（信号与信息处理专业论文）epon系统中oam协议研究与开发.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 随着互联网业务的快速发展，人们对接入网带宽的容量需求越来越高，以太网 无源光网络( e p o n ) 系统应运而生，并在全球成为高宽带和多业务综合接入的重 要技术手段之一。e p o n 系统作为一项新技术，在运营过程中，必须要有一套强大 的网元管理系统( e m s ) 对其进行监测、拓扑管理、配置管理等。然而网元管理软 件是基于光线路终端( o l t ) 对光网络单元( o n - u ) 的操作、维护和管理( o a m ) 协议来实现的。 o a m 协议是e p o n 系统实际应用中重要的数据链路层协议。它直接应用于 e p o n 系统中o l t 对o n u 的所有操作、维护和管理。本课题以e p o n 设备的研发 为背景，对e p o n 系统中o a m 协议进行理解和归纳。通过阅读和分析与之相关协 议，完成了o a m 协议的模块设计和实现。 文章在阐述e p o n 系统体系结构、o a m 协议分析和处理过程的基础上，详细 分析和归纳了o a m 协议数据单元( 蝴p d u ) 的种类、语法和编码定义。并重点 介绍了o a m 协议中控制模块、解析模块和分析模块的设计与实现。为提高代码的 效率和模块的独立性，将控制模块、解析模块和复用模块划分成o l t 端和o n u 端 来分别设计与实现。根据这三个模块的设计思想和处理流程图，按照o a m 协议的 发送传输流程规定，通过主次程序相互配合使用，完成o l t 对o n u 的操作、维护 和管理功能，实现了o a m 协议的网络管理功能。 文章最后，通过模拟测试环境对o a m 协议进行测试和验证，分析了测试结果； 通过显示现网中的告警事件，不仅验证了设计的o a m 协议模块能够正确解析 o a m p d u 中的信息，而且能对网络中出现的错误和异常发出报警，显示和记录错 误事件信息。 关键词：以太网无源光网络，o a m 协议，o l t ，o n u ，网元管理系统 重庆邮电大学硕士论文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 tb u s i n e s s ，m o r ea n dm o r eb a n d w i d t hi sn e e d f o ra c c e s sn e t w o r k ，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 ) s y s t e me m e r g e sa n d b e c o m e sa ni m p o r t a n tp a r to ft h eh i 【g h b a n d w i d t ha n dm u l t i s e r v i c ei n t e g r a t e da c c e s si n t h ew o r l d a san e wt e c h n o l o g y , i ti sn e c e s s a r yf o re p o nt oh a v eap o w e r f u le l e m e n t m a n a g e m e n ts y s t e mt om o n i t o r , t o p o l o g ym a n a g e m e n ta n dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ti n t h eo p e r a t i o n h o w e v e r , n e t w o r ke l e m e n tm a n a g e m e n ts o f t w a r es y s t e mm u s tb eb a s e do n t h eo p e r a t i o n ，m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t ( o v op r o t o c o lo ft h eo l tt oo n u o a mp r o t o c o li sas i g n i f i c a n td a t a l i n kl a y e rp r o t o c o l si nt h ee p o ns y s t e m ， a p p l i e dt ot h eo p e r a t i o n s ，m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n tb e t w e e nt h eo l ta n do n u i n t h ep r o c e s so ft h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h ee p o ne q u i p m e n t ，t h i sd i s s e r t a t i o n d e s i g n