MPCP协议详解带注释EPON关键协议.docx

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MPCP协议详解带注释EPON关键协议

MPCP协议详细介绍

1MPCP帧结构

MPCP定义了5种消息，称之为MPCPDATAUNITs，

GATE、REPORT、REGISTER_RQ、REGISTER、REGISTER_ACK，他们用于OLT和ONU之间的信息交换。

所有的MPCPDU为64字节的MAC控制帧，包括以下域：

1、DA（目的地址），6个字节域，所有的MPCPDU都使用一个共同的多播MAC目的地址，其值为：

01-80-C2-00-00-01，但是REGISTER报文除外，其使用ONU的实际MAC地址。

2、SA（源地址），在OLT中，对应一个GMII接口有多个MAC实例，因此不同的MAC发出的数据都必须携带其对应的SA。

3、类型域值为8808

4、Opcode区分MAC控制帧类型。

0001为PAUSE帧，0002为GATE帧，0003为REPORT帧，0004为REGISTER_REQ帧，0005为REGISTER帧，0006为REGISTER_ACK帧。

5、TIMESTAMP，时标；用于同步OLT与ONU的MPCPCLOCK，其参考点为DA的首字节。

6、Opcode-specificfield：

用于传输特定的MPCP功能，不用的时候置0；

7、FCS，CRC32

1.1REPORT帧

REPORT帧是ONU用来向OLT上报本地队列状态的。

1.1.1Queue#nreport

这个域的内容表示的不是实际的队列字节长度，其为传送这些字节需要的时间，这个时间还要考虑上前导码、帧间隔、FEC检验域等时间。

1.1.2Reportbitmap

Queue有效指示，相应位为1则表示此QUEUE域值有效，否则无效。

总共对应8个队列。

1.1.3NumberofQueueSets

由于OLT分配给ONU的时隙不会正好等于ONU中的数据队列的发送时间，因此在时隙边界有可能会浪费部分的带宽（不能传送被切断的以太网帧），所以802.3ah工作组进入了多个queuesets，每个queueset都表示从队列开始的队列指示，但是分别指示了不同的长度，如果OLT分配的时隙中无法发送整个队列的话，则可以选择其中一种queueset来作为给ONU分配时隙的依据。

简单而言，就是ONU提供了本地队列长度的多个门限截至位置，这些位置可以给OLT以更加灵活有效的带宽分配依据。

1.2GATE帧

1.2.1NumberofGrants/flags

NumberofGrants/Flag域中的低3比特（比特2～比特0）表示此GATE中携带的窗口授权个数，最多不能超过4个，其值从0变化到4，当为0时表示不进行窗口授权，仅表示一种链接机制，为1时表示携带1个窗口授权参数，为4表示携带4个窗口授权参数。

一个常规GATE帧的发送对象为固定的，由LLID指定，最多可分配4个时隙（窗口）。

比特3表示此GATE消息是discoveryGATE还是normalGATE，为0表示normalGATE。

比特7～比特4表示在对应的授权窗口内需要ONU回告REPORT消息（强制回告）。

比特4对应第1个授权窗口，比特7对应第4个授权窗口。

一般来讲，如果OLT强制要求ONU回告REPORT消息的话，必须分配一个比原有授权窗口略大的一个窗口参数以适合REPORT消息的传送，如果OLT还是按照原来的参数进行分配的话，ONU的REPORT消息将会抢占正常数据的发送位置，由此可能导致带宽存在浪费的现象。

当然，ONU也可自主发出REPORT消息，此时的REPORT消息应该是计算在队列长度中的。

1.2.2Grant#nstarttime

StartTime是以TQ为单位的，32位的计数器，ONU将在此StartTime指定的时刻开启激光器。

不过在discoveryGATE中指定的startTime仅仅是可以打开激光器的参数值，因为ONU将会在此值上延时一个随机时间后才能打开激光器。

1.2.3Grant#nLength\

在DiscoveryGATE中的GrantLength用来给ONU计算随机时间范围，在ONU中是根据grantLength减去REGISTER_REQ的传送时间作为随机时间范围的。

1.2.4Synctime

这个仅在discoveryGATE中设置。

ONU在指定的TAGC与TCDR期间发送IDLE码型。

OLT最多一次4个授权窗口，ONU如何知道此授权窗口是给自己的，通过前导码中的逻辑链路标识LLID

1.3REGISTER_REQ帧

OLT收到REGISTER_REQ帧后有两个重要信息要处理：

计算RTT与学习ONU的MAC地址。

1.3.1FLAGs

Flag=1表示注册请求，Flag=3表示撤销注册请求。

其他值均为保留值，OLT接收到保留值是不处理的。

1.3.2PendingGrants

ONU接收到GATE消息后将把startTime等参数存贮起来等待本地MPCP时钟到点时再根据存贮起来的参数进行数据发送，ONU中会有一个缓存，此pendingGrants就是指示这个缓存中剩余空间的，其目的是告诉OLT我还能缓存多少个授权窗口参数信息，如果超过则会被ONU丢弃。

1.4REGISTER帧

REGISTER消息用来为通过注册验证的ONU分配LLID，由于此时链接尚未建立，因此REGISTER消息发送时采用了广播的LLID，但是其MAC地址却是学习到的对应ONU的MAC地址。

