目录

1 PON前置知识

1.1 PON系统架构

1.2 PON应用场景（FTTx）

1.3 PON数据传输（TDM/TDMA）

1.4 PON设备介绍

1.4.1 OLT

1.4.2 ODN

1.4.3 ONU

2 PON协议规范

2.1 EPON

2.1.1 EPON协议栈

2.1.1.1 EPON帧结构

2.1.1.2 MPCP子层

2.1.2 EPON工作机制

2.1.2.1 EPON注册

2.1.2.2 EPON拓展OAM连接

2.1.2.3 EPON动态带宽分配

2.2 GPON

2.2.1 GPON协议栈

2.2.1.1 GPON帧结构

2.2.1.2 EOAM/PLOAM/OMCI

2.2.1.3 传输汇聚子层（GTC）

2.2.2 GPON工作机制

2.2.2.1 GPON注册

2.2.2.2 GPON复用

2.2.2.3 GPON VEIP

3 PON工作机制

3.1 ONU认证

3.1.1 物理标识认证

3.1.2 逻辑标识认证

3.2 长发光检测

3.3 PON保护倒换

4 参考资料

【摘要】PON是一种典型的无源光纤网络，是指 (光配线网中) 不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器 (Splitter) 等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端 (OLT)，以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元 (ONUs) 。

【关键词】EPON；GPON；OAM；OMCI；OLT；ODN；ONU；注册认证

【编辑/整理】网洞

传统网络传输的主要介质是铜缆（包括网线和双绞线），而铜缆的内芯是铜，成本较高，而且它的传输距离有限。光纤作为新型通信介质出现后，因质量轻、柔韧性好、体积小巧、传输容量大、传输距离等特点，逐渐替代了铜缆。光纤逐步部署到家（FTTC → FTTB → FTTH），完成通信传输的“最后一公里”，并催生出新的接入网技术PON（Passive Optical Network，无源光网络）。

PON技术在家庭用户（toC）市场的应用成熟后，逐步向园区局域网（toB）市场拓展，并起了新的名字POL（Passive Optical Local Access Network，无源光纤局域网）。两者架构是完全一致的，均由OLT、ODN、ONU三者组成。

无源光网络接入的原理可以简单地分为三个步骤：发送端光信号的产生、光信号的传输和接收端的光信号解码。

由此PON系统分为三部分，分别是OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、ODN（Optical Distribution Network，无源光分路器）和ONU（Optical Network Unit，光网络单元）。

FTTx发展中，接入层需要新建一张巨大的光纤分配网络，这个即ODN（Optical Distribution Network）网络。整个ODN光缆线路从业务汇聚点（一般为CO机房）出发，经过主干、配线、引入、入户多个光缆段落，最终到达用户。

根据光纤最终接入点的不同，分为不同的场景，用FTTx描述。

FTTx是“Fiber To The x”的缩写，指“光纤到x”，其中x不仅代表光纤到达的地点，还包括该地点安装的光网络设备，并明确该网络设备服务的区域。

根据光网络单元ONU在用户端的位置不同，FTTx有多种类型，可分成光纤到交换箱（FTTCab）、光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到户（FTTH）、光纤到办公室（FTTO）等服务形态。

FTTCab（Fiber To The Cabinet）：光纤到交换箱。ONU放置在交接箱处，ONU以下采用铜线或其他介质接入到用户。

FTTC (Fiber to the Curb) ：光纤到路。早期专线一般是这种，光纤放到单位院子附近的交光箱OLT上。

FTTB (Fiber to the Building) ：光纤到楼。早期家庭宽带一般是这种，现在很多单位和酒店也用这种，光纤放到每栋楼的ONU，然后网线分到每层每户。

FTTH (Fiber to the Home) ：光纤到户。目前主流方式，光纤直接接到每户家里的光猫，然后再分网线到房间。

FTTO（Fiber to the Office）：光纤直接连接到办公场所，为商务区或办公大楼提供高速互联网服务。

FTTR（Fiber to the Room）：光纤到屋。现在运营商推广的FTTR光纤到房间，将最后一公里从网线尽可能多的更换为光纤。

FTTD（Fiber To The Desk）：光纤到桌面。因光纤成本和光纤在技术、施工、环保、对安全等各方面的因素，FTTD在国内只在一些政府及安全部门有所应用。

OLT将送达各个ONU的下行业务组装成帧，以广播的方式发给多个ONU，即通过光分路器分为N路独立的信号，每路信号都含有发给所有特定ONU的帧，各个ONU只提取发给自己的帧，将其它ONU的帧丢弃；上行方向从各个ONU到OLT的上行数据通过时分多址(TDMA)方式共享信道进行传输，OLT为每个ONU都分配一个传输时隙。这些时隙是同步的，因此当数据包耦合到一根光纤中时，不同ONU的数据包之间不会产生碰撞。

下行：下行数据流采用TDM（Time-Division multiplexing，时分复用）广播方式传输。OLT的数据会发送到所有ONU，每个ONU根据数据中标识的ONU信息进行过滤，丢弃不属于自己的数据包。

上行：上行数据流采用TDMA（Time-Division Mutiple Access，时分多址）方式传输。每个ONU按照OLT分配给自己的时隙上发送数据，避免产生冲突。

PON系统由光线路终端OLT、光分配网ODN和光网络单元ONU组成。

OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）指的是用于连接光纤干线的终端设备。OLT是无源光网络的起点，它通过以太网电缆连接到核心交换机。

