EPON ONU注冊認證與點燈探析

余辰東，于金輝

（中興通訊股份有限公司上海研發中心，上海 201203）

基于以太網的無源光網絡（EPON）作為目前寬帶接入的主要方式，作為用戶業務接入單元的ONU（光網絡單元）在局端設備OLT（光線路終端）控制下完成注冊認證；其后根據運維系統的指令實現相關業務的開通。由此可見PON ONU的注冊是EPON業務開通的基礎。

當ONU新接入EPON系統時，OLT通過靜默模式使所有已注冊認證的ONU不發送數據（并保持其光模塊關閉），通過多點控制協議（MPCP）啟動發現流程，有且僅有剛接入ONU可以響應。新ONU注冊認證包括MPCP發現，標準/擴展操作維護管理協議（OAM）交互。

1 MPCP注冊過程

多點控制協議（MPCP）定義了點到多點光網絡的媒體訪問控制（MAC）機制，并分為自動發現模式與普通工作模式，在自動發現模式中完成ONU的自動發現與注冊，ONU時鐘同步及動態測距；在普通工作模式中完成對ONU注冊狀態的監控以及ONU的動態帶寬分配。

MPCP協議定義了5種協議幀用于PON網絡的管理操作：授權幀（GATE）：在自動發現/普通工作模式中發送授權時隙給ONU，ONU根據所分配的時隙傳送數據；報告幀（REPORT）：ONU向OLT報告其狀態及請求；注冊請求幀（REGISTER_REQ）：ONU向OLT發送注冊請求；注冊幀（REGISTER）：用于OLT響應ONU的注冊請求幀；注冊應答幀（REGISTER_ACK）：ONU發給OLT指示整個注冊過程的結束。授權幀以及3種注冊幀用于ONU注冊的自動發現模式；而ONU正常工作于普通模式，只包括授權幀與報告幀的交互。

MPCP默認不允許ONU傳輸，即ONU在獲得OLT授權前，不能轉發任何數據（也不能開啟激光器）。MPCP通過自動發現模式檢測新連接的ONU。自動發現模式如圖1所示。

圖1 MPCP自動發現模式流程

首先，OLT啟動自動發現模式并分配發現窗口，以廣播方式發送發現GATE幀，通告發現時隙的起始時間及長度；其次，未初始化ONU響應發現GATE幀，完成與OLT的時鐘同步，當ONU本地時間達到OLT通告的發現時隙后，在等待隨機延時后發送REGISTER_REQ幀，該消息包含ONU源地址及代表發送時間的時鐘標簽；再次，OLT解析確認收到REGISTER_REQ幀后，用ONU的MAC地址將REGISTER幀發送給正在初始化的ONU，同時給ONU分配用于唯一標識ONU的邏輯鏈路標識（LLID）；最后，ONU接收REGISTER與普通GATE幀后，在被分配的時隙中發送REGISTER_ACK幀告知其成功解析了REGISTER消息，完成自動發現過程。

由于OLT與ONU均支持MPCP標準，注冊過程可自動完成。但實際運維中需要對ONU上線進行控制，將ONU上線過程分為MPCP自動注冊與ONU認證。ONU認證根據ONU標識（如MAC地址）進行處理并通過OAM/擴展OAM實現ONU的上線以及相關業務的配置。

2 標準及擴展OAM認證過程

EPON ONU認證通過標準及擴展OAM交互完成認證：標準OAM完成對ONU基礎功能的查詢及管理，擴展OAM是對標準OAM功能的擴展、實現ONU的認證以及業務配置。

2.1 標準OAM規程

EPON標準規定了6種OAM幀以及對應規程，其中發現規程是所有規程的基礎。發現規程中兩端設備通過交換狀態信息數據幀（Information OAMPDUs）來獲取對方的OAM性能、配置與標識，并通過4次交互完成OLT與ONU之間的標準OAM發現過程。

