毕业设计（论文）关于EPON技术发展及其对电信运营商带来的价值.doc

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1、苏州信息职业技术学院毕业设计报告（论文）系 别： 专 业： 班 级： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目： 关于EPON技术发展及其对 电信运营商带来的价值 指 导 教 师： 起 讫 日 期： 题目：关于EPON技术发展及其对电信运营商带来的价值摘要：以太无源光网络（EPON）即将成为宽带接入的最有效的通信方法，为EPON系统提供一个稳定、有效的网络管理系统显得尤为重要。简单网络管理协议（SNMP）是当今应用最广泛的网络管理协议。本文分析了基于SNMP的EPON网管结构，按配置管理、性能管理、故障管理、安全管理等功能设计了EPON管系统，并分别在管理站和代理站上予以实现。关键

2、词：宽带接入网；以太无源光网络；网络管理；简单网络管理协议。 Title：EPON technology on the development and the value of the telecom operatorAbstract：Ethernet passive optical network (EPON) broadband access will soon become the most effective method of communication for the EPON system to provide a stable and effective network man

3、agement system is very important. Simple Network Management Protocol (SNMP) is today the most widely used network management protocol. This paper analyzes the SNMP-based EPON network structure, according to configuration management, performance management, fault management, security management and o

4、ther functions designed EPON control systems, and each agent station in the management station and to be realized.Keywords: broadband access network; Ethernet passive optical network; network Keywords: Simple Network Management Protocol目录1、引言11.1 PON技术的发展：11.2 GPON（Gigabit PON）12 EPON网管系统结构23 EPON网管

5、系统的设计33.1 性能管理33.2 配置管理33.3 安全管理43.4 故障管理44 EPON网管系统的实现54.1 代理站软件的实现54.1.1 代理进程软件的实现54.1.2 EPON设备MIB的设计与组织64.2 管理站网管软件的实现75 EPON技术发展及其对电信运营商带来的价值7结束语11致谢12谢谢！12参考文献131、引言随着Internet的迅猛发展，网络用户对网络带宽的需求日渐增长。为了满足市场的需要，通信网的主干部分已经发生了巨大的变化，而一直变化较少的传统接入网已经成为整个网络中的瓶颈，各种新的宽带接入技术成为研究的热点。EPON（以太无源光网络）是一种新型的光纤接入网

6、技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。1.1 PON技术的发展：APON（ATM PON）1995年提出，1996年由13家大型网络运营商同它们的主要设备供应商组成了FSAN (Full Service Access Network)联盟，155Mb/s的PON系统技术规范，ATM传输协议，ITU-T G.983系列标准；BPON（Broadband

7、 PON）2001年，APON标准后来得到了加强，可支持622Mb/s的传输速率，同时加上了动态带宽分配、保护等功能，能提供以太网接入、视频发送、高速租用线路等业务，宽带的PON；1.2 GPON（Gigabit PON）FSAN联盟进行1Gb/s以上速率的PON标准研究，希望提出一种方案，除了能运行在更高的速率外，还要在多业务、OAM&P、可扩缩性等方面较之其它的PON效率更高。这一研究使得Gigabit PON(GPON)出现。2003年1月，ITU-T批准确立了GPON标准G.984.1、G.984.2和G.984.3；由于EPON的众多优点，它越来越受到人们的青睐，即将成为宽带接入网一

8、种最有效的通信方法。为了保证EPON网络能够稳定、高效、准确的运行，为EPON提供一个有效的网络管理系统显得尤为重要。在网络管理领域，随着基于TCP/IP体系的网络管理技术的不断发展，SNMP已经成为事实上的标准。基于SNMP的EPON网络管理系统是指采用SNMP管理协议框架，对EPON网络实体的资源实现有效管理的系统。EPON(Ethernet Passive Optical Network 以太网无源光网络)无源光网络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的的特点，在光接入网中扮演着越来越重要的角色。同时，以太网（Ethernet）技术经过二十年的发展，以其简便实用，