OLT的两种常见形态分别是框式和盒式。

盒式OLT：盒式OLT是指较小型的、通常一体化的设备，适合小型网络或者分布式部署。

框式OLT：框式OLT可以安装在标准机架或机柜上，具有较好的可扩展性和灵活性。通常设计用于大型企业和运营商级别的网络部署。

框式OLT通常由主控板、业务板、上行接口版、电源版等部分组成。

主控板：主控板是OLT的核心，负责整个系统的管理和控制。包括系统配置、故障监控、软件升级和网络安全等功能。它是系统的大脑，确保所有板卡和功能模块协同工作。

业务板：业务板通常指装有各种接口的模块板，如吉比特以太网(GE)、10吉比特以太网(10GE)、甚至是更高速率的接口，用于提供用户接入服务。业务版可以根据具体的业务需求配置，比如VOIP、视频传输、数据服务等。

电源板：为整个OLT设备提供稳定可靠的电力供应，通常配备冗余电源模块，以确保不间断运行。

▍ 光模块

业务板、上行接口版需插入各种接口的光模块才可使用。光模块（Optical Modules）的工作原理是将电信号转换为光信号，或者将光信号转换为电信号。

光模块（optical module）由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两等器件组成。发射光组件TOSA（Transmitter OSA）将TO产生的激光耦合进入光纤传输，接收光组件ROSA（Receiver OSA）负责探测接收从光纤发送过来的光信号。两个合在一起就叫做BOSA（Bidirectional Optical Assembly即单纤双向组件）。

光模块的种类多种多样，外观结构也不尽相同，但是其基本组成结构都包含以下几部分，光模块的外观结构（以SFP封装举例说明）如下图所示。

光模块传输速率越高，结构越复杂，由此产生了不同的封装方式。常见的封装类型有：SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、CFP、CFP2 /CFP2-DCO、QSFP28、QSFP-DD。

ODN（Optical Distribution Network，光分配网）是基于PON设备的光缆网络。光分路器是ODN中关键的器件，是基于光功率分路的无源器件，可以将一路光信号分成多路以及完成相反的过程。

从OLT（局端）出发到ONU（终端）结束，ODN可分为成5个部分（三级结构）：馈线段、光缆分配点、配线段、光缆接入点、入户段。

馈线段： 从局端机房的ODF（光纤配线架）到光缆分配点为馈线段。馈线段作为主干光缆实现长距离覆盖。

配线段： 从光缆分配点到用户接入点为配线段。配线段对沿途的用户区域进行光纤的就近分配。

入户段： 用户接入点到终端的入户段为入户段。入户段用来实现光纤入户。

ODN涉及设备包括：光纤、光纤配线架、接线盒、光交箱、分光器、分纤箱、终端盒。

▍ 光纤

光纤类别

多模光纤：纤芯尺寸较大，模间色散较大，即光信号“扩散”较快，长距离传输时信号的质量会降低。因此多模光纤通常用于短距离、音频/视频应用和局域网(LANs)。

单模光纤：纤芯直径较小，反射更加紧密，仅允许一种模式的光传播，从而使光信号传播的更远。因此单模光纤一般用于长距离的数据传输，广泛应用于电信公司、有线电视提供商和高等院校等。

光纤接口类别

ONU（Optical Network Unit，光网络单元）是光网络中的用户端设备，放置在用户端与OLT配合使用。ONU 将通过光纤传输的光信号转换为电信号。然后将这些电信号发送给各个订户。

宽带光纤接入的主要应用类型包括：FTTH、FTTO和FTTB，不同应用类型下用户侧设备的形态也不同。FTTH、FTTO的用户侧设备由单个用户使用，称为ONT（Optical network terminal，光网络终端），FTTB的用户侧设备由多个用户共享，称为ONU（Optical Network Unit，光网络单元）。这里所说的用户是指运营商独立计费的用户，不是指使用的终端数。例如，FTTH的ONT一般由家庭内多终端共享，但只能算一个用户。

在不区分用户侧设备具体形态时，PON系统用户侧设备可统称为ONU。

▍ ONT

ONT（ITU-T 术语）就是我们俗称的光猫，分为SFU（SingleFamilyUnit，单个家庭用户单元）、HGU（HomeGatewayUnit，家庭网关单元）和SBU（SingleBusinessUnit，单个商业用户单元）。

SFU

SFU一般具有1～4个以太网接口、1～2个固定电话接口，有的型号还具有有线电视接口。SFU不带家庭网关功能，需通过以太网口连接的终端才能拨号上网，远端管理功能弱。FTTH早期使用的光猫属于SFU，目前已很少使用。

HGU

近几年开通的FTTH用户配备的光猫均为HGU。HGU通常自带wifi，并带有USB接口。相对于SFU，HGU具有如下优点：

HGU属于网关设备，便于家庭内部组网；而SFU则是一个透传设备，不具备网关能力，在家庭组网时一般需要如家用路由器的网关类设备配合。

HGU支持路由模式，具备NAT功能，是一个三层设备；而SFU型仅支持二层桥接模式，相当于一个二层交换机。

HGU可以实现自身宽带拨号应用，下挂的电脑、移动终端等可以不拨号直接上网；而SFU则必须由用户电脑或手机等终端拨号，或通过家用路由器拨号上网。

HGU更易于大规模运维管理。

SBU

SBU主要用于FTTO用户的接入，一般具有以太网接口，有些型号具有E1接口、固定电话接口，或带wifi功能。相对于SFU和HGU，SBU的电气防护性能更好、稳定性更高，也常用于室外如视频监控等场合。

