MPCP协议详解--带注释(EPON关键协议)

1、FieldsDestination address (DA) Source address (SA) Length/type= 88-08! 6 OpcodeTimestamp Opcode-specific fields/pad Frame check sequence (FCS)MPCP协议详细介绍1 MPCP帧结构MPCP定义了 5种消息，称之为 MPCP DATA UNITS ,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

2、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。Octets66224404Figure 8.1 Format of generic MFCP frame.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88084、Opcode 区分 MAC 控制帧类型。0001 为 PAUSE 帧，0002 为 GATE 帧，0003 为 REPORT 帧，0004 为 RE

3、GISTER_REQ 帧，0005 为 REGISTER 帧，0006 为 REGISTER_ACK 帧。5、TIMESTAMP，时标；用于同步OLT与ONU的MPCP CLOCK，其参考点为 DA的 首字节。6、 Opcode-specific field :用于传输特定的 MPCP功能，不用的时候置 0；7、FCS，CRC32第2页共24页1.1 REPORT 帧Destination address (DA)Source address (SA)LengthH'ype = 8808 佃Opcode = 00-0316TimestampNumber of queue setsRep

4、ort bitmapQueue #1 reportQueue #2 reportQueue #3 reportQueue #4 reportQueue #5 reportQueue #6 reportQueue #7 reportQueue #8 reportPsd = 0Frame check sequence (FCS)FieldsRepeated n times as indicated by < Number of queue setsOctets6622411222222220-394Figure 8.2 Format of REPORT frame.REPORT帧是ONU用来

5、向OLT上报本地队列状态的。1.1.1 Queue #n report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间还要考虑上前导码、帧间隔、FEC检验域等时间。1.1.2 Report bitmapQueue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 列。，这个时8个队第4页共24页1.1.3 Number of Queue Sets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queue sets每个queue set

6、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 queue set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。ThroshcldiTi - 2ooo Threshold T2 - 4000Quue01000500也001000II II1111Quue 1700SODn1"71j1Qbeue2 1500iqoq 10001000(a Queue composilion and thresholdsb Reports

7、d valusFigure 9.3 Exfiniple of queue's eonapoaition and reported values.1.2 GATE 帧F 泊 IdwDestiration address (DA) Source address (SALength/type = 88-081ftOpcode = 00-Q2lftTimeslaiTipNumber of granls/flags - 09ViGrant £1 白rt timeGrant lengthSync timePad = 0Frame check sequence (FCS)OdelsDest

8、ination address (DA)Source address (SA)6Length/type = 88-0&162Opcode = 00-02 |t2Time stamp4Number of rants/flas1Grant #1 start time4Grant #1 lengflh21Grant #2 slart time怛Granl #2 lenglhPlGrant #3 start time4Grant #3 lenglh2Grant #4 slart timeGznt ¥4 length(2Pad = 0佢Frame check sequence |FGS

9、4FieldsOctetsFigure B.5 Eormat of (IATt£ mcssapei (a) discovery GATE and nnrmal ；m.TAHL£ B.1 Contents of Number ofGrants I Flags FieldBitsSublndtl n.iriiL0 2Nil tn bi r t>t' rnm s3Disnivciviorm. ilGATE '1-7E< itc 1'* 卩 nirthitmnr1.2.1 Number of Grants/flagsNumber of Grant

10、s/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 discovery GATE 还是 normal GATE，为 0表示 normal GATE。 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O

11、LT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。1.2.2 Grant #n start timeStartTime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discovery GATE中指定的StartTime仅仅是可以打开激光器的参数值 因为ON

12、U将会在此值上延时一个随机时间后才能打开激光器。1.2.3 Grant #n Length'Figure 8.6 Grant structure*在Discovery GA TE中的Grant Length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。1.2.4 Sync time这个仅在discovery GATE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第7页共24页1.3 REGI

13、STER REQ 帧FieldsOctets第8页共24页6622411384Destination address (DA) Source address £A) Length/type 二 83-0816 Opcode = 00-04i6 TimestampFlagsPending grantsPad 二 0Frame check sequence (FCS)Figure 8.7 Format of REG1STER_REQ frame.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。1.3.1 FLAGsFlag=1表示注册请求，

14、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。1.3.2 Pending GrantsONU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 pen di ng Grants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。第#页共24页REGISTER 帧第9页共24页第#页共24页Destination address (DA) Source address (SA) Length/type = 8

15、8-0816 Opcode = 00-0516 TimestampAssigned portFlagsSync timeEchoed pen ding gra ntsPad = 0Frame check sequence (FCS)FieldsOctets662242121344Figure 8,8 Format of REGISTER frame.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

