图2 测距和时延补偿
基本过程如下：OLT在T1时刻通过下行信道广播时隙同步信号和空闲时隙标记，已启动的ONU在T2时刻监测到一个空闲时隙标记时，将本地计时器重置为T1，然后在时刻T3回送一个包含ONU参数的（地址、服务等级等）在线响应数据帧，此时，数据帧中的本地时间戳为T4；OLT在T5时刻接收到该响应帧。通过该响应帧OLT不但能获得ONU的参数，还能计算出OLT与ONU之间的信道延时RTT＝T2－T1＋T5－T3＝T5－T4。
之后，OLT便依据DBA协议为ONU分配带宽。当ONU离线后，由于OLT长时间（如3 min）收不到ONU的时间戳标记，则判定其离线。 6.2.4 RTT补偿
在OLT侧进行延时补偿，发送给ONU的授权反映出由于RTT补偿的到达时间。
例如，如果OLT在T时刻接收数据，OLT发送包括时隙开始的GATE＝T-RTT 。在时戳和开始时间之间所定义的最小延时，实际上就是允许处理时间。在时戳和开始时间之间所定义的最大延时，是保持网络同步的最大允许时间。 6.2.5 EPON的QoS问题
在EPON中支持QoS的关键在3个方面：一是物理层和数据链路层的安全性；二是如何支持业务等级区分；三是如何支持传统业务。
在传统的以太网中，对物理层和数据链路层安全性考虑甚少。因为在全双工
11
的以太网中，是点对点的传输，而在共享媒体的CSMA／CD以太网中，用户属于同一区域。但在点到多点模式下，EPON的下行信道以广播方式发送，任何一个ONU可以接收到OLT发送给所有ONU的数据包。这对于许多应用，如付费电视、视频点播等业务是不安全的。MAC层之上的加解密控制只对净负荷加密，而保留帧头和MAC地址信息，因此非法ONU仍然可以获取任何其它ONU的MAC地址；MAC层以下的加密可以使OLT对整个MAC帧各个部分加密，主要方案是给合法的ONU分配不同的密钥，利用密钥可以对MAC的地址字节、净负荷、校验字节甚至整个MAC帧加密。
根据IEEE 802.3ah规定，EPON系统物理层传输的是标准的以太网帧，对此，802.3ah标准中为每个连接设定LLID逻辑链路标识，每个ONU只能接收带有属于自己的LLID的数据报，其余的数据报丢弃不再转发。不过LLID主要是为了区分不同连接而设定，ONU侧如果只是简单根据LLID进行过滤很显然还是不够的。为此物理层ONU只接收自己的数据帧，采用AES加密，ONU认证机制。
6.3 用于配电自动化的EPON系统整体架构
本次提出的电力配电自动化无源光网络数据传输系统方案以EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络）体系结构为基础，同时针对电力配网的特殊需求对系统结构和业务接口进行改进，以满足电力配电自动化对传输可靠性和特殊装配环境的要求。
该系统主要由配网主站系统、通信系统和变电站侧的RTU三部分组成。通信系统主要是为配网主站侧的前置机和变电站侧的RTU之间提供透明传输通道。通信系统由OLT（Optical Line Terminal，光纤线路终端）和ONU（Optical Network Unit，光纤网络单元）构成，配网主站侧的前置机通过OLT的上行接口将信号传给OLT，然后通过OLT的GEPON下行端口，以广播方式传到远端的ONU，ONU提供以太网或串行端口，和变电站侧的FTU相连。反之，来自FTU的上行信号通过ONU传给OLT，再由OLT将信号发给前置机。OLT和ONU之间提供双纤备份，每个端口在单根光纤上最大可支持32个光分路，传输距离可达20km。
12
无论是从前置机到OLT，还是从OLT到ONU，全网都实现了双路由，不仅可以抗单点故障，还可以抗多点故障，从而大大提高了整个网络的可靠性。智能化的网络管理系统，便于管理监控整个网络，大大减少运维成本。
全网双路由，抗多点失效。由于系统工作环境比较恶劣，经常会受脉冲冲击、电磁等干扰，为了增强系统的传输可靠性，在对OLT和ONU进行设计时需考虑支持1:1冗余备份组网需求，在数据链路层处理以前具备单点双线保护机制，也即在光纤和电路上提供冗余备份保护。冗余拓扑结构具备的功能如下：