2.2 擴展OAM認證方式

EPON系統認證方式根據ONU標識分為：MAC地址、邏輯標識LOID（密碼PASSWORD可選）及同時支持上述認證的混合方式。當MPCP發現以及標準OAM交互完成后，即進入擴展OAM交互：由OLT基于PON口實現與ONU之間進行擴展OAM能力的協商；若采用MAC方式，在協商成功后即完成認證；而LOID方式，協商完成后繼續擴展OAM認證規程。

2.2.1 MAC地址認證方式

根據OLT配置的基于MAC地址的ONU認證模式，按《接入網技術要求-EPON系統互通性要求》相關章節描述，OLT具有合法ONU MAC地址數據庫，在MPCP發現中對相應ONU執行基于MAC地址認證。對于通過MAC認證的ONU，在OLT與對應ONU之間完成擴展OAM協商后即完成其認證過程；OLT直接將該ONU設為授權狀態，OLT允許來自該ONU的OAM和數據業務通過。對已被拒絕注冊ONU，應采用靜默機制。

2.2.2 邏輯標識（LOID）認證方式

由于MAC地址無法反映對應ONU的用戶信息（如用戶名稱、地址等），而基于邏輯標識的ONU認證可顯示相對豐富的用戶信息、易于維護，因此LOID認證方式已經成為目前最為主流的認證方式。邏輯標識包括LOID（Logical ONU ID)與密碼（Password)兩部分，Password可選并用于對LOID的校驗。按國內運營商企業標準如《中國電信EPON設備技術要求》規定，OLT支持基于邏輯標識的ONU認證時存在兩種處理方式：僅判斷LOID、同時判斷LOID+Password，且可靈活配置。對已被拒絕注冊ONU，應采用靜默機制。

在邏輯標識認證流程中，ONU本地存儲LOID、Password（可選）。OLT存儲所有ONU邏輯標識，發起ONU認證對其上報的LOID和Password進行校驗，并根據校驗結果控制ONU的接入。基于LOID的ONU認證流程如圖2（a/b）所示（分別為認證成功與失敗的情況）。

擴展OAM協商完成后，OLT根據配置通過向ONU發送認證請求（Auth_Request）消息發起認證。ONU收到該消息后向OLT發送認證應答（Auth_Response）消息，該消息包含其邏輯標識（LOID與Password）。OLT對該ONU邏輯標識的合法性進行驗證。若驗證通過，則向ONU發送認證成功（Auth_Success）消息將ONU切換為授權（Authorized）狀態，允許ONU進行正常通訊；否則發送認證失?。ˋuth_Failure）消息，使ONU處于非授權（Unauthorized）狀態，此狀態下，除MPCP報文、OAM發現及基本信息查詢OAM報文、ONU認證報文外不允許來自該ONU的任何數據輸入、輸出通信。

2.2.3 混合認證模式

為實現對現網中大量只支持MAC認證ONU（即不支持LOID認證方式的ONU）的兼容，實際應用中OLT設備一般同時支持基于MAC與LOID的ONU認證方式，即混合認證模式。國內運營商均支持此模式，并在相關企業標準如《中國電信EPON設備技術要求》進行規定。

OLT首先完成MAC認證，根據配置對相應ONU執行MAC地址認證。對于通過MAC認證的ONU，OLT直接將該ONU設為授權狀態，并允許來自該ONU的OAM和數據業務通過。

未通過MAC地址認證的ONU（在OLT未保存對應ONU的MAC地址），OLT允許其完成MPCP發現與OAM協商，并發起基于LOID的ONU認證。通過基于LOID認證的ONU的數據通道打開，未通過基于LOID認證的ONU的數據通道保持關閉并使其解注冊。

3 靜默與點燈

EPON系統作為點對多點通信系統，在OLT的控制下通過MPCP協議保證上行信道的分配與仲裁，當任一ONU傳輸數據時，其它ONU必須保持靜默。同時在新ONU認證過程中，也需要根據認證結果，使非法ONU保持靜默，并對該ONU外部狀態（指示燈）產生影響。

