FTTH - EPON

FTTH - EPON

Rețeaua optică pasivă Ethernet (EPON) este o PON care încapsulează date cu Ethernet și poate oferi capacitate de la 1 Gbps până la 10 Gbps. EPON urmărește arhitectura originală a unui PON. Aici, DTE-ul s-a conectat la trunchiul copacului și a fost denumit ca linie optică Terminal (OLT), așa cum se arată în ilustrația următoare.

Acesta este de obicei localizat la furnizorul de servicii, iar ramurile DTE conectate ale arborelui se numesc Optical Network Unit (ONU), situate în spațiile abonatului. Semnalele de la OLT trec printr-un splitter pasiv pentru a atinge ONU și invers.

Ethernet în prima milă

Procesul de standardizare a început atunci când în noiembrie 2000 a fost înființat un nou grup de studiu numit Ethernet în First Mile (EFM), având ca obiective principale studiul fibrei punct-la-multipoint (P2MP) Ethernet cu cupru Ethernet. Ethernet peste fibra punct-la-punct (P2P) și peste un mecanism de operare de rețea, Administrare și întreținere (OAM) pentru a facilita operarea rețelei și depanarea. Grupul de lucru EFM pune capăt procesului de normalizare cu ratificarea IEEE Std 802.3ah în iunie 2004.

Un produs realizat de EFM (Ethernet în primul kilometru). O tehnologie PON bazată pe Ethernet. Se bazează pe un standard major - IEEE 802.3ah. Bazat pe Protocolul de control multi-punct (MPCP), definit ca funcție în sub-stratul de control MAC, pentru a controla accesul la o topologie P2MP.

Baza protocolului EPON / MPCP se află în sub-stratul de emulație punct la punct (P2P). Rata sa de transmisie este → simetrică 1,25 G; distanta: 10KM / 20KM; raport divizor ：> 1:32. EFM subliniază multe avantaje ale EPON bazate pe Ethernet ca tehnologie de bază, incluzând maturitatea protocoalelor, tehnologia simplă, flexibilitatea extensiilor și orientarea către utilizatori.

Sistemul EPON nu alege echipamente bancare ATM și SONET scumpe, ceea ce îl face compatibil cu rețeaua Ethernet existentă. Simplifică structura sistemului, scade costurile și se face flexibil pentru actualizare. Vânzătorii de echipamente se concentrează pe optimizarea funcției și practicabilității.

Sisteme ATM BPON

Sistemele bazate pe ATM-uri BPON s-au dovedit a fi foarte ineficiente, deoarece marea majoritate a traficului din întreaga rețea de acces constă din cadre IP mari și dimensiuni variabile. A creat oportunitatea dezvoltării EPON pe bază de Ethernet pur, a parolei GigE care beneficiază de QoS și a integrării rentabile cu alte echipamente Ethernet emergente. În timp, Ethernet s-a dovedit a fi transportatorul ideal pentru traficul IP.

În consecință, standardul IEEE 802.3ah 802.3 a instruit grupul de lucru „Ethernet in First Mile” cu dezvoltarea de standarde pentru rețelele de acces punct-to-point și point-to-multipunto, acesta din urmă indicând Ethernet PON. În prezent EPON face parte din standardul Ethernet.

Dezvoltarea rețelei optice pasive (GPON), adică standardul echipat cu gigabit (seria G.984) a început cu adevărat după propunerile membrilor FSAN (Quantum Bridge, Al) pentru o soluție PON ATM / Ethernet. Gbps, care este independent de protocol, nu a fost foarte popular în cadrul grupului de lucru IEEE 802.3ah. FSAN a decis să urmărească acest lucru ca un standard de concurență diferit față de UIT.

EPON și GPON trag foarte mult de la G.983, standardul BPON, atunci când vine vorba de concepte generale care funcționează bine (operarea PON Optical Distribution Network (ODN), planul de lungime de undă și aplicația). Ambele oferă propria versiune de îmbunătățiri pentru a se adapta la cadre IP / Ethernet de dimensiuni mai bune la Gbps cu rate variabile.