▍ ONU

ONU（IEEE 术语）分为MDU（Multi-DwellingUnit，多住户单元）和MTU（Multi-TenantUnit，多租户单元）。

MDU

MDU主要应用于FTTB应用类型下的多个住宅用户的接入，一般具有至少4个用户侧接口，通常具有8路、16路、24路FE或FE+POTS（固定电话）接口。

MTU

MTU主要用于FTTB场景下的多个企业用户或同一企业内多个终端的接入，除具有以太网接口、固定电话接口外，还可能具有E1接口；MTU的外形和功能通常与MDU并无区别，但电气防护性能更好、稳定性更高。随着FTTO的普及，MTU的应用场景也越来越小。

PON技术主要有GPON（Gigabit Passive Optical Network）和EPON（Ethernet Passive Optical Network）两种，它们的技术标准分别由ITU-T/FSAN和IEEE 802.3ah工作组制定。

ITU-T/FSAN：以会员身份（运营商为主）参与的具有官方性质的通信行业标准化组织，制定的标准更关注运营商的业务与可运营需求。

IEEE：以工程师个人身份参与的电子/电器行业化标准组织，更关注技术的创新和实现，缺乏对运营商长远需求的理解与分析。

EPON沿用了简单的以太网数据格式，只是在以太网包头增加了64字节的MPCP点到多点控制协议来实现EPON系统中的带宽分配。

对于以太网技术而言，PON是一个新的媒质。802.3工作组定义了新的物理层。而对以太网MAC层以及MAC层以上则尽量做最小的改动以支持新的应用和媒质。EPON的标准是IEEE802.3ah，标准中定义了EPON的物理层、MPCP(多点控制协议)、OAM(运行管理维护)等相关内容。EPON的层次模型如下：

OAM层：使用OAM协议数据单元，管理、测试和诊断已激活OAM功能的链路；定义了EPON各种告警事件和控制处理；

多点MAC控制：使用MPCP（多点控制协议），实现点对多点的MAC控制；实现在不同的ONU中分配上行资源、在网络中发现和注册ONU、允许DBA调度；

MAC：实现对Media的控制；

RS：调和子层，为EPON扩展了字节定义，调和多种数据链路层能够使用统一的物理层接口；

PCS：物理编码子层，支持在点对多点物理介质中的突发模式 ＋ 支持FEC算法；

FEC：使用二进制运算（例如Galois算法），附加一定的纠错码用于在接收端进行数据校验和纠错；

PMA：物理媒质附加子层，支持P2MP功能，实现PMD的扩展；

PMD：物理媒质相关子层（使用1000BASE-PX 接口）PMD子层定义了EPON兼容器件的指标，实现PMD服务接口和MDI接口之间的数据收发功能。

在EPON中，数据的传输遵照IEEE 802.3以太网协议，采用可变长度的分组格式进行，分组的最大长度为1518字节。没有改变以太网帧的结构，只是利用以太网帧的前8个字节的前缀对数据帧作了标识。

在EPON系统中，按照单纤双向全双工的方式以点到多点的方式传送数据。OLT和ONU之间采用以太网封装方式，传输的是以太网帧结构，所以EPON是基于802.3的帧格式。从EPON帧结构图可以看出，在前导码第6、7个字节中携带了LLID（Logical Link Identifier，逻辑链路标记）信息，用于在OLT上标识ONU，第3个字节SPD(或称SLD，LLID定界符 在EPON中为0XD5)，第3个字节标识它不是普通以太网帧而是一个EPON帧。EPON定义了广播LLID(LLID=0xFF)作为单拷贝广播(SCB)信道，用于高效传输下行视频广播/组播业务。

EPON建立在MPCP（Muti-Point Control Protocol多点控制协议）基础上，该协议是MAC control 子层的一项功能。在P2MP（点到多点）拓扑中的每个ONU都包含一个MPCP的实体，用以和OLT中的MPCP的一个实体相互通信。EPON通过在每个数据报的前面加上一个LLD（Logical Link Identification）逻辑链路标识，实现了一个P2P仿真子层。PON将拓扑结构中的根结点认为是主设备，即OLT；将位于边缘部分的多个节点认为是从设备，即ONU。MPCP在点对多点的主从设备之间规定了一种控制机制以协调数据有效的发送和接收。EPON系统通过MPC PDU来实现OLT与ONU之间的带宽请求、带宽授权、测距等。

MPCP在MAC控制层实现，引入了5条新的控制消息 ：

GATE（Opcode＝0002）（OLT发出）：允许接收到GATE帧的ONU立即或者在指定的时间段发送数据；

REPORT（Opcode＝0003）（ONU发出）：向OLT报告ONU的状态，包括该ONU同步于哪一个时间戳、以及是否有数据需要发送；

REGISTER_REQ（Opcode＝0004）（ONU发出）：在注册规程处理过程中请求注册；

REGISTER（Opcode＝0005）（OLT发出）：在注册规程处理过程中通知ONU已经识别了注册请求；

REGISTER_ACK（Opcode＝0006）（ONU发出）：在注册规程处理过程中表示注册确认。

EPON终端的注册认证通过OAM报文与OLT交互，在Wireshark可用过滤条件"oam-ctc"进行过滤。

新连接或非在线的 ONU 接入 OLT，OLT 为各 ONU 分配唯一的身份标识 LLID（Logical Link ID，逻辑链路标志）。ONU注册流程如下：

步骤1：OLT通过广播一个发现GATE消息来通知ONU发现窗口的周期。发现GATE消息包含发现窗口的开始时间和长度；

步骤2：非在线ONU接收到该消息后将等待该周期的开始，然后向OLT发送REGISTER_REQ消息（REGISTER_REQ消息中包括ONU的MAC地址以及最大等待授权（Pending Grant）的数目）；

