EPON实现PTN末端接入的可行性分析

颜永明

（中国电信股份有限公司上海分公司 上海200030）

1 引言

当前中国电信股份有限公司上海分公司（以下简称上海电信）PTN（packet transport network）的末端接入基本采用直连光纤，随着用户数量的增加，光纤资源日趋紧张，而大规模铺设新光缆也存在众多困难，为用户新建直连光缆的工程费用高昂、耗时长，无法满足业务快速开通的要求。上海电信积极推进的 “城市光网”建设已大规模部署了EPON设备，在提升Internet接入带宽的同时，利用EPON技术优点节省了大量局端到用户端的光纤资源。单从全程光纤特点和在上海地区的覆盖范围来看，EPON有希望成为PTN末端接入的解决方案，但是上海电信EPON同时承载了IPTV、VoIP、Internet等多业务的接入，其自身技术特点和其已有业务的配置规范能否适用于PTN末端接入的各种应用场景，本文将进行深入分析并对当前条件下部署的可行性提出自己的观点。

2 PTN及EPON技术简述

PTN基于T-MPLS/MPLS-TP技术，具有高带宽、面向连接、H-QoS（hierarchical QoS，层次化 QoS）、时间/时钟同步等优点，可满足数据专线用户对于灵活带宽、顺序数据分组、低时延、低抖动、低冗余性的需求。PTN应用性价比高的以太接口和统计复用技术，大大降低了设备成本，节省了运营商的投资。单从数据平面来看，PTN属于标签封装二层承载技术，利用PWE 3封装在分组交换网络中，尽可能真实地模仿了ATM、帧中继、以太网、TDM、SDH等业务的基本行为，但与传统二层MPLS VPN不同，其拥有丰富的OAM特性，可确保网内出现故障时的50 ms快速倒换。PTN结合了IP网和SDH传送网各自的优点，非常适于承载电信级数据专线业务。上海电信PTN定位于现有基础数据网络的演进方向，规划用于承载已有基础数据网专线的大规模迁移，主要用于替代设备老化、技术停滞、备件停产的DDN。上海电信的PTN为用户提供百兆和吉比特级以太光接口，目前发展的所有用户都通过直连光纤接入PTN局端节点，与传统的DDN铜线接入相比，光纤价格相对低廉，可提供高带宽，且接入距离长，抗干扰能力强，有能力为用户提供更加高效和稳定的通信服务。

EPON由OLT（光纤线路终端）、ODN（光分配网络）和ONU（光网络单元）3部分构成树型拓扑结构。OLT置于局端，负责分配和管控信道的连接并具有实时OAM功能，ONU则位于用户侧，两者通过无源的 ODN按照1∶16、1∶32、1∶64等方式相连。EPON使用了单纤双向波分复用技术，规定传送话音和数据业务的上行波长为1 310 nm，下行波长为1 490 nm，而1 550 nm波长则用于传送CATV信号。OLT到多个ONU的下行通过加密广播方式传送数据，上行则采用TDMA方式共享带宽。EPON的传输距离可达20 km，可以替代传统直连光纤的点到点布局，能够大大节省光纤资源和管理成本。

综上所述，PTN和EPON都具有光网络的特性，PTN属于新一代数据专线承载网，EPON则定位于光纤末端接入网。单从物理组网形态来看，使用EPON替代直连光纤实现PTN的末端接入，可以大大节省直连光纤资源。

3 EPON作为PTN末端接入的可行性分析

通过分析数据帧的转发过程，发现PTN和EPON都会对用户帧的VLAN Tag进行处理，但识别CVLAN、增/删SVLAN的处理过程却有着各自的规则。要实现它们之间的互通，关键点在于对VLAN的处理行为是否兼容，能否最终实现用户各类帧的端到端透传。

华为PTN设备的UNI二层接口属性可设成Tag Aware、Access、Hybrid 3种模式之一。各模式的区别在入口方向上：Tag Aware模式对带有VLAN的帧进行透传，若帧不带VLAN则丢弃；Access模式将默认VLAN（默认VLAN值可以修改）加入不带VLAN的帧中，若帧本身带有VLAN则丢弃；Hybrid模式将默认VLAN加入不带VLAN的帧中，若帧带有VLAN则透传该帧。

在出口方向上，Tag Aware模式透传帧；Access模式下，若帧携带的外层VLAN值等于出端口的缺省VLAN值，则剥除该VLAN后转发帧，若不相等则丢弃；Hybrid模式下，若帧携带的外层VLAN值等于出端口的缺省VLAN值，则剥除该VLAN后转发帧，若不相等则透传。此外，对于QinQ数据帧，当前版本的华为PTN设备在处理上有一些限制：UNI只能对最外层VLAN进行查看、剥除、修改，无法对内层VLAN进行查看和操作；另外，PTN节点对VLAN的识别和操作不具全局意义，只具有单接口本地意义，单个接口上承载的不同逻辑线路不能使用重复的最外层VLAN值。

