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数据通信
移动WLAN网络中GPON保护方案
文章来源:本站原创  发布时间:2014-08-18  浏览次数:2771
作者:朱  琳
(中国铁通沈阳分公司 110014)
摘 要:在移动公司专项整治工作中,针对提出的对重要设备和热点进行保护的要求,我分两方面提出方案,并且对各种方案的优缺点作详细分析,比较后选择适合移动公司现状的优化方案。
关键词: GPON,ODN,双上联
1 引言
      随着PON在WLAN网络中的应用,如何在网络中保证企业客户或者移动用户的业务可靠性成为运营商普遍关注的问题。作为移动集团对AAA级重要业务的保护,需要保证GPON网络流畅稳定的运行,避免重要客户的流失。毫不奇怪的是,事故频发,顾客满意度、质量和名声都会下降。抛开接入设备硬件故障不说,单就传输链路中断故障来说,就占有极大比率,而且在通信行业的维护工作中非常常见,也正因为如此,每个运营商都有自己的光缆抢修队伍。而且光缆中断造成的损失巨大,向来有“光缆一断,损失百万”的说法。而且处理此类故障,需要消耗大量时间和人力、物力。所以,对接入设备与重要设备的上联链路保护有着毋庸置疑的必要。
2 移动GPON网络结构
2.1 GPON网ODN结构
      移动GPON网络保护即对GPON网络内GPON设备及ODN进行全程保护。ODN(Optical Distribution Network)即光纤配线网络,它是基于PON设备的光缆网络。ODN网络从OLT(Optical Line Terminal光线路终端)的PON口开始,到用户终端的光缆成端止。作用是为OLT和ONU(Optical Network Unit光网络单元) /ONT( Optical Network Terminal光网络终端)之间提供光传输通道。ODN从局端到用户端可以分为3个段:馈线光缆段、配线光缆段、入户光缆段。如图1所示。

图1 ODN结构
2.2移动 GPON网ODN结构
      下面,就移动 ODN结构分类说明。以下说明皆以华为公司产品为例:OLT型号为MA5680T,ONU型号为MA5626,ONT型号为HG8245。OLT,ONU,ONT照片如图2。

图2 OLT、ONU、ONT照片
      移动GPON网络,按照下带业务类型分为WLAN、驻地网(小区宽带)、专线3种。其中,WLAN业务占据非常大比重。驻地网业务按照入户结构又可以细分为FTTB、FTTH两种;专线业务的组网结构与驻地网(FTTB/FTTH)基本一致,在此我就不再重复列举。
      下面将移动的GPON网络WLAN、FTTB、FTTH的配线结构图列举如图3。

图3移动的GPON网络的配线结构
      由上面三组配线结构图可以看出,WLAN与驻地网FTTB的结构比较类似,而驻地网FTTH的结构为多样,但是细看可见,用户接入ONU的情况,基本都是一级分光,而用户接入ONT的情况,有一级分光和二级分光两种。二级分光中第一级分光比为1:4,二级分光比大部分为1:16。我们知道分光器的分光比越大可以分出的光路越多,就是说可以接入的用户数量越多。容易理解,人数较少的小区当然采用一级分光,而接入人数较多的小区就采用二级分光了。分光器(Passive Optical Splitter)照片如图4。

