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

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)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(kuò)大，接入節(jié)點(diǎn)的數(shù)量也隨之劇增，帶來(lái)了新的問(wèn)題。龐大的接入節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的電源保障、鏈路中斷、設(shè)備故障等問(wèn)題，給FTTx的日常維護(hù)和故障處理帶來(lái)了不小的壓力。如何提高FTTx的維護(hù)效率、降低OPEX將是未來(lái)FTTx建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。EPON具有節(jié)省光纖資源、對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明的的特點(diǎn)，在光接入網(wǎng)中扮演著越來(lái)越重要的角色。同時(shí)，以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展，以其簡(jiǎn)便實(shí)用，價(jià)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(shí)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(guò)傳輸速率、可管理性等方面的改進(jìn)，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(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）。它同時(shí)具備了以太網(wǎng)和PON的優(yōu)點(diǎn)，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(wèn)題

在鏈路維護(hù)方面，GPON的可維護(hù)性協(xié)議定義原本比EPON要嚴(yán)格和完善。然而，近年來(lái)，得益于EPON的規(guī)模商用進(jìn)展，在設(shè)備層面，EPON的OAM和保護(hù)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(diǎn)到點(diǎn)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(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。

下行方向：olt發(fā)出的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)過(guò)一個(gè)1:n的無(wú)源光分路器或幾級(jí)分路器傳送到每一個(gè)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?yàn)橐蕴W(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(wú)源光合路器的方向特性，任何一個(gè)ONU發(fā)出的數(shù)據(jù)包只能到達(dá)OLT，而不能到達(dá)其他的ONU。EPON在上行方向上的行為特點(diǎn)與點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)相同。但是，不同于一個(gè)真正的點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，在EPON中，所有的ONU都屬于同一個(gè)沖突域――來(lái)自不同的ONU的數(shù)據(jù)包如果同時(shí)傳輸依然可能會(huì)沖突。因此在上行方向，EPON需要采用某種仲裁機(jī)制來(lái)避免數(shù)據(jù)沖突。

PON系統(tǒng)中，檢測(cè)由ONU引入的EPON光路異常是很重要的OAM功能。這是因?yàn)椋琍ON系統(tǒng)中，上行數(shù)據(jù)傳送是通過(guò)TDMA時(shí)分復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)的，每一個(gè)ONU獲取可用時(shí)槽后向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)。正常工作時(shí)的PON上行業(yè)務(wù)流分配過(guò)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(guò)多時(shí)槽或連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，則此故障ONU會(huì)影響同一PON口下的其他所有ONU，如圖3所示。

實(shí)際運(yùn)行中，PON鏈路光纖傳輸質(zhì)量可能因老化而逐步下降。此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)能提前檢測(cè)出有問(wèn)題的光纖，以避免對(duì)用戶業(yè)務(wù)造成影響。EPON維護(hù)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(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，UT斯達(dá)康提供強(qiáng)大的故障分析和預(yù)警能力，為系統(tǒng)維護(hù)提供進(jìn)一步的便利。

EPON光鏈路的維護(hù)

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(hù)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(gè)ONU的光功率；ONU掉電時(shí)上報(bào)“Dying Gasp” 斷電事件；診斷PON線路異常，識(shí)別并從PON鏈路隔離故障ONU。

以下以UT斯達(dá)康EPON系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)為例，對(duì)EPON系統(tǒng)光鏈路測(cè)量和診斷功能的相關(guān)重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行討論和分析。

OLT的接收光功率檢測(cè)

UT斯達(dá)康EPON OLT支持對(duì)其接收到的來(lái)自每個(gè)ONU的上行平均光功率的測(cè)量功能，在-30dBm到－10dBm范圍內(nèi)的測(cè)量精度不劣于±1dB，ONU僅向OLT發(fā)送最小長(zhǎng)度的OAM和MPCP報(bào)文，這時(shí)OLT仍能夠準(zhǔn)確檢測(cè)來(lái)自該ONU的接收光功率）。

當(dāng)OLT接受到的來(lái)自某個(gè)ONU的上行光功率過(guò)低或者過(guò)高，EPON OLT產(chǎn)生相應(yīng)的光功率越限告警。OLT還支持基于對(duì)PON接口下ONU的上行光功率的測(cè)量實(shí)現(xiàn)光鏈路的故障診斷和性能預(yù)測(cè)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(biāo)是否正常。

性能預(yù)測(cè)：通過(guò)對(duì)接受到的來(lái)自每個(gè)ONU的上行光功率進(jìn)行定期的測(cè)量和分析，提供對(duì)光鏈路衰減或光模塊性能的預(yù)測(cè)。OLT同時(shí)提供對(duì)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(jī)診斷參數(shù)測(cè)量

UT斯達(dá)康EPON ONU支持基于SFF-8472的光模塊數(shù)字診斷監(jiān)測(cè)接口功能，提供對(duì)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(dá)康EPON系統(tǒng)的EMS和OLT支持實(shí)時(shí)測(cè)量特定ONU的上述參數(shù)，例如在特定時(shí)間對(duì)特定區(qū)域的特定ONU或者特定ONU組進(jìn)行光模塊參數(shù)測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光模塊的定期監(jiān)測(cè)分析。

ONU的光收發(fā)機(jī)參數(shù)越限告警

當(dāng)ONU的光收發(fā)機(jī)的某個(gè)或者多個(gè)參數(shù)過(guò)低或者過(guò)高，ONU可以通過(guò)事件通告（Event Notification）機(jī)制向OLT發(fā)送相應(yīng)的越限告警（Alarm）或越限警示（Warning）。

功能強(qiáng)大的UT斯達(dá)康集成網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)

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

CNDS是一個(gè)功能強(qiáng)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(diǎn)/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(gè)子系統(tǒng)，UT斯達(dá)康PON光鏈路診斷功能能夠提供強(qiáng)大的故障定位功能，提供遠(yuǎn)程排障支持，代表了FTTx網(wǎng)絡(luò)維護(hù)技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。