FTTH - EPON

FTTH - EPON

Ethernetová pasívna optická sieť (EPON) je PON zapuzdrená dáta s Ethernetom a môže ponúknuť kapacitu 1 Gbps až 10 Gbps. EPON sleduje pôvodnú architektúru PON. Tu sa DTE pripojil k kmeňu stromu a nazval sa ako terminál optickej linky (OLT), ako je to znázornené na nasledujúcom obrázku.

Zvyčajne sa nachádza u poskytovateľa služieb a pripojené vetvy stromu DTE sa nazývajú jednotka optickej siete (ONU), ktoré sa nachádzajú v priestoroch predplatiteľa. Signály z OLT prechádzajú pasívnym rozdeľovačom na dosiahnutie ONU a naopak.

Ethernet v prvej míli

Normalizačný proces sa začal, keď sa v novembri 2000 založila nová študijná skupina s názvom Ethernet v prvej míle (EFM), ktorej hlavným cieľom bolo štúdium vlákna Ethernet point-to-multipoint (P2MP) s medenou Ethernet. Vlákno Ethernet bod-bod (P2P) a cez sieťový operačný mechanizmus, Správa a údržba (OAM) na uľahčenie prevádzky a riešenia problémov so sieťou. Pracovná skupina EFM ukončuje proces normalizácie ratifikáciou IEEE Std 802.3ah v júni 2004.

Produkt od EFM (Ethernet v prvej míli). Technológia PON založená na ethernete. Je založený na hlavnom štandarde - IEEE 802.3ah. Na základe protokolu viacbodového riadenia (MPCP), definovaného ako funkcia v rámci podvrstvy riadenia MAC, na riadenie prístupu k topológii P2MP.

Základ protokolu EPON / MPCP spočíva v podvrstve emulácie point-to-point (P2P). Jeho prenosová rýchlosť je → symetrická 1,25 G; Vzdialenosť: 10km / 20km; rozdeľovací pomer ：> 1:32. EFM poukazuje na mnoho výhod EPON založených na Ethernetu ako základnej technológii, vrátane vyspelosti protokolov, jednoduchosti technológie, flexibility rozšírenia a orientácie na používateľov.

Systém EPON si nevyberá drahé hardvérové vybavenie ATM a vybavenie SONET, vďaka čomu je kompatibilný s existujúcou sieťou Ethernet. Zjednodušuje štruktúru systému, znižuje náklady a umožňuje flexibilitu pri aktualizácii. Predajcovia zariadení sa zameriavajú na optimalizáciu funkcie a praktickosti.

Systémy bankomatov BPON

Systémy založené na BPON ATM sa ukázali ako veľmi neefektívne, pretože veľká väčšina prenosu v prístupovej sieti pozostáva z veľkých IP rámcov a premenných veľkostí. Vytvorila príležitosť na vývoj čistého Ethernetu založeného na EPON, hesla GigE s radosťou QoS a nákladovo efektívnej integrácie s ďalšími novými ethernetovými zariadeniami. Ethernet sa časom ukázal ako ideálny transportér pre prenos IP.

V súlade s tým norma IEEE 802.3ah 802.3 poverila pracovnú skupinu „Ethernet v prvej míli“ vypracovaním štandardov pre prístupové siete point-to-point a point-to-multipoint, z ktorých druhá označuje Ethernet PON. EPON je v súčasnosti súčasťou štandardu Ethernet.

Vývoj pasívnej optickej siete (GPON), tj štandard vybavený gigabitom (séria G.984), sa skutočne začal po návrhoch členov FSAN (Quantum Bridge, Al) na riešenie ATM / Ethernet PON. Gbps, ktorý je nezávislý od protokolu, nebol v pracovnej skupine IEEE 802.3ah príliš populárny. FSAN sa rozhodol pokračovať v tejto činnosti ako iná konkurenčná norma ako ITU.

EPON a GPON silne čerpajú z normy G.983, štandardu BPON, pokiaľ ide o všeobecné koncepty, ktoré fungujú dobre (prevádzka optickej distribučnej siete PON (ODN), plán vlnových dĺžok a aplikácia). Obaja ponúkajú svoju vlastnú verziu vylepšení, aby sa prispôsobili IP / Ethernet rámcom s lepšou veľkosťou pri premenlivej rýchlosti Gbps.

