1 概述

隨著IPTV、3D網絡游戲、在線視頻瀏覽、高清電影視頻下載等業務的不斷出現和普及，傳統的ADSL寬帶接入技術已經不能完全滿足電信用戶對于4 Mbit/s以上大帶寬的需求。眾所周知，PON技術已經成為各大電信運營商改造綜合性接入網，解決寬帶提速的主要接入技術。中國電信運營商從2007年年底開始嘗試采用EPON技術進行寬帶接入網改造，截至2009年年底，僅中國電信一家運營商EPON設備的集采規模就已經達到1 000萬線。對于電信運營商，在建設和運營基于EPON技術的綜合寬帶接入網絡過程中，都面臨著運行維護方面的巨大挑戰。

進入21世紀以來，全球寬帶接入網進入了大發展階段。我國寬帶接入網在近兩年發展也十分迅速，當前主要應用的寬帶接入技術有xDSL、LAN、MSTP以及傳統專線接入等。以ADSL為代表的寬帶接入技術雖然初步解決了數據接入的問題，但靠出租帶寬的寬帶運營戰略，隨著用戶上網流量的增加， 運營商的寬帶接入與業務發展進入了“平臺期”。甚至出現每比特收益&寬帶ARPU迅速下降，陷于收入增長低于成本增長的怪圈。對于運營商而言，只有進行寬帶接入網改造，以及細分客戶群進行多業務轉型，才能驅動寬帶收益的提升，“Triple Play”等多業務將成為運營商創造寬帶新收入的關鍵。

寬帶接入網改造以及多業務轉型，要求接入設備具有基于統一網絡承載多業務的能力，并滿足不斷增長的帶寬需求。DSL技術由于帶寬和接入距離限制，已逐漸無法滿足需求。PON（無源光網絡）寬帶技術具有高帶寬、廣覆蓋、單纖接入、接口豐富以及綜合業務接入能力。PON系統的引入，不但可以大大提升商業用戶接入速度以及綜合業務能力，并且能夠提供足夠的業務質量保證。對于家庭用戶而言，除了速度的提升，一根光纖可以提供包括語音、視頻和數據業務的需求。同時由于光纖本身的高度穩定性，有效降低運行維護成本，從而幫助運營商實現接入網建設的“一勞永逸” 。

2 PON網絡的運行、管理和維護

PON（Passive Optical Network：無源光纖網絡）。 PON是指中不含有任何電子器件及電子電源，ODN全部由光分路器等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設備。一個無源光網絡包括一個安裝于中心控制站的光線路終端（OLT），一級一批配套的安裝于用戶場所的光網絡單元（ONUs）。在OLT與ONU之間的光配線網（ODN）包含了光纖以及無源分光器或者耦合器。

PON網絡的突出優點是消除了戶外的有源設備，所有的信號處理功能均在交換機和用戶宅內設備完成。而且這種接入方式的前期投資小，大部分資金要推遲到用戶真正接入時才投入。它的傳輸距離比有源光纖接入系統的短，覆蓋的范圍較小，但它造價低，無須另設機房，維護容易。因此這種結構可以經濟地為居家用戶服務。 PON的復雜性在于信號處理技術。在下行方向上，交換機發出的信號是廣播式發給所有的用戶。在上行方向上，各ONU必須采用某種多址接入協議如時分多路訪問TDMA（Time Division Mutiple Access）協議才能完成共享傳輸通道信息訪問。 PON技術采用基于以太網技術的點到多點的結構，相對于傳統的ADSL，它是一種全新的光纖接入技術。根據PON設備在電信運營商現網運行維護的實際情況，目前面臨的主要問題集中在網管功能、安全保護、業務發放和故障診斷這4個方面。

PON技術采用基于以太網技術的點到多點的結構，相對于傳統的ADSL，它是一種全新的光纖接入技術。根據PON設備在電信運營商現網運行維護的實際情況，目前面臨的主要問題集中在網管功能、安全保護、業務發放和故障診斷這4個方面。