16、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。1.4.1 Assigned Port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

17、。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。1.4.2 FLAGs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；1.4.3 Sync Time同REGISTER_REQ中的sync time类似，但是数值可以不同，为经过调整的数值。1.4.4 Echoed pending grant表示OLT已经知

18、晓ONU中的缓存空间1.4 REGISTER_ACK 帧FieldsOctetsDestination address (DA- Source address (SA) Length/type = 88-0816 Opcode 二 00-061g TimestampFlagsEchoed assigned portEchoed sync timePad 二 0Frame check sequenee (FCS)66224122354Figure 8.9 Format of REG1STER_ACK frame.Flags域表示ONU是否响应注册；Echoed assigned port 为 R

19、EGISTER 中分配指定的 port 的一份拷贝。 Synctime 也是 REGISTER的数据拷贝。2 Opcode-independent processMAC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。2.1 Con trol parserControl parser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。

20、 OLT与ONU中的control parser模块 基本相同，唯一的区别在于时标处理方式。同PARSE 1TIME£TAAIPtlHesi：amp 二 data_rxll6;41 ti1 ft =和对(t iin* k t mid 三 loca LT in*> gma r(h*shaldONlJ tiMotaRipUCT(b)Figure d.10 (u) OLT control parseL illite lEhlani. (fi) PARSE TIMESTAMP si ALe in ONU control parser. (Reprinted from IEEE Slct

21、nclard 802.Sail with permission from IEEE,)其中 guardThresholdOLT=12 TQ ， guardThresholdONU=8 TQ2.2 ONU Control Multiplexer1iFMU ITtr =fcn；RmLTA j low-ii AIITjTra n tn Lt Frame DA.吕孔.Length/Type, data_txTRANSMIT READ*SfltfCtFi ilILy' 3D«nyrh/TyjM ma c_ cant roltypyLariat h / Type I MftCjCstrd

22、ljtyp 隹第13页共24页第#页共24页PARSE QPCOQEcipc<xlt_tx =ID : 15opcode_rx times t&np opcodeopcode rw 亡 t Ims t annp opcode第#页共24页第#页共24页MARK TIMESTAMPdat% tx16 ：47 lo-eAlTim*UCTtHECKSIZEnextTjcTifnei (biseof 1t tai Lurd + 1) /tqsizainex：tTxTiwi<=- = n.xtTxTlmF * F&covrlieftcj ( length * t ilGuii

23、rd)hextTxTltine 三sqpTiirie 一LocalTimenexTxTinie > etcpTlme 一 loealTime第#页共24页第#页共24页TRN£MITFFt 眞 METra.nsmi t Fr ame- DAt SAj, Lenqth/e f data tx第#页共24页STAFllf PACKET I ME ATE TIMERi £ ( f e匚Efl at 1 ed)pa c feet_ Hilt 1 sa r e_ d e Lay = FBC_rverhead (length + t.allouard)packs t_ 1 mit

24、 la te_ delay = def aultDe-ly曹 tart p 鼻亡 k邑t iat e_t icner r picks t _ln k t iate-_de 1 ay 'IpacKet_lni tlat e_t lmer_doneFigure B.12 ONU conh o| nmJtipjxe>in. Splinted from IEEE Standard802. .'Sab iriih pcrmifiniofi from IEEE.）其中的checksize state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

25、存放在缓存队列中的首地址位置。第#页共24页K寸 2<kll<dc二MSHUUTI 一口-l10二二 4P1E P2C!-J; JlElus 二-二严二 d-nln go 亠-e£8UOTUiyugoml-v1EL-8 alnsfLL0 N= EgS-QSUT一诵二出一一LgH-一 £專 dlQaldcDlvmMile 工昼Sol6a_ sss 日审_话1|出一密SUBJ=- O一於 g Bodu WUJSUliE 一 _.awc_?s .Mwuea - (-T_ 帝 UUJJI Ew | -対皂 EOIE亡 f 匸FMPJ2dliuelle= 一歯ICE一L苣

26、甩_60-S-Q<s曼6fd-Hrm-ptoE£#00ld 6u|IB£ss«rad Aisw3«)q7ex*d=ZFUJ-O4UOO uoss 一 Lusue4 4uod'4-nl/lCONFigure 8.14 Multi point tranfimi88ion control stnU* dinrnm- ittpnnted fra tn 也EE Siaru/ard 02,3ah ivUh permission from IEEE.2.4 OLT Control Multiplexer D'ir?Figure Et J 5 O1

