流氓ONU产生原因及解决方案

［闫飞 刘萱 毛宇 黄涌梅］

流氓ONU产生原因及解决方案

［闫飞 刘萱 毛宇 黄涌梅］

PON是光接入网的主流技术，流氓ONU是PON网络运营维护中的故障难点。文章提出了一种流氓ONU预防、监测和隔离的系统解决方案，可以保证PON网络业务稳定、安全、高效地运行。

吉比特无源光网络 光线路终端 光网络单元 光功率监测

闫飞

毕业于基辅国立航空大学计算机专业，在北京邮电大学电子工程学院获工程硕士学位，在中国电信集团长期从事传输、接入网的技术研究与网络规划工作。

刘萱

毕业于华中理工大学获学士学位，在中国电信广东分公司从事接入网规划和建设工作。

毛宇

毕业于南京邮电学院获硕士学位，在中国电信广州研究院从事宽带接入技术研究和规划工作。

黄涌梅

毕业于重庆邮电学院，在中国电信广州研究院从事宽带接入技术研究和规划工作。

2013年8月17日，中国国务院下发了《国务院关于印发“宽带中国”战略及实施方案的通知》（国发〔2013〕31号）将“宽带战略”上升为国家战略。

按照“宽带中国”战略的要求，工信部领导电信、移动和联通等大型通信运营商开展了“宽带中国专项行动”，加大了铜缆接入网改造为光接入网的进度。根据工信部发布的《通信业经济运行情况》，到2015年9月底，中国光纤接入（FTTH/0）用户突破1亿户大关；到2016年1月，中国光纤接入FTTH/O用户总数已达到1.2亿户，占宽带用户总数的比重达到58%。

光接入网以PON技术为主，具有全程无源、带宽高、抗干扰性强等特点。随着光接入网的规模和光用户的增长，基于PON技术的光纤到户网络已经成为运营商占比最大的接入网模式，光接入网的故障处理也成为运营商需要面对的重要课题，其中流氓ONU又是光接入网故障处理的难题之一。本文提出了一整套预防、检测流氓ONU的解决方案。

1 PON网络结构和技术原理

PON网络由局端设备（OLT）、光分配网（ODN）和光网络终端（ONU）三部分组成。OLT的PON端口连接一根光纤至分光器（OBD）合路侧端口，在从OBD的多个支路侧端口使用一根光纤连接至ONU。为了能够在一根光纤上承载多个用户的业务，PON系统采用了波分复用和时分复用技术。

在下行方向（OLT向ONU发送数据），PON系统采用1490nm的波长，通过广播方式将所有数据发送给每个ONU，各ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他用户的数据；在上行方向（ONU向OLT发送数据），PON系统采用1310nm波长（与下行方向波长不同），通过时分复用方式在一根光纤中传送多个ONU的上行业务。各ONU上行数据分时发送，每个ONU的发送时间与长度由OLT集中控制。

图1 PON技术原理

ITU-T和IEEE在GPON、EPON的技术标准中制定了点到多点协议，采用了测距、时间窗口授权、光发射器突发发射和关断等机制，防止多个ONU在发送数据出现冲突。OLT为每个ONU分配了可以发送上行数据的时间段，只有在该时间段内，指定的ONU才可以发送数据。

2 流氓ONU类型及影响

由于PON系统在上行方向采用时分复用技术，所有ONU必须在OLT指定的时隙内发光才能使PON系统正常工作；不在OLT指定的时间段内发光的ONU，如长发光、乱发光的ONU将造成上行信号冲突，这类ONU统称为流氓ONU。

根据流氓ONU的发光现象，又可以分为以下几类：

（1）长发光ONU

上电后在任意时刻一直保持发送光信号的ONU。当系统中存在长发光ONU时，故障现象为一个PON端口下仅有少量ONU可以正常注册，或者多个ONU反复注册。

图2 长发光流氓ONU对正常ONU的影响

（2）不在规定时间段发光的ONU

这种流氓ONU发送上行数据仍然受OLT控制，但其发光时间与OLT指定的时间不一致。这种流氓ONU对系统的影响相对较小，不定时的影响同一个PON口下的其他ONU，导致其他用户网速下降；流氓ONU自身的网速一直受影响。

图3 不在规定时间段发光的光流氓ONU对正常ONU的影响

（3）占用其他ONU的ONU ID/LLID的流氓ONU

这种流氓ONU发送上行数据仍然受OLT控制，也与OLT指定的时间一致，但是会与同一个PON口下的其他ONU在同一个时间段内发光。这种流氓ONU产生原因是（以EPON系统为例）：OLT为每个ONU分配唯一的LLID。OLT通过GATE帧向每个LLID分配不同的上行时隙进行调度，避免冲突；OLT监测ONU状态，当OLT判断某个ONU不在线时，回收LLID并分配给新上线ONU。在某些情况下原来的ONU a并不认为自己已经下线，而OLT又把该LLID分配给了新上线的ONU b，在OLT向ONU b分配上行时隙时，ONU a会使用同样的时隙发送上行数据，a和b两个ONU的上行业务冲突，导致ONU b无法正常发送上行业务。

