FTTH - EPON

FTTH - EPON

Ethernet Passive Optical Network (EPON) er en PON indkapsler data med Ethernet og kan tilbyde 1 Gbps til 10 Gbps kapacitet. EPON følger den originale arkitektur af en PON. Her er DTE forbundet til træstammen og kaldes som optisk linjeterminal (OLT) som vist i følgende illustration.

Det er normalt placeret hos tjenesteudbyderen, og de tilsluttede DTE-grene af træet kaldes Optical Network Unit (ONU), der er placeret i abonnentens lokaler. Signalerne fra OLT passerer gennem en passiv splitter for at opnå ONU og vice versa.

Ethernet i den første mil

Standardiseringsprocessen begyndte, da en ny studiegruppe kaldet Ethernet i First Mile (EFM) blev oprettet i november 2000, der som hovedmål havde studiet af Ethernet point-to-multipoint (P2MP) fiber med Ethernet-kobber. Ethernet over punkt-til-punkt (P2P) fiber og over en netværksbetjeningsmekanisme, Administration og vedligeholdelse (OAM) for at lette netværksdrift og fejlfinding. EFM-arbejdsgruppen afslutter normaliseringsprocessen med ratificeringen af IEEE Std 802.3ah i juni 2004.

Et produkt fra EFM (Ethernet i den første mile). En PON-teknologi baseret på Ethernet. Det er baseret på en hovedstandard - IEEE 802.3ah. Baseret på Multi-Point Control Protocol (MPCP), defineret som en funktion i MAC-kontrolunderlaget, til at kontrollere adgangen til en P2MP-topologi.

Grundlaget for EPON / MPCP-protokollen ligger i punkt-til-punkt-emulering-underlaget. Dens transmissionshastighed er → symmetrisk 1,25G; afstand: 10 KM / 20km; opdelingsforhold ：> 1:32. EFM påpeger mange fordele ved EPON baseret på Ethernet som kerneteknologi, herunder protokoller modenhed, enkel teknologi, udvidelsesfleksibilitet og brugerorienteret.

EPON-systemet vælger ikke dyre ATM-hardware og SONET-udstyr, hvilket gør det kompatibelt med det eksisterende Ethernet-netværk. Det forenkler systemstrukturen, reducerer omkostningerne og gør sig fleksibel til opgradering. Udstyrsudbydere fokuserer på at optimere funktionen og anvendeligheden.

BPON ATM-systemer

BPON ATM-baserede systemer har vist sig at være meget ineffektive, da langt de fleste trafik over adgangsnetværket består af store IP-rammer og variable størrelser. Det har skabt muligheden for udvikling af rent Ethernet-baseret EPON, GigE-adgangskode, der nyder QoS, og omkostningseffektiv integration med andet nye Ethernet-udstyr. Ethernet har over tid vist sig at være den ideelle transportør til IP-trafik.

IEEE 802.3ah-standarden 802.3 instruerede følgelig arbejdsgruppen "Ethernet i First Mile" med udvikling af standarder for point-to-point og point-to-multipoint adgangsnetværk, hvor sidstnævnte indikerer Ethernet PON. EPON er i øjeblikket en del af Ethernet-standarden.

Udvikling af passivt optisk netværk (GPON) dvs. Gigabit-udstyret standard (G.984-serien) er virkelig begyndt efter FSAN-medlemmernes (Quantum Bridge, Al) forslag om en ATM / Ethernet PON-løsning. Gbps, som er uafhængig af protokollen, var ikke meget populær inden for arbejdsgruppen IEEE 802.3ah. FSAN har besluttet at forfølge dette som en anden konkurrerende standard end ITU.

EPON og GPON trækker stærkt fra G.983, standarden for BPON, når det kommer til generelle koncepter, der fungerer godt (betjening af PON Optical Distribution Network (ODN), bølgelængdeplan og anvendelse). De tilbyder begge deres egen version af forbedringer for at imødekomme IP / Ethernet-rammer i bedre størrelse med Gbps med variabel hastighed.

