EPON设备互通性

anthonyu

1 引言：
　　PON系统（包括BPON、EPON、GPON等）采用无源光传输介质，具有系统可靠性高、维护成本低、业务透明性好、成本相对较低等特点，被认为是未来固定宽带接入的发展趋势。EPON在无源光网络的体系架构基础上，采用扩展的以太网数据链路层协议，具有协议简单、成本低、业务能力强等优点。自EPON概念提出以来，受到业界的高度关注。IEEE的EFMA（第一公里以太网联盟）于2004年6月发布了EPON的技术规范IEEE 802.3ah，受到了业界的广泛支持，相关的芯片和设备均已推出，也有一定的应用。
　　从xDSL技术和移动通信技术发展的经验来看，实现EPON网络终端的开放性可以有效降低网络建设成本和运维成本，促进其应用，有利于形成完整的产业环境，是技术发展的趋势。因此，能否实现异厂商OLT和ONU的互通，是衡量EPON技术是否成熟的关键。从目前来看，异厂商的OLT与ONU（特别是异芯片厂商的OLT和ONU）互通尚难实现。因此，尽快确定影响互通的因素，设定互通的目标，提出解决的办法，是目前亟待解决的重要问题
　　为加快EPON和FTTH产业的发展，推动EPON互通进程，中国电信股份有限公司组织进行了EPON芯片级互通性的测试，并取得了阶段性的成果。本文主要根据此次EPON芯片级互通性测试的结果，探讨影响EPON系统互通性的因素，并提出了解决互通问题的方法。
2 EPON互通的3个层次：
　 IEEE 802.3ah对EPON系统的物理层和数据链路层（PMD（物理介质相关）子层、RS（调和子层）、MAC控制子层、OAM子层等）制定了相关规范，对动态带宽分配、终端设备的认证、服务质量（QoS）保证、业务层功能（如组播、VoIP和TDM业务的承载、VLAN等）、指配和管理等方面均未做描述。而就具体的设备实现而言，这些功能都是必需的。因此，该标准尚无法保证EPON设备的互通性。另一方面，从目前来看，IEEE 802.3ah在个别问题上也存在不完善或者模糊之处，在某些问题上未做详细的规定或者是可选的，都会导致各厂商在理解和实现上的差异，从而导致互通性问题。
　　考虑网络设备的实现和实际业务需求，可以将EPON的互通性问题分为3个层次：传输层的互通、业务层的互通和管理层的互通，必须实现这3个层次的互通，才能实现真正意义上的EPON系统互通。
2.1传输层的互通：
　　传输层的互通主要指在IEEE 802.3ah标准体系下，在ISO参考模型中的物理层和数据链路层实现不同厂商的OLT和ONU之间的以太网业务的互操作，主要包括PMD、PMA（物理介质接入）、PCS（物理编码子层）、RS、MAC、MPCP（多点控制协议）等子层的互通。另外，DBA（动态带宽分配）、加密、FEC（前向纠错）等功能也属于传输层的功能。传输层的互通是其他一切互通工作的基础。没有传输层的互通，其他层次的互通无从谈起。但对于电信级的网络来讲，传输层的互通是远远不够的，还需要能够实现具有服务质量保证的综合业务接入功能和所需的网络管理功能。
2.2业务层的互通：
　　业务层的互通主要是指为正常开展各种业务（数据、语音、视频等）所必须的协议的一致性和功能上的互操作。业务层的互通是与运营商的业务模式相关的，不同的业务模式对EPON的互通性有着不同的要求。一般来讲，除普通上网业务、FTP、网络游戏等普通数据业务外，EPON系统还要能够提供语音、视频（如IPTV、视讯电话等）甚至TDM业务，并且要能够保证多业务接入环境下的QoS。针对特定的业务，可能有不同的实现协议和具体参数，这种实现上的差异性会导致互通问题。在多业务综合接入环境下，如何实现QoS保证也是影响业务层互通的因素之一。为实现业务层的互通，需要定义更清晰的业务层功能需求和实现标准。[BR]2.3管理层的互通
　　管理层的互通是指通过某OLT厂商的网络管理系统，能够对异厂商的ONU进行正常的认证、配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等OAM功能。IEEE 802.3ah第57条款定义了以太网的OAM子层功能，但也仅仅是规范了OAM功能发现、链路状态监控和诊断、链路失效和缺陷的定位机制等链路层的OAM功能，对其他方面和更高层的管理功能尚未规范，如对ONU的认证、对业务层的管理等。另外，中国电信股份有限公司通过测试发现，一些厂商对于OAMPDU的某些字节含义的理解也存在错误。这都将导致OAM互通性方面的问题。
3 影响EPON互通性的因素