2.1 網管功能

經過一段時間的接入網運行和維護，對于PON網絡遠程管理的要求除了最為基本的功能之外，運營商還提出了危險操作提示、批量離線配置、業務配置模板、告警過濾及屏蔽、實時流量統計及告警、定時批量版本升級、定時/實時檢測網元在線狀態及數量等新的需求。

PON網絡的突出優點是消除了戶外的有源設備，所有的信號處理功能均在交換機和用戶宅內設備完成。而且這種接入方式的前期投資小，大部分資金要推遲到用戶真正接入時才投入。它的傳輸距離比有源光纖接入系統的短，覆蓋的范圍較小，但它造價低，無須另設機房，維護容易。因此這種結構可以經濟地為居家用戶服務。PON的復雜性在于信號處理技術。在下行方向上，交換機發出的信號是廣播式發給所有的用戶。在上行方向上，各ONU必須采用某種多址接入協議如時分多路訪問TDMA協議才能完成共享傳輸通道信息訪問。

（1）危險操作提示

當PON網管人員進行的操作會對系統運行產生重大影響時，系統應提供“危險操作提示”功能。例如，當PON網管人員進行板卡添加或刪除時，由于針對有業務的PON業務板的刪除操作是被禁止的，因此必須有相應的提示以起到警示作用。此外，PON系統必須支持全局的危險操作提示，而不是僅針對某些業務板卡或端口。

（2）批量離線配置

PON EMS需要實現對ONU終端設備業務屬性和參數的離線配置。網管人員可以在ONU終端設備離線的狀態下，在EMS上根據已規劃的業務及資源配置規范進行相關配置，并進行標識和保存配置文件。在ONU上線后將配置下發到ONU終端設備，完成業務開通。針對FTTB場景，MDU型ONU終端配置復雜，而且以太網用戶端口數量眾多，為提高業務開通效率，可以采用離線配置方式。

（3）業務配置模板

由于基于PON技術的寬帶接入網承載了多種業務，PON EMS集成了多業務管理和配置功能，因此，網管人員需要熟悉多種業務的配置，為了提高其工作效率，在EMS上需要集成相關業務配置的共同屬性形成相應的業務配置模板。在實際業務配置時，只需要完成特定業務參數的配置便能實現快速的業務發放。但需要注意的是，業務配置模板一定要具有靈活性，就是要求相關參數可以靈活修改以適應不同的網絡和用戶需求，例如帶寬、限速等；同時需要具備通用性，即要求模板能夠針對多業務配置，減少模板的數量和下發次數。

（4）告警過濾及屏蔽

隨著寬帶接入網建設規模不斷擴大，現網部署的PON設備數量也不斷增加，隨之而來的是大量不重要的PON設備告警會影響PON網管維護人員的正常管理工作。因此，要求PON設備具有完善的告警過濾和屏蔽功能，例如，要求OLT設備的以太網上聯端口和業務接口板PON端口的告警狀態能夠設置成“AUTO”狀態。在設備開通時初始狀態為“AUTO”，上聯端口收到光信號以及PON端口在第一個ONU上線后，相應端口狀態自動設置成打開狀態，否則處于“休眠狀態”不接受任何告警。

（5）實時流量統計及告警

要求PON系統同時支持對OLT的上聯端口及PON端口流量進行有效統計分析，根據分析結果得出相應的報表。并能夠對相應端口設置流量帶寬占用率閾值，一旦流量超過所設定的閾值時告警。該功能可以有效告知PON網管人員何時需要進行端口及設備的擴容升級。

隨著PON承載業務應用的不斷深入，還需針對每個用戶不同業務流量進行分析，這種精細化的流量分析可以反映用戶的使用習慣，通過這些數據能方便地制訂一些個性化的業務套餐。

（6）定時批量軟件版本升級

要求PON系統實現ONU軟件版本核對及升級功能，通過在配置菜單中輸入目標版本，隨后對目標版本與ONU終端設備實際版本進行比對，當發現實際版本和目標版本不符時，能夠通過已制定策略自動觸發軟件版本升級，且要求升級過程中不影響業務的使用。一旦升級成功，自動重啟ONU設備完成新版本的應用，如果多次升級失敗，ONU設備仍能使用原有軟件版本。