s a n dr e a l i z e st h eo a m p r o t o c o lm o d u l et h r o u g ha n a l y z i n gt h er e l e v a n t p r o t o c o l s b a s e do nt h es u r v e yo ft h ee p o nn e t w o r ks t r u c t u r e ，s y s t e m a r c h i t e c t u r e ，t h e a n a l y z i n ga n dp r o c e s so fo a mp r o t o c o l ，t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y s i sa n dp u tf o r w a r dt h e o a mp r o t o c o ld a t au n i t ( o a m p d u ) t y p e s ，g r a m m a ra n dt h ed e f i n i t i o n o fc o d i n g d e t a i l e d t h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no fo a mp r o t o c o lc o n t r o lm o d u l e ，p a r s em o d u l e a n da n a l y s i sm o d u l ei sm a i n l yi n t r o d u c e d i no r d e rt oi m p r o v ec o d ee f f i c i e n c ya n d i n d e p e n d e n c eo fm o d u l e s ，t h ed i s s e r t a t i o n d i v i d e st h em o d u l e si n t ot w op a r t st o i m p l e m e n t a t i o nb o t l li nt h eo l ta n do n u a c c o r d i n gt ot h ed e s i g na n dp r o c e s sf l o w c h a r to ft h r e em o d u l e s ，t h ep r i m a r ya n ds e c o n d a r yp r o g r a mi n t e r a c t i o nw i t ht h er u l eo f o a m p r o t o c o ls e n d i n g ，t h e nt h i sd i s s e r t a t i o nc o m p l e t et h eo p e r a t i o n ，m a i n t e n a n c ea n d m a n a g e m e n tf u n c t i o n st oa c h i e v et h eo a mp r o t o c o ln e t w o r km a n a g e m e n tf u n c t i o n s t ot e s ta n dv e r i f yt h eo a m p r o t o c o l ，t h ed i s s e r t a t i o ns e t su pt h es i m u l a t i o nt e s t i n g e n v i r o n m e n ta n da n a l y z e sr e s u l t s b ys h o w i n gt h en e t w o r ka l a r me v e n t s ，t h ed i s s e r t a t i o n v e r i f i e st h eo a m p r o t o c o lm o d u l en o to n l yp a r s et h eo a m p d uc o r r e c t l y , b u ta l s og i v e s a l la l a r mw h e nt h ee r r o r sa n da b n o r m a le x i s t ，d i s p l a y sa n dr e c o r d st h ee r r o re v e n t i n f o r m a t i o ni na d d i t i o n k e y w o r d s ：e p o n ，o a mp r o t o c o l ，o l t , o n u ，e l e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m n 重庆邮电大学硕士论文插图清单 插图清单 2 1e p o n 逻辑体系结构6 2 2e p o n 协议分层结构7 2 3o l t 与o n u 之间o a m 信息的交互图1 0 2 4o a m 子层逻辑图1 0 2 5 