步骤3：OLT接收到有效的REGISTER_REQ消息后，将注册该ONU，分配和指定新端口的标识(LLID)，并将相应的MAC和LLID绑定。OLT向新发现的ONU发送注册(Register)消息，该消息包含ONU的LLID以及OLT要求的同步时间。同时，OLT还对ONU最大等待授权的数目进行响应；

步骤4：此时OLT已经有足够的信息用于调度ONU访问PON，并发送标准的GATE消息允许ONU发送REGISTER_ACK。

步骤5：当接收到REGISTER_ACK，该ONU的发现进程完成，该ONU注册成功并且可以开始发送正常的消息流。

扩展的 OAM 连接建立完成后，OLT 才能向 ONU 传送数据，对 ONU 进行远程配置管理。扩展 OAM 连接的建立过程如下：

ONU 和 OLT 完成标准 OAM 连接。

ONU 向 OLT 上报所支持的 OUI（Organizationally Unique Identifier，机构统一标识）及扩展OAM 版本号。

OLT确认该 ONU上报的OUI及扩展 OAM版本号是否在本地支持的 OUI及扩展 OAM版本号列表中。如果存在，则该 ONU 的扩展 OAM 连接建立成功。

各 ONU 发送数据所需的数据传输时隙（上行带宽）由 OLT 根据 DBA（Dynamic Bandwidth Allocation，动态带宽分配）算法统一分配，可以避免上行数据冲突。

OLT 为 ONU 分配上行带宽的过程如下：

OLT 发送普通 GATE 消息，告知 ONU 发送 REPORT 消息的时隙。

ONU 在所分配的时隙内发送 REPORT 消息，向 OLT 报告自己的本地状况（如缓存占用量）， 以帮助 OLT 智能分配时隙。

OLT 收到 ONU 的 REPORT 消息，根据当前带宽状况，为 ONU 分配数据传输时隙（带宽）。

ONU 收到授权 GATE 消息后，在 OLT 分配的传输时隙内发送数据。

GPON的物理层是定长的TDM帧（125 us）。GPON帧由帧头和净荷组成，内含数据信息和控制信息。

GPON帧数据信息：数据信息都在净荷中。

上行帧净荷部分有三种：ATM信元、GEM信元、DBA帧

下行帧净荷部分有两种：ATM信元、GEM信元

GPON帧控制信息：控制信息有的在净荷中，有的在帧头中。包括OMCI、EOAM、PLOAM。

▍ GEM帧

GPON标准中定义了一种特殊的封装方法：GEM（GPON Encapsulation Mode），而采用GEM封装形成的帧，我们称之为GEM帧。

对到来的以太网帧，GPON系统对其进行解析，将以太网帧中所有重要关键数据（目的MAC地址、源MAC地址、类型、数据、FCS封装）直接映射到GEM帧的 Payload中，GEM帧再自动封装头部信息。

GEM帧头由PLI（净负荷长度指示）、PortID（端口ID）、PTI（净负荷类型指示）和HEC（头差错校验）组成。

PLI（Payload Length Indicator）：表示头部后面的净负荷域的长度，共12bit，最多指示到4095字节，所以大于这个值的用户数据帧必须要采用分片机制传送。

Port-ID（Port Identifier）：表示GEM帧所在的GEM Port。

PTI（Payload Type Indicator）：表示数据净荷类型，同时用于指示在净荷分段时是否为最后一帧。

HEC（Header Error Check）：表示信头差错控制，用于帧头的错误检测和纠正。

具体来说，GPON系统保留以太网帧中DA（destination MAC address）、SA（source MAC address）、Ethernet Type以太网类型、MAC client data数据负载、FCS（Frame Check Sequence）帧校验序列等信息，再封装头部，最终组成GEM帧。GEM帧中不包含前导和SFD字节。

▍ 上行帧

上行GTC帧由多个突发（burst）组成。每个上行传输突发由上行物理层开销（PLOu）以及与Alloc-ID对应的一个或多个带宽分配时隙组成。上行帧长为125us，即19440字节。

PLOu：上行物理层开销。PLOu字节在StartTime指针指示的时间点之前发送。

PLOAM：物理层OAM。物理层OAM （PLOAM ）消息通道用于OLT 和ONU 之间承载OAM 功能的消息，消息长度固定为13字节，下行方向由OLT 发送至ONU ，上行方向由ONU 发送至OLT 。

DBRu：上行动态带宽报告。DBRu 用于上报T-CONT 的状态，为了给下一次申请带宽，完成ONU 的动态带宽分配。

GTC 净荷域：GTC每一个帧中都可能包含GEM部分，在GTC帧中数据净荷部分，可以是数据GEM帧，也可以是DBA 状态报告。净荷长度等于分配时隙长度减去开销长度。

▍ 下行帧

下行GTC帧由下行物理控制块（PCBd）和GTC 净荷部分（一系列GEM帧）组成。下行帧长为125us，即38880字节。

ONU根据GEM 帧头中携带的12比特Port-ID值过滤下行GEM 帧。ONU 经过配置后可识别出属于自己的Port-ID，只接收属于自己的GEM帧并将其送到GEM客户端处理进程作进一步处理。