Norma IEEE 802.3ah Ethernet špecifikovala prístupovú sieť a tiež známa ako Ethernet aj v prvej míli. Piata časť IEEE802.3ah tvorí IEEE Std 802.3, ktorá zodpovedá definícii služieb a prvkov protokolu. Umožňuje výmenu rámcov formátu IEEE 802.3 medzi stanicami v prístupovej sieti predplatiteľa.

Koncept EPON

EFM zaviedol koncept EPON, v ktorom je topológia siete point-to-multipoint (P2MP) implementovaná s pasívnymi optickými rozbočovačmi. Vlákno Ethernet point-to-point však ponúka najvyššiu šírku pásma za rozumnú cenu. Ethernetové vlákno typu point-to-multipoint poskytuje relatívne veľkú šírku pásma pri nižších nákladoch. Účelom IEEE Std 802.3ah bolo rozšíriť používanie siete Ethernet o prístupové účastnícke siete, aby sa zabezpečil významný nárast výkonu a zároveň minimalizovali náklady na prevádzku a údržbu.

Uzavretie štandardu EFEE IEEE 802.3ah výrazne rozširuje dosah a dosah prepravy Ethernet pre použitie v prístupových a metro sieťach. Tento štandard umožňuje poskytovateľom služieb rôzne flexibilné a nákladovo efektívne riešenia poskytovania širokopásmových ethernetových služieb v prístupových a metro sieťach.

EFM pokrýva skupinu technológií, ktoré sa líšia typom média a rýchlosťou signalizácie - je určený na nasadenie v sieťach typu FSM alebo viacerých médií FSM, ako aj na interakciu so zmiešanými 10/100/1000/10000 Mb / s Ethernetové siete. Akákoľvek topológia siete definovaná v IEEE 802.3 sa môže použiť v priestoroch predplatiteľa a potom sa pripojiť k prístupovej sieti predplatiteľa siete Ethernet. EFM technológia umožňuje rôznym typom topológií dosiahnuť maximálnu flexibilitu.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah obsahuje špecifikácie pre ethernetové prístupové siete predplatiteľa a IEEE Std 802.3ah EPON podporuje nominálnu rýchlosť asi 1 Gb / s (rozšíriteľná na 10 Gb / s) pre každý kanál. Tieto sú definované dvoma vlnovými dĺžkami: vlnová dĺžka po prúde a jedna pre zdieľaný smer proti prúdu medzi užívateľskými zariadeniami.

EFM podporuje úplné duplexné prepojenia, takže je možné definovať plne duplexnú zjednodušenú kontrolu prístupu k médiám (MAC). Ethernetová architektúra rozdeľuje fyzickú vrstvu na fyzickú strednú závislosť (PMD), fyzickú strednú prílohu (PMA) a podvrstvu fyzického kódovania (PCS).

EPON implementuje topológiu siete P2MP s vhodnými rozšíreniami na kontrolu MAC podvrstvy a zmierovacieho subvrstva a optické vlákna pod vrstvami závislé od fyzického média (PMD) na podporu tejto topológie.

Fyzická vrstva

Pre topológie P2MP EFM zaviedol skupinu signalizačných systémov pre fyzickú vrstvu, ktoré sú odvodené od 1000BASE-X. Zahŕňa však rozšírenia RS, PCS a PMA s voliteľnou kapacitou korekcie chýb vpred (FEC). Podvrstvy PCS a PMA 1000BASE-X mapujú charakteristiky rozhrania. Podvrstva PMD (vrátane MDI), služby, ktoré sa očakávajú pri zmierení podpovrchovej vrstvy. 1000BASE-X je možné rozšíriť tak, aby podporoval ďalšie duplexné médiá - vyžaduje iba, aby prostredie bolo v súlade s úrovňou PMD.

Rozhranie stredného zaťaženia (MDI)

Je to rozhranie medzi PMD a fyzickým médiom. Opisuje signály, fyzické médiá a mechanické a elektrické rozhrania.

Fyzicky stredne závislé (PMD)

PMD je zodpovedná za rozhranie s prenosovým médiom. PMD generuje elektrické alebo optické signály v závislosti od charakteru pripojeného fyzického média. Spojenia 1000BASE-X cez PON na vzdialenosť najmenej 10 kilometrov a 20 kilometrov (podpovrchové vrstvy 1000BASE-PX10 a 1000BASE-PX20 PMD) poskytujú P2MP.

