CN105610535B - Epon接入业务的往返时间同步方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种EPON接入业务的往返时间同步方法，该方法考虑到了不同光纤的特性及电路转换特性，将调整时间细分为数据在光纤的传播时延以及数据在电路上的时延，电路时延主要包括光电转换、串并转换以及协议处理与解析的时间等。相比较现有的时间同步方法，增加了在光线路终端和光网络单元的Serdes进行串/并转化的时间，提高了下行传输时延的精确度，从而为光网络单元提供精确的调整时间，提高EPON接入业务的往返时间同步的精确度。

Description

EPON接入业务的往返时间同步方法和系统

技术领域

本发明通信技术领域，特别是涉及一种EPON接入业务的往返时间同步方法和系统。

背景技术

EPON系统由局端设备OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)、用户端设备ONU(Optical Network Unit，光网络单元)以及光分配网ODN(Optical DistributionNetwork，光分配网)组成。其通过SNI(Serial Network Interface，串行网络接口)与业务节点相连，通过UNI(User Networks interface，用户网络侧接口)与用户设备相连。其中，OLT设备位于局端，ONU设备位于用户端，ODN由光纤和光分路器/耦合器等无源器件组成。一个OLT下可以连接多个ONU，使得一个OLT接口的光纤传输带宽可以由多个ONU共享，节省了大量的光纤铺设成本。OLT到ONU为下行方向，反之为上行方向。EPON采用单纤波分复用技术(下行波长1490nm，上行波长1310nm)，下行采用纯广播的通信方式，上行采用时分复用(TDM)技术。

如图8所示，EPON下行采用广播方式，经过光网络单元(ODN)数据到达光网络单元(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(OLT)，否则会导致上行数据冲突。为了避免上行数据冲突，EPON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(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。

EPON通常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(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。

OLT下发测距请求经传输时延之后到达ONU，响应时间ResponseTime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，EPON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+ResponseTime+Pre-assigned EqD+Sstart+Tpd_u。

如图9和图10所示，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(Teqd)。零距离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。

如图11所示，EPON数据传输时延图中：t1为OLT的发送电路处理和电/光转化时间，t2为OLT到ONU的光纤传输时间，t3为ONU的接收电路处理和光/电转化时间，t4为ONU处理报文的时间，t5为ONU发送电路处理和电/光转化时间，t6为ONU到OLT的光纤传输时间，t7为OLT接收电路和光/电转化时间，t1、t3、t4、t5及t7之和称为设备响应时间。目前时间同步方案中，ONU的调整时间计算方式为：

Δt＝t1+t2+t3＝(Teqd-EqD-t4)/2 (设定t1+t2+t3＝t5+t6+t7)。

其中Teqd和EqD是局端通过PLOAM消息下发到ONU的，t4是ONU处理报文的时延。在实际测试过程中，由于t4不是精确值，可能会引入一定的误差，通常会是±2us。

根据传输时延调整时间，目前传输光纤长度实现一般的计算如下：

OLT下发下行帧，经过下行时延Ttd_d之后到达ONU，ONU处理完报文之后，等待补偿时延EqD之后发送回应帧，经过上行传输时延Ttd_u之后到达OLT。

现有的光纤长度计算公式如下：

Ttd_d+Ttd_u+Tresponse+EqD＝Teqd (1)

Ttd_d:Ttd_u＝n1490:n1310 (2)

L＝Ttd_d*Vodn_d＝Ttd_u*Vodn_u (3)

其中Teqd、EqD是局端通过PLOAM消息下发到ONU的，Tresponse为ONU处理测距请求报文的时间，一般设定为35us，Ttd_d、Ttd_u为OLT与ONU之间的上下行数据传输时延，若只考虑光纤中的传输时延时，两者之间与上下行波长相关，Vodn_u、Vodn_d为光在上下行光纤中的传播速度，由公式1、2、3可计算出传输光纤的长度L。

利用此公式进行计算时，会有一定的误差，这是因为将电路的延迟特性也当作光纤的传播时延进行计算。数据在无源光网络中通信时，传输时延既包括数据在光纤中的传播时延，也包括数据在电路上的时延，电路时延主要包括光电转换、串并转换以及协议处理与解析的时间等。其中光纤的传播时延是跟折射率有关的，可以用来计算光纤的长度。而电路时延部分是跟光路折射率无关的，在进行光纤长度计算时，将这部分作为光纤往返时延的一部分会引起误差。

发明内容

基于此，有必要提供一种降低误差EPON接入业务的往返时间同步方法和系统。

一种EPON接入业务的往返时间同步方法，包括：

获取下行数据在光线路终端的MAC层进行协议封装的第一时间、在光线路终端的Serdes进行串/并转化的第二时间、经所述光线路终端的光模块进行电/光转化的第三时间、经所述光网络单元的光模块进行光/电转化以及数据、时钟恢复的第四时间、经所述光网络单元的Serdes进行串/并转化的第五时间、经所述光网络单元的MAC层进行协议解析的第六时间以及光网络单元处理报文的第七时间；

