流氓ONU產(chǎn)生原因及解決方案

［閆飛 劉萱 毛宇 黃涌梅］

流氓ONU產(chǎn)生原因及解決方案

［閆飛 劉萱 毛宇 黃涌梅］

PON是光接入網(wǎng)的主流技術(shù)，流氓ONU是PON網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)維護(hù)中的故障難點(diǎn)。文章提出了一種流氓ONU預(yù)防、監(jiān)測(cè)和隔離的系統(tǒng)解決方案，可以保證PON網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)穩(wěn)定、安全、高效地運(yùn)行。

吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò) 光線路終端 光網(wǎng)絡(luò)單元 光功率監(jiān)測(cè)

閆飛

畢業(yè)于基輔國(guó)立航空大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)，在北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院獲工程碩士學(xué)位，在中國(guó)電信集團(tuán)長(zhǎng)期從事傳輸、接入網(wǎng)的技術(shù)研究與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作。

劉萱

畢業(yè)于華中理工大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，在中國(guó)電信廣東分公司從事接入網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)工作。

毛宇

畢業(yè)于南京郵電學(xué)院獲碩士學(xué)位，在中國(guó)電信廣州研究院從事寬帶接入技術(shù)研究和規(guī)劃工作。

黃涌梅

畢業(yè)于重慶郵電學(xué)院，在中國(guó)電信廣州研究院從事寬帶接入技術(shù)研究和規(guī)劃工作。

2013年8月17日，中國(guó)國(guó)務(wù)院下發(fā)了《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略及實(shí)施方案的通知》（國(guó)發(fā)〔2013〕31號(hào)）將“寬帶戰(zhàn)略”上升為國(guó)家戰(zhàn)略。

按照“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略的要求，工信部領(lǐng)導(dǎo)電信、移動(dòng)和聯(lián)通等大型通信運(yùn)營(yíng)商開展了“寬帶中國(guó)專項(xiàng)行動(dòng)”，加大了銅纜接入網(wǎng)改造為光接入網(wǎng)的進(jìn)度。根據(jù)工信部發(fā)布的《通信業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況》，到2015年9月底，中國(guó)光纖接入（FTTH/0）用戶突破1億戶大關(guān)；到2016年1月，中國(guó)光纖接入FTTH/O用戶總數(shù)已達(dá)到1.2億戶，占寬帶用戶總數(shù)的比重達(dá)到58%。

光接入網(wǎng)以PON技術(shù)為主，具有全程無源、帶寬高、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。隨著光接入網(wǎng)的規(guī)模和光用戶的增長(zhǎng)，基于PON技術(shù)的光纖到戶網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為運(yùn)營(yíng)商占比最大的接入網(wǎng)模式，光接入網(wǎng)的故障處理也成為運(yùn)營(yíng)商需要面對(duì)的重要課題，其中流氓ONU又是光接入網(wǎng)故障處理的難題之一。本文提出了一整套預(yù)防、檢測(cè)流氓ONU的解決方案。

1 PON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)原理

PON網(wǎng)絡(luò)由局端設(shè)備（OLT）、光分配網(wǎng)（ODN）和光網(wǎng)絡(luò)終端（ONU）三部分組成。OLT的PON端口連接一根光纖至分光器（OBD）合路側(cè)端口，在從OBD的多個(gè)支路側(cè)端口使用一根光纖連接至ONU。為了能夠在一根光纖上承載多個(gè)用戶的業(yè)務(wù)，PON系統(tǒng)采用了波分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用技術(shù)。

在下行方向（OLT向ONU發(fā)送數(shù)據(jù)），PON系統(tǒng)采用1490nm的波長(zhǎng)，通過廣播方式將所有數(shù)據(jù)發(fā)送給每個(gè)ONU，各ONU根據(jù)下行數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息接收屬于自己的數(shù)據(jù)，丟棄其他用戶的數(shù)據(jù)；在上行方向（ONU向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)），PON系統(tǒng)采用1310nm波長(zhǎng)（與下行方向波長(zhǎng)不同），通過時(shí)分復(fù)用方式在一根光纖中傳送多個(gè)ONU的上行業(yè)務(wù)。各ONU上行數(shù)據(jù)分時(shí)發(fā)送，每個(gè)ONU的發(fā)送時(shí)間與長(zhǎng)度由OLT集中控制。

圖1 PON技術(shù)原理

ITU-T和IEEE在GPON、EPON的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中制定了點(diǎn)到多點(diǎn)協(xié)議，采用了測(cè)距、時(shí)間窗口授權(quán)、光發(fā)射器突發(fā)發(fā)射和關(guān)斷等機(jī)制，防止多個(gè)ONU在發(fā)送數(shù)據(jù)出現(xiàn)沖突。OLT為每個(gè)ONU分配了可以發(fā)送上行數(shù)據(jù)的時(shí)間段，只有在該時(shí)間段內(nèi)，指定的ONU才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。

2 流氓ONU類型及影響

由于PON系統(tǒng)在上行方向采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，所有ONU必須在OLT指定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)光才能使PON系統(tǒng)正常工作；不在OLT指定的時(shí)間段內(nèi)發(fā)光的ONU，如長(zhǎng)發(fā)光、亂發(fā)光的ONU將造成上行信號(hào)沖突，這類ONU統(tǒng)稱為流氓ONU。