（7）定時/實時檢測網元在線狀態及數量

基于PON技術的寬帶接入網中PON設備終端數量巨大，電信運營商需要有效統計網元的在線狀態，PON系統需要支持定時/實時檢測所有網元設備的在線狀態，并在PON網管上提示實際在線的網元數，通過結合應在線網元數、不在線網元數以及不在線網元列表，進行有效的網元管理。

2.2 安全保護

EPON是一種新型的光纖接入網技術，它采用點到多點結構、無源光纖傳輸，在以太網之上提供多種業務。它在物理層采用了PON技術，在鏈路層使用以太網協議，利用PON的拓撲結構實現了以太網的接入。因此，它綜合了PON技術和以太網技術的優點：低成本；高帶寬；擴展性強，靈活快速的服務重組；與現有以太網的兼容性；方便的管理等等。EPONIEEE802.3定義了以太網的兩種基本操作模式。第一種模式采用載波偵聽多址接入/沖突檢測協議而應用在共享媒質上；第二種模式為各個站點采用全雙工的點到點的鏈路通過交換機連接到一起。相應的，以太網MAC可以工作于這兩種模式之一：CSMA/CD模式或全雙工模式。

目前基于EPON的寬帶接入網面臨的安全保護主要涉及用戶接入安全和設備冗余保護兩大方面。

在用戶接入安全方面包括ONU終端設備接入及綁定、PON接口數據安全性、用戶與業務安全等。首先，接入設備安全主要是執行對ONU設備的認證和綁定，以防止非法ONU對PON網絡的接入和攻擊，保證網絡設備的正常運行；其次，通過啟用三重攪動方法保證PON接口下行數據的安全；最后，在用戶與業務安全方面，通過賬號與端口綁定，將用戶的寬帶賬號與其所在EPON系統的物理端口進行綁定，特定的賬號只能通過特定的端口實現上網，防止用戶寬帶賬號被盜用。此外，在EPON系統中，還可以利用VLAN或QinQ功能實現用戶和業務之間的隔離。在以上方面中，值得重視的問題是賬號與端口綁定的問題：針對不同業務，運營商將為用戶分配不同的賬號和物理端口，通過綁定，運營商可以在一定程度上有效防止盜用現象。對于PPPoE撥號上網業務，在基于EPON的FTTH/B/N/O接入網中，BRAS應啟用賬號與用戶接入端口的綁定功能；對于IPTV和VoIP語音業務由于采用DHCP認證方式，應采用DHCP Option82實現用戶與接入線路的惟一標識。

OLT 光線路終端。 在PON技術應用中，OLT設備是重要的局端設備，它實現的功能是：1、與前端（匯聚層）交換機用網線相連，轉化成光信號，用單根光纖與用戶端的分光器互聯。2、實現對用戶端設備ONU的控制、管理、測距等功能。3、OLT設備和ONU設備一樣，也是光電一體的設備。

在設備冗余保護方面，除了傳統的OLT設備主干光纖冗余保護、主控板冗余保護、OLT設備上聯板鏈路聚合保護、電源設備冗余保護之外，針對寬帶用戶及承載業務的特殊需要，還提出了OLT設備雙上聯保護的需求。

OLT設備雙上聯保護：OLT應支持上聯板的雙歸屬的保護功能，即OLT的兩個上聯鏈路分別連接到兩個不同的上聯網絡設備上，在OLT檢測到一個主用上聯鏈路異常后，主動切換到另外一個備用上聯鏈路。鑒于語音以及商用專線業務的實時性、高優先級和客戶體驗的因素，可以考慮采用雙上聯保護。此時，OLT上聯端口主、備用方式為主用端口發光、備用端口不發光、PON設備提供備用端口三層鏈路檢測功能，防止備用鏈路出現故障而無法實現主備倒換。OLT設備工程階段配置端口的檢測IP地址可作為三層鏈路檢測之用。現網還需要根據實際需求規范三層鏈路檢測時間間隔、主備鏈路頻繁倒換后終止倒換機制等相關要求。

2.3 業務發放

實現FTTH是電信運營商推進“光進銅退”的最終目標，隨著FTTH用戶規模的增加，電信運營商需要實現快速、高效的資源派配、業務受理、業務發放和業務開通的流程，具體流程如圖1所示。

