p o n 体系结构图 o n u 3 用户端 黑u 裂 电子科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 作为e p o n 的核心，o l t 应实现以下功能：向o n u 广播以太网数据； 发起并控制与各o n u 之间的测距过程并记录测距信息；发起功率控制命令；对用 户的以太网数据进行缓存，为o n u 分配带宽，其他一些相关的以太网功能。 ( 2 ) o n u 为用户提供接入的功能：选择接受o l t 发送的广播数据；响应o l t 发出的测距及功率控制命令：对用户的以太数据进行缓存，并在o l t 分配的发送 窗口中向上行方向发送；及其他一些相关的以太网功能。 ( 3 ) o d n 位于o l t 和o n u 之间，为o l t 到o n u 的物理连接提供光传输 介质。o d n 主要完成下行光信号的分配和上行信号的集中。 e p o n 利用w d m ( w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x ，波分复用) 技术，在同一 根光纤内采用两个不同的波长( 上行：1 3 1 0 r i m ，下行：1 4 9 0 r i m ) ，为上下行信道 提供了全双工的通信方式。在e p o n 的下行方向，o l t 将1 e e e8 0 2 3 a h 定义的以 太帧以广播的方式发送到信道上。每个以太帧都在头部字段( h e a d e r ) 包含了其目 的o n u 的标识( o n ui d l ，o n ui d 2 ，o n ui d 3 ) 。以太帧传送到无源光分 路器后，被分成多路相同的信号分别送至各o n u 处。当数据到达o n u 时，o n u 负责接收数据帧并根据其头部的地址信息，取出属于自己的数据，对于其他o n u 的数据信息作丢弃处理。 在e p o n 的上行方向，由于无源光分路器的方向特性，各o n u 之间不能传送 数据，其通信只能与o l t 进行。所有o n u 共享上行信道，发送数据顺序必须相 互协调，否则不同o n u 的数据在光分路器处就会发生碰撞。采用t d m ( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x ，时分复用) ，o l t 为各o n u 分配上行数据的发送时隙，o n u 在指定的时隙到来时按照o l t 的授权窗口大小发送以太数据帧。这样各个o n u 的上行数据在到达共享光纤后就会按照预先安排好的次序进行传输，而不会发生 冲突。不同o n u 的上行帧之间留有一定的保护带宽，用于补偿由同步和测距过程 产生的误差【o 。 2 2 硬件平台介绍 产品设计方案采用了p a s s a v e 公司开发的核心芯片，o l t 端采用 p a s 5 0 0 1 - n m 3 芯片，o n u 端则采用p a s 6 2 0 1 - n m 3 芯片。除此之外，还设计出一 块嵌入式板，它采用a t 9 2 0 0 微处理器，主要搭载网络管理、d b a ( d y n a m i c 6 第二章e p o n 网络管理系统设计 b a n d w i d t ha l l o c a t i o n ，动态带宽分配) 控制等应用软件，这块嵌入式板称之为 h o s t 。硬件系统主要模块见图2 2 。 图2 2e p o n 硬件系统 o l t 硬件系统主要由p a s 5 0 0 l - n m 3 芯片及其外围器件构成，而0 n u 硬件系 统p a s 6 2 0 1 - n m 3 芯片及其外围器件构成。这两块芯片是p a s s a v e 公司为解决 e p o n 方案设计的核心芯片，它们十分全面的集成了e p o n 功能，设计严格执行 了i e e e 8 0 2 3 a h 标准中m p c p ( m u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l ，多点控制协议) ，支持 o a m 协议以进行网络管理。o l t 和o n u 硬件系统中连接着一些相同的模块：一 7 电子科技大学硕士学位论文 个2 m b 的f l a s h ，主要用于存贮p a s s a 、，e 提供的f m m w a r e ( 固件) ；一片 8 m b 的s r a m ，以支持芯片中程序的运行；对于硬件系统中需要存贮的参数，提 供一片4 k b 的e e p r o m 。所不同的是：o l t 系统中提供一个1 0 0 0 m b p s 的g m i i 上行接口用于接入外网，下行提供一个1 0 0 0 m b p s 的p o n 接口与o d n 进行连接； 此外，设计有一个r s 2 3 2 接口，可以通过这个接口将o l t 直接与p c 机的串口进 行连接，以p c 机作为h o s t ，以便于在没有嵌入式板的情况下也可以对o l t 、o n u 进行软硬件调试。而o n u 系统中在上行方向提供一个1 0 0 0 m b p s 的p o n 接口与 o d n 进行连接，下行提供一个支持1 0 1 0 0 1 0 0 0 m b p s 的1 l 1 4 5 接口与用户端相连。 在h o s t 硬件系统中，a t 9 2 0 0 为a t m e l 公司生产的蟓m 9 型处理器，它与 p a s 5 0 0 1 n m 3 采用1 6 位本地总线方式进行连接，一块_ 讯m 9 芯片可管理8 个o l t 。 a t 9 2 0 0 嵌入式平台的b o o t l o a d e r 存放在一块1 2 8 k b 的串行f l a s h 芯片上，由于 本嵌入式平台需要运行l i n u x 操作系统，在o l t 上还要构建数据库等内容， a t 9 2 0 0 连接的另一块f l a s h 为3 2 m b ，s d r 气m 为6 4 m b ，4 k b 的e e p r o m 主 要用于对网络管理系统及嵌入式系统的部份参数进入存贮。a t 9 2 0 0 嵌入式平台对 外提供一个1 0 0 m 的r j 4 5 接口，主要用于网络管理，而r s 2 3 2 接口主要用系统嵌 入式系统及软件的调试等。 2 3 嵌入式系统搭建 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁减、能适应 应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。一般 由嵌入式微处理器和外围设备组成的硬件系统、驱动程序、嵌入式操作系统和应