FTTH - EPON

FTTH - EPON

Ethernet pasivna optička mreža (EPON) je PON encapsulate podataka s Ethernet-om i može ponuditi 1 Gbps do 10 Gbps kapaciteta. EPON prati originalnu arhitekturu PON-a. Ovdje se DTE povezao sa deblom stabla i nazvao ga kao optički linijski terminal (OLT) kao što je prikazano na sljedećoj slici.

Obično se nalazi kod pružatelja usluga, a povezane DTE grane stabla nazivaju se optičkom mrežnom jedinicom (ONU) koja se nalazi u prostorijama pretplatnika. Signali iz OLT-a prolaze kroz pasivni razdjelnik da bi se postigao ONU i obrnuto.

Ethernet u prvom milju

Proces standardizacije počeo je kada je u studenom 2000. godine osnovana nova studijska grupa pod nazivom Ethernet u prvom milju (EFM), koja je kao glavne ciljeve proučavala vlakna Ethernet point-to-multipoint (P2MP) sa Ethernet bakrom. Ethernet preko točke-do-točke (P2P) vlakno i preko mrežnog operativnog mehanizma, Administracija i održavanje (OAM) radi lakšeg rada mreže i rješavanja problema. Radna grupa za EFM završava proces normalizacije ratifikacijom IEEE Std 802.3ah u junu 2004. godine.

Proizvod EFM-a (Ethernet u prvom milju). PON tehnologija zasnovana na Ethernetu. Zasnovan je na glavnom standardu - IEEE 802.3ah. Na temelju Multi-Point Control Protocol (MPCP), definiran kao funkcija unutar MAC kontrolnog sloja, za kontrolu pristupa P2MP topologiji.

Osnova EPON / MPCP protokola leži u podslojnom sloju za emulaciju od točke do točke (P2P). Njegova brzina prijenosa je → simetrična 1,25G; udaljenost: 10KM / 20KM; omjer razdjelnika:> 1:32. EFM ističe mnoge prednosti EPON-a koji se temelji na Ethernetu kao osnovnoj tehnologiji, uključujući zrelost protokola, jednostavnost tehnologije, fleksibilnost proširenja i orijentaciju na korisnike.

EPON sistem ne bira skuplji ATM hardver i SONET opremu, što ga čini kompatibilnim sa postojećom Ethernet mrežom. Pojednostavljuje strukturu sistema, smanjuje troškove i čini se fleksibilnim za nadogradnju. Prodavači opreme se fokusiraju na optimizaciju funkcije i izvedivosti.

BPON ATM sistemi

Sistemi temeljeni na BPON ATM pokazali su se vrlo neučinkovitima, jer se velika većina prometa preko pristupne mreže sastoji od velikih IP okvira i različitih veličina. Stvorila je priliku za razvoj čistog EPON-a zasnovanog na Ethernetu, GigE lozinku za uživanje u QoS-u i ekonomične integracije s drugom Ethernet opremom u nastajanju. Ethernet se pokazao s vremenom idealnim prenosnikom za IP promet.

Sukladno tome, IEEE 802.3ah standard 802.3 uputio je radnu grupu "Ethernet u prvom milju" s razvojem standarda za pristupne mreže "točka-točka-točka" i "točka-u-više točaka", a posljednja ukazuje na Ethernet PON. EPON je trenutno dio Ethernet standarda.

Razvoj pasivne optičke mreže (GPON), tj. Gigabitno opremljenog standarda (serija G.984) stvarno je započeo nakon prijedloga članova FSAN-a (Quantum Bridge, Al) za rješenje ATM / Ethernet PON. Gbps, koji je neovisan o protokolu, nije bio veoma popularan u IEEE 802.3ah radnoj grupi. FSAN je odlučio to slijediti kao drugačiji konkurentski standard ITU-u.

EPON i GPON uvelike crpe iz G.983, standarda BPON-a, kada su u pitanju opći pojmovi koji dobro funkcioniraju (djelujući PON optičku distribucijsku mrežu (ODN), plan talasne dužine i primjena). Oboje nude svoju verziju poboljšanja za prihvat IP / Ethernet okvira veće veličine uz promjenjivu brzinu Gbps.