Standardul IEEE 802.3ah Ethernet a specificat rețeaua de acces și, de asemenea, cunoscută sub numele de Ethernet în Prima Mile. Secțiunea cinci din IEEE802.3ah cuprinde IEEE Std 802.3 care corespunde definiției serviciilor și elementelor de protocol. Permite schimbul de cadre de format IEEE 802.3 între stațiile dintr-o rețea de acces pentru abonați.

Conceptul de EPON

EFM a introdus conceptul de EPON în care este implementată o topologie de rețea punct-la-multipunct (P2MP) cu splitere optice pasive. Cu toate acestea, fibra punct-la-punct Ethernet oferă cea mai mare lățime de bandă la un cost rezonabil. Fibra punct-la-multipunct Ethernet asigură o lățime de bandă relativ mare la un cost mai mic. Scopul IEEE Std 802.3ah a fost extinderea aplicației Ethernet pentru a include rețele de abonați de acces pentru a oferi o creștere semnificativă a performanței, reducând în același timp costurile echipamentelor de operare și întreținere.

Concluzia standardului IEEE 802.3ah EFM extinde semnificativ raza de acțiune și transportul Ethernet pentru utilizarea în rețelele de acces și metrou. Acest standard permite furnizorilor de servicii o varietate de soluții flexibile și rentabile pentru furnizarea serviciilor Ethernet în bandă largă în rețelele de acces și metrou.

EFM acoperă o familie de tehnologii care diferă în funcție de tipul de suport și de viteza de semnalizare - este proiectat pentru a fi implementat în rețelele unui tip sau a mai multor medii FSM, precum și pentru a interacționa cu 10/100/1000/10000 Mb mixt / s Rețele Ethernet. Orice topologie de rețea definită în IEEE 802.3 poate fi utilizată la sediul abonatului și apoi conectată la o rețea de acces pentru abonați Ethernet. Tehnologia EFM permite diferite tipuri de topologii pentru a obține o flexibilitate maximă.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah include specificații pentru rețelele de acces Ethernet ale abonatului și IEEE Std 802.3ah EPON acceptă o rată nominală de aproximativ 1 Gb / s (extensibilă la 10 Gb / s) pentru fiecare canal. Acestea sunt definite de două lungimi de undă: o lungime de undă în aval și una pentru direcția amonte partajată între dispozitivele utilizatorului.

EFM acceptă legături duplex complete, astfel încât poate fi definit un control complet de acces media (MAC) duplex complet. Arhitectura Ethernet împarte stratul fizic într-un fizic mediu dependent (PMD), fizic mediu atașament (PMA) și subordonare fizică de codare (PCS).

EPON implementează o topologie de rețea P2MP, cu extensii adecvate la controlul MAC sub acoperire și reconciliere și fibra optică sub straturi dependente de mediu fizic (PMD) pentru a susține această topologie.

Strat fizic

Pentru topologiile P2MP, EFM a introdus o familie de sisteme de semnalizare pentru stratul fizic care sunt derivate din 1000BASE-X. Cu toate acestea, include extensii ale RS, PCS și PMA, cu o capacitate opțională de corectare a erorilor înainte (FEC). Subcategoriile 1000BASE-X PCS și PMA mapează caracteristicile interfeței. Sublayerul PMD (inclusiv MDI) serviciile preconizate de reconcilierea sub acoperire. 1000BASE-X poate fi extins pentru a sprijini alte suporturi duplex complete - necesită doar ca mediul să fie în concordanță cu nivelul PMD.

Interfață de încărcare medie (MDI)

Este interfața dintre PMD și suportul fizic. Descrie semnalele, suportul fizic și interfețele mecanice și electrice.

Dependent mediu fizic (PMD)

PMD este responsabil pentru interfața cu mediul de transmisie. PMD generează semnale electrice sau optice în funcție de natura mediului fizic conectat. Conexiunile 1000BASE-X pe PON la cel puțin 10 kilometri și 20 kilometri (pardoseala 1000BASE-PX10 și 1000BASE-PX20 PMD) asigură P2MP.

Într-un PON Ethernet, sufixele D și U indică PMD la fiecare capăt al legăturii, care se transmite în aceste direcții și primește în direcția opusă, adică un singur PMD în aval este identificat ca 1000BASE-PX10-D și în amonte 1000BASE-PX10 U PMD. Aceleași fibre sunt utilizate simultan în ambele direcții.