获取上行数据在光网络单元的MAC层进行协议封装的第八时间、在光网络单元的Serdes进行串/并转化的第九时间、经光网络单元的光模块进行电/光转化的第十时间、经所述光线路终端的光模块进行光/电转化的第十一时间、经所述光线路终端的Serdes进行串/并转化的第十二时间以及经所述光线路终端的MAC层进行协议解析的第十三时间；

获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，并根据所述补偿往返循环时延、所述第一时间至所述第十三时间、以及下行数据经下行光纤传输到所述光网络单元的第十四时间与上行数据经上行光纤传输到所述光线路终端的第十五时间的比值，计算所述第十四时间和所述第十五时间；

根据所述第一时间至第六时间以及所述第十四时间计算下行数据的下行传输时延，当所述光网络单元接收到所述光线路终端的消息时，根据所述下行传输时延对所述光线路终端分配的时间进行调整以实现时间同步，所述下行传输时延为所述第一时间至第六时间以及所述第十四时间的总和。

在其中一种实施方式中，所述获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，并根据所述补偿往返循环时延、所述第一时间至所述第十三时间、以及下行数据经下行光纤传输到所述光网络单元的第十四时间与上行数据经上行光纤传输到所述光线路终端的第十五时间的比值，计算所述第十四时间和所述第十五时间的步骤包括：

获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，根据环路时延值与所述第一时间至第十五时间的关系、所述环路时延值与补偿时延和所述补偿往返循环时延的关系、以及所述第十四时间与第十五时间的比值，计算所述第十四时间与第十五时间；

其中，环路时延值为所述第一至第十五时间的总和；

所述补偿往返循环时延为所述环路时延值与所述补偿时延的总和；

所述第十四时间与所述第十五时间的比值为：

Todn_d:Todn_u＝n1490:n1310；

其中，Todn_d为第十四时间，Todn_u为第十五时间。

在其中一种实施方式中，在所述获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，并根据所述补偿往返循环时延、所述第一时间至所述第十三时间、以及下行数据经下行光纤传输到所述光网络单元的第十四时间与上行数据经上行光纤传输到所述光线路终端的第十五时间的比值，计算所述第十四时间和所述第十五时间的步骤之后，还包括：

根据所述第一时间至所述第十五时间计算所述光网络单元的环路时延值，并根据所述补偿往返循环时延和所述环路时延值计算所述光线路终端为所述光网络单元分配的补偿时延。

在其中一种实施方式中，计算所述补偿时延的公式为：EqD＝Teqd-(Rtd-Pre_AssignedEqD-Sstart)

其中，Pre_AssignedEqD为所述光线路终端为所述光网络单元预置的补偿时延，Sstart为光线路终端指定光网络单元开始上传响应的时刻,Teqd为补偿往返循环时延，Rtd为环路时延值，EqD为补偿时延。

在其中一种实施方式中，在所述根据所述第一时间至第六时间以及所述第十四时间计算所述光网络单元的调整时间的步骤之后，还包括：

根据所述补偿往返循环时延、环路时延值以及所述第一时间至第十三时间计算所述传输光纤的长度，计算公式为：

L＝(Teqd-EqD-Ttotal)*c/(n1490+n1310)

其中，C为光速；Ttotal为所述第一时间到第十三时间的总和，L为传输光纤的长度，Teqd为为补偿往返循环时延，EqD为补偿时延。

本发明还提供一种EPON接入业务的往返时间同步系统，包括：

第一获取模块，用于获取下行数据在光线路终端的MAC层进行协议封装的第一时间、在光线路终端的Serdes进行串/并转化的第二时间、经所述光线路终端的光模块进行电/光转化的第三时间、经所述光网络单元的光模块进行光/电转化以及数据、时钟恢复的第四时间、经所述光网络单元的Serdes进行串/并转化的第五时间、经所述光网络单元的MAC层进行协议解析的第六时间以及光网络单元处理报文的第七时间；

第二获取模块，用于获取上行数据在光网络单元的MAC层进行协议封装的第八时间、在光网络单元的Serdes进行串/并转化的第九时间、经光网络单元的光模块进行电/光转化的第十时间、经所述光线路终端的光模块进行光/电转化的第十一时间、经所述光线路终端的Serdes进行串/并转化的第十二时间以及经所述光线路终端的MAC层进行协议解析的第十三时间；

光纤传输时延计算模块，用于获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，并根据所述补偿往返循环时延、所述第一时间至所述第十三时间、以及下行数据经下行光纤传输到所述光网络单元的第十四时间与上行数据经上行光纤传输到所述光线路终端的第十五时间的比值，计算所述第十四时间和所述第十五时间；