9、价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域网，并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升，以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进，逐渐向接入、城域甚至骨干网上渗透。而以太网与PON的结合，便产生了以太网无源光网络（EPON）。它同时具备了以太网和PON的优点，正成为光接入网领域中的热门技术。（5）其它相关的以太网功能2 EPON网管系统结构本EPON系统的管理对象为1个OLT（光线路终端）和32个ONU（光网络单元）。基于SNMP的EPON网管系统结构。EMS网管系统安装在工作站，与OLT设备之间通过带外网管接口（F接口）相连。EMS网管系统

10、和OLT、ONU设备之间采用SNMP协议进行通信，实现在EMS中对OLT、ONU的统一管理。通信的方式有2种：（1）告警（trap）。当某些指定事件发生时，代理进程向管理站发送trap报文。管理站接收、显示告警事件，并做相应处理。同时OLT设备和ONU设备具备本地Console接口，可以实现本地操作管理维护。 （2）轮询。管理站每隔一段时间对所有OLT和ONU代理站的MIB进行主动查询，各代理站返回被查询的结点值。3 EPON网管系统的设计EPON网管系统按照网管功能分为四大模块：配置管理、性能管理、故障管理和安全管理。3.1 性能管理性能管理功能对EPON网络性能进行监视、检测，采集相关性能

11、统计数据，进行分析、诊断，从而为网络进一步规划与调整提供依据，以保证网络的业务质量。EPON的性能管理功能分为性能监测、性能管理控制和性能统计分析。性能监测是连续的收集OLT、ONU上与性能相关的数据，根据性能数据确定网元的性能，从而掌握设备单元因不太频繁或间断的差错导致业务质量变差的性能情况。性能管理控制的目的是支持管理人员发出控制命令或网管软件自动发出控制命令，以改善OLT、ONU性能。它可以设置性能管理数据采集周期、设置性能监测数据存储过滤条件，并对门限值进行管理。性能统计分析是对收集到的性能数据做进一步的处理，以分析表或分析图的形式报告分析结果。如计算接口利用率、接口的输入错误率、接口

12、输出错误率、吞吐率等。3.2 配置管理配置管理主要是组织EPON网内运转所需要的资源和数据，构造和维护网络系统的配置，识别各网元，保证网元的基本配置，监控当前配置和按照具体情况改变配置，设置系统参数，收集并存储各参数，报告与基本配置值的偏差，启动和关闭资源等。EPON配置管理包括系统初次启动时的配置管理和系统正常运行时的配置管理。启动时，针对EPON网络，可自动或手动生成OLT、ONU设备拓扑图，显示当前网络中各OLT、ONU设备的状态。在网络拓扑图生成后，SNMP 管理进程采用轮询的方式定期查询SNMP 代理进程，收集设备信息用于更新数据库，以实现配置信息的实时性。系统正常运行后，网管可根据

13、需要随时手动设置其各项配置参数。如可以设置各OLT、ONU代理的标识信息和系统信息，启用、禁用某个端口，配置各端口的工作状态，配置网桥的工作参数，配置VLAN，重启设备等。还提供基于用户的动态带宽管理。3.3 安全管理安全管理功能通过访问操作控制策略等方法保证管理应用程序和管理信息不被非法访问和破坏。用户标识和鉴定，是网管系统提供的最外层的安全保护措施。网管用户在启动程序前必须输入用户名和登陆密码，系统在核实鉴定了用户身份以后才能提供网管系统的使用权。用户被分为3个等级，不同等级的用户设置不同的管理权限，第一级用户拥有最高管理权限，可以使用网管系统提供的所有功能；低级用户在设置参数、操作设备等