Psync：物理同步。固定长度为32字节，编码为0xB6AB31E0，ONU利用Psync来确定下行帧的起始位置。

Ident：用于指示更大的帧结构。最高的1比特用于指示下行FEC状态，低30位比特为复帧计数器。

PLOAMd：携带下行PLOAM消息，用于完成ONU 激活、OMCC 建立、加密配置、密钥管理和告警通知等PON TC 层管理功能。

BIP：长8比特，携带的比特间插奇偶校验信息覆盖了所有传输字节。

Plend：下行净荷长度。为了保证健壮性，Plend域传送两次。Plend包括三个部分，Blen（带宽映射长度）、Alen（ATM块的长度）、CRC。

Blen：12bit，在125μs时间周期内最多能够分配4095个带宽授权。

Alen：12bit，GEM模式时，Alen域应置为全0。

CRC：8bit。

BWmap：带宽映射。8字节分配结构的向量数组。数组中的每个条目代表分配给某个特定T-CONT的带宽。映射表中条目的数量由Plend域指定。

Alloc-ID：用于指示带宽分配的接收者，即特定的T-CONT或ONU的上行OMCC通道。规则：Alloc-ID值0~253用于直接标识ONU。每个Alloc-ID都唯一标识了一个T-CONT。

Flags：Flags域为12比特，包含4个独立的与上行传输功能相关的指示符，用于指示上行突发的部分功能结构。

StartTime：用于指示带宽分配时隙的开始时间。该时间以字节为单位，在上行GTC帧中从0开始，并且限制上行帧的大小不超过65536字节。

StopTime：用于指示带宽分配时隙的结束时间。该时间以字节为单位，在上行GTC帧中从0开始。StopTime域指示了该带宽分配时隙的最后一个有效数据字节。

CRC：8bit。

OLT的一个PON口下可以高效有序的管理下挂的一堆ONU，依靠管理机制包含3种，分别是嵌入式OAM、PLOAM和OMCI。嵌入式OAM和PLOAM主要用于控制管理PMD层和TC层，而OMCI主要用于更高层的配置和管理。

▍ 嵌入式OAM

嵌入式OAM（embedded OAM）直接封装在GTC帧头的特定字段，在TC成帧子层进行处理，是一条低时延的通道，主要用于实时性强的控制信息，如动态带宽分配、密钥交换、链路误码监视等。

▍ PLOAM

PLOAM主要封装在GTC帧的特定部分，占13字节，是一条基于消息的通道，主要用于PMD和TC层中，除了嵌入式OAM实现的其他控制管理功能，包括ONU激活、OMCC通道建立、加密配置和密钥管理、性能监视和告警等。

PLOAM(Physical layer OAM)，比embedded管理信道更灵活，比OMCI 更快一些。

PLOAM消息按发送方向可分为两大类：下行消息和上行消息。其中下行消息是指由OLT发送给ONU的，上行消息是指由ONU发送给OLT的。按照消息实现的功能来划分如下图：

▍ OMCI

OMCI位于TC层之上，主要功能包括配置管理、故障管理、性能监视、软件升级等，管理的业务主要包括GEM适配层、以太网业务、话音业务、TDM业务等。OMCI是适用于GPON、XG-PON等系统的、统一的ONU远程管理和控制接口标准。

OMCI类似于TR069，有很多的节点，也可以用来对设备进行配置；OMCI的attribute相当于TR069里面的parameter的概念。

OMCI主要包含三部分内容：传递通道、管理协议和管理实体。

传递通道：OMCI的传递需要在OLT于ONU之间建立一条专用的双向虚连接，这样的通道称之为OMCC。ONU在向OLT注册时建立OMCC，在默认Alloc-ID(T-CONT)中承载。在ONU激活过程中，当OLT给ONU分配ONU-ID(通过PLOAM消息Assign_ONU-ID)时，ONU同时生成默认的Alloc-ID，其数值上等于ONU-ID。OMCC采用专用的GEM port，其GEM Port-ID在ONU认证完成之后，由OLT(通过PLOAM消息Configure_Port-ID)配置的。

管理协议：OMCI功能通过其管理协议来执行，管理协议的消息按照其功能可以分为以下几类

管理实体：OMCI的管理实体（Managed Entity, ME）是ONU资源和业务的一种抽象，在有些标准中，也称为“管理对象”。目前已定义的ME有200多项，主要可分为以下几类：

GPON定义了一个全新的传输汇聚子层GTC，作为通用的传输平台来承载各种客户信号(ATM\GEM)。

GTC层包含GTC成帧子层和TC适配子层两个部分。

成帧子层：从上行TC帧中提取出PLOAM和GEM部分；进行下行帧的TC帧头生成，以及上行帧的帧头解码，和并完成嵌入OAM；基于Alloc-ID的内部标识为来自/送往GEM TC适配器的数据进行路由。

适配子层：提供GEM TC适配器和OMCI适配器，以向上层实体提供了GEM接口；此外，适配器可根据特定的Port-ID识别OMCI通道。

GPON的GTC层可分为控制/管理平面(C/M平面)和用户平面(U平面)两种类型。

C/M平面（控制管理平面）：负责完成安全加密等OAM功能，分为OMCI、PLOAM、嵌入OAM三个部分。嵌入式OAM 和PLOAM通道管理PMD和GTC层功能，而OMCI提供了一个统一的管理上层（业务定义） 的系统。

OMCI：主要负责ONU业务配置、故障管理及性能管理。

PLOAM：负责测距、ONU激活、OMCC建立和告警传送。

OAM：主要负责某些低延时通道，该通道可用来进行带宽授权、动态带宽分配指示、FEC等。

U平面（用户平面）：负责完成用户数据流的传输，分为高层、GTC层、物理层三个部分。

GEM块的数据，通过ACCOC-ID过滤后，送至GEM TC适配层，进行port-ID过滤，发送给了GEM 客户端。

GTC中的GEM流操作归纳如下：

在下行方向，GEM帧由GEM块承载并送至所有ONU。ONU成帧子层提取GEM帧，GEM TC适配器根据12bit的Port-ID过滤GEM帧。只有携带正确Port-ID的帧才允许到达GEM客户端块。