下行传输时延计算模块，用于根据所述第一时间至第六时间以及所述第十四时间计算下行数据的下行传输时延，当所述光网络单元接收到所述光线路终端的消息时，根据所述下行传输时延对所述光线路终端分配的时间进行调整以实现时间同步，所述下行传输时延为所述第一时间至第六时间以及所述第十四时间的总和。

在其中一种实施方式中，所述获光纤传输时延计算模块具体用于

获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，根据环路时延值与所述第一时间至第十五时间的关系、所述环路时延值与补偿时延和所述补偿往返循环时延的关系、以及所述第十四时间与第十五时间的比值，计算所述第十四时间与第十五时间；

其中，环路时延值为所述第一至第十五时间的总和；

所述补偿往返循环时延为所述环路时延值与所述补偿时延的总和；

所述第十四时间与所述第十五时间的比值为：

Todn_d:Todn_u＝n1490:n1310；

其中，Todn_d为第十四时间，Todn_u为第十五时间。

在其中一种实施方式中，还包括：

补偿时延计算模块，用于根据所述第一时间至所述第十五时间计算所述光网络单元的环路时延值，并根据所述补偿往返循环时延和所述环路时延值计算所述光线路终端为所述光网络单元分配的补偿时延。

在其中一种实施方式中，计算所述补偿时延的公式为：EqD＝Teqd-(Rtd-Pre_AssignedEqD-Sstart)

其中，Pre_AssignedEqD为所述光线路终端为所述光网络单元预置的补偿时延，Sstart为光线路终端指定光网络单元开始上传响应的时刻,Teqd为补偿往返循环时延，Rtd为环路时延值，EqD为补偿时延。

在其中一种实施方式中，还包括：

传输光纤长度计算模块，用于根据所述补偿往返循环时延、环路时延值以及所述第一时间至第十三时间计算所述传输光纤的长度，计算公式为：

L＝(Teqd-EqD-Ttotal)*c/(n1490+n1310)

其中，C为光速；Ttotal为所述第一时间到第十三时间的总和，L为传输光纤的长度，Teqd为为补偿往返循环时延，EqD为补偿时延。

本发明的EPON接入业务的往返时间同步方法，考虑到了不同光纤的特性及电路转换特性，将调整时间细分为数据在光纤的传播时延以及数据在电路上的时延，电路时延主要包括光电转换、串并转换以及协议处理与解析的时间等。相比较现有的时间同步方法，增加了在光线路终端和光网络单元的Serdes进行串/并转化的时间，提高了下行传输时延的精确度，从而为光网络单元提供精确的调整时间，提高EPON接入业务的往返时间同步的精确度。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的EPON接入业务的往返时间同步方法的流程图；

图2为本发明的EPON数据传输时延示意图；

图3为本发明的另一种实施方式的EPON接入业务的往返时间同步方法的流程图；

图4为一种实施方式的EPON接入业务的往返时间同步系统的功能模块示意图；

图5为一种EPON测试测距拓扑图；

图6为采用1：32光分路器的RTD测试示意图；

图7为采用1：8光分器的RTD测试示意图；

图8为EPON接入业务引发冲突的上行传输的示意图；

图9为现有的一种EPON测距的原理图；

图10为EPON工作时序图；

图11为现有的一种EPON计算传输时延的示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种EPON接入业务的往返时间同步方法，包括：

S10：获取下行数据在光线路终端的MAC层进行协议封装的第一时间Toltmac_d、在光线路终端的Serdes进行串/并转化为串行数据的第二时间Toltsds_d、串行数据经光线路终端的光模块进行电/光转化形成光信号的第三时间Toltopt_d、光网络单元的光模块对光信号进行光/电转化以及数据、时钟恢复为恢复信号的第四时间Tonuopt_d、恢复信号经光网络单元的Serdes进行串/并转化为电信号的第五时间Tonusds_d、光网络单元的MAC层对电信号进行协议解析的第六时间Tonumac_d以及光网络单元处理报文的第七时间Tresponse。

具体的，光线路终端的Serdes对封装的下行数据进行串/并转化为串行数据，光线路终端的光模块对串行数据进行电/光转化为光信号，光信号经光网络单元的光模块进行光/电转化以及数据、时钟恢复转化为恢复信号，恢复信号经光网络单元的Serdes进行串/并转化处理为串行并行数据，并行数据经光网络单元的MAC层进行协议解析。

其中，如图2所示，第一时间Toltmac_d、第二时间Toltsds_d和第三时间Toltopt_d分别表示下行数据在OLT侧MAC层、Serdes及光模块上的处理时间，第四时间Tonuopt_d、第五时间Tonusds_d和第六时间Tonumac_d分别表示下行数据在ONU侧的光模块上、Serdes及MAC层的处理时间。