发现流程1 2 2 6 传输流程图1 4 2 7 复用流程图1 6 2 8 解析流程图1 7 2 9o a m p d u 帧格式1 8 2 1 0i n f o r m a t i o no a m p d u 数据域1 9 2 1 1e v e n tn o t i f i c a t i o ni 【：i a m p d u 2 0 2 1 2v a r i a b l er e q u e s to a m p d u 数据域2 1 2 1 3v a r i a b l er e s p o n s eo a m p d u 数据域2 1 2 1 4l o o p b a c kc o n t r o lo a m p d u 帧结构2 2 2 1 5o r g a n i z a t i o ns p e c i f i co a m p d u 结构帧2 3 图3 1 软件系统的结构2 4 图3 2 软件模块结构图2 6 图3 3e p o n 软件系统处理流程2 7 图3 4o a m 程序功能模块2 8 图3 5p a ss o f t 体系结构图2 9 图3 6 基于p a ss o f t 的o a m 程序3 0 图3 7o l t 和o n u 两端d i s c o v e r y 流程图3 2 图3 8 发送控制流程图3 4 图3 9p a r s e r 模块流程图3 5 图3 1 0m u l t i p l e x e r 模块流程图3 7 图3 1 1o a m 协议通信模块流程图3 8 图3 1 2 局端( o l t 端) o a m 主程序流程图3 9 图3 1 3 用户端( o n u 端) o a m 子程序流程图4 0 图4 1 测试方案4 2 v 图图图图图图图图图图图图图图图 重庆邮电大学硕士论文插图清单 图4 2 单个p o n 的拓扑结构4 3 图4 3 当前告警和实时时间浏览4 4 图4 4 告警消息解析程序设计流程图4 6 v l 重庆邮电大学硕士论文 缩略词 缩略语 a t m a p o n a c l b p o n c l l d o w n p m d d l l d t e d c m e f m e o c e m s f c s f 丌x g m i i g p o n ! e e i 州 r 】m t i g m p i f m l a n m i b n 帅r m r t g 缩略词 英文全称 a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e a t mp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k a c c e s sc o n t r o ll i s t b 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 c o m m o n dl i n ei n t e r f a c e d o w n p h y s i c a lm e d i ad e p e n d e n t d y n a m i cl i n ki j b r a r y d a t at e r m i n a le q u i p m e n t d e v i c ec o n t r o lm a c h i n e e t l l e r n e ti nt h ef i r s tm i l e e t h e m e to v e rc o a x e l e m e mm a n a g e m e n ts y s t e m f r a m ec h e c ks e q u e n c e f i b e r - t o t h e x g i g a b i tm e d i u mi n d e p e n d e n ti n t e r f a c e g i g a b i t c a p a b l ep o n i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c s e n g i n e e r s i n t e r a c tp r o t o c o lt v n u tf o rn mt e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r d m m i o ns e c t o r i n t e r a c tg r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c o l i n t e r f a c em a n a g e m e n t l o c a la r e an e t w o r k m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e m 魄d a t a r e q u e s t m u l t ir o u t e rt a f ! f i cg r a p h e r v h 中文全称 异步传输模式 a t m 无源光网络 访问控制列表 