（15）支持OLT侧断路保护。OLT侧一条光纤或电路断开后，上下行数据通过另一条备用链路进行传输，系统仍然正常工作。
（16）支持光耦合器之间的光纤断路保护。此时一部分ONU通过主链路与OLT通讯，另一部分ONU通过备用链路与OLT进行通讯，系统仍然正常工作。
（17）支持光耦合器与ONU之间的光纤或电路断路保护。断路的ONU通过备用链路收发数据，其它ONU不受影响，系统冗余切换时间应大于1s。
因此，此配电自动化解决方案具体如下：OLT放置于变电子站，各个变电子站位于SDH/MSTP传输环上，变电子站通信层完成通信终端的汇聚并通过SDH/MSTP与主站系统进行通信。OLT可以出2个PON口组成2条链互为备份，各个开闭所、环网柜或柱上开关处的ONU可以通过双PON口分别连接到这2条链上，每条链上的分光器均采用1 × 2非等分分光器，双PON口可以提供高可靠性。
为了进一步提高安全性、可靠性，重要站点还可以采用2个OLT各出1个PON口组成手拉手的2条链的组网方式，各个双PON口ONU分别连接到这2条链上，这样可以实现OLT设备、主干光纤、PON端口、分光器、分支光缆全网的保护，任何1台OLT、任何一个PON口、任何一个分光器、任何一条光缆出现故障都不影响ONU的正常使用。在手拉手保护方式下，切换时间小于50ms。
终端信息层采用的ONU可以提供FE 、RS232 、RS485等接口与RTU 、FTU 、TTU 、DTU等设备互联，并且能适应各种恶劣环境。
主站系统控制层完成信息提取、分析以及优化等各种管理功能，并完成对通信汇聚设备、通信终端设备的管理。
具体解决方案如下图所示：
13
图3 EPON在配电自动化中的解决方案
该EPON方案中，硬件方案由两部分组成：数据通道和管理通道。数据通道——从局端到用户端，它实现了EPON数据传输，完成上行方向连接到骨干网的GMII接口以及下行方向到用户端的MII/GMII以太网口之间的通信；管理通道——管理基站通过管理代理器（HOST CPU）完成对EPON网络管理，管理代理由微处理器执行，它通过Host microprocessor Interface控制和管理整个EPON系统，主处理芯片可以连接至多个PON口，从而实现对多个PON系统的管理及升级。
其中，OLT端EPON芯片采用PMC-sierra公司的PAS5001 NM3，ONU端采用PAS6201。局端管理通道的CPU芯片采用ATMEL公司的AT91R40008，其中CPU与PAS5001 NM3的管理接口具有串口、以太网口及本地总线三种通信方式；PAS5001 NM3在上行方向上提供了连接主干网的1000BASE-T（GMII/MII/TBI）接口，下行方向提供了与各ONU通信的EPON接口（TBI）。
6.4 方案优势
兼顾各种应用场景，为智能电网配电自动化应用提供专业、可靠的解决方案，能够完全满足智能电网坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的要求。
14
可以很好的实现数据加密、防各种DOS攻击和系统漏洞攻击、防止非法用户和非法设备接入、不同业务近似物理隔离，全面保证整个系统的安全可靠。
设备性能优异，集成度高，VLAN、TDM、组播、QoS、安全等业务能力优异，电信级的稳定可靠性，设备使用轻松省心。
为电力量身定制的设备，满足工业级、高可靠性要求。
OLT主控交换板和电源等关键板件能够实现冗余保护和热插拔。
提供手拉手全保护方式，实现ONU的双归属，保护OLT设备、主干光纤、PON端口、分光器、分支光缆，进一步提高网络的安全性、可靠性。
清洁环保，绿色和谐，OLT低功耗业界遥遥领先，MDU功耗比业界产品低20%。
7. OLT硬件系统设计
7.1 OLT的主要功能
OLT主要实现的功能：向ONU广播以太网数据；发起并控制与各ONU之间的测距过程并记录测距信息；发起功率控制命令；对用户的以太网数据进行缓存；为ONU分配带宽以及其他一些相关的以太网功能。
15