27、T rontixil irnii tip lexer frtatc dingraiiix (Reprinted front 1EEK Stan dctrd 802.3ah ti-ilh pcrmis$ion from IEEE.)3 Gating processGate process包括OLT产生GATE信息以及 ONU接收和处理 GATE信息的过程。在OLT狈为 Gate gen eratio n process, 在 ONU 狈5为 Gate recepti on process （pars ing and verify ing 接收的 GATE 帧）和 Gate activation

28、process （发送 timing 控制）。3.1 Gate gen eratio n at OLTGate gen eration由DBA age nt驱动，它决定给分配给 ONU的startTime和len gth参数值， 每接收到 DBA agent来的请求，Gate gen eration process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 gate generation proc

29、ess发起请求，那么 gate generation process将自动产生 GATE信息(grant number=0 )给ONU以保持链接。-I Figure 8J6 Gate 殆?nmtion state diagram. （Beprinted from IEEE Standard 畫3ah ivith pi r-inisutOft from 比卜:卜:八3.2 Gate reception at ONUWAIT= 乂IEregji. st e-E'isd -=-=. foJ.seFLUSHWAIT FWGATEPARSE CATEmwnt*-r = 0?rant_n|ifiM

30、T - oteM_rK(4fe jSfl di*««Tydst<Twi(51)jotarE | Dstart1 lc£nffthl| start2 1whdtb2| at«rt SI length I1- ciata tmf oTec_fsp£?rt Ci 12 | - data_T3ri&l-:6t=B=datarxilljB 1143 s d«t*_rM( 10-4 !】" =data=tm l 1 i fi : 1511 = data._TX( 1E J! 11S i |-iJ-st-arji 114 l

31、 丄刍令 | -d4t_TX(2L3H1 -dat TH33 3d71 £ < dJ.Btuvery - t-1 ue JEtf/xivTutt-ff - dfflta._jrA. 1L .14115 J*T at E 呻亡申愛,ttpep_tj IUCTINCOMING CRANTi E( Instart fcount 皀匸 JocalTijne 呜:majK_future_QTBn&_time- *BDski t c-z 'jLnt-pr 丄尬匚 aJ-Tz-nc- 王 min_E hqt cjh 事i oi_t i_n>r) AifD11 * rig

32、 c her >airiiw + 円iPdn宁 *- laeerO riTln + r ll<Su.aivi；- JsNDI NOT (dlacEyyerSir AJME1 Tefflsteredi thenIxLcrt LijJxdei: bsxfljit_丄 1st, ；LiA. h taxt rc-uziter .丄-ength L-rauatex forc已一r暑口口匸上 i匚'juit-er JdxB ：MAC I ijATE, e-tar t (e« on t 令:r t lenj th tciKint er J t Eorce>_r*j>

33、：ir t L<-: unt* e , dl-ffTOv-er y, e：t r tut - art Icountc-t coLKiter + 1co'jnt tx < grflL£it_nuzJiexFigures.17 ONU gate recpptinn state diagram. Heprinted from fEEE Standard M2.：tah trith permit on fzn IKKE.ONU如果在1s之内(MPCP clock )没有收到 GATE信息，贝U ONU将撤销注册。第19页共24页3.3 Gaoaavafion af ONU

34、sinT kM£一 gr 刍STLi F-Tll壬 MT FOR START T-ISEn-UAH-AHEo;!%: 羽*&0<丄事古一<£.£|-7二1.：liHJl-a丹 Grn>lk±k LklrNEliHJl-a丹 Grn>lk±k LklrNERPElallnfflD汗«Htwrln-D AJID4nlUTrenrf-CFEBruaiEiew"ry rt-Flur*" JLis.MPRrci-nid-lllH-T-'EfHr-IlsNslnrr- HiiE1n$RA

35、NDDlgIsnrrHun-Larf-G'-Idl 口rr- lfcnqrthL-pu I:synAxnu i ddJkcap.GEl-'dH xn.t.Trvu-lrFhi.:! F JMxDed-ay H uAKDeJLmI FEflQ-r-bH hr Aid cdli.s-c-n-VTI-lJrMTk Lhd-t h* izd-G ix>i-H n.dD-L yTriridio stATAfnTX一 c«<gli.虫 r'tFd uw rEur't- AND ra!rr*ntQSet01M1mxY 1 Ham 口加一 r-T-agll

