【《班组信息化GPON接入方案设计》9000字】

班组信息化GPON接入方案设计目录TOC\o"1-3"\h\u8645班组信息化GPON接入方案设计 1144761.1信息化组网结构设计 1309681.1.1传统铁路信息化组网 179661.1.2两网融合方案下信息化组网 3218521.1.3GPON接入方案下班组信息化建设整体网络结构 4234911.2GPON网络与数据网对接研究 591111.2.1GPON网络中OLT与上行数据网设备连接方案研究 5306441.2.2ONU与数据网之间传输业务隔离的研究 106401.3GPON网络的设计 13283881.1.1既有数据网通信网现状 13237621.1.2OLT设计方案 15116281.1.3ONU设计方案 1844471.1.4ODN的网络设计方案 19136791.1.5GPON设备网管和复示终端设置 2197181.4小结 21本章通过传统的铁路信息化组网的缺点，引出两种铁路班组信息化组网方案，从铁路班组信息化需求的特点选择了基于GPON技术的铁路班组信息化组网方案，并研究了GPON与数据网对接的可靠性和GPON各用户之间隔离的设计方案，选择了GPON接入网建设所需要的OLT和ONU型号以及ODN的网络设计。1.1信息化组网结构设计1.1.1传统铁路信息化组网传统的铁路信息组网主要利用SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系）来组网，SDH主要分为骨干层、汇聚层、接入层。不同的业务全部在SDH网上传输，不同的业务分别组成不同的传输网，信息中心与各信息接入点均在不同的SDH传输系统中传输。常见的SDH组网如图3-1所示。信息中心指的是各个信息业务的中心服务器，一般设置在骨干层SDH下挂的2M接口下，然后通过SDH传输网连接到各个分信息机房的SDH设备，在接入层SDH设备上分出2M接入光端机，再通过光端机传输到各用户的信息机房接入点。图中SDH有些业务是用的OTN和波分设备，有些业务接入层的SDH通过协议转换器直接接入用户终端。在初期，这样的信息化网络能满足用户对信息业务的需求，被大量使用，促进了铁路信息业务的发展，但是这种组网每个业务都需要走一条单独的路径，而且属于不同的系统，这就造成线路资源被极大地浪费，而且维护管理也不方便[19]。原来的铁路信息化业务以TDM为主，用的是E1/STM-N接口，但是随着铁路信息化业务的发展，现在越来越多的铁路信息化业务以分组数据为主，接口用的是10M/100M接口。比如车辆5T、TMIS（TransportationManagementInformationSystem,铁路运输管理信息系统）、会议电视、应急通信、客服等系统，他们现在都使用比原来更加灵活、更加先进的IP方式组建。原来的SDH设备无法提供10M/100M接口，无法满足新的信息化业务的需求。为了安全、性能、资源等因素的考虑,铁路局在2005年的通信会议中要求,在管内将各条铁路干线车务系统,工务系统、电务系统、视频会议系统进行统一组网。新的组网要求所有承载的业务都在一个网络上传输，在一个平台上进行管理，接口协议标准都互相开放，这种组网方式降低了维护成本，扩容更方便[20]。铁路数据网是一个统一的IP网络平台，可以提供各类业务一体化的解决方案，利用MPLS（Multi-ProtocolLabelSwitching,多协议标签交换）和VPN（VirtualPrivateNetwork,虚拟专用网络）技术为用户提供优质的服务，解决了各个用户单独组网的问题，后来就把铁路信息业务转移到数据网上传输[21]。图3-1铁路信息系统常见传统SDH组网1.1.2两网融合方案下信息化组网两网融合方案是把铁路数据网和计算机网进行融合，各个站点的信息传输由原来的SDH变成数据网，实现了数据IP化。图3-2为两网融合方案下铁路信息化组网图，各级计算机网新设2台CE（CustomerEdge,用户边缘路由器）CE01和CE02，通过光缆与PE（ProviderEdge,服务商边缘路由器）PE01和PE02相连。