一種基于PLOAM通道的ROGUE ONU檢測(cè)設(shè)計(jì)方案

蔡 浩 ，熊 馳 ，吳春祥

（1.武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 武漢 430205；2.武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 武漢 430050；3.番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣州 511483）

圖1 OLT和ONU在寬帶接入網(wǎng)絡(luò)中的位置

伴隨3G/4G業(yè)務(wù)的全面開(kāi)展和城域網(wǎng)、接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)改造初步完成，以及“光進(jìn)銅退”、光纖到用戶（FTTx）技術(shù)應(yīng)用的普及等，我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)已全面進(jìn)入寬帶時(shí)代。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商在固定寬帶接入網(wǎng)技術(shù)方面所采用的PON主流技術(shù)由吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）和以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）構(gòu)成。[1]而相比較于EPON，GPON在覆蓋能力、帶寬管理、質(zhì)量服務(wù)（QoS）保障、動(dòng)態(tài)帶寬分配（DBA）調(diào)度、TDM傳輸、時(shí)鐘同步可靠性、可維護(hù)性等方面均有明顯的優(yōu)勢(shì)，被大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商視為實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)綜合化、靈活化改造的理想技術(shù)。

當(dāng)前，全國(guó)各地越來(lái)越多的新型智能小區(qū)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了FTTx技術(shù)，光纖技術(shù)已開(kāi)始從室外走向室內(nèi)。國(guó)內(nèi)的光纖接入設(shè)備廠商（華為、中興和烽火等）都有各自的GPON系列光纖接入產(chǎn)品。這些光接入產(chǎn)品包含光纖線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）等。OLT設(shè)備通常放置于電信運(yùn)營(yíng)商的局端機(jī)房，用于各條光纖鏈路的匯聚；ONU設(shè)備形態(tài)各異，伴隨FTTx技術(shù)已進(jìn)入公司企業(yè)和千家萬(wàn)戶，滿足著終端用戶的不同業(yè)務(wù)接入場(chǎng)景。OLT和ONU共同組成了光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN），它們?cè)诮o運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)市場(chǎng)份額和巨大收益的同時(shí)，也給他們提出了多層面操作、維護(hù)和管理（OAM），全業(yè)務(wù)場(chǎng)景覆蓋，低成本運(yùn)維等方面的遠(yuǎn)程運(yùn)維要求。[2-3]

近一個(gè)時(shí)期以來(lái)，信息產(chǎn)業(yè)部及主要電信運(yùn)營(yíng)商為提高電信行業(yè)服務(wù)水平，一直力推以“互聯(lián)互通”為主的電信業(yè)改革若干措施。但由于當(dāng)前各通信廠商的ONU產(chǎn)品形態(tài)各異，采用的光模塊技術(shù)也各不相同等情況，當(dāng)在一臺(tái)OLT下匯聚接入不同廠商的多臺(tái)ONU時(shí)，往往會(huì)在“互聯(lián)互通”的安裝布放和運(yùn)維場(chǎng)景下，比較容易出現(xiàn)需排除流氓ONU（Rogue ONU）情況。（如圖1）出現(xiàn)流氓ONU的場(chǎng)景情況多，有ONU注冊(cè)上線后出現(xiàn)流氓ONU的情況，也有ONU注冊(cè)上線過(guò)程中出現(xiàn)情況的以及不能注冊(cè)上線出現(xiàn)情況的。雖然，部分通信設(shè)備廠商的OLT能夠檢測(cè)ONU注冊(cè)上線后產(chǎn)生流氓ONU的情況，但無(wú)法解決所有的流氓ONU場(chǎng)景。這類問(wèn)題，極大影響了用戶業(yè)務(wù)的使用感受，也增加了運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)維成本。