S30：获取上行数据在光网络单元的MAC层进行协议封装的第八时间Tonumac_u、在光网络单元的Serdes进行串/并转化的第九时间Tonusds_u、在光网络单元的光模块进行电/光转化形成光信号的第十时间Tonuopt_u、在光线路终端的光模块对光信号进行光/电转化以及数据、时钟恢复为的第十一时间Toltopt_u、在光线路终端的Serdes进行串/并转化的第十二时间Toltsds_u、在光线路终端的MAC层进行协议解析的第十三时间Toltmac_u。

其中，第八时间Tonumac_u、第九时间Tonusds_u和第十时间Tonuopt_u为上行数据在ONU侧的MAC层、Serdes及光模块上的处理时间，第十一时间Toltopt_u、第十二时间Toltsds_u和第十三时间Toltmac_u分别表示上行数据在OLT侧的光模块上、Serdes及MAC层的处理时间。上行数据在各模块的数据处理与下行数据的相同，在此不再赘述。

在具体的实施方式中，光线路终端和光网络单元的Serdes的处理时间、光模块的处理时间以及光网络单元处理报文的时间可通过查阅相关手册得到，数据在光线路终端和光网络单元的MAC层的处理时间可通过软件仿真得到。

S50：获取光线路终端的补偿往返循环时延，并根据补偿往返循环时延、第一时间至第十三时间、以及下行数据经下行光纤传输到光网络单元的第十四时间与上行数据经上行光纤传输到光线路终端的第十五时间的比值，计算第十四时间和第十五时间。

根据EPON的测距原理可知，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，即补偿往返循环时延(Teqd)。Rtd为从OLT发送命令到接收到ONU响应的延时，即第一时间至第十五时间的总和，因此，根据补偿往返循环时延、第一时间至第十三时间、以及第十四时间与第十五时间的比值能够计算第十四时间Todn_d和第十五时间Todn_u。

S70：根据第一时间至第六时间以及第十四时间计算光网络单元的调整时间，当光网络单元接收到光线路终端的消息时，根据调整时间对光线路终端分配的时间进行补偿以实现时间同步，光网络单元的调整时间为第一时间至第六时间以及第十四时间的总和。

光网络单元的调整时间即下行数据在光纤中的传输时延，为第一时间至第六时间以及第十四时间的总和。当光网络单元接收到光线路终端的消息时，根据调整时间对光线路终端分配的时间进行补偿以实现时间同步。

本发明的EPON接入业务的往返时间同步方法，考虑到了不同光纤的特性及电路转换特性，将调整时间细分为数据在光纤的传播时延以及数据在电路上的时延，电路时延主要包括光电转换、串并转换以及协议处理与解析的时间等。相比较现有的时间同步方法，增加了在光线路终端和光网络单元的Serdes进行串/并转化的时间，提高了下行传输时延的精确度，从而为光网络单元提供精确的调整时间，提高EPON接入业务的往返时间同步的精确度。

在另一种实施方式中，步骤S50具体为：获取光线路终端的补偿往返循环时延，根据环路时延值与第一时间至第十五时间的关系、环路时延值与补偿时延和补偿往返循环时延的关系、以及第十四时间与第十五时间的比值，计算第十四时间与第十五时间。

具体的，环路时延值与第一至第十五时间的关系如公式(4)所示，环路时延值为第一时间至第十五时间的总和。

Rtd＝Toltmac_d+Toltsds_d+Toltopt_d+Todn_d+Tonuopt_d+Tonusds_d+Tonumac_d+Tresponse+Tonumac_u+Tonusds_u+Tonuopt_u+Todn_u+Toltopt_u+Toltsds_u+Toltmac_u (4)

环路时延值与补偿时延与补偿往返循环时延的关系如公式(5)所示，补偿往返循环时延为环路时延值与补偿时延的总和

Rtd+EqD＝Teqd (5)

第十四时间Todn_d与第十五时间Todn_u的比值为如公式(6)所示：

Todn_d:Todn_u＝n1490:n1310 (6)

Teqd为补偿往返循环时延，Rtd为环路时延值，EqD为补偿时延。

由上述公式，可计算得到下行数据在下行光纤的传输到光网络单元的第十四时间Todn_d与上行数据在上行光纤中传输到光线路终端的第十五时间Todn_u。

在另一种实施方式中，步骤S50之后，还包括：

S60：根据第一时间至第十五时间计算光网络单元的环路时延值，并根据补偿往返循环时延和环路时延值计算光线路终端为光网络单元分配的补偿时延。

如前面所述的，Rtd为从OLT发送命令到接收到OUN响应的延时，即第一时间至第十五时间的总和，而Rtd与EqD之为补偿往返循环时延Teqd，因此，根据第一时间至第十五时间计算环路时延值，再根据补偿往返循环时延和环路时延值计算光线路终端为光网络单元分配的补偿时延。

具体的，计算补偿时延的公式为：

EqD＝Teqd-(Rtd-Pre_AssignedEqD-Sstart) (7)

