FTTH - EPON

Il Ethernet Passive Optical Network(EPON) è un PON che incapsula i dati con Ethernet e può offrire una capacità da 1 Gbps a 10 Gbps. EPON segue l'architettura originale di un PON. Qui, il DTE collegato al tronco dell'albero e chiamato comeOptical Line Terminal (OLT) come mostrato nell'illustrazione seguente.

Di solito si trova presso il fornitore di servizi e vengono chiamati i rami DTE dell'albero collegati Optical Network Unit(ONU), situata nei locali dell'abbonato. I segnali dall'OLT passano attraverso uno splitter passivo per raggiungere l'ONU e viceversa.

Ethernet nel primo miglio

Il processo di standardizzazione è iniziato quando è stato chiamato un nuovo gruppo di studio Ethernet in the First Mile(EFM) è stata fondata nel novembre 2000, avendo come obiettivi principali lo studio della fibra Ethernet point-to-multipoint (P2MP) con rame Ethernet. Ethernet su fibra point-to-point (P2P) e meccanismo operativo di rete, amministrazione e manutenzione (OAM) per facilitare il funzionamento della rete e la risoluzione dei problemi. Il gruppo di lavoro EFM conclude il processo di normalizzazione con la ratifica delIEEE Std 802.3ah nel giugno 2004.

Un prodotto EFM (Ethernet nel primo miglio). Una tecnologia PON basata su Ethernet. Si basa su uno standard principale: IEEE 802.3ah. Basato su Multi-Point Control Protocol (MPCP), definito come una funzione all'interno del sottolivello di controllo MAC, per controllare l'accesso a una topologia P2MP.

La base del protocollo EPON / MPCP risiede nel sottolivello di emulazione punto-punto (P2P). La sua velocità di trasmissione è → 1.25G simmetrica; distanza ： 10KM / 20KM; rapporto di divisione ：> 1:32. L'EFM sottolinea molti vantaggi di EPON basato su Ethernet come tecnologia di base, tra cui maturità dei protocolli, tecnologia semplice, flessibilità di estensione e orientamento agli utenti.

Il sistema EPON non sceglie costosi hardware ATM e apparecchiature SONET, rendendolo compatibile con la rete Ethernet esistente. Semplifica la struttura del sistema, riduce i costi e si rende flessibile per l'aggiornamento. I venditori di apparecchiature si concentrano sull'ottimizzazione della funzione e della praticabilità.

Sistemi ATM BPON

I sistemi basati su ATM BPON si sono dimostrati molto inefficienti, poiché la stragrande maggioranza del traffico attraverso la rete di accesso è costituita da frame IP di grandi dimensioni e dimensioni variabili. Ha creato l'opportunità per lo sviluppo di EPON basato su Ethernet puro,GigE password enjoying QoSe integrazione conveniente con altre apparecchiature Ethernet emergenti. Ethernet ha dimostrato nel tempo di essere il trasportatore ideale per il traffico IP.

Di conseguenza, lo standard IEEE 802.3ah 802.3 ha incaricato il gruppo di lavoro "Ethernet in the First Mile" di sviluppare standard per reti di accesso punto-punto e punto-multipunto, quest'ultimo indicando Ethernet PON. EPON fa attualmente parte dello standard Ethernet.

Lo sviluppo della Passive Optical Network (GPON) ovvero dello standard dotato di Gigabit (serie G.984) è davvero iniziato dopo le proposte del FSAN members (Quantum Bridge, Al)per una soluzione ATM / Ethernet PON. Gbps, che è indipendente dal protocollo, non era molto popolare all'interno del gruppo di lavoro IEEE 802.3ah. FSAN ha deciso di perseguire questo come uno standard concorrenziale diverso rispetto all'ITU.

EPON e GPON traggono fortemente da G.983, lo standard di BPON, quando si tratta di concetti generali che funzionano bene (funzionamento PON Optical Distribution Network(ODN), piano di lunghezza d'onda e applicazione). Entrambi offrono la propria versione di miglioramenti per ospitare frame IP / Ethernet di dimensioni migliori a velocità variabili Gbps.

Rete di accesso specificata dallo standard Ethernet IEEE 802.3ah, nota anche come Ethernet nel First Mile. La sezione cinque di IEEE802.3ah costituisce lo standard IEEE 802.3 che corrisponde alla definizione dei servizi e agli elementi del protocollo. Consente lo scambio di frame in formato IEEE 802.3 tra le stazioni in una rete di accesso degli abbonati.