一、PLOAM消息通道原理

流氓ONU的檢測(cè)、排除需要通過(guò)物理層OAM（PLOAM）通道，PLOAM通道是承載在GPON傳輸匯聚（GTC）層上的PLOAM消息格式系統(tǒng)，其最大特點(diǎn)是擁有固定的管理帶寬。在協(xié)議棧設(shè)計(jì)上，GPON技術(shù)的GTC層架構(gòu)由用戶數(shù)據(jù)平面和管理控制平面組成。GTC層既傳送用戶數(shù)據(jù)，又負(fù)責(zé)承載管理信息的傳遞。GTC層的管理控制平面包括3個(gè)部分：GTC幀中的嵌入OAM域；ONU管理和控制接口（OMCI）通道；PLOAM通道。嵌入OAM、PLOAM和OMCI被歸為控制/管理平面；用戶數(shù)據(jù)平面承載用戶業(yè)務(wù)。這3種方式互為補(bǔ)充，共同實(shí)現(xiàn)OLT與ONU間的OAM信息管理方式。（如圖2）①嵌入OAM域?？梢哉莆諏?shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)帶寬分配（DBA）、鏈路位錯(cuò)誤率（BER）等信息，但承載內(nèi)容有限；②OMCI通道。OMCI通道必須在ONU獲得管理通道帶寬分配后，并處于穩(wěn)定的注冊(cè)上線態(tài)O5態(tài)后，才能提供OAM信息管理通道；[4]③PLOAM通道。G.984.3協(xié)議中定義的PLOAM消息格式長(zhǎng)度是13 個(gè) Bytes（如表 1）；[5]其在 G.987.3 協(xié)議中定義的長(zhǎng)度是48個(gè)Bytes。[6]PLOAM通道由于管理帶寬能夠被固定分配且不占用用戶帶寬，因此在ONU任何階段都可以進(jìn)行OAM信息管理。隨著GPON技術(shù)演進(jìn)，G.987.3協(xié)議還分別對(duì)上下行方向上的PLOAM消息設(shè)置了開(kāi)關(guān)，按需分配PLOAM通道的管理帶寬。

圖2 GTC層控制管理平臺(tái)

PLOAM通道支持GTC層上的控制、管理功能，包括：ONU上線注冊(cè)，OMCI管理通道建立，GPON的GEM封裝通道加密管理以及密鑰維護(hù)和告警上報(bào)等。ONU注冊(cè)上線過(guò)程中的PLOAM消息交互過(guò)程涉及5個(gè)主要階段，即O1～O5狀態(tài)。它們是：O1態(tài)：初始狀態(tài)；O2態(tài)：備用狀態(tài)；O3態(tài)：序列號(hào)狀態(tài)；O4態(tài)：測(cè)距狀態(tài)；O5態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)。在ONU的整個(gè)注冊(cè)上線過(guò)程中，PLOAM消息是OLT與ONU之間的唯一OAM信息通道。[5]

二、PLOAM消息格式介紹

PLOAM消息是GPON標(biāo)準(zhǔn)中定義的一種OLT與ONU之間信息交互的協(xié)議，其封裝在上下行方向上的GTC幀中,具有固定的帶寬，不占用用戶帶寬資源的特點(diǎn)。以下PLOAM消息以G.984.3協(xié)議中定義的13字節(jié)字長(zhǎng)格式舉例。

表1 GPON PLOAM消息格式

三、PLOAM通道擴(kuò)展方案設(shè)計(jì)

GPON技術(shù)在GTC層協(xié)議上定義了上、下行方向上的多個(gè)PLOAM消息格式，提供了在OLT和ONU間的操作、管理通道。為此，本方案考慮對(duì)現(xiàn)有的GPON PLOAM消息進(jìn)行擴(kuò)展，完成諸如OLT對(duì)托管ONU的復(fù)位操作，OLT通知ONU當(dāng)前PON口的狀態(tài)信息、OLT與ONU時(shí)鐘同步，流氓ONU檢測(cè)等消息功能。

