EPON系统中简便可行的光纤保护方法

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       引言
         
        　　以太无源光网络（EPON）技术是一种基于以太网、点到多点的光纤接入技术，它集以太网技术的简单性和PON网络的高效等特点于一身，是未来实现光纤到户的光纤接入网的最佳方式。
        　　目前，EPON系统中所采用保护倒换方式都需要配置冗余的PON模块等，成本较高，并且实现机制较为复杂。而EPON技术是接入网技术之一，主要用于FTTH/FTTB的宽带接入业务，用户接入成本较为敏感，并且对保护的要求相对较低，因此EPON系统现有的保护方式的实际应用价值较低。
        　　1、EPON系统中实现骨干光纤保护倒换的意义
        　　EPON采用点到多点的树形拓扑结构，骨干光纤的故障会导致其所属的所有ONU均无法与EPON网络通信，因此，骨干光纤的生存性将保证整个EPON网络的可靠性。同时，由于接入网末梢的接入光纤不可能具备多个路由，此时光纤全保护倒换方式没有实际意义。因此，骨干光纤保护倒换方式将是提高EPON系统在网络中应用中可靠性的主要保护倒换方式。
        　　2、EPON系统中现有实现光纤保护方案
        　　EPON国际标准（IEEE 802.3ah）未定义保护方式，中国通信标准委员会制定的《接入网技术要求——基于以太网方式的无源光网络（EPON）》中，已经明确建议采用ITU-T G.984.1两种GPON系统的保护方式：骨干光纤保护倒换方式和光纤全保护倒换方式，如图，1～2所示：
         
               
        　　图1　EPON系统骨干光纤保护倒换方式
         
         
               
        　　图2　EPON系统全保护光纤倒换方式
         
        　　骨干光纤保护方式中，OLT侧的主、备两个PON模块的端口分别通过骨干光纤的主、备两条光纤连接到2:N分路器的两个端口，从分路器到ONU侧采用常规连接。在OLT主用PON模块处于工作状态时，备用PON模块处于冷备份状态。如果工作光纤出现故障或主用PON模块失效，启用备用的备用PON模块和光纤。倒换到备用PON模块时，冷备份的备用PON模块中的信号发射模块被激发到正常工作状态需要一段较长的时间。这种方式OLT侧需配置主、备两个PON模块，骨干光纤需铺设主、备两条光纤，从而实现对骨干段光纤的保护，提高系统得可靠性。
        　　光纤全保护倒换方式中，每个ONU通过主、备两个PON模块与两个独立的光分路器实现双归属连接，每个分路器连接AOLT的两个PON口。OLT备用模块采用热备份方式，切换在每个ONU上进行，需要切换协议。这种方式OLT和ONU均需配置主、备两个PON模块，骨干光纤需铺设主、备两条光纤，需设置两台分路器，以及对每个ONU铺设主、备两条接入光纤，从而实现对EPON系统中每个网元的保护，提高系统得可靠性。
        　　骨干光纤保护方式相对于光纤全保护倒换方式代价较小，仅对EPON系统的骨干段光纤实现保护；而光纤全保护倒换方式彻底消除了EPON系统中的单点故障隐患，但是代价也是整体翻倍的。
        　　3、EPON系统中简单骨干光纤保护倒换的实现
        　　3.1　EPON系统简单骨干光纤保护倒换实现思路
        　　为了实现简单的骨干光纤保护倒换，EPON系统应由光线路终端（OLT）、工作光纤、保护光纤、2:N光分路器、光网络单元（ONU）组成，其中OLT内包括保护倒换控制模块（在工作光纤故障的情况下，发出切换信号来控制系统的保护倒换）、PON模块（接收光接入网提供的光信号并发送该光信号到用户侧，同时PON模块可根据与其耦接的光纤的工作情况发出告警信息，如光信号丢失和信号劣化告警）和1×2光开关。如图3所示。
         
               
        　　图3　支持骨干光纤保护的EPON系统结构
         
        　　PON模块输出PON口与1×2光开关输入相连，光开关的两个输出口分别与工作光纤和保护光纤相连，工作光纤和保护光纤又分别连接2:N分路器的两个输入口，从2:N分路器到ONU侧采用常规连接，ONU采用常规ONU。
        　　系统正常工作时，保护倒换控制模块在线监测OLT PON模块的工作状态和相关告警信息，当保护倒换控制模块接收到来自OLT的线路故障、信号劣化等告警信息时，根据预设的机制进行判断是否进行倒换，并触发光开关实现切换，从而实现EPON系统骨干光纤的主备倒换。
        　　光开关完成倒换后，由于主、备用光纤的长度不可能完全相同，为避免上行业务冲突，控制模块会同时触发PON模块重新发起发现、测距、注册等过程，从而完成EPON系统业务的保护倒换。
        　　3.2　EPON系统实现简单光纤保护倒换实现流程
        　　光纤保护倒换在以下两种情况时进行：①自动倒换：由故障发现触发，如信号丢失等；②强制倒换：由管理事件触发。
        　　如图4所示，自动保护倒换自步骤S1开始。
         
