FTTH - EPON

FTTH - EPON

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

Obično se nalazi kod davatelja usluga, a povezane DTE grane stabla nazivaju se optička mrežna jedinica (ONU) koja se nalazi u prostorijama pretplatnika. Signali iz OLT-a prolaze kroz pasivni razdjelnik za postizanje 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 bila proučavanje Ethernet vlakana od točke do više točaka (P2MP) s Ethernet bakrom. Ethernet preko točke-to-point (P2P) vlakno i preko mrežnog operativnog mehanizma, Administracija i održavanje (OAM) radi lakšeg rada mreže i rješavanja problema. Radna skupina EFM-a završava proces normalizacije ratifikacijom IEEE Std 802.3ah u lipnju 2004. godine.

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

Osnova EPON / MPCP protokola leži u podslojnom sloju emulacije od točke do točke (P2P). Njegova brzina prijenosa je → simetrična 1,25G; Udaljenost: 10 km / 20 km; 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 sustav ne bira skuplji ATM hardver i SONET opremu, što ga čini kompatibilnim s postojećom Ethernet mrežom. Pojednostavljuje strukturu sustava, smanjuje troškove i čini se fleksibilnom za nadogradnju. Prodavatelji opreme usredotočeni su na optimizaciju funkcije i izvedivosti.

BPON ATM sustavi

Sustavi 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. Stvorio je priliku za razvoj čistog EPON-a temeljenog na Ethernetu, GigE lozinku za uživanje u QoS-u i ekonomične integracije s drugom Ethernet opremom u nastajanju. Ethernet se tijekom vremena pokazao idealnim prijevoznikom za IP promet.

Sukladno tome, IEEE 802.3ah standard 802.3 uputio je radnu skupinu "Ethernet u prvom milju" s razvojem standarda za pristupne mreže "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 vrlo popularan u IEEE 802.3ah radnoj skupini. 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 optička distribucijska mreža (ODN), plan valne duljine i primjena). Obojica nude svoju inačicu poboljšanja za prihvat IP / Ethernet okvira veće veličine s promjenjivim brzinama 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 formata 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 točaka (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 postiglo 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 omogućuje 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 za upotrebu u mrežama vrste ili više FSM medija kao i za interakciju 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 pretplatničkom pristupnom mrežom. EFM tehnologija omogućava različitim vrstama topologija postizanje maksimalne fleksibilnosti.

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 s dvije valne duljine: valnom duljinom nizvodne i jedna za zajednički uzlazni smjer između korisničkih uređaja.

EFM podržava full duplex veze tako da se može definirati pojednostavljena kontrola pristupa podataka (MAC) s punim dupleksom. Ethernet arhitektura dijeli fizički sloj u fizički ovisnom mediju (PMD), fizičkom privitku srednjeg (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 tu topologiju.

Fizički sloj

Za P2MP topologije, EFM je uveo obitelj signalizacijskih sustava za fizički sloj koji su izvedeni iz 1000BASE-X. Međutim, uključuje proširenja RS, PCS i PMA, s opcijskim kapacitetom ispravke greške naprijed (FEC). Podslojevi 1000BASE-X PCS i PMA preslikavaju karakteristike sučelja. Podzemni sloj PMD (uključujući MDI) usluge koje očekuje pomirenje prema sloju. 1000BASE-X može se proširiti za podršku ostalih punih medija za dvostrano snimanje - zahtijeva samo da okoliš bude u skladu s razinom PMD-a.

Srednje opterećenje (MDI)

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

Fizički ovisan srednje vrijednosti (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. Jedan je nizvodni PMD identificiran kao 1000BASE-PX10-D, a uzvodno 1000BASE-PX10 U PMD. Ista se vlakna koriste istovremeno u oba smjera.