表2 擴(kuò)展PLOAM消息類型及格式

（一）流氓ONU原理

ONU根據(jù)OLT分配的時(shí)間戳向上行方向發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文。在沒(méi)有分配時(shí)間戳的情況下，某個(gè)ONU發(fā)光，就會(huì)與其它ONU的發(fā)光信號(hào)發(fā)生沖突，影響其它ONU的正常通信。這種不按照分配的時(shí)間戳向上發(fā)送光信號(hào)的ONU即為流氓ONU。流氓ONU的這一狀態(tài)，在導(dǎo)致其與其他ONU的發(fā)光信號(hào)產(chǎn)生沖突的同時(shí)，也使得OLT某一PON端口下的ONU不能正常注冊(cè)或者不能提供相應(yīng)業(yè)務(wù)的情況。通常，流氓ONU分為兩種情況，一種是隨機(jī)發(fā)光，另一種是長(zhǎng)發(fā)光。對(duì)于隨機(jī)發(fā)光的流氓ONU，目前各通訊廠商一般借助光模塊MCU的邏輯功能，采用ONU光模塊自檢的方法進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于處于長(zhǎng)發(fā)光情況的流氓ONU，此時(shí)，由于其光模塊“亂發(fā)光”時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)，且發(fā)光干擾的情況處于ONU注冊(cè)狀態(tài)機(jī)的O5態(tài)之前，它的流氓ONU狀態(tài)會(huì)影響到與它在OLT同一PON端口下的其它ONU，并導(dǎo)致它們工作不正常。此時(shí)，OLT無(wú)法通過(guò)PLOAM通道進(jìn)行流氓ONU的有效排查，相應(yīng)的運(yùn)維人員也僅能在OLT上獲得“OLT某一端口下有非法入侵的流氓ONU”的提示。[7]在FTTx的維護(hù)過(guò)程中，單個(gè)流氓ONU有時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)分光器下全部用戶的業(yè)務(wù)不通,運(yùn)維人員也只能通過(guò)依次拔除分光器上連接所有用戶的ONU光纖，來(lái)判斷哪個(gè)ONU是流氓ONU。這種原始的光路診斷方式，既讓運(yùn)營(yíng)商耗費(fèi)人力，又讓整個(gè)排查過(guò)程耗時(shí)，效率極低。

（二）檢測(cè)流氓ONU消息格式

流氓ONU檢測(cè)消息采用擴(kuò)展PLOAM消息的方法，分別擴(kuò)展了關(guān)閉光模塊電源的廣播消息、打開(kāi)光模塊電源的廣播消息、關(guān)閉光模塊電源的單播消息和打開(kāi)光模塊電源的單播消息等4類PLOAM消息。運(yùn)維人員可遠(yuǎn)程登陸到OLT上，執(zhí)行流氓ONU檢測(cè)命令，排查此OLT某一PON口下掛的所有流氓ONU。

流氓ONU檢測(cè)消息格式如表3。此4類流氓ONU檢測(cè)消息以PLOAM消息格式中的第3字節(jié)域信息的不同內(nèi)容為區(qū)分。OLT可以通過(guò)這4類PLOAM消息及時(shí)通知ONU進(jìn)入流氓ONU檢測(cè)狀態(tài)，并在流氓ONU檢測(cè)過(guò)程中進(jìn)行狀態(tài)變遷。同時(shí)，ONU也通過(guò)此類PLOAM擴(kuò)展消息，配合OLT完成同一PON口下的所有流氓ONU檢測(cè)流程。

表3 關(guān)閉ONU光模塊發(fā)送電源的廣播消息

（三）流氓ONU檢測(cè)邏輯流程

當(dāng)局端運(yùn)維人員通過(guò)OLT或者網(wǎng)管系統(tǒng)的操作界面發(fā)現(xiàn)某一OLT的PON口下產(chǎn)生了流氓ONU報(bào)警后，運(yùn)維人員將在OLT側(cè)或者網(wǎng)管機(jī)房中執(zhí)行相關(guān)OLT側(cè)命令，進(jìn)入排查流氓ONU處理階段。如圖3。