在上行方向，GEM流由一个或多个T-CONT承载。OLT接收到与T-CONT关联的流后，会将帧转发到GEM TC适配器，然后送至GEM客户端。

GPON终端的注册认证通过OMCI报文与OLT交互，在Wireshark可用"omci"进行过滤（需安装lua插件）。

正常注册流程大致分为三个阶段：参数获取阶段（O1-O3）、序列号获取（O3-O4）、测距（O4-O5）。

开始ONU上电运行，倾听下行传输以获得Psync物理帧同步。[O1]

ONU接收PON运行参数，参数通过下行的Upstream_Overhead和Extended_Burst_Length(可选)消息传送。(广播所有ONU)

ONU设置自己的传输光功率以及预置均衡时延等等网络参数。[O3]

OLT通过Serial_Number_Request消息要求ONU上报SN。 (广播所有ONU)

ONU通过Serial_Number_ONU消息回复自己的SN。

OLT收到Serial_Number_ONU后，并通过下行的Assign_ONU-ID消息给它分配一个ONU-ID。（广播所有ONU）[O4]

OLT向新接入ONU单播Ranging_Request消息并精确算反应时间（单播）

OLT计算EqD，并通过Ranging_Time消息将EqD传给ONU

ONU根据EqD设置它的上行传输的初始时钟。ONU完成激活过程并开始常规运行[O5]

ONU注册过程的七种状态：

O1：初始状态（Initial-state）。此时ONU刚刚上电，仍处于LOS/LOF状态。

O2：待机状态（Standby-state）。此时ONU已经收到下行流，准备接收OLT发送的网络参数消息。

O3：序列号状态（Serial-Number-state）。此时ONU已接收到网络参数（Upstream_Overhead消息），并根据参数进行了相关配置（如定界符、功率模式、预置均衡时延等），等待OLT发送的序列号获取消息（Serial-Number Request消息）。

O4：测距状态（Ranging-state）。此时ONU已被OLT发现，并获取了OLT指配的ONU-ID（Assign_ONU-ID消息），最后需要通过测距获取一个均衡时延（Ranging_Time消息）。

O5：运行状态（Operation-state）。此时ONU测距成功，可以在OLT控制下发送上行数据和PLOAM消息。不同ONU根据自身均衡时延发送信号，在不同时间到达OLT以避免相互干扰。

O6：POPUP状态（POPUP-state）。ONU正常运行时（O5）检测到LOS或LOF时，立即停止发送信号。当光纤中断时许多ONU会进入该状态，此时

若PON网络使用了保护倒换技术，所有ONU将切换到备用光纤上，OLT会发送Broadcast POPUP消息，所有ONU会进入测距状态（O4）。

若无保护倒换技术，但ONU具备内部保护能力，OLT会发送Directed POPUP消息，ONU恢复到运行状态（O5）。

若ONU未收到Broadcast POPUP消息或 Directed POPUP消息，经过TO2时间会回复初始状态（O1）。

O7：紧急停止状态（Emergency-Stop-state）。ONU收到带有"Disable"选项的Disable_Serial_Number消息，被禁止发送信号，关闭激光器。

PON网络架构是P2MP的架构，即OLT侧一个PON口与多个ONU进行通信。相较于普通的P2P架构，这是一种比较特殊的网络架构。既是特殊的网络架构，在此网络架构上上下行传输数据的方式是有区别的，进而GPON上下行的复用封装结构也是有区别的。

▍ GPON上行

在PON系统的上行方向，采用的是GEM Port、T-CONT和ONU三级复用结构。

每个ONU可包含一个或多个T-CONT，每个T-CONT可由一个或多个GEM Port构成。

GEMPORT（GPON Encapsulation Method Port）：GEMPORT是业务最小承载单位。GEMPORT是一种GPON中的帧封装技术，用于将以太网帧等数据流封装成GPON数据包进行传输。每个GEMPORT都有一个唯一的GEMPORTID，用于区分不同的业务。

TCONT（Transmission Container）：T-CONT是带宽分配基本单元。T-CONT是GPON动态分配技术中引入的新概念，它提高了动态分配的效率。所有的GEM Port都要映射到T-CONT中。每个TCONT都有一个唯一的TCONTID，用于区分不同的业务。

IFPON：GPON接口。

上行帧是多个GEM帧封装到对应的T-CONT中，再对T-CONT进行打包后加上GTC（GPON Transmission Convergence）帧头等信息上传到OLT。即，一个T-CONT是包含了多个GEM帧的信息，多个T-CONT组成GTC帧上传到OLT上。OLT取出里面封装的GEM帧进行业务的识别及匹配。T-CONT由Alloc-ID来标识，Alloc-ID由OLT分配，在ONU去激活后会失效。

T-CONT概念是用来做GPON上行数据调度的，可以理解为QoS，即GPON里面我们叫做DBA（Dynamic Bandwidth Allocation）。T-CONT是DBA实现的基础，是GPON系统中上行带宽控制的最基本单元。通过ONU对T-CONT的带宽申请、OLT对T-CONT授权，实现整个GPON系统上行业务流的动态带宽分配。