圖2 基于邏輯標識的ONU認證的流程

3.1 靜默功能

OLT周期啟動發現窗口，新ONU以及之前被拒絕的非法ONU均會響應并啟動新一輪注冊認證流程。若非法ONU未修改相關標識數據（如MAC或LOID），在通過MPCP注冊后仍然會認證失敗。因此讓非法ONU立即響應MPCP發現GATE幀并啟動注冊將是無效的，且會占用注冊通道影響其他ONU的注冊，同時加重OLT設備工作負荷。因此通過ONU靜默功能實現對上述非法ONU的MPCP注冊限制，減少其不斷嘗試注冊給系統帶來的負面影響。

ONU靜默指根據其認證結果及OLT下發的不同類型的MPCP注冊幀在一段時間內不再響應OLT的發現GATE幀，同時保持自身光模塊的關閉，即這段時間內ONU與OLT之間不進行任何通信。對于EPON ONU不同的注冊認證方式，靜默規程以及對應OLT消息也略有區別。

3.1.1 MAC地址認證方式

MAC地址認證時，若ONU上報MAC地址不在OLT合法MAC地址表中時，則MPCP直接拒絕注冊，后續交互均不再進行。具體非法ONU的注冊過程和靜默機制如下所述：

對于非法ONU，在ONU發出注冊請求后OLT發 送Nack Register消 息（Flag=0×04）；ONU收 到Nack Register消息后，啟動一個定時器RegTmr，該定時器表示啟動下一次注冊過程的時延Ts（暫定60 s）。定時器未超時之前，ONU保持在于靜默（Wait）狀態；當定時器超時后，ONU從靜默狀態轉移到等待（Registering）狀態，等待OLT發出的發現 GATE幀，并在下一輪發現過程中，通過REGISTER_REQ幀以請求注冊。

3.1.2 LOID認證方式

當采用LOID認證方式時，首先完成MPCP注冊、標準OAM交互，并在擴展OAM的LOID認證過程中由于ONU上報LOID或Password不正確，導致LOID認證失敗。OLT向ONU發送Deregister消息（Flag= 0×02）使ONU解注冊。ONU收到Deregister后啟動定時器RegTmr保持靜默狀態，并在定時器超時且下一個發現窗口到來時，通過REGISTER_REQ幀請求注冊。

可見，靜默功能由ONU實現，且在不同認證方式下，OLT發送不同標識（Flag）的注冊幀通知ONU進入靜默狀態，其中：MAC認證失敗通過NACK Register消息通知；而LOID認證失敗通過擴展OAM的Auth_Failure消息及Deregister消息通知。NACK Register與Dergister均為MPCP注冊消息，并通過8位Flag顯示注冊過程中不同狀態的消息內容。

表1 MPCP注冊消息標識

如表1所示，Nack Register及Deregister消息，均完成對ONU的解注冊，但其應用場景不同：Nack Register是在MPCP注冊過程中被上層實體拒絕，此時標準及擴展OAM過程尚未啟動，只適用于MAC認證方式；而Deregister需要釋放端口及LLID，即MPCP注冊過程已經完成，但在其后交互中由于某種原因導致解注冊，適用于LOID認證方式。因此對EPON ONU而言，在不同應用場景中應分別支持不同的MPCP解注冊消息：在MAC地址注冊時，ONU收到NACK Register后應進入靜默狀態；在邏輯標識認證時，ONU應同時收到通過擴展OAM下發的LOID認證失?。ˋuth_Failure）以及通過MPCP下發的Deregister后進入靜默狀態。

3.2 點燈功能

EPON認證過程的各個階段與不同結果（包括靜默）實際應用中都需通過PON狀態指示燈加以明確指示，對工程運維尤其是新ONU放裝，極為重要。其狀態顯示功能如表2所示。