圖3 OLT側(cè)流氓ONU信息

此時(shí)，OLT與同一PON口下的所有ONU都進(jìn)入流氓ONU檢測(cè)階段。這一檢測(cè)階段由PLOAM擴(kuò)展消息組成，主要包括單播（Unicast）和廣播（Broadcast）兩類PLOAM消息。OLT和ONU都依據(jù)此類PLOAM報(bào)文的第3字節(jié)域?yàn)榕袛嘁罁?jù)，各自完成相應(yīng)的流氓ONU檢測(cè)處理邏輯。同時(shí)，OLT側(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PON口的工作狀態(tài)，即OLT通過(guò)接收光信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)識(shí)（RSSI）功能來(lái)監(jiān)測(cè)PON口有無(wú)產(chǎn)生流氓ONU長(zhǎng)發(fā)光/亂發(fā)光的情況。如圖4。

圖4 PLOAM通道檢測(cè)流氓ONU步驟

在此檢測(cè)流程中，OLT在此PON口下先下發(fā)Power off的PLOAM廣播報(bào)文。此廣播報(bào)文的第3字節(jié)域?yàn)?x00。當(dāng)PON口下所有的ONU接收到此廣播報(bào)文后，關(guān)閉各自的光模塊發(fā)送電源，而ONU光模塊的接收電源狀態(tài)不變（即ONU可以正常接收OLT下發(fā)的PLOAM報(bào)文）。此時(shí)，由于各個(gè)ONU都關(guān)閉了其光模塊的發(fā)送電源，OLT將在此PON口上觸發(fā)各個(gè)ONU的清除信號(hào)丟失（LOS）告警報(bào)文。OLT上立刻清除此端口下的流氓ONU告警信息。然后，OLT將按ONU ID的順序，依此給這些ONU下發(fā)Power on單播PLOAM報(bào)文，逐個(gè)打開(kāi)ONU的光模塊發(fā)送電源功能。此單播報(bào)文的第3字節(jié)域?yàn)?x0F。與此同時(shí)，OLT端通過(guò)PON口的工作狀態(tài)，檢查是否能夠檢測(cè)到ONU的長(zhǎng)發(fā)光/亂發(fā)光情況。如果沒(méi)有檢測(cè)到時(shí)，OLT繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)ONU的流氓ONU檢測(cè)操作；如果檢測(cè)到時(shí)，OLT將下發(fā)Power off單播PLOAM報(bào)文，將此流氓ONU的光模塊發(fā)送電源關(guān)閉。此單播報(bào)文的第3字節(jié)域?yàn)?xF0。此時(shí)，OLT隔離此流氓ONU，OLT將繼續(xù)檢查下一個(gè)ONU ID對(duì)應(yīng)的ONU。如圖5。

圖5 OLT側(cè)流氓ONU擴(kuò)展消息處理流程

在ONU側(cè)，為配合OLT實(shí)現(xiàn)流氓ONU檢測(cè)流程，需要在ONU原有的PLOAM消息處理狀態(tài)機(jī)中，加入上述4類PLOAM擴(kuò)展消息的處理邏輯。這樣，ONU可以在ONU注冊(cè)過(guò)程的任意階段處理流氓ONU檢測(cè)消息。當(dāng)ONU光模塊的發(fā)送電源被關(guān)閉時(shí)，ONU僅處理上述4類PLOAM擴(kuò)展消息,而旁路掉其它正常消息；當(dāng)ONU光模塊的發(fā)送電源未關(guān)閉時(shí)，ONU處理包括流氓ONU消息在內(nèi)的所有PLOAM消息，并完成相應(yīng)PLOAM消息的應(yīng)答處理。如圖6。