14、权限上被限制；高级用户拥有低级用户的所有权限，并能对低级用户进行管理。系统还提供安全日志，登陆者的所有操作将被录入数据库，以便维护和检查使用。 3.4 故障管理故障管理功能提供对EPON网络故障监测、故障定位，保护切换与恢复，并存储故障信息供以后查询。对来自硬件设备或路径结点的报警进行监控、报告和存储，对故障进行诊断、定位和处理，是故障管理的重要工作。当监测到网络、设备故障或异常时，网管系统实时产生报警。一些故障、异常是由网管程序通过查询代理站MIB发现的，而另一些是代理站通过Trap通知管理站发现的。可以设置各种告警事件的告警等级。不同等级的告警事件采取不同的告警指示和处理措施。网管系统收到

15、告警信息后，进行分析和提示，然后针对不同等级的告警，进行不同的处理。对于严重影响网络运行的故障，需要进行故障定位和测试。启动故障定位过程，试图从这些过程中获取相关信息。进行故障定位后，网管系统会尽快做出响应，采取故障修复措施，使EPON网络恢复正常。告警信息被存储到本地数据库。可以按照告警时间、告警设备、告警等级等关键字查询历史告警信息。根据全部告警信息，进行告警统计分析，绘制出统计图表。 4 EPON网管系统的实现EPON网管系统的实现包括管理站网管软件的实现和代理站软件的实现。4.1 代理站软件的实现SNMP在代理站的实现工作主要包括代理进程软件的实现和MIB的设计与组织。4.1.1 代理

16、进程软件的实现代理进程软件实现SNMP协议，并管理MIB。它实际上是一个执行无限循环的守护进程，在循环中，它接收管理站的SNMP请求，然后进行相应的操作，并作出响应。同时，代理进程能够根据自身管理的MIB信息，主动向管理站发送陷阱报文（Trap），以通知管理站所管理的网络设备发生了异常事件，实现故障告警。通常，在开发过程中使用一些软件开发包可以大大缩短产品开发周期。ucd-snmp软件包是一个广泛使用的实现SNMP代理开发的免费软件包，它支持SNMP v1/v2c/v3，支持分布式代理的开发，支持MIB-II。它包括SNMP协议模块和MIB管理模块，实现了SNMP代理站的基本框架。4.1.2

17、EPON设备MIB的设计与组织OLT、ONU设备的MIB主要包括RFC1213定义的MIB-II、RFC1573定义的Interfaces MIB、RFC1493定义的Bridge MIB和根据EPON设备需要自定义的私有MIB。MIB-II包含了基于TCP/IP网络的基本网管信息，包括系统组、接口组、IP组、ICMP组、UDP组、SNMP组等基本管理对象。通过MIB-II，我们可以获取OLT、ONU设备运行的基本网络信息，如系统信息、端口基本信息、IP、ICMP等类型数据包的统计等，对某些对象可以配置。Interfaces MIB是针对改善MIB-II中的接口组的不足和缺陷，发展而来的一个以

18、定义网络接口管理对象为主的MIB。Bridge MIB是一个定义网桥管理对象的MIB，它包括一般网桥管理信息、生成树网桥管理信息和透明网桥管理信息。它主要对OLT设备中所具有的生成树网桥的设置、监测提供网络管理手段。自定义MIB是针对OLT、ONU特殊管理对象和特殊功能而定义的，主要包含各OLT、ONU的特殊系统信息和带宽控制管理两部分。特殊系统信息包括硬件系统信息和软件系统信息。如我们的EPON系统上行是采用WDMA方式的，对于每个ONU端，对应于不同的上行波长。把波长信息加入每个ONU的自定义MIB中，这样通过网管系统就可以查询各ONU的波长相关信息了。带宽控制管理MIB是自定义MIB的一

19、个重要部分，通过它，我们可以远程进行基于用户的带宽管理。4.2 管理站网管软件的实现管理站网管系统是为用户提供友好的交互式界面，利用SNMP协议对代理进程实现管理的控制实体，它的结构如图3所示。 通信模块的功能是按照SNMP协议，对网络中的代理站（OLT和ONU）发送、接收SNMP报文，从而获取或设置代理站中MIB库的相应信息。一方面，它将上层的操作、信息封装成对应的PDU（协议数据单元），向网络中发送。另一方面，它接收代理发给自己的PDU，并解析成上层可识别的信息，向上传递。对应于5种消息类型，SNMP有5种类型数据采集、处理模块负责将采集的数据分析、处理、储存或者送往上层。对各种采集到的数

