EP0N系統中簡便可行的光纖保護方法

http://news.icgle.net/news/2007/11/30/IcNews14270.htm
引言

      以太無源光網路（EPON）技術是一種基於乙太網路、點到多點的光纖接入技術，它集乙太網路技術的簡單性和PON網路的高效等特點於一身，是未來實現光纖到戶的光纖接入網的最佳方式。 

      目前，EPON系統中所採用保護倒換方式都需要配置冗餘的PON模組等，成本較高，並且實現機制較為複雜。而EPON技術是接入網技術之一，主要用於FTTH/FTTB的寬頻接入業務，使用者接入成本較為敏感，並且對保護的要求相對較低，因此EPON系統現有的保護方式的實際應用價值較低。

      1、EPON系統中實現骨幹光纖保護倒換的意義
   
      EPON採用點到多點的樹形拓撲結構，骨幹光纖的故障會導致其所屬的所有ONU均無法與EPON網路通訊，因此，骨幹光纖的生存性將保證整個EPON網路的可靠性。同時，由於接入網末梢的接入光纖不可能具備多個路由，此時光纖全保護倒換方式沒有實際意義。因此，骨幹光纖保護倒換方式將是提高EPON系統在網路中應用中可靠性的主要保護倒換方式。

      2、EPON系統中現有實現光纖保護方案
   
      EPON國際標準（IEEE 802.3ah）未定義保護方式，中國通訊標準委員會制定的《接入網技術要求——基於乙太網路方式的無源光網路（EPON）》中，已經明確建議採用ITU-T G.984.1兩種GPON系統的保護方式：骨幹光纖保護倒換方式和光纖全保護倒換方式，，1～2所示：

圖1　EPON系統骨幹光纖保護倒換方式    

                                                   圖2　EPON系統全保護光纖倒換方式
   
      骨幹光纖保護方式中，OLT側的主、備兩個PON模組的連接埠分別通過骨幹光纖的主、備兩條光纖串連到2:N分路器的兩個連接埠，從分路器到ONU側採用常規串連。在OLT主用PON模組處於工作狀態時，備用PON模組處於冷備份狀態。如果工作光纖出現故障或主用PON模組失效，啟用備用的備用PON模組和光纖。倒換到備用PON模組時，冷備份的備用PON模組中的訊號發射模組被激發到正常工作狀態需要一段較長的時間。這種方式OLT側需配置主、備兩個PON模組，骨幹光纖需鋪設主、備兩條光纖，從而實現對骨幹段光纖的保護，提高系統得可靠性。
   
      光纖全保護倒換方式中，每個ONU通過主、備兩個PON模組與兩個獨立的光分路器實現雙歸屬串連，每個分路器串連AOLT的兩個PON口。OLT備用模組採用熱備份方式，切換在每個ONU上進行，需要切換協議。這種方式OLT和ONU均需配置主、備兩個PON模組，骨幹光纖需鋪設主、備兩條光纖，需設定兩台分路器，以及對每個ONU鋪設主、備兩條接入光纖，從而實現對EPON系統中每個網元的保護，提高系統得可靠性。
   
      骨幹光纖保護方式相對於光纖全保護倒換方式代價較小，僅對EPON系統的骨幹段光纖實現保護；而光纖全保護倒換方式徹底消除了EPON系統中的單點故障隱患，但是代價也是整體翻倍的。

      3、EPON系統中簡單骨幹光纖保護倒換的實現

      3.1　EPON系統簡單骨幹光纖保護倒換實現思路

      為了實現簡單的骨幹光纖保護倒換，EPON系統應由光線路終端（OLT）、工作光纖、保護光纖、2:N光分路器、光網路單元（ONU）組成，其中OLT內包括保護倒換控制模組（在工作光纖故障的情況下，發出切換訊號來控制系統的保護倒換）、PON模組（接收光接入網提供的光訊號並發送該光訊號到使用者側，同時PON模組可根據與其耦接的光纖的工作情況發出警示資訊，如光訊號丟失和訊號劣化警示）和1×2光開關。

      3所示  

圖3　支援骨幹光纖保護的EPON系統結構

      PON模組輸出PON口與1×2光開關輸入相連，光開關的兩個輸出口分別與工作光纖和保護光纖相連，工作光纖和保護光纖又分別串連2:N分路器的兩個輸入口，從2:N分路器到ONU側採用常規串連，ONU採用常規ONU。

      系統正常工作時，保護倒換控制模組線上監測OLT PON模組的工作狀態和相關警示資訊，當保護倒換控制模組接收到來自OLT的線路故障、訊號劣化等警示資訊時，根據預設的機制進行判斷是否進行倒換，並觸發光開關實現切換，從而實現EPON系統骨幹光纖的主備倒換。