36、dkl-t-CHd l+r>L一誉 L-ta- 存 In巾二 査寻 -FEW 忖帛丹荷UIHdntGmT : £rr'nTITimA GUTH 吕rtt;T-Mr+,srrTalHb 斗 ncwdsMI&brt . i 1.0 町-a-TOnPinw i Lua-aroHTinla I 1ay:nL3ima bHDIn.=nd tALJlDWsd hr*>r-$ir 一 QcPBrlJrlrirl-rri-M t:Hr> ln81-d*Eimg<d:<l:LJ£LI!la<?w t2* t E r*ErrL-;* F 口丘

37、 L£Fi Ej.恫匚匕町出押咯普 anltliltULF14 tmcntlnMnotv USV3B I kc-ajtIm【KI-rFp-trrlgnrlrirfluhl*-*b-frklbrlITH-lNLirL-u-t h- 0ATP3II 】0 口-a S-Tisioff甲rti'WIJB 畐bh.i 2*1|"耶3+:口2 0丹4 EHCJblF-lFb-B2-HW3T did 口fiTtCY- Ho-tu&i-DBrTiuol _勺r+>xin.7mFh£cl耳T *mpTyCHECK HrnMT GRANTsxHQKffrHfTw

38、 p*一弓空1-BitL.iv叶-rMX1tlnfrOPTi4ul HdAXrrnMani:. nIT-fu-i:* 口*T#<JIT, langrT.h I 1 a-rlTDfHnTiznoi斗 Erl-n-p.iinvrt3PT±n:hs- AND.-.F专Gl Hnr dJL 叢寺wrly ; i AipB-t- AMtr亠寿夷需:決HypTiH * 1#帛吕FFT打*HIDDEN GRANTeurrntCrant -(grant Li nt |>BACK TO BACK GRANTFigure®5 港站 wah Ez'h 乜©$弥115

39、'芒/>0吕 IHEE.-:-，丄 ii-lj '-1-sAfl.lrtQDFlrr-担 HIIrTITMJI (E.KtcrGiiflllt-KiIT-aJrt %二 KU fIfl?IKmMiimlmcz:ilEnlMl- 一黔pr【F二s.h,om f£.t>E HnrlrQFrfw6曰肚24曰The transition to the HIDDEN <*1?ANT state shot J d be <v follows:(next£ topT ime < stopTime)ORnexcGrant discovery =

40、 true) ANDnextGrant.start w currentGrant.start + currentGrant.length)The condition for transition to the BACK T(、BA(TK (1RANT stnte fthauld be 昭 ibllows;(nexcstopTime > stopTim© andnextGrant, discoveiry = fa丄s匕) AN1?nxtGrnt,start < cmrrentGran+ currentGxant.length Iin addition, the calcul

41、ation of nextstopTime value incorrect nnd should 血 cliancd tonextStopTime = nextGrant.start + nextGrant»length-laserOnTime - laserOffTime - syticTime802.3ah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。4 Reporting process4.1 Report gen erati on at ONUReport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

42、要自动产生一个空的 report消息，以此来告知 OLT 个结果：ONU在运转。Figure 80 iiEPORJ 賽加谥比皿 Sitatc diaLnm. Ipri/iMIEEE Sta/tdard802. u ilh pertnission frntn iEEE)4.2 Report receptio n at OLTBEGINFigure 3,21 OLT repoit reception elate diagrwin* tReprinted fntnt IEEE Standard 802.3ah Leith permitmion from IEEE )在1s之内如果收不到 ONU的re

43、port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。5 Discovery process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：discovery gate generation process、Request reception process、Registergen erati on process、final registrati on process。这四个阶段都是由Discovery Age nt 来驱动的。OLTONUDiscoveryQaieqfinrjilionprocessPiscover/ wi

44、ndowRequpsr process<iitrE da = hac control, SA - OLT MAC addrr 匚匚:itent - di set very + 1 grant * syncTLn*RE'_：TSTTER_REQ DA MAC C.intrOl 'sa - <jfiu wc aaari content = Pending grants 二Discovery sk«GatefecepbonRiistergencrailotiprocessFkialreqtstratloripnoc«MT Time1 ImsGate r

45、uuupliufi proceaaFEGI=；TEF： DA G1JT.T MACSA = OLT MACc:口口tent = ikE-sigzied 住口匸t (LLID)+ Sync Time+ echo of Pending giantsG1ATB DA = MAC Control, SA > OLT MAC .!iddrf cwnr.tiT jr-iiEDA - MAC Centfol,SA - ONU MAC Addr,content - »<hci orP<>rc+ *bQ 口f Syn<7 Tip#)-MPCPDU sent on brcadcasl logical link MPCPDU w川