图4 宁波余大1:16分光器
      但是有个问题,同样的入光功率,分光比越大,光衰越大,输出光功率就越小,如果光功率过低就会造成用户无法上网。对于GPON设备都有一个光功率接收灵敏度,就是能够保证设备正常运行,光信号不中断的最小光功率,华为ONU一般为-25dBm左右。
      ONU多是放在楼层楼道内的电梯井、竖井里面,各个用户通过交换机等设备连接至ONU。不同于ONU,ONT大多是直接放在用户家中,用户可通过网线或WIFI连接 ONT上网。
      接下来,开始对PON网络现状进行分析,按照保护层段不同,分为两方面讨论,一个是S9312与OLT间的保护,另一个是OLT与ONU/ONT之间的保护,然后提出对应的方案并选择最佳实施。
3 OLT上联保护方案
3.1 OLT上联传输方式
      OLT上联为汇聚交换机(此交换机设备型号以下简称S9312)。接入设备与汇聚设备之间传输方式有裸纤、PTN/OTN。如图5。S9312与同局址的OLT都为裸光纤直连;S9312与下联OLT如果距离较远的,就只能通过远距传输(OTN/PTN)设备支持了。由于OTN/PTN本身就具有保护功能,所以我们这里关注S9312与OLT两套设备的互联端口的配置。

图5 9312与OLT之间的2种传输方式
      每个OLT都采用不同的上联板端口(例如:GIU 0/19/0和GIU 0/20/0),双上联接至同一个S9312的不同端口(例如GigabitEthernet1/0/8和GigabitEthernet2/0/8),之所以这样连接,将在后面解释说明。
3.2 OLT双上联保护方式
      移动公司现存的近百个OLT全都已经完成双上联,由于笔者的工作负责保证每个入网的OLT都有双上联,所以在开局时,我都会登录每台OLT设备查看上联端口配置。配置也不复杂,只需在OLT上建立链路聚合组,再与S9312做静态绑定即可。
      OLT的命令格式为:
      link-aggregation 0/19 0 ingress workmode lacp-static ;在OLT上做聚合组,设置其类型是LACP静态聚合,并加入上联端口G0/19/0
      link-aggregation add-member 0/19/0 0/20 0   ;在聚合组中加入另一个上联端口G0/20/0
      对应的,S9312的命令格式为:
      interface GigabitEthernet1/0/8
      description TO-[MA5680T]-GE0/19/0    ;描述S9312对应OLT的上联端口
      eth-trunk 2                          
      interface GigabitEthernet2/0/8
      description TO-[MA5680T]-GE0/20/0    ;描述S9312对应OLT的上联端口
      eth-trunk 2
      interface Eth-Trunk2
      description TO-[MA5680T]
      port link-type trunk
      … …
      mode lacp-static     ;做端口捆绑,采用LACP静态模式
      由上面的命令格式可见,两端设备都采用LACP(Link Aggregation Control Protocol)静态聚合组链路,两端设备都运行LACP协议,在OLT设备采用聚合组的报文分发模式为ingress。另外要讲一下,OLT和S9312的对应端口协商模式一定要手动设置成强制千兆(1000M)全双工(Full Duplex),否则当某一上联链路中(两条光纤一收一发),其中一条光纤断掉的话,设备不会将业务自动倒换到另一上联链路中,即会导致OLT下带一半用户业务受到影响。这是我们经过多次实验才得出结论。
      端口聚合是以太网桥接设备将多个以太网端口划分到一个端口聚合组中,实现端口聚合组中端口间的保护以及负荷分担的功能。当以太网端口聚合配置成功后,OLT的两条上联链路,流量亦负荷分担。

图6 OLT上联端口流量负载分担
      我利用华为U2000网管,在同一时间提取了某OLT两上联端口的流量曲线图(采集粒度5分钟)。如图6所示。由图可见,在同一时间,OLT的两上联端口任一时间点的流量基本相同,也即证明了流量亦负荷分担。
3.3理想的OLT双上联结构
      对于S9312设备,不支持跨设备做聚合(两个S9312上各取一个端口做聚合),这也就解释了前面提到的,为什么每个OLT都只能上双上联接至同一个S9312上,而不能接至不同的S9312上的原因。理想的OLT双上联结构如下图,目前还无法实现。