Concetto di EPON

EFM ha introdotto il concetto di EPON in cui una topologia di rete punto-multipunto (P2MP) è implementata con splitter ottici passivi. Tuttavia, la fibra Ethernet point-to-point offre la massima larghezza di banda a un costo ragionevole. La fibra Ethernet point-to-multipoint fornisce una larghezza di banda relativamente elevata a un costo inferiore. Lo scopo dello standard IEEE 802.3ah era di estendere l'applicazione di Ethernet per includere le reti di abbonati di accesso per fornire un aumento significativo delle prestazioni riducendo al minimo i costi di funzionamento e manutenzione delle apparecchiature.

La conclusione dello standard EFM IEEE 802.3ah amplia notevolmente la portata e la portata del trasporto Ethernet per l'uso nelle reti di accesso e metropolitane. Questo standard consente ai fornitori di servizi una varietà di soluzioni flessibili ed economiche per la fornitura di servizi Ethernet a banda larga nelle reti di accesso e metropolitane.

EFM copre una famiglia di tecnologie che differiscono per il tipo di supporto e la velocità di segnalazione: è progettato per essere implementato nelle reti di un tipo o più supporti FSM e per interagire con 10/100/1000/10000 Mb misti / s reti Ethernet. Qualsiasi topologia di rete definita in IEEE 802.3 può essere utilizzata nei locali dell'abbonato e quindi collegata a una rete di accesso dell'abbonato Ethernet. La tecnologia EFM consente a diversi tipi di topologie di ottenere la massima flessibilità.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah include le specifiche per le reti di accesso Ethernet dell'abbonato e IEEE Std 802.3ah EPON supporta una velocità nominale di circa 1 Gb / s (espandibile a 10 Gb / s) per ogni canale. Questi sono definiti da due lunghezze d'onda: adownstream wavelength e uno per il condiviso upstream direzione tra i dispositivi dell'utente.

EFM supporta i collegamenti full duplex, in modo che sia possibile definire un Media Access Control (MAC) semplificato full duplex. L'architettura Ethernet divide il livello fisico in un filePhysical Medium Dependent (PMD), Physical Medium Attachment (PMA) e Physical Coding Sublayer (PCS).

EPON implementa una topologia di rete P2MP con estensioni appropriate al controllo MAC del sottopelo e del sottolivello di riconciliazione e PMD (Physical Medium Dependance) in fibra ottica per supportare questa topologia.

Livello fisico

Per le topologie P2MP, EFM ha introdotto una famiglia di sistemi di segnalazione per il livello fisico derivati ​​da 1000BASE-X. Tuttavia, include estensioni di RS, PCS e PMA, con un optionalforward error correction(FEC) capacità. I sottolivelli 1000BASE-X PCS e PMA mappano le caratteristiche dell'interfaccia. Il sottostrato PMD (incluso MDI) i servizi previsti dalla riconciliazione del sottopelo. 1000BASE-X può essere esteso per supportare altri supporti full duplex - richiede solo che l'ambiente sia coerente con il livello di PMD.

Interfaccia di carico medio (MDI)

È l'interfaccia tra PMD e il supporto fisico. Descrive i segnali, i supporti fisici e le interfacce meccaniche ed elettriche.

Physical Medium Dependent (PMD)

PMD è responsabile dell'interfaccia con il mezzo di trasmissione. PMD genera segnali elettrici o ottici a seconda della natura del mezzo fisico collegato. Le connessioni 1000BASE-X su PON ad almeno 10 chilometri e 20 chilometri (sottofondi 1000BASE-PX10 e 1000BASE-PX20 PMD) forniscono P2MP.

In un PON Ethernet, i suffissi D e U indicano PMD a ciascuna estremità del collegamento, che trasmette in queste direzioni e riceve nella direzione opposta, ovvero un singolo PMD a valle è identificato come 1000BASE-PX10-D e 1000BASE-PX10 U a monte PMD. Le stesse fibre vengono utilizzate contemporaneamente in entrambe le direzioni.

Un PMD 1000BASE-PX-U o un PMD 1000BASE-PX-D è collegato al PMA 1000BASE-X appropriato e al supporto tramite MDI. PMD è facoltativamente combinato con funzionalità di gestione a cui è possibile accedere tramite l'interfaccia di gestione. Per consentire le possibilità di aggiornamento nel caso di Pons da 10 km o 20 km, sia 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD che PMDU sono interoperabili tra loro.