Un PMD 1000BASE-PX-U sau 1000BASE-PX-D PMD este conectat la PMA 1000BASE-X corespunzător și la suport prin MDI. PMD este combinat opțional cu funcții de management la care se poate accesa prin interfața de management. Pentru a permite posibilitățile de upgrade în cazul a 10 km sau 20 km Pons, atât 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD cât și PMDU sunt interoperabile între ele.

Atasament mediu fizic (PMA)

PMA include funcțiile de transmisie, recepție, recuperare de ceas și aliniere. PMA oferă o modalitate de mijloc independentă pentru PCS pentru a sprijini utilizarea unei serii de serii de suporturi fizice orientate biți. Subdivizorul de codare fizică (PCS) cuprinde funcții de biți de codificare. Interfața PCS este interfața independentă de media (GMII) Gigabit, care furnizează o interfață uniformă sub-stratului de reconciliere pentru toate implementările PHY de 1000 Mb / s.

Gigabit Media Independent Interface (GMII)

Interfața GMII se referă la interfața dintre stratul MAC Gigabit și stratul fizic. Permite mai multe DTE amestecate cu o varietate de implementări din stratul fizic gigabit de viteză. Interfața de service PCS permite PCS 1000BASE-X să transfere informații către și de la un client PCS. Clienții PCS includ MAC (prin pardoseala reconcilierii) și repetor. Interfața PCS este definită tocmai ca Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Sublayer-ul de reconciliere (RS) asigură potrivirea semnalelor GMII care definesc mediul de control al accesului de serviciu. GMII și RS sunt utilizate pentru a furniza medii independente, astfel încât un controler de acces identic suport poate fi utilizat cu orice tip de cupru și PHY optic.

Stratul legăturii de date (control MAC multipoint)

Protocolul de control MAC a fost specificat pentru a fi acceptate și noi funcții care trebuie implementate și adăugate la standard în același timp. Este cazul protocolului de control cu mai multe puncte (MPCP). Protocolul de gestionare a P2MP este una dintre funcțiile definite de Protocolul de control în mai multe puncte.

Funcționalitatea de control MAC multipoint este implementată pentru a accesa dispozitivele abonatului care conțin dispozitive cu strat fizic, indică punctul multiplu. În mod obișnuit, jurisdicțiile de emulare MAC oferă un serviciu punct la punct între OLT și ONU, dar acum este inclusă o instanță suplimentară cu un obiectiv de comunicare pentru toate ONU-urile simultan.

MPCP (Protocol de control în mai multe puncte)

MPCP este foarte flexibil, ușor de implementat. MPCP folosește cinci tipuri de mesaje (fiecare mesaj este un cadru de control MAC) și ONU / ONT raportează mai multe granițe de pachete, OLT acordă pe o graniță de pachete - fără delimitare deasupra capului.

MPCP indică un sistem între un OLT și ONU-uri asociate cu o porțiune PON Point-to-Multi-Point (P2MP) pentru a permite transmiterea productivă a informațiilor la titlul UPSTREAM.

MPCP îndeplinește următoarele funcții -

• MPCP controlează procesul de descoperire automată.

• Alocare interval de timp / lățime de bandă la ONT.

• Timing Reference oferit pentru sincronizarea ONT-urilor.

MPCP a introdus cinci noi mesaje de control MAC -

• Poarta, raport

• REQ înregistrat

• Inregistreaza-te

• ACK înregistrat

• Descoperire automată

Rezumatul secvenței de descoperire a mesajelor

Următoarea ilustrare prezintă Rezumatul secvenței de descoperire a mesajelor.

DBA EPON

În EPON, comunicarea dintre OLT și ONY este considerată ca aval, OLT transmite date în aval către ONT folosind întreaga lățime de bandă, iar pe celălalt capăt ONT primește faimele folosind informațiile disponibile pe cadre Ethernet. În amonte de la ONT la OLT se utilizează comunicarea cu un singur canal, înseamnă că un canal va fi utilizat de mai multe ONT-uri, ceea ce înseamnă coliziune de date.