20、据，要按照配置、性能、故障几个模块的需求进行转换，向上传送。一些数据直接可以给上层显示使用；一些采集到的数据需要处理后，再送往上层显示。如通过访问接口MIB，可以得到每个接口在每个时刻的总流量。可以设置每隔一秒钟取一次值，然后计算秒间总流量差值，得到接口每秒钟的流量。有些数据暂时不需要显示，需要储存在数据库，供以后查询使用。显示模块是面向用户的。它按照配置管理、性能管理、故障管理、安全管理几个模块分类，以图形化界面形式显示各项信息，并且提供人机接口，供配置使用。本系统是在Windows环境下，用VC+ 6.0开发出来的。 通信模块是利用Windows提供的API函数，封装成一个SNMP类，来实

21、现SNMP的各种操作。按照显示模块的需要，数据处理模块采用各种算法对采集到的数据进行分析处理。显示模块则以对话框、列表框、曲线图等形式，提供直观、方便的图形化界面。 5 EPON技术发展及其对电信运营商带来的价值一、宽带大势驱动EPON发展 不到十年时间，Internet以前所未有的速度席卷全球，并深刻影响甚至改变了人们传统的生活和工作方式。今天，人们已经离不开Internet的魅力之网，而Internet的继续发展又依赖于宽带网络的建设。在中国宽带接入网领域，现有经济状况决定了目前比较成熟的接入方式主要是以ADSL为代表的基于电话线的xDSL（数字用户线）和快速以太网（LAN），同时辅有HF

22、C（混合光纤同轴网）接入、LMDS（本地多点分配系统）无线接入等。 随着IP技术的不断完善，大多数的运营商已经将IP技术作为数据网络的主要承载技术。IP与Ethernet的无缝结合和优良的可扩展性而具备很多天然优势，使得以太网技术能够提供高速Internet服务、分组话音和视频业务，而费用远远低于HFC、DSL。运营商们显然意识到了这一点，在过渡性阶段推广ADSL的同时，都在积极推进以太网的接入。在北京，以联通、网通为代表的电信级运营商的以太网专线和小区接入都已初见规模。 但是，10/100M以太网五类线接入传输距离有限，接入交换机数量众多、零散，网络管理和维护复杂，线路不够安全。同时，也难以

23、适应应用愈发广泛的Internet所带来的未来带宽需求。因此，从总的发展趋势看,在接入网中馈线光纤必将代替馈线电缆，直接向用户挺进，实现纯光纤接入，而同时IP与以太网的天然结合优势也愈发突出，于是，基于以太网的无源光网络（EPON）应运而生。 二、EPON的标准化进程 早期因为ATM被看作是能够提供各种类型通信的唯一协议，而PON是最经济的宽带光纤解决方案，顺理成章地选择ATM和PON分别作为网络协议和网络平台即APON为当前实现FTTH的唯一手段。 由于以太网技术的高速发展，使得ATM技术完全退出了局域网。因此把简单经济的以太网技术与PON的传输结构结合起来的EthernetoverPON概

24、念，自2000年开始引起技术界和网络运营商的广泛重视。在IEEE802.3EFM（Ethernet for the First Mile）会议上，加速了EPON的标准化工作。 2001年5月，IEEE成立了EFM研究组。同年7月，IEEE802LMSC（LAN/MAN Standards Committee）批准了IEEE EFM小组提出的项目授权请求。9月，IEEE成立IEEE 802.3ah EFM Task Force，准备起草EPON标准。 2002年，EPON标准草案出台，许多关键技术的研发都进入突破阶段，国内外众多设备制造商开始积极向市场进军。 2003年，国际上针对EPON标准的

