FTTH - EPON

FTTH - EPON

Ethernet pasivno optično omrežje (EPON) je PON enkapsulira podatke z Ethernetom in lahko ponuja 1 Gbps do 10 Gbps. EPON sledi izvirni arhitekturi PON. Tu je bil DTE povezan z deblom drevesa in imenovan kot optični linijski terminal (OLT), kot je prikazano na naslednji sliki.

Običajno se nahaja pri ponudniku storitev, povezane veje DTE drevesa pa se imenujejo enota optičnega omrežja (ONU), ki se nahaja v prostorih naročnika. Signali iz OLT gredo skozi pasivni cepilnik, da dosežejo ONU in obratno.

Ethernet v prvem milju

Proces standardizacije se je začel, ko je bila novembra 2000 ustanovljena nova študijska skupina, imenovana Ethernet v prvi milji (EFM), katere glavni cilj je bila preučevanje vlakna Ethernet od točke do več točk (P2MP) z baterom Ethernet. Ethernet prek povezave od točke do točke (P2P) in prek mehanizma delovanja omrežja, Administracija in vzdrževanje (OAM) za lažje delovanje omrežja in odpravljanje težav. Delovna skupina EFM konča postopek normalizacije z ratifikacijo IEEE Std 802.3ah junija 2004.

Izdelek EFM (Ethernet v prvem kilometru). PON tehnologija, ki temelji na Ethernetu. Temelji na glavnem standardu - IEEE 802.3ah. Na podlagi protokola za nadzor nad več točkami (MPCP), ki je opredeljen kot funkcija znotraj nadzornega sloja MAC, za nadzor dostopa do topologije P2MP.

Osnova protokola EPON / MPCP je v podsistemu emulacije od točke do točke (P2P). Njegova hitrost prenosa je → simetrična 1,25G; razdalja: 10KM / 20KM; razmerje cepilcev:> 1:32. EFM izpostavlja številne prednosti EPON-a, ki temelji na Ethernetu kot osnovni tehnologiji, vključno z zrelostjo protokolov, preprostostjo v tehnologiji, prilagodljivostjo razširitve in usmerjenostjo k uporabnikom.

Sistem EPON ne izbere drage opreme za ATM in SONET, zaradi česar je združljiv z obstoječim omrežjem Ethernet. Poenostavlja strukturo sistema, zmanjšuje stroške in je prilagodljiv za nadgradnjo. Ponudniki opreme se osredotočajo na optimizacijo funkcije in izvedljivosti.

Bankomati BPON

Sistemi na osnovi BPON ATM so se izkazali za zelo neučinkovite, saj je velika večina prometa po dostopnem omrežju sestavljena iz velikih IP okvirjev in različnih velikosti. Ustvaril je priložnost za razvoj čistega EPON-a, ki temelji na Ethernetu, GigE geslo, ki uživa QoS, in stroškovno učinkovite integracije z drugo nastajajočo Ethernet opremo. Ethernet se je sčasoma izkazal kot idealen prevoznik za IP promet.

V skladu s tem je standard IEEE 802.3ah 802.3 delovni skupini "Ethernet v prvem milju" naročil razvoj standardov za omrežja dostopa od točke do točke in od točke do več točk, pri čemer slednja označuje Ethernet PON. EPON je trenutno del standarda Ethernet.

Razvoj pasivnega optičnega omrežja (GPON), tj. Gigabitno opremljenega standarda (serija G.984) se je resnično začel po predlogih članov FSAN (Quantum Bridge, Al) za rešitev ATM / Ethernet PON. Gbps, ki ni odvisen od protokola, ni bil zelo priljubljen v IEEE 802.3ah delovni skupini. FSAN se je odločil, da bo to nadaljeval kot drugačen konkurenčni standard ITU.

EPON in GPON močno črpata iz G.983, standarda BPON, ko gre za splošne koncepte, ki dobro delujejo (deluje PON Optical Distribution Network (ODN), načrt valovne dolžine in uporaba). Oba ponujata svojo različico izboljšav za prilagoditev okvirjev IP / Ethernet boljše velikosti z variabilno hitrostjo Gbps.