宽带无源光网络 命令行接口 下行物理媒介关联层 动态链接库 数字终端设备 设备控制器 以太网最后一公里 基于同轴电缆的以太网 传输技术 网元管理系统 帧校验序列 光纤接入 千兆媒体独立接口 千兆无源光网络l 吉比 特无源光网 电气和电子工程师协会 互联网电视 国际电信联盟远程通信 标准化组 因特网组管理协议 端口管理 局域网 管理信息库 m a c 数据请求原语 监控网络链路流量负载 的工具软件 重庆邮电大学硕士论文 缩略词 m c f m p c p m d i o d n 0 l t 0 n u o a m 0 s i o b d o a m p d u o u i o a m i i p l c p o n p t p p ，r m p d u p s t n p c s p m d p p m p m m q u s r s s t p s n m p t l v u p - p m d m w d m m a ( ：c l i e n tf r a m e m u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l m e d i u md e p e n d e n ti n t e r f a c e 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 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 o p e r a t i o n , a d m i n i s t r a t i o n a n d ， m a i n t e n a n c e o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t o p t i c a lb r a n c h i n g d i s t r i b u t i o n o a mp r o t o c o ld a t eu n i t o r g a n i z a t i o n a l l yu n i q u ei d e n t i f i e r o a m i i n d c a t i o n p o w e rl i n ec o m m u n i c a t i o n p 弱s w eo p t i c a ln e t w o r k p o i n tt op o i n t p o i n tt om u l t i p o i n t p a c k e td a t au n i t p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k p h y s i c a lc o d es u b l a y e r p h y s i c a lm e d i ad e p e n d e n t p r o t o c o lm a n a g e m e n t p e r f o r m a n c em a n a g e m e n t q u a l i t yo fs e r v e r s r e c o n c i l i a t i o ns u b l a y e r s p a n i n g t r e ep r o t o c o l 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 y p el e n g t hv a l u e u pp h y s i c a lm e d i ad e p e n d e n t v h t u a ll 锄m a n a g e m e n t 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 i n g v l h 媒体接入客户帧 多点控制协议 媒质相关接口 光分配网络 光线路终端 光网络单元 操作维护管理 开放系统互连 光分路器 o a m 协议数据单元 组织唯一标示符 o a m 内部指示原语 电力线通信 无源光网络 点对点 点对多点 分组数据单元 固定电话网络 物理编码子层 物理介质关联层接口 协议分发 性能管理 服务质量 调和子层 生成树协议 简单网络管理协议 长度类型值 上行物理媒介关联层 配置虚拟局域网 波分复用 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 互联网是2 0 世纪出现的最伟大的信息技术成果之一。它使得人们在信息获取 的深度与广度、方便快捷性以及超越时空能力方面达到了空前水平。因此，越来 越多的人陆续接入了互联网。然而，随着接入用户的指数增加，使得接入网部分 必须创造新技术才能满足日益增长的用户需求和q o s 。在这种形势下，e p o n 系统 应运而生。它迅速地扩大了用户接入的带宽，给接入网来了革命性变化【1 1 。e p o n 是在现有的接入网技术基础上发展起来的一种光纤接入技术。它通过在“最后一 公里1 2 j 通信网络中引入光纤传输实体使用时分复用方式进行的数据传输。e p o n 系统可以看作是对传统的网络接入进行的扩充，以支持用户对宽带接入的高要求。 