                 
        　　图4　EPON系统实现简单光纤保护倒换实现流程
        　　在步骤S1，系统的保护倒换控制模块启动。
        　　在步骤S2，保护倒换控制模块实时监测PON模块的工作状态，例如可通过轮询的方式，PON模块实时上报相关状态信息给保护倒换控制模块。
        　　在步骤S3中，根据保护倒换控制模块与PON模块之间的通信是否正常，确定是否PON模块本身出现故障。如果在步骤S3中确定PON模块本身出现故障，则流程进到步骤S4。
        　　在步骤S4，保护倒换控制模块向网管严重告警，并等待对PON模块的维修。如果在步骤S3中确定PON模块本身正常，则流程进到步骤S5。
        　　在步骤S5，根据是否收到来自PON模块的相关告警，如光信号丢失、信号劣化的告警，确定骨干工作光纤是否有故障，例如断路故障。如果步骤S5的确定为是，步骤S6；如果在步骤S5中确定保护倒换控制模块未收到来自PON模块的相关告警，即无诸如线路故障、信号劣化的相关告警，则确定PON模块以及工作光纤工作正常，流程返回到步骤S2，继续执行对PON模块的实时监测。
        　　在步骤S6，保护倒换控制模块触发1×2光开关切换工作光纤和保护光纤，同时将切换事件上报网管，然后流程进到步骤S7。
        　　在步骤S7，确定1×2光开关切换后，PON模块接收光是否正常。如果在步骤S7确定1×2光开关切换后，PON模块接收光正常，则流程进到步骤S8。
        　　在步骤S8，保护倒换控制模块触发OLT开始骨干光纤倒换后的自动发现过程。如果在步骤S7确定1×2光开关切换后，PON模块仍然无接收光，则断定所有ONU下线或保护光纤故障，不再进行倒换，系统返回步骤S2。以下保护倒换控制模块触发OLT开始骨干光纤倒换后的自动发现过程与常规的过程相同，因此，仅对其进行简要的描述。
        　　在步骤S8，OLT向ONU广播发送Discovery GATE帧。
        　　在步骤S9，ONU在接收到Discovery GATE帧后，随机等待一段时间后发送REGISTER_REQ帧给OLT，在REGISTER_REQ帧中，包含了ONU的MAC地址和其他参数。
        　　在步骤S10，OLT接收到一个有效的REGISTER_REQ消息后，根据其MAC地址，分配发生光纤保护倒换前对应的LLID，并进行再绑定。
        　　在步骤S11，OLT发送标准GATE帧以允许ONU发送REGISTER_ACK消息。
        　　在步骤S12，ONU发送REGISTER_ACK消息到OLT。
        　　在步骤S13，OLT1接收到REGISTER_ACK消息，验证REGISTER_ACK消息，发现过程完成，并计算RTT值（光信号往返时间）。
        　　在步骤S14，ONU完成注册，可以访问EPON网络，业务恢复正常，保护倒换成功。
        　　对于强制保护倒换，强制保护倒换在网管系统触发1×2光开关切换，并同时记录切换事件，以下实现流程同自动保护倒换实现流程的步骤S8-S14。
        　　在现有的光纤保护倒换方法的基础上，结合EPON系统的应用特点，改善原有保护倒换成本高、实现机制复杂的缺点，从而实现简单而有效的骨干光纤保护倒换。
        　　4、EPON系统中简单骨干光纤保护倒换方法的特点
        　　本方法在现有的光纤保护倒换方法的基础上，结合EPON系统的应用特点，改善原有保护倒换成本高、实现机制复杂的缺点，从而实现简单而有效的骨干光纤保护倒换。
        　　本方法相对于现有方法，具有以下优点和效果：
        　　①实现了EPON系统骨干光纤保护倒换，成本低，实现机制简单，同时有效地提高了EPON系统得可靠性。
        　　②不需要配置在EPON系统中占主要成本的昂贵的冗余PON模块，成本优势十分明显。
        　　③检测机制简单，不需要倒换协议。
        　　④不需要进行PON模块激活并倒换，采用光开关倒换，倒换时间快。
        　　⑤仅需要对现有OLT的PON口处内置1×2光开关，并进行软件升级。
        　　⑥不需要对已安装的ONU进行任何改动，具有现网的可操作性。