      光開關完成倒換後，由於主、備用光纖的長度不可能完全相同，為避免上行業務衝突，控制模組會同時觸發PON模組重新發起發現、測距、註冊等過程，從而完成EPON系統業務的保護倒換。

      3.2　EPON系統實現簡單光纖保護倒換實現流程

      光纖保護倒換在以下兩種情況時進行：①自動倒換：由故障發現觸發，如訊號丟失等；②強制倒換：由管理事件觸發。

      4所示，自動保護倒換自步驟S1開始。 

圖4　EPON系統實現簡單光纖保護倒換實現流程

      在步驟S1，系統的保護倒換控制模組啟動。

      在步驟S2，保護倒換控制模組即時監測PON模組的工作狀態，例如可通過輪詢的方式，PON模組即時上報相關狀態資訊給保護倒換控制模組。

      在步驟S3中，根據保護倒換控制模組與PON模組之間的通訊是否正常，確定是否PON模組本身出現故障。如果在步驟S3中確定PON模組本身出現故障，則流程進到步驟S4。

      在步驟S4，保護倒換控制模組向網管嚴重警示，並等待對PON模組的維修。如果在步驟S3中確定PON模組本身正常，則流程進到步驟S5。

      在步驟S5，根據是否收到來自PON模組的相關警示，如光訊號丟失、訊號劣化的警示，確定骨幹工作光纖是否有故障，例如斷路故障。如果步驟S5的確定為是，步驟S6；如果在步驟S5中確定保護倒換控制模組未收到來自PON模組的相關警示，即無諸如線路故障、訊號劣化的相關警示，則確定PON模組以及工作光纖工作正常，流程返回到步驟S2，繼續執行對PON模組的即時監測。

      在步驟S6，保護倒換控制模組觸發1×2光開關切換工作光纖和保護光纖，同時將切換事件上報網管，然後流程進到步驟S7。

      在步驟S7，確定1×2光開關切換後，PON模組接收光是否正常。如果在步驟S7確定1×2光開關切換後，PON模組接收光正常，則流程進到步驟S8。

      在步驟S8，保護倒換控制模組觸發OLT開始骨幹光纖倒換後的自動探索過程。如果在步驟S7確定1×2光開關切換後，PON模組仍然無接收光，則斷定所有ONU下線或保護光纖故障，不再進行倒換，系統返回步驟S2。以下保護倒換控制模組觸發OLT開始骨幹光纖倒換後的自動探索過程與常規的過程相同，因此，僅對其進行簡要的描述。

      在步驟S9，OLT向ONU廣播發送Discovery GATE幀。

      在步驟S10，ONU在接收到Discovery GATE幀後，隨機等待一段時間後發送REGISTER_REQ幀給OLT，在REGISTER_REQ幀中，包含了ONU的MAC地址和其他參數。

      在步驟S11，OLT接收到一個有效REGISTER_REQ訊息後，根據其MAC地址，分配發生光纖保護倒換前對應的LLID，並進行再綁定。

      在步驟S12，OLT發送標準GATE幀以允許ONU發送REGISTER_ACK訊息。

      在步驟S13，ONU發送REGISTER_ACK訊息到OLT。

      在步驟S14，OLT1接收到REGISTER_ACK訊息，驗證REGISTER_ACK訊息，發現過程完成，並計算RTT值（光訊號往返時間）。

      在步驟S15，ONU完成註冊，可以訪問EPON網路，業務恢複正常，保護倒換成功。

      對於強制保護倒換，強制保護倒換在網管系統觸發1×2光開關切換，並同時記錄切換事件，以下實現流程同自動保護倒換實現流程的步驟S8-S14。

      在現有的光纖保護倒換方法的基礎上，結合EPON系統的應用特點，改善原有保護倒換成本高、實現機制複雜的缺點，從而實現簡單而有效骨幹光纖保護倒換。

      4、EPON系統中簡單骨幹光纖保護倒換方法的特點

      本方法在現有的光纖保護倒換方法的基礎上，結合EPON系統的應用特點，改善原有保護倒換成本高、實現機制複雜的缺點，從而實現簡單而有效骨幹光纖保護倒換。

      本方法相對於現有方法，具有以下優點和效果：

      ①實現了EPON系統骨幹光纖保護倒換，成本低，實現機制簡單，同時有效地提高了EPON系統得可靠性。

      ②不需要配置在EPON系統中佔主要成本的昂貴的冗餘PON模組，成本優勢十分明顯。

      ③檢測機制簡單，不需要倒換協議。

      ④不需要進行PON模組啟用並倒換，採用光開關倒換，倒換時間快。

      ⑤僅需要對現有OLT的PON口處內建1×2光開關，並進行軟體升級。

      ⑥不需要對已安裝的ONU進行任何改動，具有現網的可操作性。