FTTH - EPON

FTTH - EPON

Ethernetová pasivní optická síť (EPON) je PON zapouzdřující data s Ethernetem a může nabídnout kapacitu 1 Gbps až 10 Gbps. EPON sleduje původní architekturu PON. Zde se DTE připojil ke kmeni stromu a nazýval se jako terminál optické linky (OLT), jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Obvykle se nachází u poskytovatele služeb a připojené větve stromu DTE se nazývají optická síťová jednotka (ONU), která se nachází v prostorách předplatitele. Signály z OLT procházejí pasivním rozbočovačem k dosažení ONU a naopak.

Ethernet v první míli

Proces normalizace začal, když byla v listopadu 2000 založena nová studijní skupina s názvem Ethernet v první míli (EFM), jejímž hlavním cílem bylo studium vlákna typu Ethernet point-to-multipoint (P2MP) s ethernetovou mědí. Ethernet přes point-to-point (P2P) vlákno a přes síťový operační mechanismus, Administration and Maintenance (OAM) pro usnadnění provozu sítě a odstraňování problémů. Pracovní skupina EFM ukončuje proces normalizace ratifikací IEEE Std 802.3ah v červnu 2004.

Produkt od EFM (Ethernet v první míli). Technologie PON založená na ethernetu. Je založen na hlavním standardu - IEEE 802.3ah. Na základě vícebodového řídicího protokolu (MPCP), definovaného jako funkce v rámci MAC vrstvy, řídí přístup k topologii P2MP.

Základ protokolu EPON / MPCP leží v podvrstvě emulace point-to-point (P2P). Jeho přenosová rychlost je → symetrická 1,25G; vzdálenost ： 10 km / 20 km; poměr splitter ：> 1:32. EFM poukazuje na mnoho výhod EPON založených na Ethernetu jako základní technologii, včetně vyspělosti protokolů, technologie jednoduché, flexibility rozšíření a orientace na uživatele.

Systém EPON nevybere drahý hardware ATM a vybavení SONET, takže je kompatibilní se stávající sítí Ethernet. Zjednodušuje strukturu systému, snižuje náklady a umožňuje flexibilitu při aktualizaci. Prodejci zařízení se zaměřují na optimalizaci funkce a proveditelnosti.

Systémy bankomatů BPON

Systémy založené na BPON ATM se ukázaly jako velmi neefektivní, protože velká většina provozu v přístupové síti sestává z velkých IP rámců a proměnných velikostí. Vytvořil příležitost pro vývoj čistě založeného Ethernetu na bázi EPON, hesla GigE užívajícího QoS a nákladově efektivní integraci s dalšími novými ethernetovými zařízeními. Ethernet se postupem času ukázal jako ideální transportér pro přenos IP.

V souladu s tím standard IEEE 802.3ah 802.3 pověřil pracovní skupinu „Ethernet v první míli“ vývojem norem pro přístupové sítě point-to-point a point-to-multipoint, z nichž druhá označuje Ethernet PON. EPON je v současné době součástí standardu Ethernet.

Vývoj pasivní optické sítě (GPON), tj. Standard vybavený gigabitem (řada G.984), skutečně začal po návrzích členů FSAN (Quantum Bridge, Al) na řešení ATM / Ethernet PON. Gbps, který je nezávislý na protokolu, nebyl v pracovní skupině IEEE 802.3ah příliš populární. FSAN se rozhodl pokračovat v této soutěži jako na jiném konkurenčním standardu než ITU.

EPON a GPON těžce čerpají z G.983, standardu BPON, pokud jde o obecné koncepce, které fungují dobře (provozování optické distribuční sítě PON (ODN), plán vlnových délek a aplikace). Oba nabízejí svou vlastní verzi vylepšení, aby pojali rámce IP / Ethernet s lepší velikostí při proměnných rychlostech Gbps.

Standard IEEE 802.3ah Ethernet specifikoval přístupovou síť a také známý jako Ethernet v první míli. Oddíl pět IEEE802.3ah tvoří IEEE Std 802.3, která odpovídá definici služeb a prvků protokolu. Umožňuje výměnu rámců formátu IEEE 802.3 mezi stanicemi v přístupové síti předplatitele.

Koncept EPON

EFM představil koncept EPON, ve kterém je topologie sítě point-to-multipoint (P2MP) implementována s pasivními optickými rozbočovači. Optické vlákno Ethernet point-to-point však nabízí nejvyšší šířku pásma za rozumnou cenu. Ethernetové vlákno typu point-to-multipoint poskytuje relativně vysokou šířku pásma při nižších nákladech. Účelem IEEE Std 802.3ah bylo rozšířit aplikaci Ethernet tak, aby zahrnovala přístupové účastnické sítě, aby poskytovala významné zvýšení výkonu při minimalizaci nákladů na provoz a údržbu zařízení.