e p o n 利用光线路终端接入i n t e r a c t 或其它专用网络。目前，世界上许多的运营商 正在或者已经将其接入网部分用e p o n 系统部署【钔。即将建成的e p o n 接入网不仅 能解决“最后一公里 的问题，使原有的“最后一公里 网络宽带成倍增加，而 且为移动通信网络的“无线宽带接入理念奠定了网络基础。使用e p o n 系统时， 数据封装进每种消息帧中，并在网络上发送，网络资源仅在需要的时候定时分配， 数据和信令是单独占用整个带宽的。e p o n 系统可以充分的利用传输资源，可使不 同的用户同一时刻独占带宽。另外，e p o n 需要新的网络节点设备，如o l t 、o n u 和o d n 以及丰富多样的管理软件来发挥出它的优势【m 】。 接入网是整个电信网中晟具有技术挑战性的区域之一。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、宽带化和智能化，各种接入技术层出不 穷，如l a n 、x d s l 、c a b l e m o d e m 、p l c ( 电力线上网) 等等，然而被认为最有 前途的则是光接入技术。无源光网络( p o n ) 由于其易维护、高带宽、低成本等 优点成为光接入中的佼佼者。无源光网络是通过单一平台综合接入语音、数据、 视频等多种业务的理想物理平刽j 。 无源光网络( 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 技术和p o n 技术相结合的a p o n b p o n 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、协议复杂等弱点，并且成本过高，因此并未得到大规模的应用。在这种背景 下，两个颇为引人注目的新的p o n 标准孕育而生，其中一个是由m7 f s a n 负责 制定用来替换a p o n b p o n 标准的g i g a b i t p o n ( g p o n ) 标准，另一个是由 i e e e 8 0 2 3 a h 工作组负责制定的e t h e m e t p o n ( e p o n ) 标准l _ 刀。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 2 0 0 0 年1 2 月，i e e e 成立了8 0 2 3 e f m ( e f m e t h e m e ti nt h ef i r s tm i l e ，第 一英里以太网即以太网接入网) 工作组， 太网( e t h e m e t ) 技术经过2 0 年的发展， 开始了e p o n 的技术标准化工作【1 刚。以 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“它是承载口数据包的最佳载体 p - 4 。 随着球业务在城域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。以太网技术 与p o n 技术优点的结合，使之成为邢f 删领域中的最热门技术【3 】【7 l 。 1 2 本课题研究背景 随着视频点播、网络游戏和互动电视( 唧) 等高带宽业务的出现，互联网 用户对接入带宽的需求将进一步增加，现有的以a d s l 和c a b l em o d e m 为主的宽 带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性等方面的要求。 面对这一困境，各国宽带业务运营商把关注的目光投向了光纤到户( 删) 。光 纤到户是宽带接入的一种理想模式，城域网到小区、用户间的最后接入网阶段全 部使用光纤，以实现语音、数据、广播电视及各类智能化系统功能的一种接入方 式。光纤到户在带宽方面的巨大优势使它成为未来网络接入发展的最终目标，它 将最终突破带宽的瓶颈。基于其独特的宽带及信息服务优势，光纤到户正在世界 各地得到推广1 1 叫。 光纤到户技术是高带宽、多业务的接入技术，实现了业界全光网络的梦想。 在这样的网络上运营目前的语音、数据和视频业务还只是初级阶段。光纤到户技 术主要包括：点到点光纤接入以及点到多点的无源光网络( p o n ) 技术。无源光 网络技术主要有e p o n 和g p o n 两种。目前技术成熟度和商用化程度最高的是基 于以太网的e p o n 技术；g p o n 技术是基于不同服务需求，提供最有效率和理想 的传输速率，将是与e p o n 技术共存发展的技术【l o l 。 e p o n ( e t h e r n e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，以太网无源光网络) 是国内各大电 信运营商和广电运营商在向f t t x ( 光纤接入) 迈进的过程中引入的新技术。e p o n 系统采用点对多点的传输方式，基于时分复用的模式来传送不同用户的数据和信 令。e p o n 技术通过在接入网网络中引入o l t ( 光线路终端) ，o n u ( 光网络单元) 和o d n ( 光配线网络) 实体，以支持时分复用模式进行的数据上行传输 2 r l 。