IEEE 802.3ah Ethernet standard specificeret adgangsnetværk og det også kendt som Ethernet i First Mile også. Afsnit fem i IEEE802.3ah udgør IEEE Std 802.3, der svarer til definitionen af tjenester og protokolelementer. Det tillader udveksling af IEEE 802.3-formatrammer mellem stationer i et abonnentadgangsnetværk.

Begrebet EPON

EFM har introduceret konceptet med EPON, hvor en point-to-multipoint (P2MP) netværkstopologi implementeres med passive optiske opdelere. Ethernet-punkt-til-punkt-fiber tilbyder dog den højeste båndbredde til en rimelig pris. Ethernet Point-to-multipoint fiber giver relativt høj båndbredde til en lavere pris. Formålet med IEEE Std 802.3ah var at udvide anvendelsen af Ethernet til også at omfatte adgangsabonnentenetværk for at give en betydelig stigning i ydeevnen og samtidig minimere omkostninger til udstyr til drift og vedligeholdelse.

Konklusionen af IEEE 802.3ah EFM-standarden udvider rækkevidden og rækkevidde af Ethernet-transport betydeligt til brug i adgangs- og metronetværk. Denne standard giver tjenesteudbydere en række fleksible og omkostningseffektive løsninger til levering af bredbånd Ethernet-tjenester i adgangs- og metronetværkene.

EFM dækker en familie af teknologier, der adskiller sig i type medier og signalhastighed - det er designet til at blive distribueret i netværk af en type eller flere (r) FSM-medier samt interagere med blandet 10/100/1000/10000 Mb / s Ethernet-netværk. Enhver netværkstopologi, der er defineret i IEEE 802.3, kan bruges i abonnentens lokaler og derefter forbindes til et Ethernet-abonnentadgangsnetværk. EFM-teknologi tillader forskellige typer topologier at opnå maksimal fleksibilitet.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah inkluderer specifikationer for abonnentens Ethernet-adgangsnetværk, og IEEE Std 802.3ah EPON understøtter en nominel hastighed på ca. 1 Gb / s (udvides til 10 Gb / s) for hver kanal. Disse er defineret af to bølgelængder: en nedstrøms bølgelængde og en for den delte opstrømsretning mellem brugerenhederne.

EFM understøtter fuld duplex-links, så en komplet duplex-forenklet Media Access Control (MAC) kan defineres. Ethernet-arkitektur opdeler det fysiske lag i en fysisk medium afhængig (PMD), fysisk medium vedhæftning (PMA) og fysisk kodning underlag (PCS).

EPON implementerer en P2MP netværkstopologi med passende udvidelser til undercoat og afstemning underlags MAC-kontrol og optisk fiber under lag fysisk mediumafhængig (PMD) for at understøtte denne topologi.

Fysisk lag

For P2MP-topologier introducerede EFM en familie af signalanlæg til det fysiske lag, der stammer fra 1000BASE-X. Det inkluderer dog udvidelser af RS, PCS og PMA med en valgfri kapacitet til fremadrettelseskorrektion (FEC). 1000BASE-X PCS og PMA sublayere kortlægger egenskaberne for grænsefladen. PMD-underlaget (inklusive MDI) de tjenester, der forventes af undercoat-afstemningen. 1000BASE-X kan udvides til at understøtte andre fulde dupleksmedier - kræver kun, at miljøet er i overensstemmelse med niveauet af PMD.

Medium belastningsgrænseflade (MDI)

Det er grænsefladen mellem PMD og de fysiske medier. Den beskriver signalerne, de fysiske medier og de mekaniske og elektriske grænseflader.

Fysisk medium afhængig (PMD)

PMD er ansvarlig for grænsefladen til transmissionsmediet. PMD genererer elektriske eller optiske signaler afhængigt af arten af det tilsluttede fysiske medium. 1000BASE-X-forbindelser over PON til mindst 10 kilometer og 20 kilometer (underfrakker 1000BASE-PX10 og 1000BASE-PX20 PMD) giver P2MP.