IEEE 802.3ah Ethernet standardno določeno dostopno omrežje, v prvem milju pa ga poznamo tudi pod imenom Ethernet. Peto poglavje IEEE802.3ah sestavlja IEEE Std 802.3, ki ustreza definiciji storitev in elementom protokola. Omogoča izmenjavo okvirjev formata IEEE 802.3 med postajami v naročniškem dostopnem omrežju.

Koncept EPON

EFM je uvedel koncept EPON, v katerem se topologija omrežja od točke do več točk (P2MP) izvaja s pasivnimi optičnimi cepilniki. Vendar vlakno Ethernet od točke do točke ponuja največjo pasovno širino z razumnimi stroški. Vlakna Ethernet od točke do več točk zagotavljajo relativno veliko pasovno širino z nižjimi stroški. Namen IEEE Std 802.3ah je bil razširiti uporabo Etherneta na vključevanje naročniških omrežij za dostop in tako zagotoviti znatno povečanje zmogljivosti, hkrati pa zmanjšati stroške opreme za delovanje in vzdrževanje.

Sklep standarda IEEE 802.3ah EFM znatno širi doseg in doseg Ethernet prometa za uporabo v dostopnih in metro omrežjih. Ta standard omogoča ponudnikom storitev različne prilagodljive in stroškovno učinkovite rešitve za zagotavljanje širokopasovnih Ethernet storitev v dostopnih in podzemnih omrežjih.

EFM zajema družino tehnologij, ki se razlikujejo glede na vrsto medijev in hitrost signalizacije - zasnovan je tako, da se uporablja v omrežjih tipa ali več FSM medijev, pa tudi za interakcijo z mešanimi 10/100/1000/10000 Mb / s Ethernet omrežja. Vsako topologijo omrežja, določeno v IEEE 802.3, je mogoče uporabiti v prostorih naročnika in nato povezati v naročniško omrežje Ethernet. Tehnologija EFM omogoča različnim vrstam topologij doseganje največje fleksibilnosti.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah vključuje specifikacije za Ethernet dostopna omrežja naročnika, IEEE Std 802.3ah EPON pa podpira nominalno hitrost približno 1 Gb / s (razširljivo na 10 Gb / s) za vsak kanal. Te so opredeljene z dvema valovnima dolžinama: dolžino valovne dolžine in eno za deljeno smer gorvodnega toka med uporabniškimi napravami.

EFM podpira povezave v celoti dupleks, tako da je mogoče definirati poenostavljen nadzor dostopa do medija (MAC). Ethernet arhitektura deli fizični sloj na fizikalno srednje odvisen (PMD), fizični srednji prilogo (PMA) in fizični kodirni sloj (PCS).

EPON izvaja topologijo omrežja P2MP z ustreznimi razširitvami za nadzor nad MAC pod podlago in poravnavo, ter optična vlakna pod plastmi, odvisnimi od fizikalnega medija (PMD), da podprejo topologijo.

Fizični sloj

Za topologije P2MP je EFM uvedel družino signalnih sistemov za fizični sloj, ki izhajajo iz 1000BASE-X. Vendar pa vključuje razširitve RS, PCS in PMA z možnostjo popravka napak naprej (FEC). Podplasti 1000BASE-X PCS in PMA preslikajo značilnosti vmesnika. Podplast PMD (vključno z MDI) storitve, ki jih pričakuje uskladitev podlaka. 1000BASE-X je mogoče razširiti za podporo drugih polnih dupleksnih medijev - zahteva le, da je okolje skladno s stopnjo PMD.

Srednji obremenitveni vmesnik (MDI)

Je vmesnik med PMD in fizičnim medijem. Opisuje signale, fizične medije ter mehanske in električne vmesnike.

Fizično srednje odvisen (PMD)

PMD je odgovoren za vmesnik do prenosnega medija. PMD generira električne ali optične signale, odvisno od narave fizičnega medija. Priključki 1000BASE-X preko PON na vsaj 10 kilometrov in 20 kilometrov (podlaki 1000BASE-PX10 in 1000BASE-PX20 PMD) zagotavljajo P2MP.

V PON Ethernet, priponi D in U označujeta PMD na vsakem koncu povezave, ki prenaša v teh smereh in sprejema v nasprotni smeri, tj. En sam nizvodni PMD je označen kot 1000BASE-PX10-D in gorvodno 1000BASE-PX10 U PMD. V obeh smereh hkrati uporabljamo ista vlakna.