PE和CE之间使用EBGP（ExternalBorderGatewayProtocol,外部边界网关协议）。PE和CE之间动态交互路由信息，业务修改只需在CE上完成即可，不需要在PE上进行配置，不需要总是在数据网上操作，但所有业务都配置在一个VPN上，不同业务之间隔离性较差，例如不同部门之间的信息使用同一个VPN进行传输，只能在应用层进行隔离，因此存在的一定的安全风险[22]。同时，两网融合方案不能为不同优先级的业务提供有差别的服务。所以我们在骨干层用数据网进行传输，在接入层用GPON来组网实现班组信息化。图3-2两网融合方案下铁路信息化组网图1.1.3GPON接入方案下班组信息化建设整体网络结构GPON接入方案可以实现不同业务之间所用的VPN不同，从而实现业务的相互隔离，同时为不同优先级的业务提供不同的Qos，利用GPON技术实现铁路班组信息化的组网图如图3-3所示，班组信息网分为数据网和GPON接入网两大部分，OLT向上通过他的上联卡的2个GE（Gigabitethernet,光纤以太网口）口双归到最近的数据网设备PE，向下通过分光器与ONU相连，ONU再接入用户终端，实现终端用户的信息化。本论文中OLT上联的PE上将不同的业务设置为不同的VPN，PE根据VLANID来实现对VPN的判断，在ONU的端口设置成与VPN号相同的VLAN（VirtualLocalAreaNetwork,虚拟局域网）号，通过VLAN与VPN的映射，以实现不同业务系统的网络层隔离和差异化服务。本论文还要研究的问题是OLT与数据网PE相连的稳定性，以及ONU不同用户使用业务的隔离性。图3-3GPON接入方案下铁路信息化组网图1.2GPON网络与数据网对接研究1.2.1GPON网络中OLT与上行数据网设备连接方案研究铁路数据网是一个统一的IP网络平台，负责业务的传输，主要是使用MPLS和VPN技术进行组网，实现不同业务的隔离，GPON网络是一个接入网络，主要实现最后一公里，如何把传输的业务接入到使用的用户终端是我们必须要考虑的问题。负载与数据网设备对接的OLT设备采用双归GE（GigabitEthernet,千兆以太网）口与数据网的主用和备用相连，但是铁路的安全性非常重要，一旦OLT与数据网之间的连接中断，后面连接这个OLT的所有ONU都会脱管，所有连接这些ONU的用户都会无法使用相应的业务。如果只是OLT上2个端口分别连接到2个数据网设备，一条线断了，切换到另外一个备用数据网设备上，在切换的时候可能会有短暂的切换时间，会造成业务中断。所以我们可以采用2条光纤接到主用数据网设备，2条光纤接到备用数据网设备，这样OLT设备与数据网设备之间就有4条光纤了，以主用数据网与OLT连接端口之间的2条连线研究最合适的连接方案，连线图如图3-4所示[23]。图3-4数据网与OLT之间双线连接图我们用思科路由器模拟软件CiscoPacketTracer模拟2条光纤分别连在设备的2个端口研究一条光纤中断以后数据包的变化。首先我们只是在2台交换机之间做简单的1+1的连接，光口为G0/1的一条为主用，光口为G1/1的一条为备用。我们可以在模拟软件上设置相应端口的开关模拟出现故障时光纤的中断，软件上连线图如图3-5所示。图3-52条光纤连接2个交换机之间模拟连接图我们把2台PC终端用户设置IP如图3-6。图3-6a)PC模拟终端IP配置图图3-6b)PC模拟终端IP配置图我们在PC0长pingPC1，在ping的过程关闭G1/1的光口我们发现不影响数据的传输，测试结果如图3-7所示。在传输过程断开备用线路2台终端之间通信不受影响。我们再把G1/1恢复，把G0/1的主用端口断开，数据传输测试图如图3-8所示。我们发现当在2台终端之间传输数据时把主用端口断开，数据包会丢失几秒，最后切换到备用线路数据包才会恢复正常通信。铁路通信的安全性很重要，几秒钟甚至几毫秒的时间切换时间可能造成行车的延迟，所以我们需要一种方法使2条光纤中断一条，另外一条可以正常工作，不需要切换通道。