广电双向网络改造与网管实现

广电双向网络改造与网管实现广电双向网络改造与网管实现 王楠 1 刘强1 1 北京格林伟迪科技有限公司 北京 100085 摘要 摘要 本文分析了广电业务转型的必要性与转型方向 提出了满足广电网络改造要求 的 EPON EOC 方案 并针对这种解决方案提出了网管系统解决方案 以格林伟迪网管系 统为例 对网管系统架构 功能模块组成 管理特色等方面做了详细的介绍 关键词 关键词 HFC 双向改造 双向改造 CMTS EPON EOC EMS SNMP 广电双向网络改造的必要性广电双向网络改造的必要性 随着生活水平的发展 文化生活的日益丰富 人们对广播电视的需求也在发生着变化 无论从清晰度 互动性 附加增值性等各个方面都提出的新的需求 从长远发展的角度可 预见的广电网络转型方向无外乎以下几种 从模拟视频向数字视频转型 通过数字技术向用户提供更多的频道 更清晰的 HDTV 以及通过 CA 技术为用户提供更多资费套餐 满足客户差异化需求 从单向业务向双向业务转型 提供互动视频 包括 VOD 时移电视 电视短信等 新型业务 从视频业务向融合业务转型 提供语音 网络 视频的融合业务 实现创新的多 种互动业务和精准广告投放 从单一用户向全用户转型 为政企客户提供高附加值电信业务 广电双向网络改造的解决方案广电双向网络改造的解决方案 基于以上转型方向 先后出现了两种主流解决方案 基于 HFC 网络的双向改造方案 CMTS 方案 和采用 EPON LAN 或 EPON EOC 方案 CMTS 方案有单位带宽成本太高的明显劣势 如果只作宽带接入和上网 在非同时应 用时上网速率还可以达到 200k 2M 如果提供流媒体服务 IPTV VOD 等现在流行的新 业务 每个信道只能服务 40 户以下 另外 这项技术的复杂程度对安装 调试 维护 检修人员和仪器设备提出了较高的要求 还需对老的单向电子放大器等设备进行双向改造 等 这些都将导致运营商成本的增加 EPON 是一种新型的光纤接入网技术 它采用点到多点结构 无源光纤传输 在以太 网之上提供多种业务 它在物理层采用了 PON 技术 在链路层使用以太网协议 利用 PON 的拓扑结构实现了以太网的接入 因此 它综合了 PON 技术和以太网技术的优点 局端 OLT 与用户 ONU 之间仅有光纤 光分路器等光无源器件 无需租用 机房 无需配备电源 无需有源设备维护人员 因此 可有效节省建设和运营维 护成本 采用以太网的传输格式同时也是用户局域网 驻地网的主流技术 二者具有天然的 融合性 消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素 采用单纤波分复用技术 下行 1490nm 上行 1310nm 仅需一根主干光纤和一个 OLT 传输距离可达 20 公里 在 ONU 侧通过光分路器分送给最多 64 个用户 因 此可大大降低 OLT 和主干光纤的成本压力 上下行均为千兆速率 下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽 上 行利用时分复用 TDMA 共享带宽 高速宽带 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的变化动态分配带宽 点对多点的结构 只需增加 ONU 数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩 容升级 充分保护运营商的投资 EPON 具有同时传输 TDM IP 数据和视频广播的能力 其中 TDM 和 IP 数据采用 IEEE 802 3 以太网的格式进行传输 辅以电信级的网管系统 足以保证传输质量 通过扩展第三个波长 通常为 1550nm 即可实现视频业务广播传输 高集成度的 ONU 远端设备可直接提供 POTS E1 V35 以太网 CATV 等强大 的综合业务接入能力 具有可下挂交换机 EOC 等下游设备的能力 具有开通便捷 故障定位准确 后期维护成本低 易于管理的特性 采用 EPON 技术进行广电双向改造 无需进行复杂的 HFC 双向改造 如图 4 EPON 的 OLT 可被放置在城域分前端机房 根据光节点的覆盖范围 可以选择在光节点处放置光 分路器 进一步将光纤 ONU 延伸到楼道 也可以选择在光节点处放置 ONU 在最后入户 的 100 米方案中 可以选择 EPON