Pentru a evita această problemă, este necesară o schemă eficientă de alocare a lățimii de bandă, care poate aloca resurse în mod egal ONT-urilor în același timp asigurând QoS, această schemă este cunoscută ca algoritmul de alocare a lățimii de bandă dinamice (DBA). DBA folosește mesaje de raport și poartă pentru a construi programul de transmitere care trebuie transmis către ONT.

Caracteristici DBA

O caracteristică importantă a EPON este furnizarea diferitelor servicii cu QoS optime și alocarea efectivă a lățimii de bandă folosind alocarea DBA diferită pentru a răspunde cererii de aplicații actuale și viitoare.

În prezent, urmează cele două tipuri diferite de algoritmi DBA disponibili pentru EPON -

• Primul este pentru acomodarea fluctuațiilor de trafic.

• Al doilea este să furnizeze QoS pentru diferite tipuri de trafic.

Celelalte caracteristici sunt evitarea coliziunilor de cadru, gestionarea traficului în timp real prin QoS și gestionarea lățimii de bandă pentru fiecare abonat împreună cu reducerea întârzierii în traficul cu prioritate redusă.

Format cadru EPON

Operația EPON se bazează pe Ethernet MAC și cadrele EPON se bazează pe cadre GbE, dar sunt necesare extensii -

• Clauza 64 - PDU-uri de control cu mai multe puncte. Acesta este protocolul de control care implementează logica necesară.

• Clauza 65 - Emulație punct la punct (reconciliere). Acest lucru face ca EPON să pară ca o legătură punct la punct, iar MAC-urile EPON au unele constrângeri speciale.

• În loc de CSMA / CD, acestea transmit atunci când sunt acordate.

• Timpul prin stiva MAC trebuie să fie constant (± durate de 16 biți).

• Trebuie să se mențină ora locală exactă.

Antet EPON

Ethernet standard începe cu un preambul 8B fără conținut esențial -

• 7B dintre cele alternative și zerourile 10101010

• 1B din SFD 10101011

Pentru a ascunde noul antet PON, EPON suprascrie o parte din octeții preambulului.

Câmpul LLID conține următorii factori -

MOD (1b) -

• Întotdeauna 0 pentru ONU

• 0 pentru OLT unicast, 1 pentru OLT multicast / broadcast

ID-ul actual al legăturii logice (15b) -

• Identifică ONU-urile înregistrate

• 7FFF pentru difuzare

CRC protejează de SLD (byte 3) prin LLID (byte 7).

Securitate

Traficul în aval transmite toate ONU-urile, astfel încât un utilizator rău intenționat să reprograma ONU și să capteze cadre dorite.

Traficul din amonte nu a fost expus altor ONU-uri, deci nu este necesară criptarea. Nu luați în considerare butonii de fibre, deoarece EPON nu oferă nicio metodă de criptare standard, dar -

• Se poate suplimenta cu IPsec sau MACsec și

• Mulți furnizori au adăugat mecanisme AES bazate pe proprietăți.

BPON a folosit un mecanism numit agitatie - Churning a fost o soluție hardware cu costuri mici (cheie 24b) cu mai multe defecte de securitate, cum ar fi -

• Motorul era liniar - atac de text cunoscut simplu.

• Tasta 24b s-a dovedit a fi derivabilă în 512 încercări.

Prin urmare, G.983.3 a adăugat suport AES, care este utilizat acum în GPON.

QoS - EPON

Multe aplicații PON necesită QoS ridicate (de ex. IPTV), iar EPON lasă QoS în straturi superioare, cum ar fi -

• Etichete VLAN.

• Biți P sau DSCP DiffServ.

Pe lângă acestea, există o diferență crucială între LLID și Port-ID -

• Există întotdeauna 1 LLID per ONU.

• Există 1 port-ID pentru fiecare port de intrare - pot fi multe pentru fiecare ONU.

• Acest lucru face QoS bazat pe port simplu de implementat la nivelul PON.

EPON vs GPON

Următorul tabel ilustrează caracteristicile comparative ale EPON și GPON -

Următoarea imagine prezintă diferitele structuri ale EPON și GPON -