图3-7在终端之间传输数据时断开备用连线测试图3-8在终端之间传输数据时断开主用连线测试链路聚合可以实现所聚合的多条物理链路之间的相互动态备份，当一条物理链路发生故障时，其他链路可以接管故障链路所承载的业务和流量，从而提高网络的稳定性。LACP（LinkAggregationControlProtocol,链路聚合控制协议）是一种基于IEEE802.3ad标准的协议[24]。OLT与数据网相连的端口为GE光口，通过端口聚合，可以扩展OLT与数据网之间的带宽，同时能保护OLT与数据网之间的线路。当其中一条线路发生故障时，OLT到数据网的带宽降低，用户上网的速度降低，但是业务不会中断，用户基本感受不到业务中断。在网络构建时，我们把连接的2条光纤聚合成一个捆绑链路，这条链路逻辑上是一个整体，体现在这条链路内部在处理设置在LACP上的接入协议、路由协议的协议状态机和进行流量转发时，都被当作一个整体来处理。流量负载分担，不存在一主一备，负载分担机制的实现是把进入交换机Eth-Trunk口的许多数据流用HASH策略随机从当前活跃的聚合组成员端口送出[25,26]。图3-9为2个交换机在思科路由器模拟软件上模拟LACP协议的配置图。图3-9a)两个交换机配置LACP链路图3-9b)两个交换机配置LACP链路我们在两个交换机上查看两个个交换机的链路聚合状态，如图3-10所示。通过图中可以看出，我们在2个交换机链路聚合设置成功，Pol（SU）代表2个链路聚合状态开启，在聚合通道组里我们看到包含了2个端口Gig0/1和Gig1/1，状态为p，说明已经把Gig0/1和Gig1/1聚合在一起。我们在链路聚合的情况下用PC0长pingPC1，在ping的过程断开其中一条光纤，测试结果如图3-11所示，在测试过程中我们发现两个终端之间通信没有中断，所以在LACP链路聚合协议下，我们把2条通道聚合变成一条通道，在正常通信情况下，2条通道都视为一个通道进行传输，在断开其中一条通道时，终端之间仍然能够正常通信，没有通道中断时间，而且2条通道聚合成1条通道，带宽为原来的2倍，大大降低了带宽利用率[27]。铁路GPON网络OLT与数据网之间的连接非常重要，OLT如果中断几毫秒，下挂的ONU的所有的业务就会中断，会造成一定的损失，所以我们在GPON网络的OLT与数据网设备之间的双线连接使用LACP聚合协议。图3-10a)两个交换机LACP状态图图3-10b)两个交换机LACP状态图图3-11LACP模式下在终端之间断开一条光纤测试图1.2.2ONU与数据网之间传输业务隔离的研究我们在GPON接入网络下进行铁路信息化建设的目的是实现不同业务的统一化组网，GPON网络是一个OLT下挂多个ONU的网络，数据网为不同的业务开通了MPLS-VPN功能，实现数据的隔离，但数据网设备连接到OLT上只有一条总的通道，所有业务都是走这个通道连接到OLT再去往各个ONU，每个站的ONU又有不同的用户，不同的用户所需要的业务不同，所以我们在用户端这边要实现业务的隔离。因为在与GPON相连的数据网上设置的策略是VPN根据VLANID来判断，配置如图3-12所示，所以我们把OLT连接数据网的接口分成很多子接口，每个子接口使用一个VLAN号，数据网路由器可以根据报文的VLANID判断出属于哪一个VPN，并给这个报文加上MPLS标签，对端数据网路由器再根据MPLS标签判断其属于哪个VPN，再把标签去掉，按照路由器存储的VPN信息进行转发。所以只要在ONU的每个端口配置与数据网使用的业务VPN号相同的VLAN号，这样就可以实现点到多点的业务传输[28]。我们在思科路由器模拟软件上模拟不同用户之间通过VLAN进行业务隔离的实验，我们在图3-9的基础上新加2台终端模拟两个不同的业务之间通信[29]。组网图如图3-13所示。我们设置PC2的IP为10.192.168.3，设置PC3的IP为10.192.168.4，如果没有设置VLAN的情况PC0pingPC1和PC3都可以ping通，测试结果图如图3-14所示，说明PC0和PC1、PC3都可以正常通信，没有实现业务的相互隔离。