LAN 的技术 也可以选择有源或无源 EPON EOC Ethernet Over Cable 的技术 图 1 EPON 的广电改造方案 EPON LANEPON EOC 图 2 EPON 最后 100 米解决方案 实际操作中 对于新建小区或线路改造成本比较低的老小区 可直接铺设 或替换 CABLE 和 5 类线捆绑在一起的线缆 以 EPON LAN 方式实现最后 100 米接入 对于一 些老小区 则建议采用 EPON EOC 方案 EPON 的光纤到楼道改造方案 充分利用了国内住户较密的实际情况 采用了技术成 熟 价格低廉的以太网技术 相比传统 CMTS CM 的方案有如下优点 千兆的高速带宽 支持未来更多业务 更低成本 更便利的改造方案 EPON 方案比传统 CMTS 节省 30 60 投资 更简洁的网络和更高效的维护效率 EPON EOC 是广电版本的光进铜退和 DSLAM 下移 简化网络 提高维护效率 更灵活的升级方式 保护设备投资 保证网络的可持续发展 EPON 网络可灵活 扩容带宽 可扩容到 10G EPON 也可平滑过渡到 FTTH 面向全业务运营的宽带网络 EPON 网络还可以向政企客户提供宽带 语音 专线 图 3 EPON 和 CMTS 网络层级对比 因此 无论从性能 投资成本 维护成本 网络可扩展性和全业务支持能力看 EPON 方案无疑是支持广电业务转型的最佳选择 有了最佳的方案选择 我们下一步就要考虑到除前期设备开通的投入外 后续运维过 程中的投入是运营商长期 持续的工作内容 那么一个功能强大 性能优良 故障定位准 确的设备管理系统就显得尤为重要 下面就针对格林伟迪的网管系统为例做详细的介绍 网管系统结构网管系统结构 在网络管理领域 随着基于 TCP IP 体系的网络管理技术的不断发展 SNMP 已经成为 事实上的标准 基于 SNMP 的 EPON 网络管理系统是指采用 SNMP 管理协议框架 对 EPON 网络实体的资源实现有效管理的系统 SNMP 简单网络管理协议 是一种基于 TCP IP 的网络管理协议 它使用 UDP 作为 传输层协议 能管理支持代理进程的网络设备 SNMP 主要包括 SMI 管理信息结构 MIB 管理信息库 和 SNMP 协议几部分 SMI 给出了管理对象定义的一般框架 MIB 是 设备所维护的全部被管理对象的结构集合 SNMP 协议包括 SNMP 操作 SNMP 信息的格 式以及如何在应用程序和设备间交换消息 基于 SNMP 的 EPON 网管系统 EMS 与设备的通信方式如图 4 所示 图 4 EPON 网管系统 EMS 与设备的通信 EMS 网管系统安装在工作站 与 OLT 设备之间通过带外网管接口或带内接口相连 EMS 网管系统和 OLT ONU 设备之间采用 SNMP 协议进行通信 实现在 EMS 中对 OLT ONU 的统一管理 通信的方式有两种 轮询 管理站每隔一段时间对所有 OLT 和 ONU 代理站的 MIB 进行主动查询 各 代理站返回被查询的结点值 告警 Trap 当某些指定事件发生时 代理进程向管理站发送 Trap 报文 管理站 接收 显示告警事件 并做相应处理 同时 OLT 设备和 ONU 设备具备本地 Console 接口 可以实现本地操作管理维护 EMS 网管系统结构如图 5 所示 DA 客客户户端端 DA 服 服务务器器 数数据据库库 前前端端服服务务层层 管管理理协协议议层层 后后端端服服务务层层 网网元元 DA 客客户户端端 DA 客客户户端端 图 5 EMS 网管系统结构 DA 客户端 图形用户界面 作为与用户交互的客户端 完成用户操作 DA 服务器 由前端服务层 后端服务层 和管理协议层组成 前端服务层 用于处理客户端的会话和显示 后端服务层 用于同步网络状态和数据库 管理协议层 用于与网元通信 数据库 数据库软件 目前采用 MySql 网管系统设计网管系统设计 EPON 网管系统按照网管功能分为五大模块 拓扑管理 故障管理 性能管理 配置 资源 管理和安全管理 拓扑管理 用于构造并管理整个网络的拓扑结构 用户通过浏览网络拓扑视图 可实时了解整个网络的运行情况 拓扑管理中通过自动拓扑发现或手工增加拓扑 节点来上载网络设备的拓扑数据 并支持拓扑设备的增加 删除 修改 查询操 作 故障管理 完成对所有被管理设备上报的告警 以及网管系统本身各模块在运 行过程中产生的告警信息的处理 