（此时有其他用户根据广播LLID可以获取MAC数据帧的话就可以把其MAC设置为混杂模式以便监听其他ONU的下行数据了）。

由于是MPCP的控制帧，所以大家都可以收到此帧，别人就可以侦听到相应LLID的对应MAC地址。

REGISTER消息还能用来撤销注册，OLT发送REGISTER消息给一个已经注册上的ONU时，表示要求其重新注册或者撤销其注册资格。

此时OLT发出的REGISTER消息采用唯一的LLID以及多播MAC地址01-80-C2-00-00-01。

1.4.1AssignedPort

携带唯一的LLID信息。

一个PON调度处理引擎系统中的LLID都是唯一的，也就是说同一个处理平台上的不同PON光口分配的LLID不能有冲突。

但是不同的处理系统中（比如两块PON接口板）的LLID可以成各自独立分配系统。

1.4.2FLAGs

有四种情况，除去这四种情况外的REGISTER报文在ONU处是不处理的。

1、对已经注册的ONU要求其重新注册；

2、撤销注册，对已经注册的ONU撤销其注册状态，撤销后ONU将加入未初始化的ONU一类；

3、注册成功响应，表示ONU注册信息验证通过；

4、注册未成功响应，表示ONU注册信息验证没有通过；

1.4.3SyncTime

同REGISTER_REQ中的synctime类似，但是数值可以不同，为经过调整的数值。

1.4.4Echoedpendinggrant

表示OLT已经知晓ONU中的缓存空间。

1.5REGISTER_ACK帧

Flags域表示ONU是否响应注册；

Echoedassignedport为REGISTER中分配指定的port的一份拷贝。

Synctime也是REGISTER的数据拷贝。

2Opcode-independentprocess

MAC控制子层中的处理操作分为两种：

与Opcode无关的parser控制处理、发送复用处理，以及与Opcode相关的PAUSE帧处理、discovery处理、GATE处理、REPORT处理。

其实parser与复用模块也是有与opcode相关的部分。

2.1Controlparser

Controlparser负责把接收到的帧进行分类，分发到不同的处理模块进行处理，比如数据帧去业务处理，GATE帧去GATE处理模块等等。

OLT与ONU中的controlparser模块基本相同，唯一的区别在于时标处理方式。

其中guardThresholdOLT=12TQ，guardThresholdONU=8TQ

2.2ONUControlMultiplexer

其中的checksizestate处如果发现待传送帧的TQ大于指配的时间窗时，此数据帧（控制帧）必须停止发送，也就是仍然存放在缓存队列中的首地址位置。

2.3Multi-pointtransmissioncontrol

2.4OLTControlMultiplexer

3Gatingprocess

Gateprocess包括OLT产生GATE信息以及ONU接收和处理GATE信息的过程。

在OLT侧为Gategenerationprocess，在ONU侧为Gatereceptionprocess（parsingandverifying接收的GATE帧）和Gateactivationprocess（发送timing控制）。

3.1GategenerationatOLT

Gategeneration由DBAagent驱动，它决定给分配给ONU的startTime和length参数值，每接收到DBAagent来的请求，Gategenerationprocess都会产生一个GATE信息帧发送给ONU。

Gate信息还能用来实现keep-alive机制，其可以告知ONU，OLT虽然没有下发GATE时间信息，但是OLT中对应的逻辑运转还是正常的。

这种情况发生在DBA没有按时（50ms）向gategenerationprocess发起请求，那么gategenerationprocess将自动产生GATE信息（grantnumber=0）给ONU以保持链接。

3.2GatereceptionatONU

ONU如果在1s之内（MPCPclock）没有收到GATE信息，则ONU将撤销注册。

3.3GateactivationatONU

802.3ah协议规定，ONU撤销注册时，当前正在发送的帧必须传送完；另有一种意见是立刻中止传送。

4Reportingprocess

4.1ReportgenerationatONU

Report消息由DBA驱动，当DBA在设定的时间内无发送report消息的请求时，ONU需要自动产生一个空的report消息，以此来告知OLT一个结果：

ONU在运转。

4.2ReportreceptionatOLT

在1s之内如果收不到ONU的report消息，则认为此ONU下线，必须在本地数据库中撤销其注册登记资料。

5Discoveryprocess

自动发现机制用来检测新上线的ONU，学习其RTT时间以及MAC地址。

这个发现过程分为四个阶段：

discoverygategenerationprocess、Requestreceptionprocess、Registergenerationprocess、finalregistrationprocess。

这四个阶段都是由DiscoveryAgent来驱动的。

由于OLT的周期性广播discover帧，未注册的ONU发现后，在允许时间内发送register_req帧。

当OLT得到MAC，ONU得到LLID后，至此他们之间的连接注册建立。

此后，他们之间的通信为单一链路通信（通过LLID识别）。

5.1Discoverygategenerationprocess

MACR-----MA_CONTROL.request

MACI------MA_CONTROL.indication

UCT-----uncondition

5.2RequestreceptionatOLT

OLT收到REGISTER_REQ帧后有两个重要信息要处理：

计算RTT与学习ONU的MAC地址。

5.3RegistergenerationatOLT

5.4FinalRegistrationatOLT

5.5DiscoveryprocessatONU