25、制定工作已经进入到文稿整理阶段，EPON标准的推出已经排上议事日程，并将于2004年发布。 三、EPON的网络结构 一个典型的EthernetoverPON系统由OLT、ONU、ODN组成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，ONU（Optical Network Unit）为用户端设备。ODN（Optical Distributed Network）是光配线网，主要由一个或数个光分裂器（Splitter）来连接OLT和ONU，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，提供面向无源光纤网络的光纤接口。OLT除了提供

26、网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoSSLA的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。Splitter是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中，一般一个Splitter的分线率为2、4或8，并可以多级连接。在EPON中，OLT到ONU间的距离最大可达20km，如果使用光纤放大器（有源中继器），距离还可以延长。如图1所示。 EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网络协议，在中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层或第三层交换功能。这种类型的ONU可以通过层叠来为多个最终用户提供相当高的共享带宽。因为都使用以太网协议，在通信的过程中，就无需协议转换，而实现

27、ONU对用户数据的透明传送。当然，对于光纤到家（FTTH）的接入方式，ONU可以不需要交换功能，从而能在极低的成本下为终端用户分配所需的带宽。 远程业务分配控制（remote provisioning）管理可以让运营商通过对用户不同时段的不同业务需求做出响应，这样可以提高用户满意度。运营商可以通过中心管理系统对OLT、ONU等所有网络单元设备进行管理，同时可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽。 四、EPON的关键技术 EPON系统的设计主要在以太网模型的物理层和MAC层，其关键技术都在MAC控制层上完成，即一般而言的PON传输层。 传输会聚层负责OLT和多个ONU之间在下行方向和上行方向以

28、太网信元的正确传输，保证OLT和ONU的发送和接收机调准在正确的光功率电平上；并控制每个ONU的上行传输，避免上行以太网信元的碰撞。其包含如下几个主要关键技术。 （1）测距：由规划所定义，EPON为点对多点拓扑结构，采用TDMA技术实现信息传送。各个ONU与OLT之间的逻辑距离是不相等的。OLT需要有一套测距功能来测试每一个ONU与OLT之间的逻辑距离，并据此来指挥ONU调整其信号发送延时，使不同距离的ONU所发送的信号能在OLT处准确地复用在一起。目前采用比较成熟的数字计时技术的带内开窗测距法被大部分设备制造商所采纳。 （2）带宽分配：上行方向信道中的传输是采用时分复用接入方式来共享光纤的，

29、各个ONU收集来自用户的信息并以1.25Gbit/s以上的高速向OLT发送数据，不同的ONU发送的数据占用不同的时隙。随着各种宽带业务的发展，用户对带宽的需求肯定越来越大，如何根据不同用户的业务类型与业务特点合理分配信道带宽，使网络提供者以一套最有效的手段利用网络资源，是决定EPON系统性能的关键技术之一。 （3）时钟提取：对于系统的高速率，快速同步是必须解决的核心问题。而其中ONU和OLT以及上下行比特码的时钟一致是其中的关键，目前一般都采用PLL（锁相环）从下行信号中提取时钟，利用帧同步字检测方式实现帧同步。 （4）搅动：由于PON固有的组播特性，为了保证信息有起码的保密性，系统必须采用所

30、谓搅动的保护措施。该措施介于传输系统扰码和高层编码之间，这种搅动功能实施信息扰码并能为信息保密提供低水平的保护。 （5）同步接收：EPON是一个网同步系统，需要实现OLT与ONU之间的快速同步。各个ONU与OLT都需要有一个同步接收的问题，否则一旦发生bit错位或者相位突变，数据接收错误不但影响到数据严重丢失，不断重传，还有可能导致网络拥塞和网络瘫痪。 五、EPON为运营商带来的好处 从运营商角度来看，基于这种网络结构，EPON系统可以带来多方面的好处。 （1）由于EPON系统的ODN部分没有电子部件，无需电源供应，因此容易铺设，基本不用维护，建设维护成本低。EPON系统对局端资源占用很少，模