（1）CRM系統進行用戶的業務受理；

（2）CRM系統調用資源管理功能進行資源確認，形成客戶訂單；

（3）CRM系統派發業務客戶訂單到服務開通系統，服務開通系統負責FTTx相關產品服務訂單的開通流程處理，服務開通系統負責派發FTTx資源配置單到資源系統進行自動資源配置，派發激活工單到自動激活系統進行自動激活，派發外線施工單到施工調度進行人工上門施工，派發綜合測試系統進行業務開通質量測試；

（4）資源管理系統完成對設備、線路等網絡資源的配置，更新相應資源的狀態；

（5）自動激活系統負責接入所有FTTx相關產品的平臺/網管，根據FTTx產品激活拆分規則進行自動激活處理；

（6）施工調度系統進行具體施工調度派單，實現人工施工流程的IT管控；

（7）綜合測試系統完成對業務激活后的實際質量測試，驗證能否滿足業務開通的質量要求；

（8）測試通過后，服務開通系統向CRM系統發送竣工回單；

（9）CRM系統在收到竣工回單后，派發計費通知，計費系統負責FTTx相關產品的計費采集與處理。

從上述流程中可以看到，FTTx寬帶接入網業務的開通涉及的系統包括CRM系統、計費系統、服務開通系統、自動激活系統、資源管理系統、施工調度系統、綜合測試系統、PON EMS網管、AAA認證系統、軟交換系統、SHLR系統、IPTV管理平臺等。涉及的主要接口為I1接口：PON EMS北向接口，提供業務自動激活功能。FTTx業務IT支撐總體架構如圖2所示。

其中，接入網EMS系統北向接口的主要功能是與相關OSS/BSS系統對接，將接入網EMS系統納入各級運維支撐體系之中，除了實現用戶業務自動發放外，還包括寬帶用戶測試、資源管理、告警管理及性能管理等功能。目前，PON EMS的北向接口支持多種功能類型，采用的接口標準協議具備先進性和開放性，并在行業內普遍應用。由于各類北向接口的接口性能和功能要求各不相同，因此應按照不同需求選擇協議標準，見表1。

2.4 故障診斷

（1）光鏈路診斷

EPON系統應支持光鏈路相關參數的實時測量功能，包括針對特定或者所有PON口/ONU的基于策略的光鏈路測量和診斷功能。具體要求如下。

為更好適應IP業務，第一英里以太網聯盟（EFMA）在2001年初提出了在二層用以太網取代ATM的EPON技術，IEEE 802.3ah工作小組對其進行了標準化，EPON可以支持1.25Gbps對稱速率，將來速率還能升級到10Gbps。EPON產品得到了更大程度的商用，由于其將以太網技術與PON技術完美結合，因此成為了非常適合IP業務的寬帶接入技術。對于Gbit/s速率的EPON系統也常被稱為GE-PON。

在EFMA提出EPON概念的同時，FSAN又提出了GPON，FSAN與ITU已對其進行了標準化，其技術特色是在二層采用ITU-T定義的GFP（通用成幀規程）對Ethernet、TDM、ATM等多種業務進行封裝映射，能提供1.25和2.5Gb/s下行速率和所有標準的上行速率，并具有強大OAM功能。在高速率和支持多業務方面，GPON有明顯優勢，但成本目前要高于EPON，產品的成熟性也遜于EPON

· OLT應支持對其接收到的來自每個ONU的上行平均光功率進行測量的功能，在-30～-10 dBm范圍內的測量精度不劣于±1 dB，最小測量取樣時間不大于600 ns。當OLT接收到的來自某個ONU的上行光功率過低或者過高，則OLT應產生相應的光功率越限告警。

· OLT還應支持基于對PON接口下ONU的上行光功率的測量，實現光鏈路的故障診斷功能。故障診斷是指根據PON接口上接收到的各ONU的光功率分析光鏈路的衰減等指標是否正常，并提供一定的鏈路故障的判斷功能。