V príponách PON Ethernet, D a U označujú PMD na každom konci spojenia, ktorý vysiela v týchto smeroch a prijíma v opačnom smere, tj jeden downstream PMD je identifikovaný ako 1000BASE-PX10-D a proti smeru 1000BASE-PX10 U PMD. Rovnaké vlákna sa používajú súčasne v oboch smeroch.

PMD 1000BASE-PX-U PMD alebo 1000BASE-PX-D PMD je pripojený k príslušnému PMA 1000BASE-X a na podporu prostredníctvom MDI. PMD je voliteľne kombinovaný s funkciami správy, ku ktorým je možné pristupovať cez rozhranie správy. Aby sa umožnili možnosti rozšírenia v prípade 10 km alebo 20 km Pons, sú PMD 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD a PMDU vzájomne interoperabilné.

Fyzické stredné pripojenie (PMA)

PMA obsahuje funkcie prenosu, príjmu, obnovenia hodín a zarovnania. PMA poskytuje nezávislý stredný spôsob pre PCS na podporu používania radu bitovo orientovaných sérií fyzických médií. Subvrstva fyzického kódovania (PCS) obsahuje kodifikačné bitové funkcie. Rozhranie PCS je rozhranie nezávislé na gigabitových médiách (GMII), ktoré poskytuje jednotné rozhranie pre sub-vyrovnanie zmierenia pre všetky implementácie PHY 1 000 Mb / s.

Rozhranie nezávislé na gigabitových médiách (GMII)

Rozhranie GMII sa týka rozhrania medzi vrstvou Gigabit MAC a fyzickou vrstvou. Umožňuje viac DTE zmiešaných s rôznymi implementáciami z fyzickej vrstvy rýchlosti gigabit. Servisné rozhranie PCS umožňuje počítaču 1000BASE-X PCS prenášať informácie k zákazníkovi PCS a od neho. Medzi zákazníkov PCS patrí MAC (prostredníctvom spodnej vrstvy zmierenia) a opakovač. Rozhranie PCS je definované ako Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Pomocná vrstva zmierenia (RS) zabezpečuje párovanie signálov GMII, ktoré definujú médium na riadenie údržby. GMII a RS sa používajú na zabezpečenie nezávislých médií, aby bolo možné použiť rovnaké médiá prístupového kontroléra s akýmkoľvek typom medi a optickej PHY.

Layer Data Link Layer (viacbodové ovládanie MAC)

Riadiaci protokol MAC bol špecifikovaný na podporu a nové funkcie, ktoré sa majú implementovať a súčasne pridať k norme. Je to prípad viacbodového riadiaceho protokolu (MPCP). Protokol správy k P2MP je jednou z funkcií definovaných protokolom viacbodového riadenia.

Viacbodová funkcia MAC riadenia je implementovaná na prístup k zariadeniam predplatiteľa obsahujúcich zariadenia fyzickej vrstvy, smerujúce k viacbodovým. Všeobecne možno povedať, že jurisdikcie emulácie MAC poskytujú službu point-to-point medzi OLT a ONU, ale teraz je súčasťou komunikačného cieľa všetkých ONU súčasne ďalšia inštancia.

MPCP (Multi-Point Control Protocol)

MPCP je veľmi flexibilný a ľahko implementovateľný. MPCP používa päť typov správ (každá správa je rámcom MAC Control) a ONU / ONT hlási viac hraníc paketov, OLT prideľuje hranice paketov - žiadne vymedzenie režijných nákladov.

MPCP označuje systém medzi OLT a ONU asociovaný s časťou PON point-to-multi-point (P2MP) na umožnenie produktívneho prenosu informácií v záhlaví UPSTREAM.

MPCP vykonáva nasledujúce funkcie -

• MPCP riadi proces automatického zisťovania.

• Priradenie časového pásma / šírky pásma pre ONT.

• Časová referencia poskytnutá na synchronizáciu ONT.

MPCP zaviedlo päť nových správ MAC -

• Brána, správa

• Registrované REQ

• Registrovať

• Registrovaná ACK

• Automatické vyhľadávanie

Zhrnutie sekvencie zisťovania správ

Na nasledujúcom obrázku je uvedený prehľad sekvencií na zisťovanie správ.

DBA EPON

V EPON sa komunikácia medzi OLT a ONY považuje za downstream, OLT vysielajú downstream dáta smerom k ONT pomocou celej šírky pásma a na druhom konci ONT prijíma slávnosti pomocou informácií dostupných na ethernetových rámcoch. Proti prúdu od ONT k OLT sa používa jednokanálová komunikácia, čo znamená, že jeden kanál bude používať viac ONT, čo znamená kolíziu údajov.

