专业研究-GPON系统组播业务标准化模型的设计与实现

智能家居通用架构摘要：文章首先从市场需要入手，结合产业标准对系统组播业务功能进行需求分析，给出GPON组播业务的指标要求。然后对组播业务软件结构进行了模块化分析，并描述了GPON组播业务标准化模型的实现过程。最后对组播业务标准模型进行实验研究测试，并参照G.984.4协议对其ME配置关系进行了对比验证，并对实验结果进行分析。关键词：GPON；OMCI；组播业务；ME；AnalyzeandRealizationoftheGPONmulticastservicestandardizedmoduleFangYu-Xiao，WangJian-Li（SKLofOCTN,FiberHomeTelecommunicationTechnologiesCo.Ltd.,Wuhan430074,China）Abstract:ThekeypointofthisthesisisdesignedastandardizedGPON-basedmulticastservicemodelthroughOMCI.First,thisthesisanalyzedthemarketneedsandthesystemservice’sfunctionsneeds.ThengiventhetargetofGPONmulticastservicerequirements,andanalysisitsstandardmodeloftheimplementationprocess.Finally,accordingtotheG.984.4standardmodelgivenanexperimentonthemulticastservicemodel,testtheMEconfigurationofit,andtheexperimentalresultsalsobeanalyzed.Keywords:GPON;OMCI;Multicastservice;ME;GPON是基于ITU-TG.984.x标准的新一代宽带无源光综合接入网标准[1]。GPON接入网技术同时包含语音、数据与视频三大类应用，且相互的接入带宽和接入方式各不相同，能很好的适应当今信息技术高度发展的需求，其高效率、高速率、高带宽利用率等优点，能为用户提供更充足的带宽享受和更多种类的宽带应用，其点到多点的无源节点光纤接入技术，亦能为开发商提供便利。国内的通信企业，GPONFTTH的技术研究，并已取得了重大突破，但从全球范围来看，GPON技术在中国起步较晚，特别是ONT管理和控制接口（OMCI：ONTmanagementandcontrolinterface）的运用，因ITU-T相关标准ITU-T-G.984.4正式版，晚至08年2月才出台终极版，以至国内各大厂商对于此模块的标准化运用尚处于起步阶段。本文讨论的正是如何通过OMCI模块设计并实现GPON系统组播业务的标准化模型。1现状及需求目前国内各厂商产品中，各业务多使用私有化定义和私有化配置，使各家产品的稳定性、功能性、安全性参差不齐，兼容性较差。运营商要想大幅度削减设备采购成本，就必须实现设备及模块的互通，即严格遵守国际标准的设计方案。因此，全业务接入网论坛（FSAN）力推通用性并将其作为开启新运营商和创新运营商之门以推动成本降低的措施。针对国内GPON系统早期开发过程中私有化成分过多、代码凌乱、设备通用性差、部分业务因通过私有通道而需额外配置业务单盘使设备造价较高等问题，本文提出GPON标准化业务模型的解决方案。而GPON光接入网络中的三类应用中，数据业务应用是所有业务的基础，故本文重点分析数据业务中组播业务的标准化模型的实现过程。2标准化业务模型的主要技术（1）OMCIOMCI是GPON系统实现ONT侧ONT管理控制接口OMCI功能而设计的模块[2]。其正是为了实现不同OLT和ONT之间的多厂商互通而提出的规定。OLT通过OMCI来控制ONT，OMCI协议在OLT控制器和ONT控制器之间的GEM连接上运行。连接在ONT初始化时建立，等同于为系统提供了一种对高层管理的安全及维护和管理（OAM）服务。一个OLT控制器通过在不同的控制信道上使用多个协议实例来控制多个ONT，OMCI信息可以在异步传输模式ATM信元中或GPON封装的GEM帧中进行传输，具体方式传输取决于ONT提供的接口类型，该模块的实现可完全自主进行开发。（2）管理信息库（MIB）MIB是OMCI模块中一个最为重要的概念，它指明了网络元素所维持的变量（即能够被管理进程查询和设置的信息），并给出了一个网络中所有可能的被管理对象的集合的数据结构。它是网络管理数据的标准，在这个标准里规定了网络代理设备必须保存的数据项目，数据类型，以及允许在每个数据项目中的操作。通过对这些数据项目的存取访问，就可以得到该网关的所有统计内容。再通过对多个网关统计内容的综合分析即可实现基本的网络管理。（3）ME（ManagedEntity）&INSTANCE实体与实例与协议无关的MIB以受管实体（ME）的形式来定义，受管实体是ONT中资源和业务的抽象表述。ME的组成包括MEID和属性两部分。其访问权限支持R、W和SBC三种，支持的消息类型包括set、get、create和alarm四种，互通支持包括R（必须）、CR（有条件必须）、O（可选）三种模式。ME的创建方式包括ONU自动创建ME和OLT创建ME两种方式。每一个ME都必须生成INSTANCE才有具体的现实意义，ME和INSTANCE的关系类似于类与对象的关系。ME来定义一类实体的属性和操作，而INSTANCE则根据这种定义生成具体的这种类型的实体。ME之间的关联分为隐式与显式两种。隐式关联的特点是有着相同的实例ID，而显式关联是指针属性方式。两者关系如图1所示。