PTN PE节点的UNI收到数据帧且完成VLAN操作后，对帧进行PW 封装，若配置选用“以太Tag模式”则添加一层VLAN后再封装，若选用默认的“以太模式”则直接封装，封装时可根据最外层VLAN值将某个或多个特定的VLAN值帧封装进一条PW，也可将收到的所有帧封装进同一条PW，而不对VLAN值进行区分。华为PTN设备还支持PW （即线路两端使用不同的VLAN值），这是通过VLAN改写功能实现的。但在这里需要指出的是，上海电信当前使用的华为网管系统的版本号为 V100R002C01SPC001，要实现PTN节点对外层VLAN的增/删等操作，只能在“单站”视角下完成配置，即需对线路上的每个节点进行逐台配置，而不能在网管的“全局”视角下实现。

从EPON的现网情况来看，上海电信已制定的《基于EPON的城市光网资源及业务配置规范》中规定，除多播和网管等特定业务采用单层CVLAN封装外，其他业务均应采用SVLAN+CVLAN的两层VLAN Tag封装，封装后发往汇聚交换机，以区分不同的业务和用户，对于SVLAN的所有操作原则上由OLT完成。若要使用EPON作为PTN末端接入，也需遵循此规范中制定的原则，同时对照该规范要求，PTN接入属于C+类业务类型，因而使用EPON接入的PTN UNI收到的帧必然会携带SVLAN。另一方面，采用EPON作为PTN末端接入的传送网络仍应该为用户提供端到端的透明通道，即不能改变用户帧内的CVLAN。以上限制条件在实际组网配置中都应加以考虑。

PTN作为二层透传网络，其用户组网方式大致可分为点对点和点对多点两种形式。因局端光纤资源情况复杂，末端接入是否具备EPON资源存在不确定性，因而可能存在3种物理连接方式：PTN两末端都使用直连光纤；PTN两末端都使用EPON接入；一端使用EPON，另一端使用直连光纤。对上述情况进行排列组合，可形成6种应用场景，本文不讨论已在网内成熟应用的两端都使用直连光纤的场景，就其余5种有EPON参加的场景做逐一分析。

3.1 场景1：点对点（两端EPON接入）

场景1为点对点PTN用户线路，用户两端都使用EPON作为PTN末端接入，适用于两末端都有EPON接入资源的点对点用户线路。用户发出的数据帧可能带有单层单CVLAN值、单层多CVLAN值、双层QinQ CVLAN，也可能不带CVLAN。不同用户的CVLAN存在重复的可能性。用户1携带的单层CVLAN值为100；用户2发送的数据帧不带CVLAN；用户3发送的数据帧携带单层CVLAN且所取多值范围为100～200；用户4数据帧带有两层CVLAN，内层CVLAN所取多值范围为100～200，外层CVLAN值为30。

帧的端到端传递和处理过程如图1所示。ONU透传收到用户帧，OLT区分ONU并对同一ONU透传上来的帧添加相同的SVLAN。汇聚交换机透传后，交由PTN入口PE节点处理。在此场景下，需将PTN两端UNI属性都设为Tag Aware，此时PTN入口PE节点将根据SVLAN区分用户线路，用不同PW封装后在PTN网内传送，PTN出口PE则根据PW节点区分不同线路并对SVLAN进行改写，以确保单个出接口内不同线路的SVLAN不重复，改写后交由EPON剥除外层SVLAN，还原成用户数据帧交给用户设备处理。因为本场景中两端都使用EPON接入，所以在双向上对帧的处理方式相同。

从上述分析可知，EPON作为PTN的末端接入能实现业务的连通。

3.2 场景2：点对点（一端EPON，另一端直连光纤接入）

场景2为点对点PTN用户线路，用户一端使用EPON，另一端使用直连光纤作为PTN末端接入，适用于两端无法同时具备EPON资源的情况。用户发送的数据帧种类与场景1相同，相关描述可参考场景1。