其中，Pre_AssignedEqD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。

Sstart为OLT指定ONU开始上传响应的时刻。

在另一种实施方式中，在步骤S70之后，还包括步骤S80：

根据补偿往返循环时延、环路时延值以及第一时间至第十三时间计算传输光纤的长度，计算公式为：

L＝(Teqd-EqD-Ttotal)*c/(n1490+n1310)

其中，C为光速；Ttotal为第一时间到第十三时间的总和，即Ttotal为数据在电路、光路上的总耗时以及O N U处理测距请求报文的时间：

Ttotal＝Toltmac_d+Toltsds_d+Toltopt_d+Tonuopt_d+Tonusds_d+Tonumac_d+Tonumac_u+Tonusds_u+Tonuopt_u+Toltopt_u+Toltsds_u+Toltmac_u+Tresponse。

本发明的EPON接入业务的往返时间同步方法，在对现有EPON数据传输过程进行分析的基础上，提出了优化传输时延计算值、解决系统兼容性的办法，在利用本方法进行时间同步及光纤长度的测量时，数据在各部分传输的时延值都可准确计算获得，不同的OLT与ONU之间更加可以互相兼容。

本发明还提供一种EPON接入业务的往返时间同步系统，包括：

第一获取模块10，用于获取下行数据在光线路终端的MAC层进行协议封装的第一时间Toltmac_d、在光线路终端的Serdes进行串/并转化为串行数据的第二时间Toltsds_d、串行数据经光线路终端的光模块进行电/光转化形成光信号的第三时间Toltopt_d、光网络单元的光模块对光信号进行光/电转化以及数据、时钟恢复为恢复信号的第四时间Tonuopt_d、恢复信号经光网络单元的Serdes进行串/并转化为电信号的第五时间Tonusds_d、光网络单元的MAC层对电信号进行协议解析的第六时间Tonumac_d以及光网络单元处理报文的第七时间Tresponse。

具体的，光线路终端的Serdes对封装的下行数据进行串/并转化为串行数据，光线路终端的光模块对串行数据进行电/光转化为光信号，光信号经光网络单元的光模块进行光/电转化以及数据、时钟恢复转化为恢复信号，恢复信号经光网络单元的Serdes进行串/并转化处理为串行并行数据，并行数据经光网络单元的MAC层进行协议解析。

其中，如图2所示，第一时间Toltmac_d、第二时间Toltsds_d和第三时间Toltopt_d分别表示下行数据在OLT侧MAC层、Serdes及光模块上的处理时间，第四时间Tonuopt_d、第五时间Tonusds_d和第六时间Tonumac_d分别表示下行数据在ONU侧的光模块上、Serdes及MAC层的处理时间。

第二获取模块20，用于获取上行数据在光网络单元的MAC层进行协议封装的第八时间Tonumac_u、在光网络单元的Serdes进行串/并转化的第九时间Tonusds_u、在光网络单元的光模块进行电/光转化形成光信号的第十时间Tonuopt_u、在光线路终端的光模块对光信号进行光/电转化以及数据、时钟恢复为的第十一时间Toltopt_u、在光线路终端的Serdes进行串/并转化的第十二时间Toltsds_u、在光线路终端的MAC层进行协议解析的第十三时间Toltmac_u。

其中，第八时间Tonumac_u、第九时间Tonusds_u和第十时间Tonuopt_u为上行数据在ONU侧的MAC层、Serdes及光模块上的处理时间，第十一时间Toltopt_u、第十二时间Toltsds_u和第十三时间Toltmac_u分别表示上行数据在OLT侧的光模块上、Serdes及MAC层的处理时间。上行数据在各模块的数据处理与下行数据的相同，在此不再赘述。

在具体的实施方式中，光线路终端和光网络单元的Serdes的处理时间、光模块的处理时间以及光网络单元处理报文的时间可通过查阅相关手册得到，数据在光线路终端和光网络单元的MAC层的处理时间可通过软件仿真得到。

光纤传输时延计算模块30，用于获取光线路终端的补偿往返循环时延，并根据补偿往返循环时延、第一时间至第十三时间、以及下行数据经下行光纤传输到光网络单元的第十四时间与上行数据经上行光纤传输到光线路终端的第十五时间的比值，计算第十四时间和第十五时间。

根据EPON的测距原理可知，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，即补偿往返循环时延(Teqd)。Rtd为从OLT发送命令到接收到ONU响应的延时，即第一时间至第十五时间的总和，因此，根据补偿往返循环时延、第一时间至第十三时间、以及第十四时间与第十五时间的比值能够计算第十四时间Todn_d和第十五时间Todn_u。

下行传输时延计算模块40，用于根据第一时间至第六时间以及第十四时间计算下行数据的下行传输时延，当光网络单元接收到光线路终端的消息时，根据下行传输时延对光线路终端分配的时间进行调整以实现时间同步，下行传输时延为第一时间至第六时间以及第十四时间的总和。