DBA（动态带宽分配）是ONU（和相关T-CONT）动态请求上行带宽（直接或间接）的过程，以及通过OLT监管空闲帧或者ONU向OLT报告缓存状态，从而使OLT分配ONU上行带宽的方式。

GPON带宽类型：GPON 将业务带宽分配方式分成 4 种类型，优先级从高到低分别是固定带宽(Fixed)、保证带宽(Assured) 、非保证带宽(Non-Assured)和尽力而为带宽(BestEffort)。

TCONT类型：GPON支持的TCONT类型分为5种，不同种类的T-CONT拥有不同类型的带宽，因此，可以支持不同服务质量的业务。这5种类型是固定带宽型、确保带宽型、具有最小保证带宽的突发分配型、尽力而为分配型和组合分配型。

DBA实现过程：OLT内部DBA模块不断收集DBA报告信息，进行相关计算，并将计算结果以BW Map的形式下发给各ONU。各ONU根据BW Map信息在各自的时隙内发送上行突发数据，占用上行带宽。

▍ GPON下行

在PON系统的下行方向，采用的是GEM Port和ONU两级复用结构。

OLT将数据流封装到不同的GEM Port中，ONU根据GEM Port接收属于自己的数据流。

HGU ONU以虚拟以太网接口点（VEIP）作为数据平面中OMCI管理域和非OMCI管理域名（TR069、SNMP等）的划分点。ME仅通过OMCI实现管理。非OMCI管理域只能管理VEIP下的所有服务和功能模块。每个HGU中只允许有一个VEIP。ONU在上传MIB时会根据设备类型上报VEIP或PPTP（物理路径终结点），而HGU只能使用和上报VEIP而不能上报PPTP。OLT会根据ONU能力中ONU类型的归属来判断ONU设备的类型。

PPTP是OLT直接向ONU的每个物理接口发送VLAN数据，固定数据流的整个处理过程。VEIP虚拟化了ONU的整个接口。OLT和ONU通过VEI进行数据对接。VEIP下的服务由ONU通过其配置进行管理。简而言之，PPTP是一个局域网端口，VEIP是HGU中的虚拟广域网端口。

PON认证方式分为物理标识认证和逻辑表示认证。

物理标识认证：包括SN认证、Password认证、SN+Password认证

逻辑标识认证：包括LOID认证、LOID+Password。

ONU的五种认证方式

SN认证：SN即serial number，由厂商出厂时设置，每个ONU唯一，可唯一标识一个ONU，共12个字符，前4个字符为厂商ID。

Password认证：密码认证又称为key认证。GPON支持1-10个字符，16进制HEX时支持1-20个字符。Password认证分为always on和once on两种模式。

always on：（方便维护，安全性不高）第一次认证使用密码认证，认证通过后，不会自动匹配序列号，后续每一次认证也都使用密码认证。ONU的序列号修改后，仍然可以上线。

once on：（不方便维护，安全性高）第一次认证使用密码认证，认证通过后，自动匹配序列号，后续每一次认证使用序列号方式或序列号+密码方式，在采用序列号方式时，只有ONU的密码匹配时才能上线；在采用序列号+密码方式时，只有ONU的序列号和密码都匹配时才能上线。这个可以通过命令设置，默认为序列号+密码方式。

SN+Password认证：通过序列号加密码双重认证。

LOID认证：由运营商提出的一种认证方式，LOID由运营商内部统一规划，1～24个字符，和Password实现类似，区别是Password还是采用PLOAM消息交互，而LOID在O5状态时采用OMCI消息交互。

LOID+Password认证：是由中国电信定义的一种方式。

▍ SN认证

OLT收到ONU的序列码回应消息后，判断OLT上是否有相同SN的ONU在线。如果有相同SN的ONU在线，则向主机命令行和网管上报SN冲突告警；否则，直接给ONU分配指定的ONUID。

ONU进入操作状态后，对于SN认证方式的ONU，OLT不进行Password请求，主机命令行或者网管直接上报ONU上线告警。

▍ SN+Password认证

OLT收到ONU的序列码回应消息后，判断OLT上是否有相同SN的ONU在线。如果有相同SN的ONU在线，则向主机命令行和网管上报SN冲突告警；否则，直接分配用户指定的ONUID给该ONU。

ONU进入操作状态后，OLT会向ONU进行Password请求，并将ONU回应的Password与本地配置的Password进行比较，如果Password与本地配置相同，则直接让ONU上线，并向主机命令行或者网管上报ONU上线告警；如果Password与本地配置不同，则向主机命令行或者网管上报Password错误告警。

OLT对ONU上报的LOID与Password进行校验。

基于逻辑表示的认证流程如上图所示。

基于逻辑标识的认证流程图所示。ONU跳转到O5状态后，其认证状态仍然为“unauthorized"。

OMCC通道建立后，OLT根据当前采用的认证类型，向ONU发送Get消息发起对ONU的认证(如果OLT采用LOID认证方式，则OLT仅需发送Get(LOID)消息，不必再发送Get(Password)消息)。

ONU收到Get消息后发送Get Response 消息向OLT上报LOID和Password，OLT对该ONU 的逻辑标识的合法性和正确性进行验证。

（正常流程）如果验证通过，则OLT将ONU设置为“授权(authorized)”状态，并向ONU发送Set(Authenticationstatus=0x01)消息通知ONU 认证成功。

（异常流程）如果验证错误，则OLT保持ONU在unauthorized状态，并向ONU发送Set消息(Authenticationstatus=0x02/03/04)，通知ONU认证失败和失败的原因。当ONU返回Set消息配置成功后，OLT下发DeactivateONU-ID 消息，ONU 跳转到O2 状态。

