1、考虑电路延时的配电通信 EPON 系统往返传输时延补偿方法陈立明 1，董旭柱 1，吴争荣 1，刘志文 1，陈宝仁 21 南方电网科学研究院有限责任公司，广州，广东2 中国南方电网有限责任公司，广州，广东摘要: 以太无源光网络 EPON 通信设备间的时延易导致系统上行信号间的冲突，产生误码及时间同步丢失，是影响配电通信接入网稳定及安全运行的重要因素。本文在对 EPON 系统结构、传输时延补偿原理进行介绍的基础上，详细分析传统的 EPON 传输时延补偿测试方法产生时间同步误差的原因，并提出了考虑电路延时的精确时延补偿及光纤测距方法，对保障配电通信网 EPON 通信系统的稳定及安全运行具有重要意义。
2、1. 引言 EPON 即基于以太网的无源光网络，以其设备成本低、带宽利用率高、拓扑灵活等特点在配电网通信接入网中得到了广泛的应用。然而，EPON 系统易因各光网络单元 ONU 上行信号间未能准确隔开时间间隙而引起上行信号冲突，导致误码、时间同步丢失，造成系统运行不稳定，严重影响配电通信接入网的稳定及安全运行。因此，如何精确地测试 EPON 设备的时延性能，对时间同步误差的来源进行分析，提出精准测算与补偿时延的解决方法，对于保障配电网系统稳定、安全运行至关重要。 2. EPON 系统及测距2.1 EPON 系统组成EPON 系统由光纤线路终端 OLT、光网络单元 ONU 和光分配网络 ODN 三
3、部分组成，如图 1 所示，采用点到多点传输架构，其中上行采用时分复用 TDM 技术，下行采用广播通信方式。本文研究主要关注上行链路。骨 干 网 交 换 机OLTODN分 光 器配 电 终 端ONUONUONU图 1. EPON 系统架构示意图2.2 EPON 测距在 EPON 系统上行链路方向，由于 EPON 采用时分复用 TDM 方式，各 ONU 的上行数据在同一时刻只能有一个到达 OLT，否则会导致上行数据冲突，如图 2 所示。OLTONU 3ONU 1ONU 213212 3上 行 TDMA方 式冲 突图 2. EPON 系统上行数据冲突示意图为了避免上行数据冲突，PON 协议中规定通过
4、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，必须测量出每个ONU 与 OLT 之间的逻辑距离，以便计算得到每个 ONU 的补偿时延并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。图 3 为传统的时延补偿及测距方法。D/S帧 开 始 零 距 EqD SstartOLT EqD_AsignedONU处 于测 距 状 态接 收 D/S帧 预 测 距 ONU的 U/S开 始发 送 S/N响 应实 际 接 收 到S/N响
5、应 期 望 的 U/S帧 开 始 期 望 接 收S/N响 应ONU响 应 时 间 EqD_pre-asignedSstartEqD_pre-asigned图 3. 传统时延补偿及光纤测距示意图3. 考虑电路延时的光纤测距及时延补偿传统的时延补偿方法将电路的延迟特性亦作为光纤的传播时延进行计算。由于光纤的传播时延与折射率有关，而电路延时部分与光路折射率无关，因此将电路延时作为光纤往返时延的一部分进行测距及时延补偿将会引起误差。3.1 测距及补偿方法鉴于此，本文将数据在 OLT、ONU 之间的传输过程细分为多个子进程，包括协议封装、成帧处理(Toltmac_d)， SERDES 并/串转化时间 (
6、Toltsds_d)，传输时间以及协议解析时间 (Tonumac_d)等，进而针对每部分时延的特性进行光纤测距，改进补偿时延修正方法，最终得到精确的时延补偿。OLT MAC OLT串 行 器SerDes OLT 光 模 块ONU MAC ONU串 行 器SerDes ONU 光 模 块Toltmac_dToltmac_uTonumac_dTonumac_uToltsds_dToltsds_uTonusds_dTonusds_uToltopt_dToltopt_uTonuopt_uTonuopt_dTodn_dTodn_u图 4. EPON 数据传输时延组成3.2 测试与验证针对改进的方法搭建测
7、试环境进行测量。分两类不同分光比场景，搭建相应的测试环境，计算得到修正后的补偿时延值。OLT ONU AONU B1： 32光 分 路 器1.6m1313236107mOLT ONU AONU B1： 8光 分 路 器1.6m17836107m1.6m(a) 测试场景 1 (b) 测试场景 2图 5. EPON 传输时延补偿及光纤测距测试验证场景图4. 总结本文针对传统的 EPON 系统时延补偿方案容易产生时间同步误差的问题，提出了一种解决时延补偿误差的光纤测距方法，通过考虑电路延时特性，实现对 EPON 设备时延的精确补偿，确保了配电通信EPON 系统的上行信号时间同步，保障了 EPON 系统的稳定安全运行。关键词: 配电通信；EPON；上行传输；时延补偿；光纤测距作者简介及联系方式：陈立明，男，工程师，就职于南方电网科学研究院，现从事智能电网通信网络、信息安全相关研究。邮箱： ；电话：020-38124523/13682284709 ；传真：020-38120852。