光网络单元的调整时间即下行数据在光纤中的传输时延，为第一时间至第六时间以及第十四时间的总和。当光网络单元接收到光线路终端的消息时，根据调整时间对光线路终端分配的时间进行补偿以实现时间同步。

本发明的EPON接入业务的往返时间同步系统，考虑到了不同光纤的特性及电路转换特性，将调整时间细分为数据在光纤的传播时延以及数据在电路上的时延，电路时延主要包括光电转换、串并转换以及协议处理与解析的时间等。相比较现有的时间同步方法，增加了在光线路终端和光网络单元的Serdes进行串/并转化的时间，提高了下行传输时延的精确度，从而为光网络单元提供精确的调整时间，提高EPON接入业务的往返时间同步的精确度。

在另一种实施方式中，光纤传输时延计算模块30具体用于

获取光线路终端的补偿往返循环时延，根据环路时延值与第一时间至第十五时间的关系、环路时延值与补偿时延和补偿往返循环时延的关系、以及第十四时间与第十五时间的比值，计算第十四时间与第十五时间。

具体的，环路时延值与第一至第十五时间的关系如公式(4)所示，环路时延值为第一时间至第十五时间的总和。

Rtd＝Toltmac_d+Toltsds_d+Toltopt_d+Todn_d+Tonuopt_d+Tonusds_d+Tonumac_d+Tresponse+Tonumac_u+Tonusds_u+Tonuopt_u+Todn_u+Toltopt_u+Toltsds_u+Toltmac_u (4)

环路时延值与补偿时延与补偿往返循环时延的关系如公式(5)所示，补偿往返循环时延为环路时延值与补偿时延的总和

Rtd+EqD＝Teqd (5)

第十四时间Todn_d与第十五时间Todn_u的比值为如公式(6)所示：

Todn_d:Todn_u＝n1490:n1310 (6)

Teqd为补偿往返循环时延，Rtd为环路时延值，EqD为补偿时延。

由上述公式，可计算得到下行数据在下行光纤的传输到光网络单元的第十四时间Todn_d与上行数据在上行光纤中传输到光线路终端的第十五时间Todn_u。

在另一种实施方式中还包括：

补偿时延计算模块50，用于根据第一时间至第十五时间计算光网络单元的环路时延值，并根据补偿往返循环时延和环路时延值计算光线路终端为光网络单元分配的补偿时延。如前所述面的，Rtd为从OLT发送命令到接收到OUN响应的延时，即第一时间至第十五时间的总和，而Rtd与EqD之为补偿往返循环时延Teqd，因此，根据第一时间至第十五时间计算环路时延值，再根据补偿往返循环时延和环路时延值计算光线路终端为光网络单元分配的补偿时延。

具体的，计算补偿时延的公式为：

EqD＝Teqd-(Rtd-Pre_AssignedEqD-Sstart) (7)

其中，Pre_AssignedEqD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。

Sstart为OLT指定ONU开始上传响应的时刻。

在另一种实施方式中，还包括：

传输光纤长度计算模块60，用于根据补偿往返循环时延、环路时延值以及第一时间至第十三时间计算传输光纤的长度，计算公式为：

L＝(Teqd-EqD-Ttotal)*c/(n1490+n1310)

其中，C为光速；Ttotal为第一时间到第十三时间的总和，即Ttotal为数据在电路、光路上的总耗时以及O N U处理测距请求报文的时间：

Ttotal＝Toltmac_d+Toltsds_d+Toltopt_d+Tonuopt_d+Tonusds_d+Tonumac_d+Tonumac_u+Tonusds_u+Tonuopt_u+Toltopt_u+Toltsds_u+Toltmac_u+Tresponse。

本发明的EPON接入业务的往返时间同步系统，在对现有EPON数据传输过程进行分析的基础上，提出了优化传输时延计算值、解决系统兼容性的办法，在利用本方法进行时间同步及光纤长度的测量时，数据在各部分传输的时延值都可准确计算获得，不同的OLT与ONU之间更加可以互相兼容。

通过实验接入平台，利用OTDR、光功率计、OLT、ONU、光分路器模拟一套Rtd传输时延测试方法对本发明的EPON接入业务的往返时间同步方法进行验证。

实施过程如下：

测量测距精度：

第一步，搭建好测试配置，如图5所示，使系统在设置分路比下工作；

第二步，ONU1～ONUn-1与OLT距离为0km，ONUn与OLT距离为10km/20km。

第三步，在所有ONU正常工作的条件下，在OLT侧对各ONU分别测距。如果所有ONU都能正常测距，用IxN2X可以监视所有ONU(ONU1～ONUn)是否能正常工作(对于IP业务，要求在吞吐量的90％时测试，无丢包)，说明测距范围符合指标。