根據(jù)流氓ONU的發(fā)光現(xiàn)象，又可以分為以下幾類：

（1）長(zhǎng)發(fā)光ONU

上電后在任意時(shí)刻一直保持發(fā)送光信號(hào)的ONU。當(dāng)系統(tǒng)中存在長(zhǎng)發(fā)光ONU時(shí)，故障現(xiàn)象為一個(gè)PON端口下僅有少量ONU可以正常注冊(cè)，或者多個(gè)ONU反復(fù)注冊(cè)。

圖2 長(zhǎng)發(fā)光流氓ONU對(duì)正常ONU的影響

（2）不在規(guī)定時(shí)間段發(fā)光的ONU

這種流氓ONU發(fā)送上行數(shù)據(jù)仍然受OLT控制，但其發(fā)光時(shí)間與OLT指定的時(shí)間不一致。這種流氓ONU對(duì)系統(tǒng)的影響相對(duì)較小，不定時(shí)的影響同一個(gè)PON口下的其他ONU，導(dǎo)致其他用戶網(wǎng)速下降；流氓ONU自身的網(wǎng)速一直受影響。

圖3 不在規(guī)定時(shí)間段發(fā)光的光流氓ONU對(duì)正常ONU的影響

（3）占用其他ONU的ONU ID/LLID的流氓ONU

這種流氓ONU發(fā)送上行數(shù)據(jù)仍然受OLT控制，也與OLT指定的時(shí)間一致，但是會(huì)與同一個(gè)PON口下的其他ONU在同一個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)光。這種流氓ONU產(chǎn)生原因是（以EPON系統(tǒng)為例）：OLT為每個(gè)ONU分配唯一的LLID。OLT通過GATE幀向每個(gè)LLID分配不同的上行時(shí)隙進(jìn)行調(diào)度，避免沖突；OLT監(jiān)測(cè)ONU狀態(tài)，當(dāng)OLT判斷某個(gè)ONU不在線時(shí)，回收LLID并分配給新上線ONU。在某些情況下原來的ONU a并不認(rèn)為自己已經(jīng)下線，而OLT又把該LLID分配給了新上線的ONU b，在OLT向ONU b分配上行時(shí)隙時(shí)，ONU a會(huì)使用同樣的時(shí)隙發(fā)送上行數(shù)據(jù)，a和b兩個(gè)ONU的上行業(yè)務(wù)沖突，導(dǎo)致ONU b無法正常發(fā)送上行業(yè)務(wù)。

圖4 ID沖突的流氓ONU對(duì)正常ONU的影響

這種流氓ONU只影響一個(gè)特定的正常ONU，導(dǎo)致一個(gè)用戶網(wǎng)速異常。

3 流氓ONU的解決方案

解決流氓ONU的思路主要有兩種：

3.1 通過對(duì)優(yōu)化ONU ID/LLID的分配機(jī)制來防止流氓ONU的產(chǎn)生

這種優(yōu)化機(jī)制主要針對(duì)第3類強(qiáng)占ONU ID/LLID的流氓ONU，防止系統(tǒng)中的ONU ID/LLID，其解決思路是將PON系統(tǒng)在分配ONU ID/LLID時(shí)，通過算法將ONU的ONU ID/LLID散列到ONU ID/LLID允許的范圍內(nèi)，具體如下（以EPON系統(tǒng)為例）：

（1）正常的EPON系統(tǒng)注冊(cè)過程：①OLT廣播GATE幀通知未注冊(cè)O(shè)NU開窗時(shí)間；②未注冊(cè)O(shè)NU發(fā)送REGISTER_REQ幀，其中包含ONU的MAC地址；③OLT給ONU分配LLID，并通過REGISTER幀通知該ONU，ONU確認(rèn)完成注冊(cè)。

（2）一般來說，OLT會(huì)順序分配LLID，從OLT的空閑LLID中選擇最小的數(shù)值分配給新上線的ONU。如果這個(gè)LLID被類型3的流氓ONU使用，就會(huì)出現(xiàn)LLID沖突的情況。

（3）解決這種流氓ONU的思路是OLT不再順序分配LLID。比如：當(dāng)未注冊(cè)O(shè)NU發(fā)送的REGISTER_ REQ幀后，OLT獲取到ONU的MAC地址；OLT通過哈希算法計(jì)算出ONU的LLID值（比如采用除數(shù)取余法，LLID=ONU_MAC_Address MOD P（其中p=65536），如果計(jì)算出的LLID未被使用，則分配給該ONU；如果計(jì)算出的LLID已被使用，則二次探測(cè)法LLID LLID=ONU_ MAC_Address MOD P+1，重新計(jì)算一個(gè)LLID）。這樣可以避免數(shù)值小的LLID反復(fù)使用，將LLID值較隨機(jī)的分布在0～65535這一區(qū)間內(nèi)，防止因ONU故障導(dǎo)致的LLID重復(fù)導(dǎo)致的上行數(shù)據(jù)沖突問題。