I et PON Ethernet angiver D- og U-suffikser PMD i hver ende af linket, der transmitterer i disse retninger og modtager i den modsatte retning, dvs. en enkelt nedstrøms PMD identificeres som 1000BASE-PX10-D og opstrøms 1000BASE-PX10 U PMD. De samme fibre bruges samtidigt i begge retninger.

En 1000BASE-PX-U PMD eller 1000BASE-PX-D PMD er tilsluttet den relevante PMA 1000BASE-X og til understøttelse via MDI. PMD er valgfrit kombineret med styringsfunktioner, der kan fås adgang til via styringsgrænsefladen. For at tillade opgraderingsmulighederne i tilfælde af 10 km eller 20 km Pons er både 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD og PMDU interoperable med hinanden.

Fysisk medium vedhæftning (PMA)

PMA inkluderer transmission, modtagelse, gendannelse af ur og justeringsfunktioner. PMA giver en uafhængig mellemvej for PCS til at understøtte brugen af en række bitorienterede fysiske medieserier. Underlaget til fysisk kodning (PCS) omfatter kodifikationsbitfunktioner. PCS-grænsefladen er Gigabit-medieuafhængig interface (GMII), der giver en ensartet grænseflade til underafstemningen Reconciliation til alle implementeringer på 1000 Mb / s PHY.

Gigabit Media Independent Interface (GMII)

Grænsefladen GMII henviser til grænsefladen mellem Gigabit MAC-laget og det fysiske lag. Det tillader flere DTE blandet med en række implementeringer fra det fysiske lag af gigabit-hastigheden. PCS Service Interface giver 1000BASE-X PCS mulighed for at overføre information til og fra en PCS-kunde. PCS-kunder inkluderer MAC (via afstemningens undercoat) og repeater. PCS-interface er defineret nøjagtigt som Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Underforsoningsafstemningen (RS) sikrer matchningen af GMII-signaler, der definerer kontrolmediet til serviceadgang. GMII og RS bruges til at tilvejebringe uafhængige medier, så en adgangskontroller identiske medier kan bruges med enhver type kobber og optisk PHY.

Datalinklag (Multipoint MAC-kontrol)

MAC-kontrolprotokol blev specificeret for at understøtte og nye funktioner, der skal implementeres og tilføjes til standarden på samme tid. Det er tilfældet med multi-point kontrolprotokol (MPCP). Styringsprotokollen til P2MP er en af de funktioner, der er defineret af Multi-Point Control Protocol.

Multipoint MAC-kontrolfunktionalitet implementeres for at få adgang til enheder hos den abonnent, der indeholder fysiske lag-enheder, der er point til multipoint. Almindeligt leverer MAC-emulerings jurisdiktioner en punkt-til-punkt-service mellem OLT og ONU, men en yderligere forekomst er nu inkluderet med et kommunikationsmål for alle ONU'er ad gangen.

MPCP (Multi-Point Control Protocol)

MPCP er meget fleksibel, let at implementere. MPCP bruger fem typer meddelelser (hver meddelelse er en MAC-kontrolramme), og ONU / ONT rapporterer flere pakkegrænser, OLT giver på en pakkegrænse - ingen afgrænsningsomkostninger.

MPCP indikerer system mellem en OLT og ONU'er, der er knyttet til en PON-del til punkt-til-flere punkter (P2MP) for at muliggøre produktiv transmission af information i UPSTREAM-overskriften.

MPCP udfører følgende funktioner -

• MPCP styrer Auto Discovery-processen.

• Timeslot / båndbredde tildeling til ONTs.

• Tidsreference leveret for at synkronisere ONT'er.

MPCP har introduceret fem nye MAC-kontrolmeddelelser -

• Gate, rapport

• Registreret REQ

• Tilmeld

• Registreret ACK

• Auto-opdagelse

Resume af meddelelsessekvenssummer

Følgende illustration viser resume af Message Discovery Sequence.

DBA EPON

I EPON betragtes kommunikationen mellem OLT og ONY som downstream, OLT udsender nedstrømsdata mod ONT ved hjælp af hele båndbredden og i anden ende modtager ONT berømmelserne ved hjælp af information tilgængelig på Ethernet Frames. Opstrøms fra ONT til OLT bruger en kanalkommunikation, betyder, at en kanal vil blive brugt af flere ONT'er, hvilket betyder datakollision.