e p o n 系统可以作为是对原有的传统接入网传输技术强大的补充，以满足用户对高宽带 接入需求川。 以e p o n 和g p o n 为主的现代接入网新技术是目前“最后一公里 领域应用 最为迅猛的两大技术。目前，正呈现出以e p o n 系统接入为主的趋势。e p o n 系 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 统是国内三大全业务电信运营商接入网一致认可的“三网融合”技术。由于e p o n 网络结构的特点，宽带入户的特殊优越性，以及与计算机网络天然的有机结合， 使得全世界的专家都一致认为，以太网无源光网络是实现“三网融合一和解决信 息高速公路“最后一公里的最佳传输媒介。 移动通信在目前的话音业务继续保持发展的同时，对m 和高速数据业务的支 持将成为移动通信系统的主要业务特征。无线宽带接入是未来移动通信的发展趋 势，w 唧技术作为高速有线接入技术的补充，具有为可移动性、价格低廉的优点。 它广泛应用于有线接入需无线延伸的领域。w l f i 技术在宽带应用上将作为高速有 线接入技术的补充，而w i f i 热点部署的关键在接入网的部署。因此，e p o n 系统 在w i f i 广泛推广中将起着举足轻重的作用【1 0 1 。 e p o n 技术可以应用于各种各样的业务，如：p t p ( p o i n tt op o i n t ，点对点) 数据业务，p t m ( p o i n tt om u l t i p o i n t ，点对多点) 广播数据业务、刖( i n t e r a c t i v e p e r s o n a l i t yt v ) 业务1 1 0 l 。有些业务已具有了一定的调度管理功能，加上e m s 管理 系统，就能够完成调度。 e p o n 系统可以达到2 0 k m 的传输距离，避免了传统传输介质( 如双绞线、五类 线、c a b l e 等) 的距离瓶颈问题。解决远端用户的接入问题。随着技术的更新传输 距离会更长。 e p o n 可以为用户提供几十兆甚至千兆的上下行对称带宽，不仅可以满足宽带 上网、视频点播、在线游戏、可视电话、数字高清电视等各种业务的带宽需求， 而且如此大的宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活的根据用户 需求使用网管系统调整动态分配带宽的参数。e p o n 系统自然成为用户的终极接入 方式，解决终端用户的带宽瓶颈l h l 。 它主要的应用可以分为：驻地网应用模式、删应用模式、大客户专线应用 模式、网吧应用模式、农村信息化应用模式、视频监控承载应用模式、无线基站 应用模式、广电e o c 解决方案等【1 4 1 。多种多样的应用模式证明了e p o n 技术的 采用是大势所趋。 如今，国家政策大力支持电信网、互联网、广播电视网三网融合。e p o n 技术 的产生和成熟，使得我国“三网融合的进度加快。一种新技术的产生，必然是 在原有技术上的若干缺点做出改良。通过总结其他接入技术的优缺点产生的e p o n 系统成为了目前各大运营商和广播电视网络有限公司主推的接入方式。它低建设 成本、低运营维护成本、极高的接入可靠性和便于管理等的优点立即使成为了各 大电信运营商和各个广播电网的新宠i 甜。 本课题来源于校企合作的e p o n 关键设备研发项目。该项目从2 0 0 8 年初启动， 根据i e e e 和i t u t 的相关协议标准研制而成，致力于为网络运营商提供准确、有 3 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 效、易用的光通信整体解决方案，适用于e p o n 接入网络部分的日常运营维护、 故障定位排除、网络设备运行状态分析和业务开通等。 o l t单用户0 n u 图1 1e p o n 系统关键设备 目前，经过研发团队的不懈努力，e p o n 成套设备不仅实现，并且已推向国内 通信市场，被国内一些运营商招标采购，取得了较大的经济效益和社会效益。 在e p o n 设备的开发过程中，作者承担o a m 协议模块的开发工作，实现了 o a m 协议的处理和分析功能。 1 3 主要研究内容 文章研发的e p o n 系统设备实现了o l t 与多个o n u 之间稳定、可靠地通信 和维护管理。在整个系统的研发过程中，作者承担了o a m 协议的理解、分析、归 纳、设计和代码实现。通过对o a m 帧的传输过程的分析，以及o a m 协议中控制 帧的归纳和模块化的设计，实现了o a m 协议中的告警信息、o n u 的注册、配置 管理和故障管理等多个方面的网络管理功能。这样就为e p o n 网元系统开发只关 注o l t 端中m i b 的变化做了准备工作。 1 4 论文的组织结构 文章中实现的o a m 协议是e p o n 系统中的关键模块之一。作者通过对o a m 协议功能的理解、分析、归类、设计和代码实现，完成了e p o n 系统o l t 对o n u 的全方位管理。全文共分为五章，各章的内容安排如下： 第一章介绍了论文涉及课题的研究背景、e p o n 系统的发展情况和技术特点， 介绍了论文主要研究工作。 