31、块化程度高，扩展容易，投资回报率高。同时大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。 （2）EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gbit/s的带宽，并且随着以太网技术的发展可以升级到10Gbit/s，能满足对于未来高宽带Internet需求， （3）EPON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构既节省光纤的资源，同时这种共享带宽的网络结构能够提供灵活的带宽分配。 （4）EPON可以通过在OLT与ONU之间的单元开销，通过Diffusers来实现和保证不同用户的QoS。 目前我们的近邻韩国，宽带接入网建设在ADSL/VDSL即将饱和的情况下，已经开始通力建设无

32、源光网络并取得了很好的经济效益。的确，作为一种新型光接入技术，EPON具备非常独特的价值定位，它不仅解决运营建设成本低、建设快捷有效的问题，同时EPON网络的体系结构又是环网在网络建设上的补充，使得运营商能够快速有效进行市场扩张，充分利用现有资源。 当然，利弊总是矛盾统一的。尽管无源光网络有着很大的优越性，但是国内用户类型与国外不一样，许多大客户不愿意接受共享带宽的方式。由于EPON是传送宽带到最后一公里的技术，未来国内市场的成功极大地依赖于用户是否愿意以有利的价格购买业务结束语随着EPON的快速发展，为EPON设计和实现一个稳定高效和准确的网络管理系统具有重要的意义。本文结合EPON的特点，

33、设计和实现了一个基于SNMP的EPON网络管理系统。 EPON（Ethernet PON）2000年11月，IEEE成立了802.3 EFM(Ethernet in the First Mile)研究组，业界有21个网络设备制造商发起成立了EFMA，实现Gibb/s以太网点到多点的光传送方案，所以又称GEPON（Gigabit Ethernet PON）。EFM标准IEEE802.3ah；EPON 就是一种新兴的宽带接入技术，它通过一个单一的光纤接入系统，实现数据、语音及视频的综合业务接入，并具有良好的经济性。业内人士普遍认为，FTTH 是宽带接入的最终解决方式，而EPON 也将成为一种主流宽

34、带接入技术。由于EPON网络结构的特点，宽带入户的特殊优越性，以及与计算机网络天然的有机结合，使得全世界的专家都一致认为，无源光网络是实现“三网合一”和解决信息高速公路“最后一公里”的最佳传输媒介。致谢论文完成了，从心底里深涌出一种成就感让我觉得怎么样的辛苦都是值得的。在这里我要感谢所有帮助我鼓励我的人。首先要感谢的是我们学校的导师，正是老师的悉心教导让我意识到有些时候细节就是成败的关键。还要感谢高级工程师赵先生，在公司实习期间，赵先生不但是我的良师也是益友，在论文的有关技术问题上赵先生耐心的讲解，工作中悉心的教导，生活上的照顾，让我十分感激。感谢我们的辅导员老师，我觉得他不但是我们的辅导员，

35、更是我们的朋友，非常感谢他这三年对我们的照顾和教导。还要感谢我身边的同学是你们陪伴我，让我拥有了大学最重要乃至人生最重要的友谊。最后要感谢爸爸妈妈的支持，是你们辛苦养育了我；感谢学校培养了我，让我成长；感谢有限公司给我实习和工作的机会，让我能有发展自己的舞台。我也相信通过你们的帮助我会在以后的工作和学习中独挡一面，像一个男人一样战斗着，不断的进步和完善自己！再次谢谢所有关心我的人！ 谢谢！参考文献1 拉格朗日.GSM网络与GPRS。电子工业出版社 2002 2 吴伟陵移动通信中的关键技术。北京：北京邮电大学出版社 20013 禹帆.无线通信网络概论。清华大学出版社 20024张威.GSM网络优化-原理与工程。人民邮电出版社 20035 常永宏.第三代移动通信系统与技术。人民邮电出版社 20026孙立新、邢宁霞CDMA移动通信技术，北京人民邮电出版社1996