Physical Medium Attachment (PMA)

PMA include le funzioni di trasmissione, ricezione, ripristino dell'orologio e allineamento. Il PMA fornisce una via di mezzo indipendente per PCS per supportare l'uso di una gamma di serie di supporti fisici orientati ai bit. Il sottolivello di codifica fisica (PCS) comprende funzioni di bit di codifica. L'interfaccia PCS èGigabit media independent interface (GMII), che fornisce un'interfaccia uniforme al sottolivello di riconciliazione per tutte le implementazioni di PHY a 1000 Mb / s.

Gigabit Media Independent Interface (GMII)

L'interfaccia GMII si riferisce all'interfaccia tra i file Gigabit MAC layer e il physical layer. Consente più DTE combinati con una varietà di implementazioni dal gigabit della velocitàphysical layer. L'interfaccia di servizio PCS consente a 1000BASE-X PCS di trasferire informazioni da e verso un cliente PCS. I clienti PCS includono MAC (tramite il rivestimento di riconciliazione) e ripetitore. L'interfaccia PCS è definita precisamente come Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Il Reconciliation sublayer(RS) assicura la corrispondenza dei segnali GMII che definiscono il mezzo di controllo per l'accesso ai servizi. GMII e RS vengono utilizzati per fornire supporti indipendenti in modo che un supporto identico del controller di accesso possa essere utilizzato con qualsiasi tipo di PHY ottico e in rame.

Data Link Layer (controllo MAC multipoint)

Il protocollo di controllo MAC è stato specificato per supportare e nuove funzioni da implementare e aggiungere allo standard allo stesso tempo. È il caso del protocollo di controllo multipunto (MPCP). Il protocollo di gestione per P2MP è una delle funzioni definite dal Multi-Point Control Protocol.

La funzionalità di controllo MAC multipoint è implementata per accedere ai dispositivi dell'abbonato che contengono dispositivi di livello fisico che puntano a multipoint. Comunemente, le giurisdizioni di emulazione MAC forniscono un servizio point-to-point tra OLT e ONU, ma un'istanza aggiuntiva è ora inclusa con un obiettivo di comunicazione per tutte le ONU contemporaneamente.

MPCP (Multi-Point Control Protocol)

MPCP è molto flessibile, facile da implementare. MPCP utilizza cinque tipi di messaggi (ogni messaggio è un frame di controllo MAC) e ONU / ONT segnala più limiti di pacchetto, OLT concede su un confine di pacchetto - nessun overhead di delineazione.

L'MPCP indica il sistema tra un OLT e ONU associati a una porzione PON Point-to-Multi-Point (P2MP) per consentire la trasmissione produttiva delle informazioni nell'intestazione UPSTREAM.

MPCP svolge le seguenti funzioni:

  • MPCP controlla il processo di rilevamento automatico.
  • Assegnazione fascia oraria / larghezza di banda agli ONT.
  • Riferimento temporale fornito per sincronizzare gli ONT.

MPCP ha introdotto cinque nuovi messaggi di controllo MAC:

  • Gate, Report
  • REQ registrato
  • Register
  • ACK registrato
  • Scoperta automatica

Riepilogo della sequenza di rilevamento dei messaggi

La figura seguente mostra il riepilogo della sequenza di rilevamento dei messaggi.

DBA EPON

In EPON, la comunicazione tra OLT e ONY è considerata come downstream, OLT trasmette dati a valle verso ONT utilizzando l'intera larghezza di banda e ONT riceve i fames utilizzando le informazioni disponibili su frame Ethernet. L'upstream da ONT a OLT utilizza la comunicazione a canale singolo, significa che un canale verrà utilizzato da più ONT, il che significa collisione di dati.

Per evitare questo problema, è necessario un efficace schema di allocazione della larghezza di banda, che può assegnare le risorse allo stesso modo alle ONT come allo stesso tempo garantendo la QoS, questo schema è noto come Dynamic Bandwidth AllocationAlgoritmo (DBA). Il DBA utilizza i messaggi di report e gate per costruire la pianificazione della trasmissione da trasmettere alle ONT.

Caratteristiche DBA

Una caratteristica importante di EPON è fornire diversi servizi con una qualità del servizio ottimale e un'allocazione efficace della larghezza di banda utilizzando diverse assegnazioni DBA per soddisfare la domanda delle applicazioni attuali e future.