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 第二章简述了e p o n 系统的体系结构和o a m 层在七层o s i 模型中的位置属 性，详细介绍了中o a m 协议的内容、分析了帧格式、处理过程。 第三章主要介绍了o a m 程序开发环境、o a m 协议详细设计的功能模块和程 序处理流程，并给出部分关键代码。 第四章中通过回放某运营商的现网数据，对o a m 协议部分常用功能进行了测 试与分析。 第五章总结了文章o a m 协议模块设计和实现的可行性和正确性，并给出今后 工作进一步的方向。 5 重庆邮电大学硕士论文第二章e p o n 体系结构和o a m 协议分析 第二章e p o n 体系结构和0 a m 协议分析 本章介绍了e p o n 系统的体系结构和特点，对比了o a m 协议与o s i 模型数 据链路层协议栈、理解了o a m 协议的基本概念，着重解析了o a m 协议的功能、 结构与应用，以及o a m 协议管理o n u 的各个通信过程。 2 1e p o n 系统的体系结构 从逻辑上来看，e p o n 系统通过在接入网链路中增加了如下功能实体：光线路 终端( 0 l t ) ，光分路器( o d n ) 和光网络单元( o n u ) 。同时传输介质换成单模 光纤，如下图2 1 。除了这些部分，e p o n 系统增加了接入网管理系统功能。这个 功能是通过e m s ( 网元管理系统) 完成的【2 9 】。它在e p o n 系统中起着关键性的作 用。e m s 系统控制着所有与o l t 相连的o n u 的配置，端口，带宽分配等。 o d n ：光分配网络。它由光纤光缆、光连接器( 光接头) 、光分路器( o b d ) 、 光衰减器、光隔离器、w d m 等构成。 o l t ：光网络终端。作为e p o n 系统的核心功能器件和中心节点，o l t 具有 集中带宽分配、控制各种o n u 、实时监控、运行维护管理整个e p o n 系统的功能。 o n u ：光网络单元。为接入网提供用户侧的接口，提供语音、数据、视频等 多业务与o d n 的接入，受o l t 的集中控制。 用户侧：加入用户终端设备。 网络侧：连接p s t n 、i n t c r n c t 、a t m 交换机、视频服务器等【4 1 。 网络侧 图2 1e p o n 逻辑体系结构 6 用户侧 重庆邮电大学硕士论文第二章e p o n 体系结构和o a m 协议分析 2 2e p o n 系统相对于0 5 1 协议栈体系 e p o n 具有点对多点的传输特点，即o l t 和o n u 之间不对称的传输媒质。 e p o n 系统协议分层对照o s i 参考模型体系，数据链路层和物理层纵向划分1 5 卅。 如图2 2 所示： 0 s i 参考模型 分层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 、 i层ii蝴i i上层ii 上层 i 图2 2e p o n 协议分层结构 ( 1 ) r s 子层和p c s 子层p m a 子层 为1 0 0 0 b a s e - x 多点连接和前向纠错所做的扩展。这是对i e e e 8 0 2 3 规范的r s 子层的扩展，以便多种数据链路层能够使用统一的物理层接口。系统具体支持的 m a c 数仅受实现手段限制，但在某一时刻只能有唯一的m a c 实体能与r s 子层连接 5 - 6 1 o ( 2 ) 物理媒介相关( p m d ) 子层 该层负责将各种不同非控制的网络数据，传送到目的地。在e p o n 系统中，通 过单模光纤网络和点到多点的拓扑结构，单个下行p m d ( d o w n - p m d ) 在下行方向通 过广播方式向多个上行p m d ( u p - p m d ) 发送数据；在上行方向接收多个u p - p m d 的 突发数据。上下行方向使用同一根光纤1 5 叫。 ( 3 ) 多点m a c 控制子层 如图2 1 ，多点m a c 控制子层是基于树状( 或者是树及分枝) 拓扑的非对称媒 介。连接在树干上的数据终端设备称为光线路终端( o l t ) ，连接在树枝上的数据 终端设备称为光网络单元( o n u ) 。o i t 一般置于电信服务提供商侧，而o n u 一般 放在用户侧。在下行方向( 从o l t 至i o n u ) ，o l t 发送的信号通过一个1 ：n 的无源分 7 重庆邮电大学硕士论文第二章e p o n 体系结构和o a m 协议分析 路器( 或几个分路器的级联，如图2 1 ) 到达各个o n u 。在上行方向( 从每个o n u 到o l t ) ，一个0 n u 发送的信号只会到达o l t ，而不会到达其他o n u 。为避免数据冲 突并提高用户接入网的利用效率，必须对o n u 的传输进行仲裁判断。这种仲裁是 通过给每个o n u 分配发送窗口( 授权) 来实现的。每个o n u 只能等到其授权到达 后才可以发送数据。当一个o n u 的发送窗口( 授权) 到达后，该o n u 在所指配的 时间窗口内以线速( 独占光纤的上行发送速度) 发送数据帧【5 卅【捌。 ( 4 ) 操作、管理和维护( o a m ) 子层 o a m 数据信息由o a m 协议数据单元( o a m p d u ) 承载，o a m p d u 帧包含 的控制和状态信息用于o l t 管理o n u 、测试和诊断已经激活的o a m 功能的链路。 o a m p d u 只在对等o a m 实体间的单一链路中传送，不会被如桥设备和交换机的 m a c 客户端转发。o a m 层主要实现的功能如下：远端故障显示、远端环回测试、 链路监测1 5 - 6 1 。 2 3o a m 协议分析 r r u t 对o a m 功能进行了定义： ( 1 ) 性能监控并产生维护信息，根据这些信息评估网络的稳定性。 ( 2 ) 通过定期查询的方式检测网络故障，产生各种维护和告警信息。 ( 3 ) 通过调度或者切换到其它的实体，旁路失效实体，保证网络的正常运行。 ( 4 ) 将故障信息传递给管理实体。 根据运营商网络运营的实际需要，通常将网络的o a m 功能划分为3 大类：操 作( o p e r a t i o n ) 、管理( a d m i n i s t r a t i o n ) 、维护( m a i n t e n a n c e ) ，简称o a m 。操作 主要完成日常网络和业务进行的分析、预测、规划和配置工作；维护主要是对网 络及其业务的测试和故障管理等进行的日常操作活动。 e p o n 系统中的o a m 层协议功能指的是对o l t 和o n u 的配置、故障、性能、 安全等管理功能。同时应支持对o n u 的远程管理( 带宽分配和包括状态管理) ， 提供如远端故障指示或远端环回控制等功能。 o a m 信息由o a m 协议数据单元承载，又可称为o j w p d u 帧。只不过这种 帧的发送速度很慢( 小于1 0 帧秒) ，因此o a m 协议是慢协议的一种。0 a m p d u 包 含的控制和状态信息可用于管理、测试和诊断已激活的o a m 功能的链路。 o a m p d u 只在对等o a m 实体间的单一链路上发送，不会被m a c 客户端交换机 或桥设备转发f 1 7 。瑚。 o a m 子层在i e e e 8 0 2 3 a h 协议分层中的位置如图2 2 。理论上o a m 子层是 可选的，这是为了向下兼容一般无o a m 子层的以太网。没有o a m 子层或o a m 8 重庆邮电大学硕士论文第二章e p o n 体系结构和o a m 协议分析 子层发生错误并不影响以太端口的正常运行。o a m 协议只是o l t 和o n u 之间维 护网络运行管理的一种机制，给网络运营者提供了保障网络良好运行和快速故障 定位的能力。从这种角度来看，o a m 层好坏决定了设备商使用的方便程度。因此， o a m 协议确实是e p o n 系统中关键部分之一。 o a m 层协议主要完成的功能分为四种：建立以太网o a m 连接、链路监测、 远端故障显示、远端环回测试。 以太网o a m 连接的建立过程也称为d i s c o v e r y ( 发现) 阶段，即本端o a m 发现远端o a m 、并与之建立稳定对话的过程。在这个过程中，相连的o a m 实体 通过交互i n f o r m a t i o no a m p d u 通报各自的以太网o a m 配置信息和本端支持的以 太网o a m 能力信息。当o a m 实体收到对端的配置参数后，决定是否建立o a m 连接。当两端o a m 实体对环回( l o o p b a c k ) 功能、单向链路检测及链路事件等配 置信息的检查都通过之后，以太网o a m 协议开始正常工作【2 1 甾】。 以太网链路上的许多错误是很难被检测到的，尤其是对于缓慢恶化的链路， 往往比完全断开的链路更难发现。因此，o a m 定义了一系列的触发事件条件( e v e n t c o n d i t i o n s ) 。触发条件是符号错误或帧错误的频率达到预先设定的门限，这些条件 可以反映链路状况恶化的程度，这样就起到链路检测的作用。这些触发条件被实 时监控，如果触发条件满足，则发送相应的o a m p d u 报告给对端。 远端故障显示通过紧急事件提示来完成。i e e e 8 0 2 3 a h 协议定义了紧急链路事 件，包括d y i n gg a s p 、c d t i c a le v e n t 、l i n kf a u l t 。d y i n gg a s p 指发生了不可恢复本 地故障情况，比如：电源掉电。c r i t i c a le v e n t 指有未定义的严重事件发生，可以根 据不同的网络自行定义。l i n kf a u l t 是指检测到本地数据链路终端接收方通道发生 故障。 远端环回测试是很有用的诊断网络故障的工具，它可以用来在一个大范围的 网络中将错误定位于一个小的分段。远端环回测试是指主动模式下的o a m 实体向 对端( 远端) 发送除o a m p d u 以外的所有其它报文时，对端收到报文后不按其目 的地址进行转发，而是将其按原路返回给本端。在远端环回测试中，所有关于网 络性能的参数，比如误比特率、吞吐量、延迟等，都可以测出，并