　　导致目前市场上EPON设备无法互通的原因比较复杂，主要是由于现有规范覆盖范围比较有限、各厂商对协议理解上的分歧以及实现方式上的差异。下面对影响EPON互通性的一些因素进行具体分析。对于协议已有明确定义，而由于厂家对协议理解上的错误和具体实现方面的失误（如Preamble的CRC-8计算错误、MPCPDU的“mode&LLID”字节的处理、OAMPDU消息中“flag”字节的值等）导致的互通性问题，本文不做详细阐述。
3.1物理层的互通性
　　在物理层影响EPON互通性的因素主要是FEC问题。FEC通过增加以太网帧的冗余字节降低系统的误码率，增加光功率预算。EPON系统采用一种基于帧的线性分组码：Reed-Solomon（239，255）编码（该码属于一种系统码，也就是说将校验码附加在数据分组的后面），以有利于实现支持FEC的设备和不支持FEC的设备互通。为了将FEC编码的以太网帧与未编码的以太网帧区分开来，IEEE 802.3ah定义了三种FEC帧定界符：S_FEC、T_FEC_E、T_FEC_O，它们的传输序列如下：S_FEC /K28.5/D6.4/K28.5/D6.4/S/；T_FEC_E /T/R/I/T/R/；T_FEC_O /T/R/R/I/T/R/。
　　S_FEC和T_FEC_O/E中的前两个字节（/T/R/）与普通以太网帧的帧起始定界符（SPD）和帧结束定界符（EPD）基本相同，也不会导致互通性问题。但是对于不支持FEC的设备而言，在一个EPD和下一个SPD之间应该全部为空闲字节（/I/），而在FEC编码的以太网帧中，其T_FEC_O/E的最后两个字节（/T/R/）和Parity、T_FEC_E等均非空闲字节，所以会在物理层触发False_Carrier事件告警（在以太网中，如果帧间的空闲字节发生误码才会触发该事件）。False Carrier计数器的值会随着False_Carrier事件告警的增加而增加，这样会淹没真正的False_Carrier事件，给运行维护带来一定的困难。
　　此外，如果OLT和ONU分别使用了不同的PMD光接口（1000BASE-PX10和1000BASE-PX20），在某些线路长度和分光比的情况下可能会发生功率衰耗过大或者功率过载等问题。这些问题可以通过更换光模块、调整线路衰耗等方法比较容易地解决。
3.2数据链路层的互通性
　　帧发送的字节位置问题：在EPON系统中，以太网帧间填充的都是idle码组（包含两个字节/K28.5/D16.2/），因此存在发送以太网帧的第一个字节的位置问题，即是在奇字节时刻还是偶字节时刻。对于ONU和OLT来讲，都必须能够正确地处理不同时刻发送的以太网帧，否则会导致部分以太网帧的丢失，进而无法互通。
　　　ONU的注册与认证：在EPON系统中，为验证ONU的有效性和合法性，需要进行ONU的认证。ONU的认证一般在MPCP发现和OAM发现过程之后。图4给出了典型的ONU发现、注册和认证的简明流程。
　　　目前，有多种ONU认证的实现方式，普遍采用ONU的MAC地址作为标识。采用ONU的MAC地址进行认证是最简单的方式，ONU不需要支持任何认证功能。如果OLT和ONU都采用这种机制，最易于实现ONU的认证。802.1x方式具有更加完善的认证机制，但实现比较复杂。对于EPON系统的互通性而言，采用不同的ONU认证方法和不同的ONU标识都会导致无法互通，需要运营商制定统一的认证流程和参数。
　　MPCP发现过程：在MPCP的流程中，存在几个参数，如在Discovery Gate和Register消息中的同步时间（synctime），Normal Gate消息中的ONU的开窗时间（grantlength）等。如果synctime的定义不一致或者grantlength值偏小，都会导致MPCP发现过程无法完成或者业务不通。解决办法是要求厂商统一按照IEEE 802.3ah的最新修订版本设置synctime值，同时使OLT的grantlength值要略大一些（>0x8A）。
另外，对于注册过程，IEEE 802.3ah协议只定义了正常注册过程，对于异常情况的处理，各芯片厂家可能不相同，导致不能兼容。如在MPCP发现过程中没有规定，ONU没有在规定的时间、规定的窗口发送Register_ACK的情况下，OLT如何处理，也没有规定ONU注册失败情况下的强制解注册的流程，这些都会导致无法互通。

[ 本帖最后由 xxtele 于 2008-10-15 23:28 编辑 ]