主要包括告警信息和运行信息的实时监控 查 询设备的历史告警信息和运行信息 查询和配置设备的告警信息 性能管理 对设备的行为以及网络和网络单元的有效性进行评估和报告 它的 作用是收集统计数据 以便对网络 网络单元或设备的行为和有效性进行监视和 校正 并能帮助规划和分析 配置 资源 管理 实现对 EPON 设备进行各种业务的配置与查看功能 如带 宽分配 VLAN 配置 QoS IGMP 等功能的配置与查看 同时 将所有被管资源 分类显示和管理 在 资源管理 导航树中列出各资源项 设备列表 板卡列表 空闲插槽列表 端口列表 纤缆管理 业务用户和业务用户组 安全管理 完成网管系统本身的安全控制 系统安全主要通过网管用户权限进 行控制 用户在启动网管客户端后 需用已经建立的网管用户登录 并且只能在 允许范围内执行该用户被授权可以执行的网管应用 即分权分域的管理模式 系 统将记录用户对各个管理应用执行的敏感操作 管理员可以通过监视 浏览用户 操作日志来取得系统的所有管理操作信息 格林伟迪网管系统特色格林伟迪网管系统特色 首先 设备开通时 网管系统可根据 OLT 的 IP 地址发现其下挂的所有 ONU 设备 并 自动创建 EPON 系统拓扑结构图形 针对 EPON 的组网特点 可支持多级拓扑的呈现 便 于用户进行设备物理位置和分路情况的掌握和管理 当新 ONU 注册时 ONU 可自动到 FTP 服务器上获取配置数据 如图 4 所示 该功能简化了设备开通的配置操作 实现了无 人为干涉状态下 设备业务数据的自动下发 OLT 设备发现有新 ONU 注册后 会主动告 知网管系统 网管系统会自动将该 ONU 发现到网管系统中进行管理 同样不需要人为干 涉 其次 设备运行维护期间 该阶段最重要的就是如何及时的发现故障 在最终用户报 故之前 如何快速的找到故障原因并恢复故障 格林伟迪网管系统从故障管理子系统接收 到告警数据 到告警在客户端显示 其间的时延不超过 8 秒 并且具有出色的故障定位能 力 网管系统中定义 电源掉电 和 ONU 离线 两种告警 以此区分是因断电导致 设备离线还是因为光路或两端光器件故障等问题导致设备离线 支持环路检测功能 检测某 ONU 下出现环路后 设备会主动向网管系统上报 ONU 环路告警 或者检测某 ONU 的某个用户侧端口下出现环路 设备会主动向 网管系统上报 ONU 以太端口环路告警 并支持自动将该端口关闭 保证其他用户 端口的正常业务 支持主干 分支光纤断故障判断 当某个分路器分支下的 ONU 全部离线 而其他 ONU 状态正常 则可判断是分支光纤断或分路器异常 当一级分路器下当所有 ONU 全部离线 则可判断是主干光纤断或一级分路器异常 设备与网管系统脱管时 网管能及时发现故障 使用多个上联端口的情况 若一个上联口掉线 则网管会马上收到设备上报 的 重要以太物理端口连接中断告警 缺省为 重要级别 此时说明该 OLT 的上联带宽已经变小 可能会影响其下用户的上网速度 使用一个上联端口的情况 若上联口掉线 则网管与 OLT 设备通讯中断 网 管不可能再收到设备上报的任何告警 只能通过网管主动发起的设备状态的 轮询 来获取 OLT 设备是否在线 网管最长 3 分钟内会发现 OLT 连接中断 网管上自动产生一个 OLT 失去连接告警 缺省为 严重级别 若 OLT 掉电或故障 而导致 OLT 与网管的通讯中断的情况同上 第三 如何知晓现有资源的使用情况 如何知晓是否有扩容的需要 网管系统支持用 户侧端口使用情况的自动获取功能 便于用户查看设备利用率情况 及时知晓用户是否需 要设备扩容的相关信息 该功能难点在于如何实时获取以太端口的 link 状态 如何认定以 太端口的使用状态 用什么样的机制保证获取到使用状态的真实度 网管系统采用了实时 获取用户侧以太端口连接状态 通过 Trap 方式 与连接状态保持时间相结合的方式来确 认端口的真实使用情况 并提供完善的统计与查看端口使用情况的功能 第四 丰富的北向接口 支持 Corba WEB 两种协议方式 现阶段在一定网络范围内 往往存在多个厂家 多种产品形态共存的网络格局 运营商为了便于管理 往往在厂家的 EMS 网管上层还有一个综合业务网管或 NMS 网管存在 进行在网设备的统一维护管理 那么厂家 EMS 网管则需提供丰富的北向接口与上层网管实现功能对接 格林伟迪网管系 统基于 CORBA 协议提供故障 拓扑 资源等多类接口的同时 还支持通过 We