IEEE 802.3ah Ethernet standardna pristupna mreža koja je poznata i kao Ethernet u prvom kilometru. Odjeljak pet IEEE802.3ah čini IEEE Std 802.3 koji odgovara definiciji usluga i elementima protokola. Omogućuje razmjenu okvira IEEE 802.3 između stanica u pretplatničkoj pristupnoj mreži.

Koncept EPON-a

EFM je uveo koncept EPON-a u kojem se topologija mreže od točke do više tačaka (P2MP) provodi s pasivnim optičkim razdjelnicima. Međutim, Ethernet vlakno od točke do točke nudi najveću propusnost po razumnoj cijeni. Ethernet vlakno od točke do više točaka pruža relativno veliku propusnost uz niže troškove. Svrha IEEE Std 802.3ah bila je proširiti primjenu Etherneta na pristup pristupnim pretplatničkim mrežama kako bi se osiguralo značajno povećanje performansi uz minimiziranje troškova opreme za rad i održavanje.

Zaključak IEEE 802.3ah EFM standarda značajno proširuje domet i domet Ethernet prijevoza za upotrebu u pristupnim i metro mrežama. Ovaj standard omogućava pružateljima usluga razna fleksibilna i isplativa rješenja za pružanje širokopojasnih Ethernet usluga u pristupnoj i metro mreži.

EFM pokriva obitelj tehnologija koje se razlikuju u vrsti medija i brzini signalizacije - osmišljen je tako da se implementira u mreže tipa ili više FSM medija kao i da komunicira sa miješanim 10/100/1000/10000 Mb / s Ethernet mreže. Bilo koja mrežna topologija definirana u IEEE 802.3 može se koristiti u prostorijama pretplatnika, a zatim povezati s Ethernet mrežom za pristup pretplatnicima. EFM tehnologija omogućava različitim vrstama topologija da se postigne maksimalna fleksibilnost.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah uključuje specifikacije za Ethernet pristupne mreže pretplatnika, a IEEE Std 802.3ah EPON podržava nominalnu brzinu od oko 1 Gb / s (proširivo na 10 Gb / s) za svaki kanal. Oni su definirani dvjema valnim duljinama: valnom duljinom nizvodne i jedna za zajednički uzlazni smjer između korisničkih uređaja.

EFM podržava pune dupleks veze, tako da se može definirati potpuno pojednostavljena kontrola pristupa medija (MAC). Ethernet arhitektura dijeli fizički sloj u fizički ovisnom mediju (PMD), fizičkom prilogu za srednje medije (PMA) i podlošku fizičkog kodiranja (PCS).

EPON implementira P2MP mrežnu topologiju s odgovarajućim proširenjima za MAC kontrolu poddlaka i poravnavanja, te optička vlakna ispod slojeva ovisnih o fizičkom mediju (PMD) kako bi podržali ovu topologiju.

Fizički sloj

Za P2MP topologije, EFM je uveo porodicu signalnih sistema za fizički sloj koji su izvedeni iz 1000BASE-X. Međutim, uključuje proširenja RS, PCS i PMA, s opcionalnim kapacitetom ispravke greške prema naprijed (FEC). Podslojevi 1000BASE-X PCS i PMA mapiraju karakteristike sučelja. Podzemni sloj PMD (uključujući MDI) usluge koje očekuje iščekivanje pomičnim slojem. 1000BASE-X se može proširiti na podršku drugih punih dupleksnih medija - potrebno je samo da okruženje bude u skladu sa nivoom PMD-a.

Srednje opterećenje (MDI)

To je sučelje između PMD-a i fizičkog medija. Opisuje signale, fizičke medije i mehanička i električna sučelja.

Fizički srednje ovisan (PMD)

PMD je odgovoran za sučelje s prijenosnim medijem. PMD generira električne ili optičke signale, ovisno o prirodi fizičkog medija. Priključci 1000BASE-X preko PON-a na najmanje 10 kilometara i 20 kilometara (podloženi slojevi 1000BASE-PX10 i 1000BASE-PX20 PMD) pružaju P2MP.

U PON Ethernet-u, sufiksi D i U označuju PMD na svakom kraju veze, koji se prenosi u tim smjerovima i prima u suprotnom smjeru, tj. Pojedinačni PMD nizvodno je identificiran kao 1000BASE-PX10-D, a uzvodno 1000BASE-PX10 U PMD. Ista vlakna koriste se istovremeno u oba smjera.