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

Fizički srednji prilog (PMA)

PMA uključuje prijenos, prijem, obnavljanje sata i funkcije poravnanja. PMA pruža neovisni srednji način za PCS kako bi se podržala upotreba čitavog niza fizički orijentiranih serija. Podsloj fizičkog kodiranja (PCS) sadrži funkcije kodifikacije bita. PCS sučelje je Gigabitno nezavisno medijsko sučelje (GMII), koje pruža jednolično sučelje Podrazredu za pomirenje za sve implementacije PHY od 1000 Mb / s.

Gigabit Media neodvisno sučelje (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 korisničko sučelje omogućava PCB 1000BASE-X za prijenos podataka na i sa PCS klijenta. PCS kupci uključuju MAC (preko sloja pomirenja) i repetitor. PCS sučelje je točno definirano kao Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Podporavnavanje sloja (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 pristupnog kontrolera može koristiti s bilo kojom vrstom bakra i optičkim PHY.

Sloj podatkovne veze (Multipoint MAC kontrola)

MAC upravljački protokol određen je 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 kontrola MAC-a implementirana je za pristup uređajima pretplatnika koji sadrže uređaje fizičkog sloja koji upućuju na više točaka. Obično su 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 (protokol za upravljanje u više točaka)

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

MPCP označava sustav između OLT i ONU povezanih s 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 vremenskog ograničenja / propusnosti za ONT-ove.

• Davanje referentne točke za sinkronizaciju ONT-ova.

MPCP je predstavio pet novih MAC kontrolnih poruka -

• Vrata, Izvješće

• Registrirani REQ

• Registar

• Registrirani ACK

• Automatsko otkriće

Sažetak otkrivanja redoslijeda poruka

Sljedeća slika prikazuje Sažetak otkrivanja redoslijeda poruka.

DBA EPON

U EPON-u se komunikacija između OLT-a i ONY-a smatra nizvodno, OLT emitira podatke nizvodno 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, što znači da će jedan kanal koristiti više ONT-a, što znači sudar podataka.

Da bi se izbjegao ovaj problem, potrebna je učinkovita 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 prijenosa koji će se prenijeti na ONT.

DBA Karakteristike

Važna značajka EPON-a je pružanje različitih usluga s optimalnim QoS-om i učinkovitom raspodjelom propusnosti koristeći različite DBA dodjele kako bi se zadovoljile potrebe trenutnih i budućih aplikacija.

Trenutno slijede dvije različite vrste DBA algoritama 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.

Format okvira EPON

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

• Odredba 64 - PDU-ovi za nadzor 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, emitiraju se kada im je odobreno.

• Vrijeme kroz MAC snop 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 SFD 10101011

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

Polje LLID sadrži sljedeće čimbenike -

NAČIN (1b) -

• Uvijek 0 za ONU

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

Stvarni ID logičke veze (15b) -

• Identificira registrirane ONU

• 7FFF za emitiranje

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

sigurnosti

Nizvodni promet emitira se na sve ONU uređaje, 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 pretvarače vlakana jer EPON ne pruža nijedan standardni način šifriranja, ali -

• Može se nadopuniti s IPsec ili MACsec i

• Mnogi su dobavljači dodali vlasničke mehanizme temeljene na AES-u.

BPON je koristio mehanizam koji se zove "churning" - Churning je jeftino hardversko rješenje (tipka 24b) s nekoliko sigurnosnih nedostataka, poput -

• Motor je bio linearan - jednostavan napad poznatog teksta.

• Pokazalo se da je tipka 24b dostupna u 512 pokušaja.

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

QoS - EPON

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

• VLAN oznake.

• P bitovi ili DiffServ DSCP.

Uz njih, postoji bitna razlika između LLID-a i Port-ID-a -

• Uvijek postoji 1 LLID po ONU.

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

• Zbog toga je QoS sa sjedištem u luci jednostavan za implementaciju na sloju PON.

EPON vs GPON

Sljedeća tablica ilustrira komparativne značajke EPON-a i GPON-a -

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