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EP0N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:

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             图1 EPON系统骨干光纤保护倒换方式

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              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。

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     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。

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     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。

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