我们在各台交换机设置对应的端口划分VLAN来进行业务的隔离，交换机设置如图3-15所示，我们把2个交换机的PC0和PC1设置在同一个VLAN10下，用的是电务用户，把PC2和PC3设置在另一个VLAN20下，用的是工务用户，VLAN划分结果如图3-16所示，再把相应的互联接口g0/1与g1/1改成trunk模式，如图3-17所示，我们在划分好交换机的各个端口的VLAN以后用PC0pingPC1和PC3，测试结果如图3-18所示，从图上可以看到处于同一个VLAN的端口之间可以进行通信，处于不同的VLAN之间无法进行通信，说明电务用户和公务用户无法通信，从而实现了业务的隔离。图3-12数据网PE路由器子接口绑定VPN配置图3-13模拟不同业务之间相互隔离的组网图图3-14没有设置VLAN情况下测试结果图3-15交换机划分VLAN设置图3-16VLAN划分结果图图3-17相连端口改为trunk模式图图3-18划分VLAN后测试结果1.3GPON网络的设计1.1.1既有数据网通信网现状铁路局数据通信网目前的组网结构为核心节点、汇聚节点、接入节点三级网络拓扑结构。目前铁路数据网承载的业务主要有数据、视频、音频等，其中主要承载的具体业务有视频会议、TMIS、电力SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition,数据采集与监控系统）、应急通信等。在路局调度中心设置2台CR（CoreRouter,核心路由器），在各枢纽车站设置2台汇聚路由器，汇聚路由器利用局干网OTN（OpticalTransportNetwork,光传送网）系统提供的3*GE通道分别与2台核心路由器相连，在各个线路车站设置的AR（AccessRouter,接入路由器）采用2台主备用设备，AR通过光纤互联，每个AR设备采用2条光纤接入上联汇聚层路由器。以下为某条铁路线数据网设备情况表。按照铁路数据网的相关设计规范和要求，铁路区域网络核心节点配置2台核心路由器，区域网络汇聚节点配置2台汇聚路由器，接入节点配置2台路由器，均为主备用配置；数据通信网采用MPLSVPN技术，数据通信网及承载业务所需IP地址、自治域的设置应符合有关技术标准的规定。表3-1为广深线数据网设备现状。表3-1广深线数据网设备现状PE设置设备类型设备数量单台设备配置设备端口使用情况广州东站华为NE20E28×POS155、16×GE、8×FE（O）、8×FE（e）6×GE石牌站华为NE20E216×GE、8×FE（o）、8×FE（e）4×GE吉山站华为NE20E28×POS155、16×GE、8×FE（O）、8×FE（e）6×GE黄埔站华为NE20E216×GE、8×FE（o）、8×FE（e）6×GE下元站华为NE20E28×POS155、16×GE、8×FE（O）、8×FE（e）4×GE仙村站华为NE20E216×GE、8×FE（o）、8×FE（e）4×GE石龙站华为NE20E216×GE、8×FE（o）、8×FE（e）4×GE东莞站华为NE20E216×GE、8×FE（o）、8×FE（e）4×GE常平站华为NE20E216×GE、8×FE（o）、8×FE（e）4×GE樟木头站华为NE20E216×GE、8×FE（o）、8×FE（e）4×GE平湖站华为NE20E216×GE、8×FE（o）、8×FE（e）6×GE平湖南站华为NE20E28×POS155、16×GE、8×FE（O）、8×FE（e）4×GE深圳东站华为NE20E216×GE、8×FE（o）、8×FE（e）4×GE笋岗站华为NE20E28×POS155、16×GE、8×FE（O）、8×FE（e）4×GE深圳站华为NE20E216×GE、8×FE（o）、8×FE（e）6×GE华为NE20E是一台数据网路由器设备，功能是承载传输的各种信息，POS155是一种IPoverPacket接口，可以在SDH提供的传输通道中传输155Mbps的IP数据包。GE口为千兆以太网口，FE（FastEthernet,快速以太网）口为百兆以太网口。1.1.2OLT设计方案原则上采用隔站设置方案，设置有OLT的站内段所、车间、班组设置的ONU设备均相应纳入各自车站设置的OLT设备，未设置OLT的车站设置的ONU设备利用新设站场光缆及干线光缆，采用手拉手方案接入相邻两站设置的OLT设备。