Aby sa tomuto problému predišlo, je potrebná efektívna alokačná schéma šírky pásma, ktorá priraďuje zdroje ONT rovnako ako zabezpečenie QoS, táto schéma je známa ako algoritmus dynamického prideľovania šírky pásma (DBA). DBA používa správy a správy brány na zostavenie harmonogramu prenosu, ktorý sa má sprostredkovať ONT.

Charakteristika DBA

Dôležitou črtou EPON je poskytovať rôzne služby s optimálnou QoS a efektívnou alokáciou šírky pásma pomocou rôznych alokácií DBA na uspokojenie dopytu súčasných a budúcich aplikácií.

V súčasnosti sú pre EPON dostupné dva rôzne typy algoritmov DBA -

• Prvý z nich je určený na vyrovnanie výkyvov dopravy.

• Druhým je poskytovanie QoS rôznym typom prenosu.

Ďalšími charakteristikami sú vyhnúť sa kolíziám rámcov, riadeniu prenosu v reálnom čase prostredníctvom QoS a riadeniu šírky pásma pre každého účastníka spolu so znížením oneskorenia pri premávke s nízkou prioritou.

EPON Frame Format

Prevádzka EPON je založená na Ethernet MAC a rámce EPON sú založené na GbE rámcoch, ale sú potrebné rozšírenia -

• Klauzula 64 - PDU s viacbodovým riadiacim protokolom. Toto je kontrolný protokol implementujúci požadovanú logiku.

• Klauzula 65 - Emulácia typu point-to-point (zmierenie). Vďaka tomu bude EPON vyzerať ako point-to-point link a EPON MACs majú niektoré špeciálne obmedzenia.

• Namiesto CSMA / CD prenášajú, keď sú udelené.

• Čas v zásobníku MAC musí byť konštantný (± 16-bitové trvanie).

• Musí sa zachovať presný miestny čas.

Hlavička EPON

Štandardný Ethernet začína v podstate bez obsahu 8B preambuly -

• 7B striedajúcich sa a núl 10101010

• 1B SFD 10101011

Aby sa skryla nová hlavička PON, prepíše EPON niektoré bajty preambuly.

Pole LLID obsahuje nasledujúce faktory -

REŽIM (1b) -

• Vždy 0 pre ONU

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

Skutočné ID logického odkazu (15b) -

• Identifikuje registrované ONU

• 7FFF na vysielanie

CRC chráni pred SLD (byte 3) až LLID (byte 7).

zabezpečenia

Následný prenos vysiela na všetky ONU, takže pre zlomyseľného používateľa je ľahké preprogramovať ONU a zachytiť požadované snímky.

Prúdová komunikácia nebola vystavená iným ONU, takže šifrovanie nie je potrebné. Neberú do úvahy vlákna, pretože EPON neposkytuje štandardnú metódu šifrovania, ale -

• Môže sa doplniť pomocou IPsec alebo MACsec a

• Mnoho predajcov pridalo proprietárne mechanizmy založené na AES.

Spoločnosť BPON použila mechanizmus nazývaný vírenie - vírenie bolo nízkonákladové hardvérové riešenie (kľúč 24b) s niekoľkými bezpečnostnými chybami, ako napríklad -

• Motor bol lineárny - jednoduchý útok známeho textu.

• Kľúč 24b sa ukázal ako odvoditeľný pri 512 pokusoch.

Preto G.983.3 pridal podporu AES, ktorá sa teraz používa v GPON.

QoS - EPON

Mnoho aplikácií PON vyžaduje vysoké QoS (napr. IPTV) a EPON ponecháva QoS vo vyšších vrstvách ako -

• Značky VLAN.

• P bity alebo DiffServ DSCP.

Okrem toho existuje zásadný rozdiel medzi LLID a ID portu -

• Vždy existuje 1 LLID na ONU.

• Na jeden vstupný port je 1 ID portu - na ONU môže byť veľa.

• To zjednodušuje implementáciu QoS na báze portov vo vrstve PON.

EPON vs GPON

Nasledujúca tabuľka ilustruje komparatívne vlastnosti programov EPON a GPON -

Nasledujúci obrázok zobrazuje rôzne štruktúry programov EPON a GPON -