· OLT還應提供對自身光模塊工作溫度、供電電壓、偏置電流、發送光功率等參數的監測。

· ONU應具備光收發機參數測量功能，包括光模塊工作溫度、供電電壓、偏置電流、發送光功率和接收光功率等參數，ONU還應支持對上述指標測量值的內部校準。

· 當ONU的光收發機的某個或者多個參數過低或者過高，則ONU應通過事件通告機制向OLT發送相應的越限告警或越限警示。

（2）精確的故障定位

光時域反射技術是光纜工程施工和光纜線路維護工作中最重要的測試手段，隨著PON寬帶接入網絡的部署，針對PON網絡中光分配網的監測和故障定位需求日益提高。雖然成本因素還是制約其應用的關鍵問題，但是針對特殊客戶以及特殊應用場景應開展試點商用。目前通過將OTDR和PON網絡融合在一起的監測方式主要有高反射方式、波長標記方式和波長路由方式3種。這3種方式通常在OLT局端需要部署光耦合模塊，將監測信號波長耦合到PON網絡主干光纖鏈路中，此外還需要配置1臺OTDR設備和多通道光纖選擇器，用于將OTDR的監測信號注入OLT設備的不同PON端口中，實現對1臺OLT甚至多臺OLT 下所有PON端口光鏈路的監測。這3種監測方式的主要區別在于以下幾點。

· 高反射方式，主要采用不同于PON系統的工作波長的1 650 nm信號波長進行監測。同時，在每個ONU終端前部署終端濾波器，利用TF在OTDR監測波形上形成的反射峰實現對光分路器后每個ONU終端配線光鏈路的故障定位。一旦某一個ONU終端的反射峰消失，則證明其光鏈路可能有故障發生。值得注意的是，每個TF部署的物理位置距離OLT局端必須不同，以便于在OTDR監測波形上區分不同ONU終端的配線光鏈路。

· 波長路由方式，主要采用1 580～1 680 nm的OTDR，為每個ONU終端的光鏈路分配1個監測波長。在光分路器的位置利用DWDM等無源器件將監測信號波長分別注入光分路器之后的每個配線光鏈路，同時利用在ONU終端前部署TF，實現針對每個ONU終端配線光鏈路的故障定位。此時，TF部署的物理位置可以相同，但是為了區分不同ONU終端的配線光鏈路，該方式需要分別針對各配線光鏈路進行測試。

· 波長標記方式，除了采用1 580～1 680 nm的OTDR和TF之外，在每個TF之前增加了波長標記過濾器用于過濾1 580～1 680 nm范圍內的每個工作波長。正是因為有了波長標記過濾器，使得該方式可以同時對每個ONU終端的配線光鏈路進行測試。

我們通過以上有效而精確的故障定位手段，可以在局端更有效率地檢查PON網絡的光鏈路質量；通過定期測試或連續測試PON網絡光鏈路，可以及時地發現故障的發生；利用測試獲得的各種故障信息，可以更快地進行光纖網絡的修復；此外還可以利用存儲的PON網路光鏈路的測試數據，實現有效的綜合管理。

（3）反向查詢

能夠根據網元設備的名稱、別名、MAC地址、IP地址等惟一標識，在PON 網管上進行模糊或精確反向查詢PON網絡中的網元設備，而且在配置這些參數時，能提示并定位出相同參數配置的網元設備的拓撲位置。在拓撲圖上，ONU和OLT有互為定位關系，即ONU能對應定位到所在OLT的PON口，OLT也能顯示相關PON口下的所有ONU。

3 結束語

隨著電信運營商“光進銅退”政策的進一步深入實施，寬帶接入網將大規模采用基于PON技術的FTTx模式進行建設和改造。在此進程中，運營商勢必會遇到很多困難，包括業務開通流程的制訂、ONU終端的遠程管理、PON網絡的安全和保護以及PON網絡故障診斷等方面。特別是當發展到FTTH的階段時，需要管理和維護數量龐大的用戶終端以及結構復雜的PON ODN網絡，運營商必須要做到快速的業務開通、有效的遠程管理、可靠的網絡保障以及精確的故障診斷，這樣才能運行、管理和維護好這張基于PON技術的光接入網。