采用CLASSC+PON光口模块，本次工程区间班组手拉手方案分光不超过1：4，按照G652光纤大损耗窗口光损0.35db/km，分光插入光损耗7.2db/个计算，本次手拉手方案覆盖距离最大不超过35公里，满足本次GPON系统ODN链路预算要求[30]。OLT本次设计方案设备选用烽火厂家的，选择有3种：AN5516-01：大型电信级平台局端设备，具备16个业务槽位。具有大容量、高密度的接入特点，适用于人口密度较高区域的接入部署需求。AN5516-06：紧凑型电信级局端设备，具备6个业务槽位。可应对中等密度的接入场景，避免使用大型设备后出现设备使用率不饱和的情况，节约用户的部署成本。AN5516-04：Mini型OLT设备，具备2个业务槽位。适用于低密度少量用户场景的接入，非常适合于灵活部署。AN5516系列设备有如下功能：1、可以与远端设备ONU配合使用，该设备作为EPON/GPON/10GEPON系统中的局端设备OLT；2、可以作为xDSL（xDigitalSubscriberLine，x数字用户线）系统中的MSAN（Multi-ServiceAccessNetwork，综合业务接入网）接入设备，与远端设备Modem配合使用；3、提供VoIP（VoiceoverInternetProtocol，基于IP的语音传输）、数据、IPTV、CATV等多种宽窄带业务的接入；4、提供POTS接入，使铜线电话用户能够平滑迁移至FTTx接入环境；我们铁路OLT下挂的用户较多，所以选用AN5516-01型号的OLT，大容量电信级OLT系统AN5516-01的设计特点有：超薄尺寸设计：480mm×621mm×270mm；标准的19英寸结构，支持16块业务槽位；全部是前面插板、前面出线的设计方案；支持热插拔所有板卡和PON光模块；可靠性高，所有核心部件均可设置冗余；系统升级的优势有：支持GPON、EPON板卡混插；支持2.5GEPON接口板；预留支持10GEPON、WDMPON；系统容量的优势有：核心交换盘容量非常大其中HSWA有488G，HSWD有1.92T，背板总线交换容量1.76T；可以接入4口、8口、16口的PON口板；上联板卡支持的最大带宽为万兆级：1块10GE加4块GE、2块10GE加2块GE、6块GE，既可以用光口板也可以用电口板；图3-19为AN5516-01设备的产品架构图。图3-19AN5516-01设备产品架构图FAN盘是独立的智能风扇单元可自动调节转速，C155A是TDM业务线卡，该单板可以提供一路STM-1光口，可以支持业务保护。GSOF盘是以太网盘，本盘完成以太网业务接入，以及设备互联。HSWA通常为双主控盘，支持1＋1热备份保护倒换，倒换时间为毫秒级。ESC接口是环境监控接口，ALM是告警接口，EMS是带外网管接口。HU1A和GU6F是双上联卡，可选支持10GE和GE的光接口或电接口，支持双路由保护。GCOB和GC8B是GPON业务线卡，单板提供8路和16路GPON光口，支持光模块类型为ClassB+或ClassC+，支持检测光功率，支持板内和跨板的业务保护。AN5516-01子框共有20个竖式槽位：1～8槽、11～18槽槽位用于插入各种业务盘，如EPON接口盘、10GEPON接口盘、GPON接口盘、TDM接口盘、TIMA盘、POTS接口盘、Combo（语音与数据混合接入）盘、OTDR（OpticalTime-domainReflectometer，光时域反射仪）线路诊断测量盘、以太网接口盘；9槽和10槽槽位略宽，用于插入核心交换盘；19槽和20槽槽位处于子框的最右侧，两个均为半高槽位，用于插入上联盘。OLT的业务信号逻辑关系如图3-20所示。图3-20OLT业务逻辑关系图数据业务（宽带、IPTV）：ONU→PON接口盘→核心交换盘→上联盘→IP网络；语音业务（VOIP：H.248、SIP）：ONU→PON接口盘→核心交换盘→上联盘→IP网络；TDM业务（E1、V.35）：ONU→PON接口盘→核心交换盘→TDM接口盘→SDH网络。