图4 ID冲突的流氓ONU对正常ONU的影响

这种流氓ONU只影响一个特定的正常ONU，导致一个用户网速异常。

3 流氓ONU的解决方案

解决流氓ONU的思路主要有两种：

3.1 通过对优化ONU ID/LLID的分配机制来防止流氓ONU的产生

这种优化机制主要针对第3类强占ONU ID/LLID的流氓ONU，防止系统中的ONU ID/LLID，其解决思路是将PON系统在分配ONU ID/LLID时，通过算法将ONU的ONU ID/LLID散列到ONU ID/LLID允许的范围内，具体如下（以EPON系统为例）：

（1）正常的EPON系统注册过程：①OLT广播GATE帧通知未注册ONU开窗时间；②未注册ONU发送REGISTER_REQ帧，其中包含ONU的MAC地址；③OLT给ONU分配LLID，并通过REGISTER帧通知该ONU，ONU确认完成注册。

（2）一般来说，OLT会顺序分配LLID，从OLT的空闲LLID中选择最小的数值分配给新上线的ONU。如果这个LLID被类型3的流氓ONU使用，就会出现LLID冲突的情况。

（3）解决这种流氓ONU的思路是OLT不再顺序分配LLID。比如：当未注册ONU发送的REGISTER_ REQ帧后，OLT获取到ONU的MAC地址；OLT通过哈希算法计算出ONU的LLID值（比如采用除数取余法，LLID=ONU_MAC_Address MOD P（其中p=65536），如果计算出的LLID未被使用，则分配给该ONU；如果计算出的LLID已被使用，则二次探测法LLID LLID=ONU_ MAC_Address MOD P+1，重新计算一个LLID）。这样可以避免数值小的LLID反复使用，将LLID值较随机的分布在0～65535这一区间内，防止因ONU故障导致的LLID重复导致的上行数据冲突问题。

或者OLT建立一个ONU MAC地址、LLID、老化时间的地址表，当某个ONU下线时，OLT并不马上回收对应的LLID，而是经过一个老化周期后再回收进行重新分配。

表1 MAC地址与LLID对应关系及老化时间

3.2 加强对流氓ONU的检测，进行定位和隔离

通过网管对ONU光功率和误码进行监测，来检测系统中是否存在流氓ONU，并进行定位和隔离。具体方案如下（以EPON系统为例）：

（1）在网管上建立ONU ID/LLID、OLT接收ONU的光功率、ONU上行帧的误码周期监测任务，并维护一张对应关系表（此表格应保存较长时间内曾经注册过的ONU），判断是否有流氓ONU产生。

表2 MAC地址与LLID对应关系及误码表

多次比较连续两个周期的数据，每次比较的结果均出现以下现象时可以判断ONU对应的PON端口下可能存在流氓ONU：

① 如LLID、MAC地址无变化，某个或多个ONU的平均收光功率较上一周期有所提升，且BIP编码错误值同步提升。

② 同一个PON口下多个ONU下线，未下线的ONU BIP编码错误数量有所上升

（2）判断流氓ONU类型进行定位

当系统比较两个周期的数据，出现只有一个ONU的光功率增加且BIP编码错误帧数上升时，可以判断此时有强占LLID的流氓ONU存在。系统根据表格可以定位到被强占LLID的ONU，强制正常ONU下线，不回收这个LLID正常ONU再次上线时，OLT不会再将这个LLID分配给正常ONU；同时，OLT将该LLID的上下行带宽均设定为最小值（64kbps），以此强制用户手动重启ONU。

当网管系统判定某个PON口下存在流氓ONU时，可以通过以下步骤判定流氓ONU的类型：

① OLT发送PAUSE帧给所有ONU，仅保持ONU处于激活状态但不发送任何数据。OLT在此时间段内采集PON端口收到的发光功率，如果光功率不为0，则可以判断此PON口下有长发光且不受OLT控制的流氓ONU存在。此类流氓ONU无法通过系统判断来定位，应向外线工作人员派工单，通过逐个拔纤的方式来定位并隔离流氓ONU；如果在步骤①中PON口收到的光功率为0，进入步骤②。

② OLT逐一关闭列表内各ONU的光模块，使其进入07状态（紧急停止状态）一段时间，如果此时故障仍然存在，则判断该ONU不是流氓ONU，等待其回到02状态（待机状态）并关闭下一个ONU的光模块；如果关闭了某个ONU的光模块后，PON系统工作正常，其他ONU可以正常注册并应答OLT的消息，则可判定被关闭光模块的ONU为流氓ONU。此时，应在网管上将次ONU的LOID设置为非法，阻止其正常注册，并由外线人员为用户更换新的ONU。

4 结束语

本文提出了一种预防、检测和定位流氓ONU的系统解决方案，通过对PON系统ONU ID/LLID分配机制的优化来防止强占ONU ID/LLID流氓ONU的产生；利用网管的光功率和误码监测判断流氓ONU的存在，并通过PON管理消息对流氓ONU进行定位和隔离。本文提出的解决方案可以应用于PON网络的建设和维护，从而保证PON系统承载的业务高效稳定。

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.11.013

（2016-08-18）