PMB 1000BASE-PX-U ili 1000BASE-PX-D PMD povezan je s odgovarajućim PMA 1000BASE-X i za podršku putem MDI. PMD je opcionalno kombiniran s upravljačkim značajkama kojima se može pristupiti putem upravljačkog sučelja. Da bi se omogućile mogućnosti nadogradnje u slučaju 10 km ili 20 km pons, i 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD i PMDU međusobno su operativni.

Fizički srednji prilog (PMA)

PMA uključuje prijenos, prijem, oporavak sata i funkcije usklađivanja. PMA pruža nezavisan srednji način za PCS da podrži upotrebu čitavog niza fizički orijentiranih serija. Podsloj fizičkog kodiranja (PCS) sadrži funkcije bitnih kodifikacija. PCS sučelje je Gigabitno nezavisno medijsko sučelje (GMII), koje pruža ujednačeno sučelje sublaciju pomirenja za sve implementacije PHY od 1000 Mb / s.

Gigabit Media Independent Interface (GMII)

GMII sučelje odnosi se na sučelje između Gigabit MAC sloja i fizičkog sloja. Omogućuje višestruki DTE pomiješan s različitim implementacijama iz gigabitnog fizičkog sloja brzine. PCS servisno sučelje omogućava PCB 1000BASE-X za prijenos informacija na i sa PCS kupca. PCS kupci uključuju MAC (preko sloja pomirenja) i repetitor. PCS sučelje definirano je precizno kao Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Podporavnavanje usklađivanja (RS) osigurava podudaranje GMII signala koji definiraju kontrolni medij pristupa pristupu. GMII i RS koriste se za osiguravanje neovisnih medija tako da se identični medij kontrolera pristupa može koristiti s bilo kojom vrstom bakra i optičkim PHY.

Sloj podataka za prenos podataka (Multipoint MAC kontrola)

MAC upravljački protokol je određen da podržava i istovremeno uvodi nove funkcije i dodaje ih u standard. To je slučaj protokola upravljanja u više točaka (MPCP). Protokol upravljanja P2MP-om jedna je od funkcija definiranih protokolom za upravljanje više točaka.

Višenamjenska MAC upravljačka funkcija implementirana je za pristup uređajima pretplatnika koji sadrže uređaje fizičkog sloja koji upućuju na više točaka. Obično, nadležnosti za emulaciju MAC-a pružaju uslugu od točke do točke između OLT-a i ONU-a, ali sada je uključena dodatna instanca s ciljem komunikacije za sve ONU-ove istovremeno.

MPCP (Multi-Point Control Protocol)

MPCP je vrlo fleksibilan, jednostavan za implementaciju. MPCP koristi pet vrsta poruka (svaka poruka je kontrolni okvir MAC-a) i ONU / ONT izveštava o višestrukim granicama paketa, OLT daje granicu paketa - bez delineacije.

MPCP označava sistem između OLT i ONU povezanih sa dijelom PON-point-to-multi-point (P2MP) kako bi se omogućio produktivan prijenos informacija u naslovu UPSTREAM.

MPCP obavlja sljedeće funkcije -

• MPCP kontrolira postupak automatskog otkrivanja.

• Dodjela Timeslot / Bandwidth-a ONT-ovima.

• Referenca vremena je omogućena za sinkronizaciju ONT-ova.

MPCP je predstavio pet novih MAC kontrolnih poruka -

• Kapija, Izveštaj

• Registrovani REQ

• Registrujte se

• Registrovani ACK

• Automatsko otkriće

Sažetak otkrivanja redoslijeda poruka

Sljedeća ilustracija prikazuje Sažetak redoslijeda otkrivanja poruka.

DBA EPON

U EPON-u se komunikacija između OLT-a i ONY-a smatra nizvodno, OLT emitira nizvodne podatke prema ONT-u koristeći cijelu propusnost, a na drugom kraju ONT prima famoze koristeći informacije dostupne na Ethernet Frames-u. Uzvodno od ONT do OLT koristi jednokanalnu komunikaciju, znači da će jedan kanal koristiti više ONT, što znači sudaranje podataka.

