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基于PON技术光接入网的运行管理和保护

2019年04月25日 栏目:旅游

1 概述随着IPTV、3D络游戏、视频阅读、高清电影视频下载等业务的不断出现和普及,传统的ADSL宽带接入技术已不能完全满足电信用户对4

1 概述

随着IPTV、3D络游戏、视频阅读、高清电影视频下载等业务的不断出现和普及,传统的ADSL宽带接入技术已不能完全满足电信用户对4 Mbit/s以上大带宽的需求。众所周知,PON技术已成为各大电信运营商改造综合性接入,解决宽带提速的主要接入技术。中国电信运营商从2007年年底开始尝试采取EPON技术进行宽带接入改造,截至2009年年底,仅中国电信一家运营商EPON设备的集采范围就已经到达1 000万线(其中不包括各省公司自行采购的数量)。对电信运营商,在建设和运营基于EPON技术的综合宽带接入络进程中,都面临着运行保护方面的巨大挑战。

2 PON络的运行、管理和保护

PON技术采取基于以太技术的点到多点的结构,相对传统的ADSL,它是一种全新的光纤接入技术。根据PON设备在电信运营商现运行保护的实际情况,目前面临的主要问题集中在管功能、安全保护、业务发放和故障诊断这4个方面。

2.1 管功能

经过一段时间的接入运行和维护,对PON络远程管理的要求除为基本的功能(包括拓扑、配置、告警、性能及策略管理)之外,运营商还提出了危险操作提示、批量离线配置、业务配置模板、告警过滤及屏蔽、实时流量统计及告警、定时批量版本升级、定时/实时检测元状态及数量等新的需求。

(1)危险操作提示

当PON管人员进行的操作会对系统运行产生重大影响时,系统应提供“危险操作提示”功能。例如,当PON管人员进行板卡添加或删除时,由于针对有业务的PON业务板的删除操作是被禁止的,因此必须有相应的提示以起到警示作用。另外,PON系统必须支持全局的危险操作提示,而不是仅针对某些业务板卡或端口。

(2)批量离线配置

PON EMS需要实现对ONU终端设备业务属性和参数的离线配置。管人员可以在ONU终端设备离线的状态下,在EMS上根据已计划的业务及资源配置规范进行相干配置,并进行标识和保存配置文件。在ONU上线后将配置下发到ONU终端设备,完成业务开通。针对FTTB场景,MDU型ONU终端配置复杂,而且以太用户端口数量众多,为提高业务开通效率,可以采取离线配置方式。

(3)业务配置模板

由于基于PON技术的宽带接入承载了多种业务,PON EMS集成了多业务管理和配置功能,因此,管人员需要熟习多种业务的配置,为了提高其工作效率,在EMS上需要集成相关业务配置的共同属性形成相应的业务配置模板。在实际业务配置时,只需要完成特定业务参数的配置便能实现快速的业务发放。但需要注意的是,业务配置模板一定要具有灵活性,就是要求相干参数可以灵活修改以适应不同的络和用户需求,例如带宽、限速等;同时需要具有通用性,即要求模板能够针对多业务配置,减少模板的数量和下发次数。

(4)告警过滤及屏蔽

随着宽带接入建设范围不断扩大,现部署的PON装备数量也不断增加,随之而来的是大量不重要的PON装备告警会影响PON管保护人员的正常管理工作。因此,要求PON装备具有完善的告警过滤和屏蔽功能,例如,要求OLT设备的以太上联端口和业务接口板PON端口的告警状态能够设置成“AUTO”状态。在设备开通时初始状态为“AUTO”,上联端口收到光信号和PON端口在个ONU上线后,相应端口状态自动设置成打开状态,否则处于“休眠状态”(非关闭状态)不接受任何告警。

(5)实时流量统计及告警

要求PON系统同时支持对OLT的上联端口及PON端口流量进行有效统计分析,根据分析结果得出相应的报表。并能够对相应端口设置流量带宽占用率阈值,一旦流量超过所设定的阈值时告警。该功能可以有效告知PON管人员什么时候需要进行端口及设备的扩容升级。

随着PON承载业务应用的不断深入,还需针对每个用户不同业务流量进行分析,这种精细化的流量分析可以反应用户的使用习惯,通过这些数据能方便地制定一些个性化的业务套餐。

(6)定时批量软件版本升级

要求PON系统实现ONU软件版本核对及升级功能,通过在配置菜单中输入目标版本,随后对目标版本与ONU终端设备实际版本进行比对,当发现实际版本和目标版本不符时,能够通过已制定策略自动触发软件版本升级,且要求升级进程中不影响业务的使用。一旦升级成功,自动重启ONU设备完成新版本的应用,如果屡次升级失败,ONU设备仍能使用原有软件版本。