For at undgå dette problem kræves en effektiv båndbreddeallokeringsordning, som kan tildele ressourcer lige til ONT'er, samtidig med at QoS sikres, dette skema er kendt som DBA-algoritme (Dynamic Bandwidth Allocation). DBA bruger rapport- og gate-meddelelser til at oprette transmissionsplan, der skal overføres til ONT’erne.

DBA-egenskaber

En vigtig funktion ved EPON er at give forskellige tjenester optimal QoS og effektiv allokering af båndbredde ved hjælp af forskellige DBA-allokeringer for at imødekomme efterspørgslen efter aktuelle og fremtidige applikationer.

I øjeblikket er følgende to forskellige typer DBA-algoritmer, der er tilgængelige for EPON -

• Den første er til at imødekomme trafiksvingninger.

• Den anden er at levere QoS til forskellige typer trafik.

De andre egenskaber er at undgå rammekollisioner, styring af realtidstrafik gennem QoS og styring af båndbredde for hver abonnent sammen med formindskelsesforsinkelse ved trafik med lav prioritet.

EPON-rammeformat

EPON-drift er baseret på Ethernet MAC, og EPON-rammer er baseret på GbE-rammer, men udvidelser er nødvendige -

• Bestemmelse 64 - PDU'er med flere punkter til kontrolprotokol. Dette er kontrolprotokollen, der implementerer den krævede logik.

• Klausul 65 - Punkt-til-punkt-emulering (forsoning). Dette får EPON til at se ud som et punkt-til-punkt-link, og EPON MAC'er har nogle særlige begrænsninger.

• I stedet for CSMA / CD sender de, når de tildeles.

• Tiden gennem MAC-stakken skal være konstant (± 16-bit varighed).

• Nøjagtig lokal tid skal opretholdes.

EPON Header

Standard Ethernet starter med en i det væsentlige indholdsfri 8B-indledning -

• 7B af vekslende og nuller 10101010

• 1B af SFD 10101011

For at skjule den nye PON-overskrift overskriver EPON nogle af indledningsbyterne.

LLID-felt indeholder følgende faktorer -

MODE (1b) -

• Altid 0 for ONU

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

Faktisk logisk link-ID (15b) -

• Identificerer registrerede ONU'er

• 7FFF til transmission

CRC beskytter mod SLD (byte 3) gennem LLID (byte 7).

Sikkerhed

Nedstrøms trafik udsender til alle ONU'er, så det bliver let for en ondsindet bruger at omprogrammere ONU og fange ønskede rammer.

Opstrøms trafik er ikke blevet udsat for andre ONU'er, så kryptering er ikke nødvendig. Overvej ikke fibertappere, fordi EPON ikke leverer nogen standard krypteringsmetode, men -

• Kan supplere med IPsec eller MACsec og

• Mange leverandører har tilføjet proprietære AES-baserede mekanismer.

BPON brugte en mekanisme kaldet churning - Churning var en billig hardware-løsning (24b-nøgle) med flere sikkerhedsfejl, såsom -

• Motoren var lineær - simpelt kendt tekstangreb.

• 24b-tasten viste sig at være afledt i 512 forsøg.

Derfor tilføjede G.983.3 AES-support, som nu bruges i GPON.

QoS - EPON

Mange PON-applikationer kræver høj QoS (f.eks. IPTV), og EPON overlader QoS til højere lag som -

• VLAN-tags.

• P-bits eller DiffServ DSCP.

Ud over disse er der en afgørende forskel mellem LLID og Port-ID -

• Der er altid 1 LLID pr. ONU.

• Der er 1 Port-ID pr. Indgangsport - der kan være mange pr. ONU.

• Dette gør portbaseret QoS enkel at implementere i PON-laget.

EPON vs GPON

Følgende tabel illustrerer de komparative egenskaber ved EPON og GPON -

Følgende billede viser de forskellige strukturer af EPON og GPON -