第四步，对ONU3进行测距，记录测距值为b1；

第五步，在ONU3加入3m的光跳线；

第六步，重新对ONU3进行测距，记录测距值为b2；

第七步，去掉光跳线，再对ONU3进行测距，记录测距值为b3；

第八步，计算测距值的变化|b2-b1|和|b2–b3|应≤15ns。

Rtd测试：

第一步：模拟环境测试设备仪表和材料：1、OLT:C200一套,ONU：2套；2、光分路器：1：32光分路器一套，1：8光分路器一套；3、光纤：2盘，长度分别为14757m,21350m；4、OTDR,光功率计各一套；5、跳纤、法兰盘若干。

第二步：验证常规设计和建设模式下业务开通情况；图6，采用1:32分路器，ONUA挂在分路器的第1个分支，两者用36公里光纤连接，ONUB挂在分路器的第32个分支，测试该分支的光功率，光功率小于ONU的接收灵敏度，ONU A对应的ODN光衰超过了系统的光功率预算。

第三步:将1:32分路器换成1：8分路器，图7，ONU A挂在分路器的第1个分支，两者用36公里光纤连接，ONU B挂在分路器的第8个分支，ONU B能正常注册，ONU A不能正常注册，测试该分支的光功率，光功率为-13.73dBm,大于ONU的接收灵敏度，ONU A对应的ODN光衰在系统的光功率预算内。

第四步，采用命令行查看系统的max-Rtd，值为13524TQ(注TQ为EPON系统内的时间单位)，将其修改为32767TQ,ONU A注册成功。因此，引起ONU注册不成功的原因是max-rtt值设置不合理；

第五步：Rtd和距离的一些定量分析和实际测试；Rtd和距离(OLT与ONU之间的距离，单位为米)的关系为：

Rtd＝Teqd-EqD＝(Distance+157)/1.6393

从理论上计算出图9中ONU A(36107+1.5m)对应的Rtd为22122TQ

测试结果验证了本发明的方法能够提高时间同步的精确调整和传输光纤长度的精确计算，提高系统的兼容性和带宽利用率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种EPON接入业务的往返时间同步方法，包括：

获取下行数据在光线路终端的MAC层进行协议封装的第一时间、在光线路终端的Serdes进行串/并转化的第二时间、经所述光线路终端的光模块进行电/光转化的第三时间、经光网络单元的光模块进行光/电转化以及数据、时钟恢复的第四时间、经所述光网络单元的Serdes进行串/并转化的第五时间、经所述光网络单元的MAC层进行协议解析的第六时间以及光网络单元处理报文的第七时间；

获取上行数据在光网络单元的MAC层进行协议封装的第八时间、在光网络单元的Serdes进行串/并转化的第九时间、经光网络单元的光模块进行电/光转化的第十时间、经所述光线路终端的光模块进行光/电转化的第十一时间、经所述光线路终端的Serdes进行串/并转化的第十二时间以及经所述光线路终端的MAC层进行协议解析的第十三时间；

获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，并根据所述补偿往返循环时延、所述第一时间至所述第十三时间、以及下行数据经下行光纤传输到所述光网络单元的第十四时间与上行数据经上行光纤传输到所述光线路终端的第十五时间的比值，计算所述第十四时间和所述第十五时间；

根据所述第一时间至第六时间以及所述第十四时间计算下行数据的下行传输时延，当所述光网络单元接收到所述光线路终端的消息时，根据所述下行传输时延对所述光线路终端分配的时间进行调整以实现时间同步，所述下行传输时延为所述第一时间至第六时间以及所述第十四时间的总和。

2.根据权利要求1所述的EPON接入业务的往返时间同步方法，其特征在于，所述获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，并根据所述补偿往返循环时延、所述第一时间至所述第十三时间、以及下行数据经下行光纤传输到所述光网络单元的第十四时间与上行数据经上行光纤传输到所述光线路终端的第十五时间的比值，计算所述第十四时间和所述第十五时间的步骤包括：

获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，根据环路时延值与所述第一时间至第十五时间的关系、所述环路时延值与补偿时延和所述补偿往返循环时延的关系、以及所述第十四时间与第十五时间的比值，计算所述第十四时间与第十五时间；

其中，环路时延值为所述第一至第十五时间的总和；

所述补偿往返循环时延为所述环路时延值与所述补偿时延的总和；

所述第十四时间与所述第十五时间的比值为：

Todn_d:Todn_u＝n1490:n1310；

其中，Todn_d为第十四时间，Todn_u为第十五时间，n表示1490和1310为波长。

3.根据权利要求1所述的EPON接入业务的往返时间同步方法，其特征在于，在所述获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，并根据所述补偿往返循环时延、所述第一时间至所述第十三时间、以及下行数据经下行光纤传输到所述光网络单元的第十四时间与上行数据经上行光纤传输到所述光线路终端的第十五时间的比值，计算所述第十四时间和所述第十五时间的步骤之后，还包括：

