基于以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)的光鏈路測量和診斷技術(shù)研究分析

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對FTTx建設(shè)取得初步的成功，但隨著PON網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的持續(xù)擴大，接入節(jié)點的數(shù)量也隨之劇增，帶來了新的問題。龐大的接入節(jié)點帶來的電源保障、鏈路中斷、設(shè)備故障等問題，給FTTx的日常維護和故障處理帶來了不小的壓力。如何提高FTTx的維護效率、降低OPEX將是未來FTTx建設(shè)的關(guān)鍵問題之一。EPON具有節(jié)省光纖資源、對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明的的特點，在光接入網(wǎng)中扮演著越來越重要的角色。同時，以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)經(jīng)過二十年的發(fā)展，以其簡便實用，價格低廉的特性，幾乎已經(jīng)完全統(tǒng)治了局域網(wǎng)，并在事實上被證明是承載IP數(shù)據(jù)包的最佳載體。隨著IP業(yè)務(wù)在城域和干線傳輸中所占的比例不斷攀升，以太網(wǎng)也在通過傳輸速率、可管理性等方面的改進，逐漸向接入、城域甚至骨干網(wǎng)上滲透。而以太網(wǎng)與PON的結(jié)合，便產(chǎn)生了以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）。它同時具備了以太網(wǎng)和PON的優(yōu)點，正成為光接入網(wǎng)領(lǐng)域中的熱門技術(shù)。

EPON的光鏈路診斷問題

在鏈路維護方面，GPON的可維護性協(xié)議定義原本比EPON要嚴格和完善。然而，近年來，得益于EPON的規(guī)模商用進展，在設(shè)備層面，EPON的OAM和保護倒換能力已經(jīng)優(yōu)于GPON設(shè)備。

EPON媒質(zhì)的性質(zhì)是共享媒質(zhì)和點到點網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。在下行方向，擁有共享媒質(zhì)的連接性，而在上行方向其行為特性就如同點到點網(wǎng)絡(luò)。

下行方向：olt發(fā)出的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報經(jīng)過一個1:n的無源光分路器或幾級分路器傳送到每一個ONU。N的典型取值在4～64之間（由可用的光功率預(yù)算所限制）。這種行為特征與共享媒質(zhì)網(wǎng)絡(luò)相同。在下行方向，因為以太網(wǎng)具有廣播特性，與EPON結(jié)構(gòu)和匹配：OLT廣播數(shù)據(jù)包，目的ONU有選擇的提取。

上行方向：由于無源光合路器的方向特性，任何一個ONU發(fā)出的數(shù)據(jù)包只能到達OLT，而不能到達其他的ONU。EPON在上行方向上的行為特點與點到點網(wǎng)絡(luò)相同。但是，不同于一個真正的點到點網(wǎng)絡(luò)，在EPON中，所有的ONU都屬于同一個沖突域――來自不同的ONU的數(shù)據(jù)包如果同時傳輸依然可能會沖突。因此在上行方向，EPON需要采用某種仲裁機制來避免數(shù)據(jù)沖突。

PON系統(tǒng)中，檢測由ONU引入的EPON光路異常是很重要的OAM功能。這是因為，PON系統(tǒng)中，上行數(shù)據(jù)傳送是通過TDMA時分復(fù)用方式實現(xiàn)的，每一個ONU獲取可用時槽后向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)。正常工作時的PON上行業(yè)務(wù)流分配過程如圖1所示。

ONU3配線光纖可能故障導(dǎo)致OLT側(cè)接收光功率異常，如圖2所示。

若某ONU上行數(shù)據(jù)傳輸異常，例如占用過多時槽或連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，則此故障ONU會影響同一PON口下的其他所有ONU，如圖3所示。