圖6 ONU側(cè)流氓ONU擴(kuò)展消息處理流程

在后續(xù)的流氓ONU檢測(cè)流程中，OLT將繼續(xù)檢查此PON口下其它ONU是否也產(chǎn)生了流氓ONU情況。當(dāng)檢測(cè)到流氓ONU時(shí)，OLT將下發(fā)Power off單播PLOAM報(bào)文，將此流氓ONU隔離。OLT如此反復(fù)，一直到檢查完此PON下的所有ONU。此時(shí)，OLT端當(dāng)前PON口下的流氓ONU告警將清除。

（四）測(cè)試驗(yàn)證

有些廠商的OLT，通過(guò)在PLOAM通道中下發(fā)Disable_serial_number消息的 Disable/Enable命令來(lái)排查流氓ONU，但僅能排查注冊(cè)上線后的流氓ONU。[8]對(duì)于在ONU注冊(cè)上線過(guò)程中和ONU不能注冊(cè)上線時(shí)出現(xiàn)的流氓ONU情況，上述方法就鞭長(zhǎng)莫及了。

本文提出的流氓ONU檢測(cè)方案，在浙江省的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的ODN網(wǎng)絡(luò)中，已通過(guò)終端綜合管理系統(tǒng)（ITMS）或者網(wǎng)元管理系統(tǒng)（EMS）的遠(yuǎn)程固件升級(jí)方式部署到相應(yīng)OLT和ONU上。OLT上每PON口的流氓ONU的排查工作效率，也得到了數(shù)量級(jí)的提高。如表4。

表4 流氓ONU排查方式分析表

當(dāng)流氓ONU產(chǎn)生時(shí)，運(yùn)維人員僅需要根據(jù)OLT或者網(wǎng)管系統(tǒng)的告警模塊確認(rèn)流氓ONU所處的OLT的PON口，在OLT側(cè)或者網(wǎng)管機(jī)房中，就可以執(zhí)行相關(guān)OLT端命令，依次排查同一PON下的流氓ONU。本方案覆蓋所有的流氓ONU場(chǎng)景，能夠判斷所有場(chǎng)景中流氓ONU的序列號(hào)（SN）,并最大限度內(nèi)降低流氓ONU對(duì)此PON口下其它ONU用戶的影響。

四、總結(jié)與展望

在PLOAM通道上，運(yùn)維人員或者局端網(wǎng)管人員采用這類PLOAM擴(kuò)展消息，除了可以及時(shí)排除流氓ONU外，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)脫管的ONU及時(shí)處理，快速恢復(fù)用戶業(yè)務(wù)，避免運(yùn)維人員“入戶”或者在FTTx安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手工干預(yù)等操作；也可以實(shí)現(xiàn)在ONU的安裝布放過(guò)程中，結(jié)合OLT及EMS相關(guān)告警及提示信息，快速定位問(wèn)題ONU的端口、槽位信息。上述PLOAM消息擴(kuò)展方案，不僅能為運(yùn)營(yíng)商有效提高快速布放、運(yùn)維管理的效率，還能夠?yàn)樽罱K用戶極大縮短Trouble shooting的響應(yīng)時(shí)間，提升FTTx產(chǎn)品的用戶使用滿意度。

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［2］中國(guó)電信，中國(guó)電信網(wǎng)關(guān)與終端綜合管理系統(tǒng)接口技術(shù)要求[S]，2012：6-8

［3］中國(guó)電信，中國(guó)電信“我的e家”技術(shù)規(guī)范-e家終端與終端綜合管理系統(tǒng)（ITMS）接口[S]，2009：6-8

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［6］ITU-T Rec.G.987.3-201010，10-Gigabit-capable Passive Optical Networks (XG-PON):Transmission convergence（TC）layer specification[S].

［7］華為iManager U2000產(chǎn)品手冊(cè)[S].2010.

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