从上图用户侧看，ONU的IP数据、语音和TDM业务信号经由PON接口盘送到OLT设备的PON接口盘。OLT上的PON接口盘将GPON数据流转换为标准的以太网数据流，并通过背板的10GE总线提供给核心交换盘。核心交换盘存储各种业务后，然后将其转发到另一个备用机盘。核心交换盘转发IP数据业务和需要通过NGN（NextGenerationNetwork，下一代网络）网络传到其它设备或站点的语音业务到上联盘，通过上联盘GE或10GE的光接口或电接口传送进Internet或NGN网络中；在本设备内通信的语音业务首先经过语音和信令的处理，然后被发送到对应的GPON接口盘，最终到达目的ONU；TDM业务被转发到TDM接口盘中，并通过STM-1光接口输入到SDH网络。下行信号与上行信号的处理过程相反，将从各网络向OLT设备发送的业务信号转化成GPON数据流后，再送到各个ONU去。1.1.3ONU设计方案本次工程在各车间、班组节点设置ONU设备，OLT至其本站的车间、班组设置的ONU设备通过PON口经过分光器到ONU，保护方式为预留冷备光纤。由于车间业务比工区业务较为复杂，所以车间设置的每台ONU设备按照150M预留带宽，班组设置的每台ONU设备按照100M预留带宽。由于PON口的带宽为1.25G，所以OLT每个PON口最多可以接8个车间级ONU设备，或者10个班组级ONU设备。在同一个机房内原则上设置一台ONU，机房内其他用户想接入信息化系统可以利用既有综合布线系统或其他工程实现。ONU本次设计设备厂家为烽火的，因为我们要同时接入数据业务和语音业务，我们选择的型号是AN5506-07-B和AN5006-20，AN5506-07-B支持的容量为16路FE+16路POTS（PlainOldTelephoneService，模拟电话业务）业务。AN5506-07-B的特点是：AN5506-07-B采用的GPON上联接口满足ITU-TG.984标准；支持IGMPSnooping（InternetGroupManagementProtocolSnooping，互联网组管理协议窥探）和IGMPProxy（InternetGroupManagementProtocolSnooping，互联网组管理协议代理）协议；支持STP（SpanningTreeProtocol，生成树协议）和RSTP（rapidspanningTreeProtocol,快速生成树协议）协议；用户侧的以太网接口可以进行线路环回检测。AN5006-20是2U高度插板式产品,提供GPON/EPON/10GEPON的上行接口；提供双电源、双上联PON口、最大的接入能力为256线；可以插的办卡支持16路FE/4路E1/32路ADSL2+/24路VDSL2/32路POTS/64路POTS；设备尺寸为440mm×89mm×260mm。图3-21为AN5006-20设备的背部接口示意图。左侧部分主要用于安插风扇单元、电源盘和管理控制盘。风扇单元位于最左侧，采用从右到左的抽风方式；电源盘可采用交流、直流同时供电；管理控制盘位于左侧的下部，采用管理控制盘和上联盘一体化设计。右侧部分有4个横式槽位，用于安插业务接口盘。图3-21AN5006-20设备的背部接口示意图1.1.4ODN的网络设计方案ODN是OLT到ONU之间由无源器件组成的传输通道。在这个网络中，其内部构件主要拥有光纤线路、光分离器、连接器及辅助元器件等。如图3-22所示。图3-22ODN网络设计原则ODN分路比的选择：我们在选择最大分路比的时候考虑的原则是保证每一个ONU用户能使用到需要的带宽，当分光比设置过大时，每个用户的带宽可能受到影响，当分光比太小时，又不能充分利用带宽资源。ODN网络属于共享型结构，且配线光缆以下大多不做路由保护，因此通常为树形网络。ODN的组网原则：在对ODN构造进行选择的时候，我们应当对客户实际需求、分布范围、周边环境、网络可靠性和维修困难程度等方面因素进行整体考虑。通常情况，我们可采用树形结构对ODN进行设计，在对ODN进行分光时，尽可能对二级以下方式进行选择。大多数条件，ODN主要对