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无源光网络光纤测距与时间同步方案改进 　　【摘要】在目前的无源光网络时间同步及光纤测距方案中，存在着兼容性问题，即不同厂家的OLT与ONU对接，需要重新测量与修正。问题产生的根源在于计算传输时延时，将电路的延迟特性当成光路延时的一部分，本文在分析GPON系统测距原理以及数据传输过程之后，提出一种解决时间同步兼容性问题的办法，并提供一种光纤长度精确测量的方案，基于同样的道理，EPON、10GEPON、XG-PON1的系统，这些结论都能适用。 　　【关键词】无源光网络；光纤测距；时间同步 　　1.引言 　　吉比特无源光网络（Gigabit-Capable Passive Optical Networks，GPON）通常采用点到多点的网络结构[1]，下行采用广播方式，经过光分配网络（Optical Distribution Network，ODN）数据可以到达光网络单元（Optical Network Unit，ONU），ONU根据ONU-ID识别分发给自己的数据。在上行方向，由于共用一根光纤，ONU的上行数据采用TDMA方式，在同一时刻只能有一个ONU发送数据到达光线路终端（Optical Line Terminal，OLT），否则会导致上行数据冲突。为了避免上行数据冲突，GPON的协议中规定通过时延补偿的方式将所有ONU的逻辑距离补偿到同一水平。由于每个ONU到达OLT的距离不同，信号在光纤中传输的时间也不同，因此，必须测出每个ONU与OLT之间的逻辑距离，以便计算出每个ONU的补偿时延（又称均衡时延，EqD），在注册阶段将相应的时延下发给ONU。ONU以下行数据为基准，根据所分配的补偿时延对上行数据进行延时，保证每个ONU的上行数据不冲突。 　　在GPON和XG-PON1标准中，测量EqD的计算方式时没有考虑到EqD的测量是由局端的MAC完成的，将MAC到Serdes（Serdes是英文SERializer串行器/DESerializer解串器的简称）到光模块光电转换这段时间计算在EqD之内，而这段时间是数据在电路中的传输时间，和光在光纤中的传输时间有所区别，所以在进行光纤测距及时间同步时产生了误差，本文试图解释这种误差的来源并提供解决问题的办法。 　　2.GPON测距原理 　　GPON的测距是在ONU注册阶段完成的，在ONU收到OLT发送的SN请求消息时，ONU等待一定的应答时间之后，返回一个SN应答消息。OLT在收到此应答消息并验证合法之后，给该ONU分配一个ONU-ID，ONU收到分配的ONU-ID之后进入测距状态。 　　GPON采用带内开窗测距法进行测距，当一个ONU需要测距时，OLT向该ONU发送测距请求，同时命令其它ONU停止发送上行业务，在上行时隙中打开一个测距窗口供这个ONU使用。ONU发送一个回应测距请求的上行帧，OLT通过内部计数器测出从发出命令到接收到ONU响应的延时，得到该ONU的环路时延值（Round trip delay，Rtd），进而算出均衡时延值，通过下行帧分配给ONU，ONU收到此消息之后进入正常的操作状态。下图为GPON的测距时序[2]。 　　如图1所示，OLT下发测距请求经传输时延之后到达ONU，Response Time为ONU处理注册报文的时间。Sstart为OLT指定ONU开始上传响应的时刻，GPON测距中一般设为0。Pre-Assigned EqD为预置补偿时延，是OLT根据最近ONU设定的值，目的是保证最近的ONU能以正确的相位到达OLT，提高带宽利用率，测距完成之后ONU进入上线状态时会清除该值。ONU处理完报文之后，等待Pre_EqD及Sstart之后，发送响应帧，经上行传输时延到达OLT，OLT通过计算得出该ONU的Rtd。假设数据上下行传输时延分别为Tpd_u、Tpd_d，则Rtd=Tpd_d+Response Time+Pre-Assigned EqD+Sstart+Tpd_u。 　　由于不同的ONU与OLT之间的距离不等，因此每个ONU的Rtd不同，为了保证上行数据相位相同，OLT会为每个ONU计算一个EqD，使所有的ONU的Rtd与EqD之和为一个固定值，这个值又称为补偿往返循环时延（The Equalized Round Trip Delay，Teqd）。上图中的Zero Distance’EqD即为Teqd，是OLT根据最远光纤长度设定的一个值，其大于等于逻辑距离最远的ONU，是同一PON口下所有ONU在时延补偿之后的往返时延，同一PON口下的ONU满足：Teqd=Rtd（n）+EqD（n），EqD（n）=Teqd-Rtd（n）。ONU在处理完OLT的请求时须先等待EqD时间，这样能保证同一PON口下的所有ONU的相位相同。 　　在