帧的端到端传递和处理过程如图2所示。对于承载带CVLAN的用户帧的线路，在EPON接入到直连光纤接入的方向上，ONU透传帧，OLT区分不同ONU并据此对帧添加不同的SVLAN。汇聚交换机则透传数据帧并交由PTN入口PE节点处理。此处PTN PE的UNI应设为Tag Aware模式，直接根据SVLAN区分不同线路并将帧封装进PW，在PTN网内进行传送，PTN出口PE节点的UNI则设为Hybrid模式，以根据PW区分线路并在出口对SVLAN进行剥除，还原成原始用户数据帧后交由用户设备。对于反向流量，到达右侧PTN入口PE节点后，已设为Hybrid模式的UNI将对带VLAN的帧进行透传，此时需在该PE节点上将PW默认的“以太模式”改成“以太Tag模式”，以确保在对PW封装前先对帧添加SVLAN，接着送到PTN网内进行传送，到达左侧出口PE的UNI时去掉PW封装，同时因该接口已使用了Tag Aware模式会保留帧的SVLAN，对SVLAN值进行改写以确保该接口上不同线路的SVLAN不重复，再发往EPON，由EPON剥除SVLAN还原用户数据帧，最终传递给用户。

而对承载不带CVLAN帧的线路，则在配置PW时应保持直连光纤端PTN PE设备上默认的“以太模式”配置，以确保反向无VLAN Tag流量，只在Hybrid模式接口添加一层SVLAN后实现互通，其余配置则与“带CVLAN的用户帧的线路”相同。

通过上述分析可知，对于携带和不携带CVLAN的用户帧，场景2的线路配置方法存在差异，因而在配置前必须事先了解用户CVLAN的使用情况，EPON作为PTN的末端接入能实现业务的连通。

3.3 场景3：点对多点（用户各端都用EPON接入）

场景3为点对多点PTN用户线路，用户总头及各分点全部使用EPON作为PTN末端接入，针对“总头—分点”类用户，在大型政企、金融客户中较为常见。为了区分某个用户的多个分点，用户总头需根据发往不同分点的数据帧携带的不同CVLAN规则将帧发送给运营商，PTN则应根据最外层的特定VLAN封装到特定PW，从而发送给特定分点。

帧的端到端传递和处理过程如图3所示。用户发送的CVLAN一般为单层多值VLAN，其中会有部分帧因用户使用Native VLAN而不携带VLAN Tag，此时ONU透传数据帧，OLT可使用Selective VLAN特性针对不同ONU发来的不同CVLAN封装不同的SVLAN。例如，对ONU 1发来的CVLAN号为100的帧添加SVLAN 2001，对ONU 1发来的CVLAN号为200的帧添加SVLAN 2002，对ONU 2发来的CVLAN号为100的帧添加SVLAN 2003，依此类推。单个OLT上不允许复用SVLAN号，而各OLT之间则可复用。汇聚交换机透传数据帧后交由PTN入口PE处理。此时PTN两端UNI均应配置成Tag Aware模式。入口PE根据SVLAN区分不同用户到不同方向的线路，并将数据帧封装进相应PW在PTN网内进行传送，PTN出口PE则根据PW区分不同线路并对SVLAN进行改写，以确保单个UNI内不同线路的SVLAN不重复，改写后交由EPON确保OLT能区分数据分组发往哪个ONU，EPON负责剥除外层标签还原成用户数据帧交由用户处理。此场景下双向流量的处理方式相同。

场景3较为理想化，即上海电信需为用户的总头及所有各分点都提供EPON接入，但受限于EPON的布点资源，很难实现。在此场景下，EPON能作为PTN末端接入实现线路的连通。

3.4 场景4：点对多点（用户总头用EPON，而分点用直连光纤接入）

场景4为点对多点PTN线路，总头使用EPON作为PTN末端接入，部分分点使用EPON接入，部分则使用直连光纤接入，可根据各分点是否拥有EPON资源进行组网，主要针对“总头—分点”类用户，其物理连接拓扑比较符合实际情况。

此场景下使用EPON接入的部分分点，其流量双向转发过程和场景3相同，在此不再赘述。用户发送帧的CVLAN情况与场景3相同，帧的端到端传递和处理过程如图4所示。对于总头到分点的流量，ONU透传数据帧，OLT使用Selective VLAN模式针对不同ONU发送来的不同CVLAN封装不同的SVLAN。PTN入口PE的UNI采用Tag Aware模式，根据SVLAN区分不同用户到不同方向的线路，并将帧封装进PW后在PTN网内进行传送；PTN出口PE的UNI配置成Hybrid模式，以根据PW区分不同线路并在UNI对SVLAN进行剥除处理，还原成用户原始数据帧并交由用户设备处理。而对分点到总头的反向流量，用户流量到达右侧PTN入口PE的UNI后，其Hybrid属性会对带CVLAN的帧透传，对无CVLAN的帧添加指定SVLAN，此时需对承载“带CVLAN帧”的线路设置PW“以太Tag模式”以实现追加SVLAN后进行PW封装，而对承载“不带CVLAN帧”的线路则采用默认配置的PW“以太模式”来确保只有单层VLAN并封装入PW。在PTN网内传送后，出口PE对SVLAN进行改写，以确保单个PTN出接口上不同线路的SVLAN不重复，然后交由EPON剥除SVLAN还原用户数据帧后传递给用户。