(7)定时/实时检测元状态及数量

基于PON技术的宽带接入中PON设备终端数量巨大,电信运营商需要有效统计元的状态,PON系统需要支持定时/实时检测所有元设备的状态,并在PON管上提示实际的元数,通过结合应元数、不元数和不元列表,进行有效的元管理。

2.2 安全保护

目前基于EPON的宽带接入面临的安全保护主要触及用户接入安全和装备冗余保护两大方面。

在用户接入安全方面包括ONU终端设备接入及绑定、PON接口数据安全性、用户与业务安全等。首先,接入设备安全主要是实行对ONU设备的认证和绑定,以避免非法ONU对PON络的接入和攻击,保证络装备的正常运行;其次,通过启用三重搅动方法保证PON接口下行数据的安全;,在用户与业务安全方面,通过账号与端口绑定,将用户的宽带账号与其所在EPON系统的物理端口进行绑定,特定的账号只能通过特定的端口实现上,避免用户宽带账号被盗用。此外,在EPON系统中,还可以利用VLAN或QinQ功能实现用户和业务之间的隔离。在以上方面中,值得重视的问题是账号与端口绑定的问题:针对不同业务,运营商将为用户分配不同的账号和物理端口,通过绑定,运营商可以在一定程度上有效避免盗用现象。对PPPoE拨号上业务,在基于EPON的FTTH/B/N/O接入中,BRAS应启用账号与用户接入端口的绑定功能;对IPTV和VoIP语音业务(SIP协议)由于采取DHCP认证方式,应采取DHCP Option82实现用户与接入线路(端口)的惟一标识。

在设备冗余保护方面,除传统的OLT设备主干光纤冗余保护、主控板冗余保护、OLT装备上联板链路聚合保护、电源装备冗余保护以外,针对宽带用户及承载业务的特殊需要,还提出了OLT装备双上联保护的需求。

OLT装备双上联保护:OLT应支持上联板的双归属的保护功能,即OLT的两个上联链路分别连接到两个不同的上联络设备上,在OLT检测到一个主用上联链路异常后,主动切换到另外一个备用上联链路。鉴于语音以及商用专线业务的实时性、高优先级和客户体验的因素,可以斟酌采取双上联保护。此时,OLT上联端口主、备用方式为主用端口发光、备用端口不发光(但是正常收光)、PON设备提供备用端口三层链路检测功能,避免备用链路出现故障而没法实现主备倒换。OLT装备工程阶段配置端口的检测IP地址可作为三层链路检测之用。现还需要根据实际需求规范三层链路检测时间间隔、主备链路频繁倒换后终止倒换机制等相干要求。

2.3 业务发放

实现FTTH是电信运营商推动“光进铜退”的终目标,随着FTTH用户规模的增加,电信运营商需要实现快速、高效的资源派配、业务受理、业务发放和业务开通的流程,具体流程如图1所示。

(1)CRM系统进行用户的业务受理;

(2)CRM系统调用资源管理功能进行资源确认,构成客户定单;

(3)CRM系统派发业务客户定单到服务开通系统,服务开通系统负责FTTx相干产品服务订单的开通流程处理,服务开通系统负责派发FTTx资源配置单到资源系统进行自动资源配置,派发激活工单到自动激活系统进行自动激活,派发外线施工单到施工调度进行人工上门施工,派发综合测试系统进行业务开通质量测试;

(4)资源管理系统完成对装备、线路等络资源的配置,更新相应资源的状态;

(5)自动激活系统负责接入所有FTTx相干产品的平台/管,根据FTTx产品激活拆分规则进行自动激活处理;

(6)施工调度系统进行具体施工调度派单,实现人工施工流程的IT管控;

(7)综合测试系统完成对业务激活后的实际质量测试,验证能否满足业务开通的质量要求;

(8)测试通过后,服务开通系统向CRM系统发送竣工回单;

(9)CRM系统在收到竣工回单后,派发计费通知,计费系统负责FTTx相关产品的计费收集与处理。

从上述流程中可以看到,FTTx宽带接入业务的开通触及的系统包括CRM系统、计费系统、服务开通系统、自动激活系统、资源管理系统、施工调度系统、综合测试系统、PON EMS管、AAA认证系统、软交换系统、SHLR系统、IPTV管理平台等。触及的主要接口为I1接口:PON EMS北向接口,提供业务自动激活功能。FTTx业务IT支撑整体架构如图2所示。

其中,接入EMS系统北向接口的主要功能是与相干OSS/BSS系统对接,将接入EMS系统纳入各级运维支持体系当中,除实现用户业务自动发放外,还包括宽带用户测试、资源管理、告警管理及性能管理等功能。目前,PON EMS的北向接口支持多种功能类型,采取的接口标准协议具有先进性和开放性,并在行业内普遍运用。由于各类北向接口的接口性能和功能要求各不相同,因此应依照不同需求选择协议标准,见表1。