Attualmente, di seguito sono riportati i due diversi tipi di algoritmi DBA disponibili per EPON:

  • Il primo è per accogliere le fluttuazioni del traffico.
  • Il secondo è fornire QoS a diversi tipi di traffico.

Le altre caratteristiche sono evitare le collisioni di frame, la gestione del traffico in tempo reale tramite QoS e la gestione della larghezza di banda per ciascun abbonato insieme alla riduzione del ritardo sul traffico a bassa priorità.

Formato frame EPON

Il funzionamento di EPON si basa su Ethernet MAC e i frame EPON sono basati su frame GbE, ma sono necessarie estensioni -

  • Clause 64 - Multi-Punguento Control PPDU rotocol. Questo è il protocollo di controllo che implementa la logica richiesta.

  • Clause 65- Emulazione punto-punto (riconciliazione). Questo fa sembrare l'EPON un collegamento punto a punto e gli EPON MAC hanno alcuni vincoli speciali.

  • Invece di CSMA / CD, trasmettono quando concessi.

  • Il tempo attraverso lo stack MAC deve essere costante (durate ± 16 bit).

  • È necessario mantenere l'ora locale precisa.

Intestazione EPON

Lo standard Ethernet inizia con un preambolo 8B essenzialmente privo di contenuti -

  • 7B di uno e zeri alternati 10101010
  • 1B di SFD 10101011

Per nascondere la nuova intestazione PON, EPON sovrascrive alcuni dei byte del preambolo.

LLID field contiene i seguenti fattori:

MODE (1b) −

  • Sempre 0 per ONU
  • 0 per OLT unicast, 1 per OLT multicast / broadcast

Actual Logical Link ID (15b) −

  • Identifica le ONU registrate
  • 7FFF per la trasmissione

CRC protegge da SLD (byte 3) tramite LLID (byte 7).

Sicurezza

Downstream traffic trasmette a tutte le ONU, quindi diventa facile per un utente malintenzionato riprogrammare ONU e acquisire i frame desiderati.

Upstream trafficnon è stato esposto ad altre ONU, quindi la crittografia non è necessaria. Non prendere in considerazione gli intercettatori di fibre perché EPON non fornisce alcun metodo di crittografia standard, ma -

  • Può integrare con IPsec o MACsec e
  • Molti fornitori hanno aggiunto meccanismi proprietari basati su AES.

BPON ha utilizzato un meccanismo chiamato churning - Il churning era una soluzione hardware a basso costo (chiave 24b) con diversi difetti di sicurezza, come:

  • Il motore era lineare: semplice attacco di testo noto.
  • Il tasto 24b si è rivelato derivabile in 512 tentativi.

Pertanto, G.983.3 ha aggiunto il supporto AES, che ora è utilizzato in GPON.

QoS - EPON

Molte applicazioni PON richiedono un'elevata QoS (ad esempio IPTV) ed EPON lascia la QoS a livelli più alti come -

  • Tag VLAN.
  • Bit P o DiffServ DSCP.

Oltre a questi, c'è una differenza cruciale tra LLID e Port-ID -

  • C'è sempre 1 LLID per ONU.
  • È disponibile 1 ID porta per porta di ingresso: potrebbero essercene molti per ONU.
  • Ciò rende la QoS basata su porta semplice da implementare a livello PON.

EPON vs GPON

La tabella seguente illustra le caratteristiche comparative di EPON e GPON -

GPON (ITU-T G.984) EPON (IEEE 802.3ah)
Downlink/Uplink 2,5 G / 1,25 G. 1,25 G / 1,25 G
Optical Link Budget Classe B +: 28dB; Classe C: 30dB PX20: 24dB
Split ratio 1:64 -> 1: 128 1:32
Actual downlink bandwidth 2200 ~ 2300 Mbps 92% 980 Mbps 72%
Actual Uplink bandwidth 1110 Mbps 950 Mbps
OAM Funzione OMCI completa + PLOAM + OAM incorporata Funzione OAM flessibile e semplice
TDM service & synchronized clock function TDM nativo, CESoP CESoP
Upgradeability 10G 2.5G / 10G
QoS La pianificazione DBA contiene T-CONT, PORTID; correzione della larghezza di banda / larghezza di banda garantita / larghezza di banda non garantita / larghezza di banda best-effort Supporta DBA, QoS è supportato da LLID e VLAN
Cost Costo del 10% ~ 20% in più rispetto a EPON attualmente e quasi lo stesso prezzo in grandi volumi -

L'immagine seguente mostra le diverse strutture di EPON e GPON -