根据所述第一时间至所述第十五时间计算所述光网络单元的环路时延值，并根据所述补偿往返循环时延和所述环路时延值计算所述光线路终端为所述光网络单元分配的补偿时延。

4.根据权利要求3所述的EPON接入业务的往返时间同步方法，其特征在于，计算所述补偿时延的公式为：EqD＝Teqd-(Rtd-Pre_Ass ignedEqD-Sstart)

其中，Pre_Ass ignedEqD为所述光线路终端为所述光网络单元预置的补偿时延，Sstart为光线路终端指定光网络单元开始上传响应的时刻,Teqd为补偿往返循环时延，Rtd为环路时延值，EqD为补偿时延。

5.根据权利要求1所述的EPON接入业务的往返时间同步方法，其特征在于，在所述根据所述第一时间至第六时间以及所述第十四时间计算所述光网络单元的调整时间的步骤之后，还包括：

根据所述补偿往返循环时延、环路时延值以及所述第一时间至第十三时间计算所述传输光纤的长度，计算公式为：

L＝(Teqd-EqD-Ttotal)*c/(n1490+n1310)

其中，c为光速；Ttotal为所述第一时间到第十三时间的总和，L为传输光纤的长度，Teqd为为补偿往返循环时延，EqD为补偿时延。

6.一种EPON接入业务的往返时间同步系统，包括：

第一获取模块，用于获取下行数据在光线路终端的MAC层进行协议封装的第一时间、在光线路终端的Serdes进行串/并转化的第二时间、经所述光线路终端的光模块进行电/光转化的第三时间、经光网络单元的光模块进行光/电转化以及数据、时钟恢复的第四时间、经所述光网络单元的Serdes进行串/并转化的第五时间、经所述光网络单元的MAC层进行协议解析的第六时间以及光网络单元处理报文的第七时间；

第二获取模块，用于获取上行数据在光网络单元的MAC层进行协议封装的第八时间、在光网络单元的Serdes进行串/并转化的第九时间、经光网络单元的光模块进行电/光转化的第十时间、经所述光线路终端的光模块进行光/电转化的第十一时间、经所述光线路终端的Serdes进行串/并转化的第十二时间以及经所述光线路终端的MAC层进行协议解析的第十三时间；

光纤传输时延计算模块，用于获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，并根据所述补偿往返循环时延、所述第一时间至所述第十三时间、以及下行数据经下行光纤传输到所述光网络单元的第十四时间与上行数据经上行光纤传输到所述光线路终端的第十五时间的比值，计算所述第十四时间和所述第十五时间；

下行传输时延计算模块，用于根据所述第一时间至第六时间以及所述第十四时间计算下行数据的下行传输时延，当所述光网络单元接收到所述光线路终端的消息时，根据所述下行传输时延对所述光线路终端分配的时间进行调整以实现时间同步，所述下行传输时延为所述第一时间至第六时间以及所述第十四时间的总和。

7.根据权利要求6所述的EPON接入业务的往返时间同步系统，其特征在于，所述光纤传输时延计算模块具体用于

获取所述光线路终端的补偿往返循环时延，根据环路时延值与所述第一时间至第十五时间的关系、所述环路时延值与补偿时延和所述补偿往返循环时延的关系、以及所述第十四时间与第十五时间的比值，计算所述第十四时间与第十五时间；

其中，环路时延值为所述第一至第十五时间的总和；

所述补偿往返循环时延为所述环路时延值与所述补偿时延的总和；

所述第十四时间与所述第十五时间的比值为：

Todn_d:Todn_u＝n1490:n1310；

其中，Todn_d为第十四时间，Todn_u为第十五时间，n表示1490和1310为波长。

8.根据权利要求6所述的EPON接入业务的往返时间同步系统，其特征在于，还包括：

补偿时延计算模块，用于根据所述第一时间至所述第十五时间计算所述光网络单元的环路时延值，并根据所述补偿往返循环时延和所述环路时延值计算所述光线路终端为所述光网络单元分配的补偿时延。

9.根据权利要求8所述的EPON接入业务的往返时间同步系统，其特征在于，计算所述补偿时延的公式为：EqD＝Teqd-(Rtd-Pre_Ass ignedEqD-Sstart)

其中，Pre_Ass ignedEqD为所述光线路终端为所述光网络单元预置的补偿时延，Sstart为光线路终端指定光网络单元开始上传响应的时刻,Teqd为补偿往返循环时延，Rtd为环路时延值，EqD为补偿时延。

10.根据权利要求6所述的EPON接入业务的往返时间同步系统，其特征在于，还包括：

传输光纤长度计算模块，用于根据所述补偿往返循环时延、环路时延值以及所述第一时间至第十三时间计算所述传输光纤的长度，计算公式为：

L＝(Teqd-EqD-Ttotal)*c/(n1490+n1310)

其中，c为光速；Ttotal为所述第一时间到第十三时间的总和，L为传输光纤的长度，Teqd为为补偿往返循环时延，EqD为补偿时延。