或者OLT建立一個(gè)ONU MAC地址、LLID、老化時(shí)間的地址表，當(dāng)某個(gè)ONU下線時(shí)，OLT并不馬上回收對(duì)應(yīng)的LLID，而是經(jīng)過一個(gè)老化周期后再回收進(jìn)行重新分配。

表1 MAC地址與LLID對(duì)應(yīng)關(guān)系及老化時(shí)間

3.2 加強(qiáng)對(duì)流氓ONU的檢測(cè)，進(jìn)行定位和隔離

通過網(wǎng)管對(duì)ONU光功率和誤碼進(jìn)行監(jiān)測(cè)，來檢測(cè)系統(tǒng)中是否存在流氓ONU，并進(jìn)行定位和隔離。具體方案如下（以EPON系統(tǒng)為例）：

（1）在網(wǎng)管上建立ONU ID/LLID、OLT接收ONU的光功率、ONU上行幀的誤碼周期監(jiān)測(cè)任務(wù)，并維護(hù)一張對(duì)應(yīng)關(guān)系表（此表格應(yīng)保存較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)曾經(jīng)注冊(cè)過的ONU），判斷是否有流氓ONU產(chǎn)生。

表2 MAC地址與LLID對(duì)應(yīng)關(guān)系及誤碼表

多次比較連續(xù)兩個(gè)周期的數(shù)據(jù)，每次比較的結(jié)果均出現(xiàn)以下現(xiàn)象時(shí)可以判斷ONU對(duì)應(yīng)的PON端口下可能存在流氓ONU：

① 如LLID、MAC地址無變化，某個(gè)或多個(gè)ONU的平均收光功率較上一周期有所提升，且BIP編碼錯(cuò)誤值同步提升。

② 同一個(gè)PON口下多個(gè)ONU下線，未下線的ONU BIP編碼錯(cuò)誤數(shù)量有所上升

（2）判斷流氓ONU類型進(jìn)行定位

當(dāng)系統(tǒng)比較兩個(gè)周期的數(shù)據(jù)，出現(xiàn)只有一個(gè)ONU的光功率增加且BIP編碼錯(cuò)誤幀數(shù)上升時(shí)，可以判斷此時(shí)有強(qiáng)占LLID的流氓ONU存在。系統(tǒng)根據(jù)表格可以定位到被強(qiáng)占LLID的ONU，強(qiáng)制正常ONU下線，不回收這個(gè)LLID正常ONU再次上線時(shí)，OLT不會(huì)再將這個(gè)LLID分配給正常ONU；同時(shí)，OLT將該LLID的上下行帶寬均設(shè)定為最小值（64kbps），以此強(qiáng)制用戶手動(dòng)重啟ONU。

當(dāng)網(wǎng)管系統(tǒng)判定某個(gè)PON口下存在流氓ONU時(shí)，可以通過以下步驟判定流氓ONU的類型：

① OLT發(fā)送PAUSE幀給所有ONU，僅保持ONU處于激活狀態(tài)但不發(fā)送任何數(shù)據(jù)。OLT在此時(shí)間段內(nèi)采集PON端口收到的發(fā)光功率，如果光功率不為0，則可以判斷此PON口下有長(zhǎng)發(fā)光且不受OLT控制的流氓ONU存在。此類流氓ONU無法通過系統(tǒng)判斷來定位，應(yīng)向外線工作人員派工單，通過逐個(gè)拔纖的方式來定位并隔離流氓ONU；如果在步驟①中PON口收到的光功率為0，進(jìn)入步驟②。

② OLT逐一關(guān)閉列表內(nèi)各ONU的光模塊，使其進(jìn)入07狀態(tài)（緊急停止?fàn)顟B(tài)）一段時(shí)間，如果此時(shí)故障仍然存在，則判斷該ONU不是流氓ONU，等待其回到02狀態(tài)（待機(jī)狀態(tài)）并關(guān)閉下一個(gè)ONU的光模塊；如果關(guān)閉了某個(gè)ONU的光模塊后，PON系統(tǒng)工作正常，其他ONU可以正常注冊(cè)并應(yīng)答OLT的消息，則可判定被關(guān)閉光模塊的ONU為流氓ONU。此時(shí)，應(yīng)在網(wǎng)管上將次ONU的LOID設(shè)置為非法，阻止其正常注冊(cè)，并由外線人員為用戶更換新的ONU。

4 結(jié)束語

本文提出了一種預(yù)防、檢測(cè)和定位流氓ONU的系統(tǒng)解決方案，通過對(duì)PON系統(tǒng)ONU ID/LLID分配機(jī)制的優(yōu)化來防止強(qiáng)占ONU ID/LLID流氓ONU的產(chǎn)生；利用網(wǎng)管的光功率和誤碼監(jiān)測(cè)判斷流氓ONU的存在，并通過PON管理消息對(duì)流氓ONU進(jìn)行定位和隔離。本文提出的解決方案可以應(yīng)用于PON網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)，從而保證PON系統(tǒng)承載的業(yè)務(wù)高效穩(wěn)定。

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.11.013

（2016-08-18）