如果出现两个ONU认证时使用的LOID冲突，则先通过认证的ONU正常使用OLT应拒绝后发起认证的ONU，并发送认证失败Authenticationstatus=0x04，同时，OLT应向网管上报告警。如果先通过认证的ONU下线后，OLT应能允许其他ONU采用相同的LOID进行认证。

ONU上电后会创建一个管理实体ME（LOID authentication）用于实现逻辑标识认证。

逻辑标识认证（LOID authentication）消息格式

ME ID：0x0000（2Bytes）

Operator ID：标识运营商的标识符，默认配置有C、T、NULL（4bytes）

LOID：ONU的逻辑标识，默认为NULL（0x00）（24Bytes）

Password：ONU的认证密码，默认为NULL（12Bytes）

Authentication status：ONU的认证状态

0x00：初始状态

0x01：认证成功

0x02：LOID不存在

0x03：LOID存在，但Password错误

0x04：LOID冲突

0x05-0xff：Reserved

长发光ONU是模块不受控制的ONU，长发光ONU也叫流氓（rogue）ONU。

PON上行采用的是时分复用的技术，如果流氓ONU存在，流氓ONU上行长时间或短时间占用其他ONU的通信时隙，带来的影响就是流氓ONU所在PON口下的其他ONU无法正常工作。如果流氓ONU是长发光，则同一PON口下其他的ONU将一直无法上线；如果流氓ONU是乱发光，则同一PON口下其他ONU可能会出现反复上线和下线的现象。

长发光ONU出现原因大致归结为两类：PON芯片控制软件故障和光模块硬件故障。

OLT检测长发光ONU的一种过程如下：

检测OLT在线表中是否有长发光ONU：

OLT向遍历ONU在线表，向ONU的SN发送命令为DISABLE的PLOAM消息；

ONU收到PLOAM消息，进入O7（紧急停止）状态，关闭自身激光器；

若关闭的ONU为长发光ONU，OLT将能重新收到其他正常ONU的SN查询消息，可判断该ONU为长发光ONU；

若关闭的ONU为正常ONU，则OLT仍不能收到其他ONU的SN查询消息，重新使能该ONU，并进行下一个ONU的检测。

OLT的ONU在线表遍历完，仍未检测到长发光ONU时，说明ONU是全新上电就长发光的，则进行如下处理：

OLT对PON口下所有ONU发送命令ID为DISABLE的PLOAM广播消息；

ONU收到PLOAM广播消息，进入O7状态，关闭自身激光器。这样PON口下所有在线的ONU都关闭了激光器；

OLT开始遍历授权表，并逐一对每个已授权的ONU发送命令ID为ENABLE的PLOAM消息，使能所有已授权的ONU；

ONU收到PLOAM消息，重新打开自身激光器，从O7状态回到O2状态，再重新测距激活到O5，恢复正常工作。

PON保护技术在主干光纤出现故障时，可以实现快速保护倒换，在尽可能短的时间内实现业务的恢复，不影响用户的使用。

目前常用的PON保护技术是 A、B、C、D 4种保护类型。

A和B两种类型的保护范围是从OLT的PON口到光分路器之间的这一部分保护，两者的区别在于是否将OLT的PON端口纳入到保护范围内。

C和D的类型保护范围是从OLT的PON端口到ONU的PON端口之间的全部保护，两者的区别在于是否将ONU的P0N端口纳入到保护范围。

▍ Type D

Type A（骨干光纤保护）：OLT的2个PON端口采用1个PON MAC芯片，通过1×2的开关连接2个光模块，采用2:N光分路器，在分路器和OLT之间建立2条独立的、互相备份的光纤链路，由OLT检测线路状态，一旦主用光纤链路发生故障，切换至备用光纤链路。但只适用于同一PON板卡内的PON口间保护。

▍ Type D

Type B（OLT PON口保护）：OLT采用2个PON端口，分别采用独立的PON MAC芯片和光模块，实现2个PON端口的保护，备用的PON端口处于冷备用状态，采用2:N光分路器，在分路器和0LT之间建立2条独立的、互相备份的光纤链路，由OLT检测线路状态、OLT PON端口状态，一旦主用光纤链路发生故障，由OLT完成倒换。适用同一OLT的任意2个PON端口间（单归属）或不同的OLT的任意2个PON端口间（双归属），具有接入成本和实用性优势，在有保护需求的场景中使用普遍。

Type B单归属：主要用于保护OLT与ODN之间的光纤故障，2个PON端口分布在同一台 OLT上，可以是同一块业务板上的2个PON端口，也可以是不同业务板（机架式OLT）上的2个PON端口。

Type B双归属：主要用于保护OLT与ODN之间的光纤故障和OLT硬件故障，2个PON端口分布在不同的 OLT上，OLT可以是分布在同一机房内也可以是不同的机房内。

▍ Type D

Type C（PON系统全光纤保护）：OLT采用两个PON端口，均处于工作状态；ONU的PON端口前内置1x2光开关；采用2个1:N光分路器，在ONU和OLT之间建立2条独立的、互相备份的光纤链路；由ONU检测线路状态，一旦主用光纤链路发生故障，由ONU完成倒换。

▍ Type D

Tpey D（PON系统全光纤保护）：OLT采用两个PON端口，在ONU侧采用2个PON口，系统采用热备份保护方式，保护倒换时间小于50ms。全光纤保护倒换配置对OLT PON口、ONU PON口、光分路器和全部光纤进行备份。在这种配置方式下，通过倒换到备用设备可在任意点故障进行恢复，具有高可靠性。

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