實際運行中，PON鏈路光纖傳輸質(zhì)量可能因老化而逐步下降。此時系統(tǒng)應(yīng)能提前檢測出有問題的光纖，以避免對用戶業(yè)務(wù)造成影響。EPON維護系統(tǒng)需要能夠發(fā)現(xiàn)并隔離故障ONU或鏈路，保證系統(tǒng)的正常運行。在此基礎(chǔ)上，UT斯達康提供強大的故障分析和預(yù)警能力，為系統(tǒng)維護提供進一步的便利。

EPON光鏈路的維護

作為支持大范圍光路覆蓋的下一代FTTx接入技術(shù)，PON系統(tǒng)ODN的可維護能力是降低整體OPEX的關(guān)鍵。EPON系統(tǒng)支持完善的EPON光鏈路和ONU光性能診斷功能，包括：

從OLT策略PON光鏈路上的每一個ONU的光功率；ONU掉電時上報“Dying Gasp” 斷電事件；診斷PON線路異常，識別并從PON鏈路隔離故障ONU。

以下以UT斯達康EPON系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計實現(xiàn)為例，對EPON系統(tǒng)光鏈路測量和診斷功能的相關(guān)重點技術(shù)進行討論和分析。

OLT的接收光功率檢測

UT斯達康EPON OLT支持對其接收到的來自每個ONU的上行平均光功率的測量功能，在-30dBm到－10dBm范圍內(nèi)的測量精度不劣于±1dB，ONU僅向OLT發(fā)送最小長度的OAM和MPCP報文，這時OLT仍能夠準確檢測來自該ONU的接收光功率）。

當OLT接受到的來自某個ONU的上行光功率過低或者過高，EPON OLT產(chǎn)生相應(yīng)的光功率越限告警。OLT還支持基于對PON接口下ONU的上行光功率的測量實現(xiàn)光鏈路的故障診斷和性能預(yù)測功能。

故障診斷：根據(jù)PON接口上接受到的各ONU的光功率分析光鏈路的衰減等指標是否正常。

性能預(yù)測：通過對接受到的來自每個ONU的上行光功率進行定期的測量和分析，提供對光鏈路衰減或光模塊性能的預(yù)測。OLT同時提供對自身光模塊工作溫度、供電電壓、偏置電流、發(fā)送光功率等參數(shù)的監(jiān)控。

ONU的光收發(fā)機診斷參數(shù)測量

UT斯達康EPON ONU支持基于SFF-8472的光模塊數(shù)字診斷監(jiān)測接口功能，提供對光模塊工作溫、供電電壓、偏置電流、發(fā)送光功率和接收光功率等參數(shù)的監(jiān)控。

UT斯達康EPON系統(tǒng)的EMS和OLT支持實時測量特定ONU的上述參數(shù)，例如在特定時間對特定區(qū)域的特定ONU或者特定ONU組進行光模塊參數(shù)測量，以實現(xiàn)對光模塊的定期監(jiān)測分析。

ONU的光收發(fā)機參數(shù)越限告警

當ONU的光收發(fā)機的某個或者多個參數(shù)過低或者過高，ONU可以通過事件通告（Event Notification）機制向OLT發(fā)送相應(yīng)的越限告警（Alarm）或越限警示（Warning）。

功能強大的UT斯達康集成網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)

綜合上述光鏈路測量和診斷技術(shù)，UT斯達康集成網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)CNDS（Centralized Network Diagnostics System ）能夠在實現(xiàn)智能診斷的同時，降低OPEX，提升用戶滿意度。

CNDS是一個功能強大的UT NGN和接入網(wǎng)綜合端到端診斷系統(tǒng)，支持包括網(wǎng)絡(luò)掃描、線路質(zhì)量監(jiān)控、用戶業(yè)務(wù)信息、節(jié)點/模塊/端口診斷、網(wǎng)絡(luò)連接健康性診斷、任務(wù)管理、光鏈路診斷等功能。作為CNDS的一個子系統(tǒng)，UT斯達康PON光鏈路診斷功能能夠提供強大的故障定位功能，提供遠程排障支持，代表了FTTx網(wǎng)絡(luò)維護技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。