2.4 故障诊断

(1)光链路诊断

EPON系统应支持光链路相关参数的实时丈量功能,包括针对特定或所有PON口/ONU的基于策略的光链路测量和诊断功能。具体要求如下。

· OLT应支持对其接收到的来自每个ONU的上行平均光功率进行丈量的功能,在-30~-10 dBm范围内的丈量精度不劣于±1 dB,小测量取样时间不大于600 ns。当OLT接收到的来自某个ONU的上行光功率过低(低于标准规定的OLT灵敏度上限)或过高(高于标准规定的OLT过载光功率下限),则OLT应产生相应的光功率越限告警。

· OLT还应支持基于对PON接口下ONU的上行光功率的测量,实现光链路的故障诊断功能。故障诊断是指根据PON接口上接收到的各ONU的光功率分析光链路的衰减等指标是不是正常,并提供一定的链路故障的判断功能。

· OLT还应提供对自身光模块工作温度、供电电压、偏置电流、发送光功率等参数的监测。

· ONU应具有光收发机参数测量功能,包括光模块工作温度、供电电压、偏置电流、发送光功率和接收光功率等参数,ONU还应支持对上述指标丈量值的内部校准。

· 当ONU的光收发机的某个或者多个参数过低(低于所设置的阈值)或过高(高于所设置的阈值),则ONU应通过事件通告机制向OLT发送相应的越限告警或越限警示。

(2)精确的故障定位

光时域反射技术(OTDR)是光缆工程施工和光缆线路维护工作中重要的测试手段,随着PON宽带接入络的部署,针对PON络中光分配(ODN)的监测和故障定位需求日益提高。虽然本钱因素还是制约其应用的关键问题,但是针对特殊客户和特殊应用场景应开展试点商用。目前通过将OTDR和PON络融会在一起的监测方式主要有高反射方式、波长标记方式和波长路由方式3种。这3种方式通常在OLT局端需要部署光耦合模块,将监测信号波长耦合到PON络主干光纤链路中,另外还需要配置1台OTDR设备和多通道光纤选择器,用于将OTDR的监测信号注入OLT设备的不同PON端口中,实现对1台OLT乃至多台OLT 下所有PON端口光链路的监测。这3种监测方式的主要区分在于以下几点。

· 高反射方式,主要采取不同于PON系统的工作波长(目前EPON系统上/下行采用1 310 nm/1 490 nm工作波长)的1 650 nm信号波长进行监测。同时,在每个ONU终端前部署终端滤波器(TF),利用TF在OTDR监测波形上形成的反射峰实现对光分路器后每一个ONU终端配线光链路的故障定位。一旦某一个ONU终端的反射峰消失,则证明其光链路可能有故障产生。值得注意的是,每一个TF部署的物理位置距离OLT局端必须不同,以便于在OTDR监测波形上辨别不同ONU终端的配线光链路。

· 波长路由方式,主要采用1 580~1 680 nm的OTDR,为每个ONU终端的光链路分配1个监测波长。在光分路器的位置利用DWDM等无源器件将监测信号波长分别注入光分路器以后的每一个配线光链路,同时利用在ONU终端前部署TF,实现针对每一个ONU终端配线光链路的故障定位。此时,TF部署的物理位置可以相同,但是为了辨别不同ONU终端的配线光链路,该方式需要分别针对各配线光链路进行测试。

· 波长标记方式,除采取1 580~1 680 nm的OTDR和TF之外,在每个TF之前增加了波长标记过滤器用于过滤1 580~1 680 nm范围内的每个工作波长。正是由于有了波长标记过滤器,使得该方式可以同时对每一个ONU终端的配线光链路进行测试。

我们通过以上有效而精确的故障定位手段,可以在局端更有效率地检查PON络的光链路质量;通过定期测试或连续测试PON络光链路,可以及时地发现故障的产生;利用测试取得的各种故障信息,可以更快地进行光纤络的修复;另外还可以利用存储的PON路光链路的测试数据,实现有效的综合管理。

(3)反向查询

能够根据元设备的名称、别名、MAC地址、IP地址等标识,在PON 管上进行模糊或精确反向查询PON络中的元装备,而且在配置这些参数时,能提示并定位出相同参数配置的元设备的拓扑位置。在拓扑图上,ONU和OLT有互为定位关系,即ONU能对应定位到所在OLT的PON口,OLT也能显示相干PON口下的所有ONU。

3 结束语

随着电信运营商“光进铜退”政策的进一步深入实行,宽带接入将大规模采用基于PON技术的FTTx模式进行建设和改造。在此进程中,运营商势必会遇到很多困难,包括业务开通流程的制定、ONU终端的远程管理、PON络的安全和保护和PON络故障诊断等方面。特别是当发展到FTTH的阶段时,需要管理和保护数量庞大的用户终端和结构复杂的PON ODN络,运营商必须要做到快速的业务开通、有效的远程管理、可靠的络保障和精确的故障诊断,这样才能运行、管理和维护好这张基于PON技术的光接入。

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