PMD 1000BASE-PX-U ali 1000BASE-PX-D PMD je povezan z ustreznim PMA 1000BASE-X in za podporo prek MDI. PMD je po izbiri kombiniran s funkcijami upravljanja, do katerih lahko dostopate prek upravljalnega vmesnika. Da bi omogočili možnosti nadgradnje v primeru 10 km ali 20 km Pons, sta 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD in PMDU medsebojno delujoča.

Fizični srednji nastavek (PMA)

PMA vključuje prenos, sprejem, obnavljanje ure in funkcije poravnave. PMA ponuja neodvisen srednji način za PCS za podporo uporabe različnih bitno orientiranih fizičnih serij medijev. Podplast fizičnega kodiranja (PCS) obsega funkcije kodifikacijskih bitov. Vmesnik PCS je Gigabitni neodvisni medijski vmesnik (GMII), ki zagotavlja enoten vmesnik podsloja usklajevanja za vse izvedbe PHY 1000 Mb / s.

Gigabit Media neodvisni vmesnik (GMII)

Vmesnik GMII se nanaša na vmesnik med gigabitno MAC plastjo in fizično plastjo. Omogoča več DTE, pomešanih z različnimi izvedbami iz gigabitne fizične plasti. Storitveni vmesnik PCS omogoča, da 1000BASE-X PCS prenaša informacije na stranko PCS in od nje. Stranke PCS vključujejo MAC (prek podlage sprave) in repetitor. Vmesnik PCS je natančno opredeljen kot Gigabit Media neodvisni vmesnik (GMII).

Podskladitev usklajevanja (RS) zagotavlja ujemanje signalov GMII, ki definirajo kontrolni medij za dostop do storitev. GMII in RS se uporabljata za zagotavljanje neodvisnih medijev, tako da se lahko uporabljajo identični nosilci dostopa do regulatorja dostopa s katero koli bakrovo in optično PHY.

Sloj podatkovne povezave (večtočkovni nadzor MAC)

Določen je bil nadzorni protokol MAC, ki podpira in nove funkcije, ki jih je treba hkrati izvajati in dodati standardu. To je primer protokola za nadzor v več točkah (MPCP). Protokol za upravljanje P2MP je ena od funkcij, ki jih določa protokol za nadzor več točk.

Večtočkovna krmilna funkcija MAC je izvedena za dostop do naročnikovih naprav, ki vsebujejo naprave fizičnega sloja, kažejo na večtočkovne. Ponavadi jurisdikcije za emulacijo MAC zagotavljajo storitev od točke do točke med OLT in ONU, vendar je zdaj vključen dodaten primer s ciljem komunikacije za vse ONU hkrati.

MPCP (protokol za nadzor v več točkah)

MPCP je zelo prilagodljiv, enostaven za izvedbo. MPCP uporablja pet vrst sporočil (vsako sporočilo je nadzorni okvir MAC) in ONU / ONT poroča o več mejah paketov, OLT odobri mejo paketa - brez razmejitve.

MPCP označuje sistem med OLT in ONU, povezanimi z odsekom PON od točke do več točk (P2MP), da se omogoči produktiven prenos informacij v naslovu UPSTREAM.

MPCP opravlja naslednje funkcije -

• MPCP nadzoruje postopek samodejnega odkrivanja.

• Dodelitev timelot / pasovne širine ONT-jem.

• Časovna referenca za sinhronizacijo ONT-jev.

MPCP je predstavil pet novih nadzornih sporočil MAC -

• Gate, poročilo

• Registriran REQ

• Registrirajte se

• Registriran ACK

• Samodejno odkrivanje

Povzetek zaporedja odkritja sporočil

Naslednja slika prikazuje povzetek zaporedja odkritja sporočil.

DBA EPON

V EPON-u je komunikacija med OLT-om in ONY-jem obravnavana kot nizvodno, OLT oddaja podatke navzdol proti ONT-ju z uporabo celotne pasovne širine, na drugem koncu pa ONT prejme fame z uporabo informacij, ki so na voljo v Ethernet Frames-u. Gornji tok od ONT do OLT uporablja enokanalno komunikacijo, kar pomeni, da bo en kanal uporabil več ONT, kar pomeni trk podatkov.