Da bi se izbjegao ovaj problem, potrebna je efikasna shema raspodjele propusne širine koja može dodijeliti resurse ONT-ovima istovremeno, osiguravajući QoS, ova shema je poznata kao algoritam dinamičke raspodjele propusnosti (DBA). DBA koristi izvještaje i povratne poruke za izradu rasporeda prenosa koji će se prenijeti na ONT.

DBA Karakteristike

Važna karakteristika EPON-a je pružanje različitih usluga s optimalnim QoS-om i efikasnom raspodjelom propusne moći koristeći različite DBA dodjele kako bi se zadovoljila potražnja trenutnih i budućih aplikacija.

Trenutno slijede dvije različite vrste algoritama DBA dostupnih za EPON -

• Prva je za prilagodbu fluktuacija u prometu.

• Drugi je pružanje QoS-a različitim vrstama prometa.

Ostale karakteristike su izbjegavanje sudara okvira, upravljanja prometom u stvarnom vremenu putem QoS-a i upravljanje propusnim opsegom za svakog pretplatnika, zajedno sa smanjenjem kašnjenja na niskom prioritetnom prometu.

EPON Frame Format

EPON rad zasnovan je na Ethernet MAC-u, a EPON okviri su na GbE okvirima, ali su potrebna proširenja -

• Odredba 64 - PDU-ovi protokola za upravljanje u više točaka. Ovo je kontrolni protokol koji implementira potrebnu logiku.

• Odredba 65 - Emulacija od točke do točke (pomirenje). Zbog toga EPON izgleda kao veza između točke i točke, a EPON MAC-ovi imaju određena ograničenja.

• Umjesto CSMA / CD, oni prenose kada im je odobreno.

• Vrijeme kroz MAC stack mora biti konstantno (± 16-bitna trajanja).

• Mora se održavati točno lokalno vrijeme.

EPON Header

Standardni Ethernet započinje s 8B preambulom bez sadržaja -

• 7B naizmjeničnih i nula 10101010

• 1B od SFD 10101011

Da bi sakrio novo PON zaglavlje, EPON prepisuje neke od bajtova preambule.

LLID polje sadrži sledeće faktore -

NAČIN (1b) -

• Uvijek 0 za ONU

• 0 za OLT unicast, 1 za OLT multicast / emisiju

Stvarni ID logičke veze (15b) -

• Identificira registrirane ONU

• 7FFF za emitovanje

CRC štiti od SLD (bajt 3) preko LLID (bajt 7).

Sigurnost

Nizvodni promet emitira se na sve ONU jedinice, tako da zlobnom korisniku postaje lako reprogramirati ONU i snimiti željene okvire.

Promet uzvodno nije izložen drugim ONU-ovima, tako da šifriranje nije potrebno. Nemojte razmotriti prisluškivače vlakana jer EPON ne pruža nijedan standardni način šifriranja, ali -

• Može se nadopuniti s IPsec ili MACsec i

• Mnogi dobavljači dodali su vlasničke AES-ove mehanizme.

BPON je koristio mehanizam koji se zove "churning" - Churning je jeftino hardversko rešenje (taster 24b) sa nekoliko sigurnosnih propusta, kao što su -

• Motor je bio linearan - jednostavan napad poznatog teksta.

• Pokazalo se da je ključ 24b izvedljiv u 512 pokušaja.

Stoga je G.983.3 dodao AES podršku koja se sada koristi u GPON-u.

QoS - EPON

Mnoge PON aplikacije zahtevaju visok QoS (npr. IPTV), a EPON prepušta QoS višim slojevima poput -

• VLAN oznake.

• P bitovi ili DiffServ DSCP.

Pored ovih, postoji bitna razlika između LLID-a i Port-ID-a -

• Uvek postoji 1 LLID po ONU.

• Postoji 1 ulazni ID po ulaznom priključku - može ih biti mnogo po ONU.

• To QoS na lukama čini jednostavnim za implementaciju na PON sloju.

EPON vs GPON

Sledeća tabela ilustruje komparativne karakteristike EPON-a i GPON-a -

Sljedeća slika prikazuje različite strukture EPON-a i GPON-a -