ManagedEntityAManagedEntityAManagedEntityBManagedEntityB10...XManagedEntityAManagedEntityAManagedEntityBManagedEntityB11实实A实实实实实实ID实实实实实B实MEID实实实实实实实实实实实实实实实实实实实A实B实1实1实实实实实A实实实0…X实实实实实实实实B实实A实实实实实实实实实实实B图1隐式关联与显式关联3标准化业务模型设计思路及实现过程3.1设计思路描述参考G.984.4协议对系统业务的划分，最为常见的数据业务在Layer2功能范围，其两大最主要的功能分别为：MACBridging和“802.1pmapping”[2]。MACBridging功能本身有着多种特征，既能用来基于MAC地址的“交通之后”（即实质意义上的桥接功能），又能基于VLAN特征的交通指挥（使用其VLAN滤波特性）；802.1pmapping描述了从一个UNI侧实体到1-8个ANI侧Port-ID的通路控制。其中，Mapper的作用等同于MAC桥或VLAN滤波器，只在VLANtag的优先级比特中操作。据接入网技术要求规定，OLT侧可支持的多种形式二层业务模型包括：MACbridgedLAN，802.1pmapper，N:1bridging，1:Mmapping，1:Pfiltering，N:Mbridge-mapping等[3]。3.2协议ME配置方案GPON系统中可支持组播通道。当一个port-ID以组播连接方式分配到一个单UNI端口时，port-ID与多个ONT以组播方式连接时被组播UNI共享。组播连接设置过程与组播连接设置过程是一样的。OLT负责管理组播组的成员并控制ONT的组播连接任务。下行方向，组播通道对于节省带宽是非常有利的。但上行方向，不支持以一个共享的port-ID创建连接的组播通道（因为当收到来自不同ONU的相同Port-ID时，OLT不能正确的进行数据重组打包）。故上行通道与组播业务关联必须被发送到一个单独的组播通道使ONU侧与OLT侧连接，即组播业务下行数据流走组播GEMPort而上行协议流使用的是组播GEMPort。在大多数情况下，组播路径已经存在用户通信中，在构造组播模型的过程中一般会跟着建立组播业务通道[4]。端口ID在分配到一个单UNI的组播业务端口时，端口ID在组播连接中被多个ONT的多个UNI共享。802.1pMapperServiceProfilePriorityQueue(Downstream)PriorityQueueA2(Downstream)PPTPEthernetUNIUNI-GExtVLANtagoperconfig.dataMACBridgePortConfigDataGEMInterlockingTPGEMInterlockingCTPVLANTaggingFilterMACBridgePortConfigDataMACBridgeServiceProfileMACbridgeportfilterpressingtableMACbridgePortConfigDataVLANTaggingFilterMACBridgePortConfigDataMulticastGEMIWTPGEMNetworkCTPVLANTaggingFilterMACbridgeportfiltertabledataGEMInterlockingTPGEMInterlockingTP（1）（6）（5）（4）（3）（2）图2Layer2组播业务（单UNI）基本模型图2为ITU-T2009年10月给出的layer2组播业务单UNI的除ONT端ME的配置模型。上行组播业务在MACBridge端口上添加了与组播相关的配置信息，MACbridge按照VID进行数据流的转发，也可进行VLANTag处理，802.1pMapper按照P-bit进行数据流的转发，然后数据流被映射到一个GEMport中，再通过流量调度器（优先级队列），被送到相应的T-CONT中，最后在相应的时隙内，数据被发送给OLT；下行组播业务即ONU从OLT接收到下行组播流的过程，在MACBridge的端口上，除了添加了组播相关的配置信息，还同时增加了一个下行组播过滤表。如果对应的GEMPort在该ONU上配置过，则接受该数据，MACBridge按照VID进行数据流的转发，也可进行VLANTag的处理，然后数据流被送到UNI口的相应队列中，最后经过调度器发送出去。在OMCI模型里，附加广播GEMport由一个GEMnetworkCTPME和一个GEMinterworkingTPME来配置。GEMinterworkingTP通过一个MACBridgeConfigDataME与unicast模型连接。由于没有GEMport支持的上行流通道，所以对于在MACBridgePortConfigME和multicastGEMinterworkingTPME之间的映射是否依照802.1p协议并无要求。通过VLANtaggingfilterME，MACbridgeportconfigdataME连接到了每一个GEMport。此类ME用来规定下行流广播帧滤波条件，所以只有UNI侧产生的帧才能允许通过桥。由于没有MulticastGEMport支持的上行流通道，MAC地址滤波功能对于MACBridgePort和multicastMulticastGEMIWTP.之间的关联并无要求。4标准化模型实现过程4.1OMCI提供给CMD调用的接口定义创建组播业务函数omci_set_onu_fe_multicast（），参数包括linkid、onuid、dsportid和usportid。因组播业务大部分是进行的下行操作，用户的上行数据只实现了加入或离开组播组的作用，故组播业务创建函数仅使用PON口号，PON口下ONU号与上下行端口号作形参，而将组播绑定每个FE口的操作（下行操作）将在其他函数中进行，在随后组播的ME配置处理中给出具体实现过程。这样做的目的是，上下行业务均调用此函数来创建，节省上行流的函数开销。业务配置传入参数定义部分，定义如下结构体：type