根据目前EPON和PTN的布点情况，预计点到多点用户会较多地应用到场景4中，在此场景下，EPON能作为接入手段实现与PTN的互连。

3.5 场景5：点到多点（总头直连光纤而分点EPON接入）

场景5为Hub-Spoke结构的PTN线路，总头端使用直连光纤作为PTN末端接入，部分分点使用EPON，部分使用直连光纤作为PTN末端接入，针对“总头—分点”类用户。对于总头和部分分点使用直连光纤接入的情况，因现网中已有大量应用且无特殊设置，本文不再加以分析。

总头使用直连光纤，分点末端使用EPON接入，其用户发送帧的CVLAN情况与场景3相同。帧的端到端传递和处理过程如图5所示。对于总头到分点的流量，PTN入口PE的UNI应配置为Hybrid模式，对带有CVLAN的帧透传，对不带CVLAN的帧添加指定CVLAN，此时需将该PE的PW默认的“以太模式”配置改成“以太Tag模式”，对帧添加外层SVLAN，而出口PE接口配置Tag Aware属性并对SVLAN进行改写，以确保PTN出口上不同线路的SVLAN不重复，EPON负责剥除SVLAN标签将数据帧交由用户设备处理。但此时会出现一个问题，若EPON按先前的规则配置，总头发出的不带CVLAN Tag的帧在用户分头接收时却携带了由网络添加的CVLAN Tag，违背了透传原则，会导致用户无法接收，要解决此问题需明确要求用户发出的帧必须携带CVLAN或者通过在EPON的ONU

上设置剥离CVLAN来实现透传。

对于反向携带CVLAN的用户流量，OLT使用Selective VLAN模式针对下挂的不同ONU发送来的不同CVLAN封装不同的SVLAN，PTN的PE进行PW封装后在网内传递，到达出口PE后先改写SVLAN，确保PE单接口上不同线路的SVLAN不同，然后由出口的Hybrid模式负责剥离SVLAN还原成用户帧。而对于不带CVLAN的用户流量，则需要由入口ONU负责打上CVLAN Tag。

通过分析可知，在该场景下，需了解用户帧的CVLAN情况，并对不带CVLAN的用户帧进行特殊配置以实现连通。

4 结束语

通过上述对EPON和PTN互连的5种场景的分析，得出如下结论：PTN与EPON能否实现连通的关键在于对VLAN的处理。在PTN点对点线路情况下，EPON作为其末端接入能够满足各种场景需要；而在点对多点线路的情况下，能满足多数场景的要求，但对于总头是直连光纤而分点是EPON接入的场景则需特别注意，需强制要求用户流量必须携带CVLAN或对EPON的ONU进行CVLAN设置。

总体来说，要成功实现5种场景的应用，应根据用户发送的数据帧是否存在CVLAN的情况在PTN网内采用不同的配置，这就要求运营商必须对用户的流量有所了解。需要指出的是，华为技术有限公司提供的PTN网管现网版本尚不支持在“全局”视角下完成针对外层VLAN增/删等操作的配置，若采用EPON实现PTN末端接入并大规模部署，会因对PTN节点的“单站”逐台配置造成配置量大幅增加，并对今后运维不利。而针对不同场景，EPON的配置方法也有着很大差别，会增加设备配置的复杂程度。EPON作为多种业务共享的接入平台，最终是否适合作为PTN的末端接入，除了连通性外，还需综合考虑QoS等级、安全性、开通流程和维护界面等因素。

综上所述，笔者认为EPON作为PTN末端接入虽能解决光纤资源不足的问题，但时机还不成熟，尚不具备大规模部署的条件。目前华为技术有限公司已接受上海电信提出的建议，正着手开发PTN网管系统新版本，以实现在“全局”视角下对外层VLAN进行增/删等操作的配置，预计2012年底前可实现部署，届时PTN末端采用EPON接入的方案将有可能大规模部署。

1 华为技术有限公司.PTN产品工程师培训教材，2010

2 中国电信股份有限公司上海分公司.基于EPON的城市光网资源及业务配置规范，2010

3 唐建军.EPON技术及组网应用研究.中兴通讯技术，2008(11)