图7 理想OLT双上联结构图
      说到这里,大家会想到,就是如果S9312宕机了怎么办?就目前来说,恐怕这种情况就现网来说是一个隐患。好在已经直到城域网五期改造了也未有发生,况且这种情况的概率微乎其微。我们可以在城域网六期改造前考虑重新设计方案。
4 OLT与ONU间的保护
4.1 ONU双上联保护方案
      下面就移动网络中,“最后1公里”的保护方案进行说明。我设计了两套方案,具体如下。
      方案1:如下图所示。在OLT上选择两个PON口,分接两个1:N分光器。由于每个ONU都有两个上联GPON光口,就可以将这两个光口接在不同的分光器上,这样就实现了ONU双上联保护。当有一条链路或分光器故障时,完全可以用另一条链路或分光器代替。

图8 ONU双上联保护方案1
      ONU的两个上联端口配置相同数据,OLT的两个下联PON口配置也相同,但是平时保持业务关闭状态,当需要保护时,相应开启个别或全部service业务流。
      方案2: 如下图所示。对OLT与分光器之间进行保护,在两者之间增设一条链路,连接在OLT上另选一个PON口上,同时将分光器换成2:N分光器。分光器与ONU之间链路不变。

图9 ONU双上联保护方案2
4.2两种方案的优劣
      下面就两个方案进行分析比较。如表1。
      首先看方案1,此种方案提供用户更高的设备可靠性,由于线路的OLT?PON口,ONU?PON口、主干光纤、光分路器和配线光纤都提供了冗余保护,当某一部件发生故障,都可以自动切换到另外一路光纤,实现自动和手工保护倒换。但同时配置数据和网络都变得繁杂。此方案实现难度较大,成本较高。并且我与华为工程师探讨,此方案无实例,仅在实验室中测试通过。 
      方案2与方案1比起来结构要简单得多了,但是显而易见,此种保护方式仅限于干线光路出现故障时,对分支光路无保护。而且替换分光器的工作,势必要影响业务,操作有风险。再者就是冷备用(Standby)的线路平时无流量,通过保护组将端口绑定一块,只在主用光路断时自动切换。备用的PON口始终处于空闲状态,系统带宽利用率低。
表1两种方案的比较

5 现网改造实施存在的问题
      OLT双上联在OLT开局之初,即未下带业务时完成。目前移动全网ONU皆为单上联,而实施ONU上联改造,要结合移动GPON网现状考虑,我建议选择“方案2”。但是同时我不建议全网改造。现网中,GPON方式接入超过80个AP的WLAN热点近百个,分光比大部分为1:32。对ONU进行双上联保护需要新购大量的2:N分光器及GPBC/GPBD板,OLT PON口使用资源不足。部分热点ONU寻找备份路由难度较大,管道资源、光缆都需要重新建设。备份的路由的所有设备平时均为闲置状态,浪费资源。即使只对重要热点进行备份,也需要大量的资金和工程量。
      以上讨论全是以华为公司设备为例,目前现网中已经使用的中兴公司设备情况又有所不同,因为中兴个别型号的ONU只有一个上联端口。在设计方案时要重新考虑。 
6结束语
      凡事不能一概而论,现网优化改造也是一样。需要考虑的因素很多,需要配合的部门也很多,操作流程也较繁杂。目前沈阳移动已经把WLAN网络优化工作纳入日常维护工作当中,通过全面、系统的网络评估,发现网络存在的主要问题,针对这些问题,应用综合优化方法并根据不同场景与需求差异的区域,排查潜在影响网络质量的问题,完成网络覆盖优化、接入性能优化、数据性能优化、安全性能优化、资源利用率优化,在短时间内快速、全面提升网络质量和用户感知,增加了用户粘性捆绑,为市场发展提供必要保证,为工程建设提供网络规划依据,提升中国移动网络竞争力品牌。

参考文献:
1.Craig Hunt, 《TCP/IP网络管理》, 中国电力出版社,200年1月,ISBN:7-5083-0195-1。
2.Cisco Systems公司,《思科网络技术学院教程(第一、二学期)(第二版)》,人民邮电出版社,2002年6月,ISBN:7-115-10077-2/TP·2761 。

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