Da bi se izognili tej težavi, je potrebna učinkovita shema dodeljevanja pasovne širine, ki lahko enakomerno dodeljuje vire ONT-jem, hkrati pa zagotavlja QoS, ta shema je znana kot algoritem dinamične razporeditve pasovne širine (DBA). DBA uporablja sporočila poročil in vrata za izdelavo razporeda prenosa, ki se posreduje ONT-jem.

Značilnosti DBA

Pomembna značilnost EPON-a je zagotavljanje različnih storitev z optimalnim QoS-om in učinkovito dodelitvijo pasovne širine z uporabo različnih dodeljenih DBA za zadovoljevanje potreb sedanjih in prihodnjih aplikacij.

Trenutno sta na voljo dva različna tipa algoritmov DBA, ki sta na voljo za EPON -

• Prva je namenjena prilagajanju nihanj prometa.

• Drugi je zagotavljanje QoS različnim vrstam prometa.

Druge značilnosti so, da se izognemo trkom okvirjev, upravljanju prometa v realnem času s pomočjo QoS in upravljanju pasovne širine za vsakega naročnika, skupaj z zmanjšanjem zamude pri nizkem prioritetnem prometu.

Format okvira EPON

Operacija EPON temelji na Ethernet MAC, okviri EPON pa temeljijo na okvirjih GbE, vendar so potrebne razširitve -

• Odredba 64 - PDU-ji za večtočkovni nadzorni protokol. To je nadzorni protokol, ki izvaja zahtevano logiko.

• Odredba 65 - Emulacija od točke do točke (usklajevanje). Zaradi tega je EPON videti kot povezava od točke do točke, EPON-ovi MAC-ji pa imajo posebne omejitve.

• Namesto CSMA / CD oddajajo po odobritvi.

• Čas skozi paket MAC mora biti stalen (± 16-bitna trajanja).

• Natančen lokalni čas je treba vzdrževati.

EPON Header

Standardni Ethernet se začne v bistvu brez vsebine 8B preambule -

• 7B izmeničnih in ničel 10101010

• 1B SFD 10101011

Da bi skrili novo glavo PON, EPON prepiše nekaj bajtov preambule.

Polje LLID vsebuje naslednje dejavnike -

NAČIN (1b) -

• Vedno 0 za ONU

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

Dejanski ID logične povezave (15b) -

• Identificira registrirane ONU

• 7FFF za predvajanje

CRC ščiti pred SLD (bajt 3) preko LLID (bajt 7).

Varnost

Nadaljnji promet oddaja vsem ONU-jem, zato zlonamernemu uporabniku postane enostavno reprogramirati ONU in zajeti želene okvire.

Zgornji promet ni bil izpostavljen drugim ONU, zato šifriranje ni potrebno. Ne upoštevajte lovilcev vlaken, ker EPON ne ponuja nobenega standardnega načina šifriranja, ampak -

• Lahko dopolni z IPsec ali MACsec in

• Številni prodajalci so dodali lastniške mehanizme, ki temeljijo na AES.

BPON je uporabil mehanizem, imenovan churning - Churning je bila poceni strojna rešitev (tipka 24b) z več varnostnimi napakami, kot so -

• Motor je bil linearen - preprost napad z znanim besedilom.

• Izkazalo se je, da je ključ 24b mogoče izpeljati v 512 poskusih.

Zato je G.983.3 dodal podporo AES, ki se zdaj uporablja v GPON-u.

QoS - EPON

Številne PON aplikacije zahtevajo visok QoS (npr. IPTV), EPON pa QoS prepušča višjim slojem, kot so -

• Oznake VLAN

• P bitov ali DiffServ DSCP.

Poleg teh obstaja ključna razlika med LLID in Port-ID -

• Vedno je 1 LLID na ONU.

• Na vhodna vrata je 1 ID-ja - lahko jih je veliko na ONU.

• Zaradi tega je QoS na osnovi pristanišč enostaven za izvedbo na sloju PON.

EPON proti GPON

Naslednja tabela prikazuje primerjalne značilnosti EPON in GPON -

Naslednja slika prikazuje različne strukture EPON in GPON -