EPON系统如何进行测距和定时？

EPON系统如何进行测距和定时？

在EPON系统中，在上行方向采用时分多址（TDMA）的接入方式（如图2-4（b）所示），即每个ONU在特定的时间窗口内向OLT发送上行数据流，且要保证各个ONU的上行业务流不发生时间上的冲突。在上行方向的多址接入方式上，EPON系统与SDH等同步传输系统不同，其每个ONU的上行时隙不是固定分配的，否则无法适应以太网/IP业务突发性和自适应性的特点。EPON系统与传统的以太网也不同，不适合采用CSMA/CD的方式。因此，EPON系统采用了一种OLT集中控制的上行时隙分配机制，就是由OLT根据各ONU的服务等级协议（SLA），结合各ONU上报的上行带宽需求，通过特定的算法给每个ONU分配上行的授权时隙（Grant Window），每个Grant是一个时间窗口，包含起始时间和时间窗口的长度（通俗一点讲，就是OLT指示ONU#1“你可以在12:00开始向我发送数据，时间为5min”，指示ONU#2“你可以在12:05开始向我发送数据，时间为3min”，以此类推，也就是说ONU#1、ONU#2…的上行时隙分别为12:00～12:05、12:05～12:08…）；所有ONU都按照OLT分配的上行授权时隙向上行发送数据流，这样就确保了各ONU之间上行数据流不发生时间上的冲突，又提高了上行带宽的利用效率。

如果所有ONU到OLT的光纤长度相同，那么OLT按照上述原理进行处理，相对比较简单。但在实际的EPON网络中，每个ONU和OLT之间的光纤长度可能各不相同，因此光信号在ONU和OLT之间传输的时延也会各不相同。为了保证所有ONU的上行数据不发生时间上的冲突，OLT必须准确知道数据在OLT和每个ONU之间传输的往返时间（Round Trip Time，RTT）以进行补偿，这个时延补偿的过程就是测距。

要实现这种上行时隙的精确控制依赖于OLT和ONU有一个共同的时钟。为了实现这个目的，在EPON系统中，OLT和每个ONU内部都有一个32bit的计数器，计数器每16ns增加1，这些定时器为设备提供本地的时间戳，即时钟。OLT的本地时钟作为整个PON系统的时钟基准，其下面所有的ONU的时钟都要同步到OLT的时钟上。在EPON系统中，OLT和ONU发送的MPCP消息都有一个4字节长度的“时间戳（timestamp）”字段，用于携带发送该MPCP消息时本地计数器的值，实现本地时刻值的传递。

当ONU收到OLT发来的MPCP消息时，就立刻按照此消息上携带的时间戳字段的值设置自身计数器的值，这样就确保了ONU的本地时钟同步到OLT的时钟上。当OLT接收到ONU发来的MPCP消息时，则提取该消息上“时间戳”字段的值，并用于和本地计数器的值进行比较来计算OLT和ONU之间的往返时间。具体的测距原理如图1所示。

图1　测距原理

往返时间RTT主要由两部分组成：OLT到ONU的下行传输时间TDOWNSTREAM和ONU到OLT的上行传输时间TUPSTREAM。如图2-6所示，如果OLT发送MPCP消息时的本地时刻为t0，那么这个MPCP消息在经过长度为l的光纤到达ONU后，ONU立刻设置本地时间为t0。在经过TWAIT时间后，ONU向OLT发送上行MPCP消息的时候，把本地时钟的值t1写入到MPCP消息的“时间戳”字段中。这个上行MPCP消息经过同样长度的光纤后到达OLT时，OLT的本地时间为t2。有

因此OLT只要简单地把本地计数器的值与接收到的MPCP消息中携带的ONU本地计数器的值相减就得到了往返时间RTT。当然，除了光信号在光纤中传输的时延外，RTT也包含了消息在OLT和ONU内部进行处理导致的时延，但一般情况下，光信号在光纤中传输的时延占RTT的绝大部分，设备内部处理时延可忽略，因此RTT的值基本能够反映光纤长度，即

其中，c为光速，1.5为光纤纤芯的折射率。这个公式可以简化为l=3.75×RTT（ns），其中l的单位为m，RTT的单位为ns。

OLT根据计算出的每个ONU的RTT值进行上行授权窗口的补偿，使各ONU的上行时隙不发生冲突。在完成注册阶段的测距后，OLT还必须不断地对ONU进行实时的RTT测量以实现动态的补偿。