ONU收到OLT側發光之前，MPCP過程尚未啟動，因此其PON指示燈處于熄滅狀態。

表2 PON狀態燈顯示功能

ONU在MPCP發現、標準OAM及擴展OAM發現過程中，PON指示燈處于閃爍狀態。

ONU完成擴展OAM協商后，PON指示燈處于常亮狀態；其后依照配置進行LOID認證，并根據OLT下發的LOID認證結果判斷指示燈狀態，認證成功時指示燈繼續常亮；認證失敗時，若OLT關閉靜默功能，則立即響應OLT下一輪的發現消息，指示燈閃爍；若OLT開啟靜默功能，ONU在一段時間內（默認60 s）不與OLT建立連接，指示燈處于熄滅狀態。

4 工程應用

EPON ONU注冊認證成功與否直接影響PON業務的發放，是PON業務部署發展的基礎。因此與ONU注冊認證相關的配置與功能對工程實際應用均具有重要的指導意義。

4.1 混合認證模式的靜默與ONU發現

靜默功能主要應用于ONU頻繁注冊的場景，因此特別適用于光纖入戶（FTTH）場景，對于光纖入樓（FTTB）場景，此類ONU一般保持在線狀態，可關閉靜默功能。對于現網應用，由于不同ONU并存，OLT設備一般采用混合認證方式，并根據實際需求配置靜默功能。

4.1.1 靜默支持情況

國內運營商相關標準要求在MAC及LOID認證中支持靜默，但相關章節中只說明了MAC注冊方式的靜默實例（即Nack Register觸發靜默），導致某些廠家ONU不支持LOID認證模式的靜默（即Deregister觸發靜默），上述情況可通過線路抓包驗證，并需要ONU修改。

4.1.2 無法查詢非法ONU信息問題

在OLT啟用靜默功能后，當ONU接入OLT就會啟動認證過程，并查詢其MAC地址在OLT已配置的列表中是否匹配，若不匹配，再查詢LOID是否匹配，若均沒有則使該ONU靜默。上述認證交互過程持續1 s左右，其后ONU進入靜默狀態后保持60 s（由RegTmr定時器確定），隨后開始新一輪注冊認證過程。因此非法ONU只能在進入靜默前的短暫時間內上報其MAC地址或LOID，在工程現場則表現為無法查詢ONU上報信息。上述問題應在遵循相關標準的前提下，OLT使用通知或告警消息上報并查看非法ONU的MAC或LOID標識。

4.2 認證與點燈問題

PON口點燈是工程判斷ONU注冊成功的重要依據，一般而言：ONU注冊成功時，ONU PON指示燈常亮；當ONU與OLT交互認證信息、但注冊認證尚未成功，ONU PON指示燈閃爍。而認證方式與結果的多樣性使得部分情況下的實際點燈可能與要求存在較大差異。

靜默作為一種特殊的認證狀態，ONU PON指示燈在工程應用中存在歧義：標準中并未明確定義靜默狀態時ONU的指示燈狀態。在靜默時ONU與OLT之間實際沒有任何消息交互，其狀態更加接近于關斷或收無光的狀態，從此意義而言，PON口指示燈應熄滅；同時PON口指示燈應唯一反映注冊狀態，在標準定義的單色燈狀態下，常亮標識注冊成功；閃爍表示正在注冊；而靜默更接近于注冊失敗狀態，因此PON燈熄滅更有助于現網的故障判斷。但部分運維人員習慣與上述描述存在差異，需在標準中對靜默時PON燈狀態加以明確。

ONU在OAM協商成功至邏輯認證結果下發前處于常亮狀態?；旌险J證包含多種認證方式，若由于ONU兼容性導致在相關認證時擴展OAM交互超時使得PON燈長時間處于常亮狀態，影響現網工程判斷效率。需要通過升級ONU版本或調整混合認證模式加以解決。

5 結語

EPON ONU注冊認證由于多種場景與認證方式并存，使得認證結果與效率也有所差異，因此只有根據MPCP協議、OAM標準并結合實際應用合理規劃EPON認證方式以及相關配置，并在工程實踐中結合分組抓取以及指示燈狀態，才能有效保證應用效果并持續提升用戶體驗。

[1]YD/T 1771-2008.接入網技術要求——EPON系統互通性要求[S].

[2]Q/CT 2361 -2011.中國電信EPON設備技術要求[S].