Závěr standardu EFEE IEEE 802.3ah výrazně rozšiřuje dosah a dosah přenosu Ethernet pro použití v přístupových a metro sítích. Tento standard umožňuje poskytovatelům služeb řadu flexibilních a nákladově efektivních řešení pro poskytování širokopásmových ethernetových služeb v přístupových a metro sítích.

EFM pokrývá řadu technologií, které se liší typem média a rychlostí signalizace - je navrženo pro nasazení v sítích typu nebo více FSM médií a také pro interakci se smíšenými 10/100/1000/10000 Mb / s Ethernetové sítě. Jakákoli topologie sítě definovaná v IEEE 802.3 může být použita v prostorách předplatitele a poté připojena k přístupové síti předplatitele Ethernetu. Technologie EFM umožňuje různým typům topologií dosáhnout maximální flexibility.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah zahrnuje specifikace pro ethernetové přístupové sítě předplatitele a IEEE Std 802.3ah EPON podporuje nominální rychlost přibližně 1 Gb / s (rozšiřitelná na 10 Gb / s) pro každý kanál. Jsou definovány dvěma vlnovými délkami: vlnovou délkou po proudu a jednou pro sdílený směr proti proudu mezi uživatelskými zařízeními.

EFM podporuje plné duplexní propojení, takže lze definovat plně duplexní zjednodušené řízení přístupu k médiím (MAC). Architektura Ethernet rozděluje fyzickou vrstvu na fyzickou střední závislou (PMD), fyzickou střední přílohu (PMA) a fyzickou kódovací podvrstvu (PCS).

EPON implementuje topologii sítě P2MP s příslušným rozšířením řízení MAC podvrstvy a smíření podvrstvy a optického vlákna pod vrstvami závislými na fyzickém médiu (PMD) pro podporu této topologie.

Fyzická vrstva

Pro topologie P2MP zavedl EFM řadu signalizačních systémů pro fyzickou vrstvu, které jsou odvozeny od 1000BASE-X. Zahrnuje však rozšíření RS, PCS a PMA s volitelnou kapacitou pro dopřednou korekci chyb (FEC). Podvrstvy PCS a PMA 1000BASE-X mapují vlastnosti rozhraní. Subvrstva PMD (včetně MDI) služby, které se očekávají při sladění podsady. 1000BASE-X lze rozšířit o podporu dalších plně duplexních médií - vyžaduje pouze, aby prostředí odpovídalo úrovni PMD.

Rozhraní pro střední zatížení (MDI)

Je to rozhraní mezi PMD a fyzickým médiem. Popisuje signály, fyzická média a mechanická a elektrická rozhraní.

Fyzické střední závislé (PMD)

PMD odpovídá za rozhraní k přenosovému médiu. PMD generuje elektrické nebo optické signály v závislosti na povaze připojeného fyzického média. Spojení 1000BASE-X přes PON na nejméně 10 kilometrů a 20 kilometrů (spodní nátěry 1000BASE-PX10 a 1000BASE-PX20 PMD) poskytují P2MP.

V příponách PON Ethernet označují D a U PMD na každém konci spoje, který vysílá v těchto směrech a přijímá v opačném směru, tj. Jeden downstream PMD je identifikován jako 1000BASE-PX10-D a proti směru toku 1000BASE-PX10 U PMD. Stejná vlákna se používají současně v obou směrech.

PMD 1000BASE-PX-U PMD nebo 1000BASE-PX-D PMD je připojen k příslušnému PMA 1000BASE-X ak podpoře pomocí MDI. PMD je volitelně kombinován s funkcemi správy, ke kterým lze přistupovat prostřednictvím rozhraní pro správu. Pro umožnění možností upgradu v případě 10 km nebo 20 km Pons jsou vzájemně kompatibilní jak 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD, tak PMDU.

Fyzická střední příloha (PMA)

PMA zahrnuje funkce přenosu, příjmu, obnovení hodin a zarovnání. PMA poskytuje nezávislý prostřední způsob, jak PCS podporovat použití řady bitově orientovaných sérií fyzických médií. Dílčí vrstva fyzického kódování (PCS) zahrnuje kodifikační bitové funkce. Rozhraní PCS je rozhraní nezávislé na gigabitových médiích (GMII), které poskytuje jednotné rozhraní pro dílčí vrstvu smíření pro všechny implementace PHY 1 000 Mb / s.

Rozhraní nezávislé na gigabitových médiích (GMII)

Rozhraní GMII označuje rozhraní mezi vrstvou Gigabit MAC a fyzickou vrstvou. Umožňuje více DTE smíchaných s různými implementacemi z fyzické gigabitové fyzické vrstvy. Servisní rozhraní PCS umožňuje počítači 1000BASE-X PCS přenášet informace k zákazníkovi PCS a od něj. Mezi zákazníky PCS patří MAC (přes spodní vrstvu smíření) a opakovač. Rozhraní PCS je definováno přesně jako Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Podsestava Smíření (RS) zajišťuje přiřazení signálů GMII definujících médium pro řízení údržby. GMII a RS se používají k poskytování nezávislých médií, takže identická média přístupového kontroléru mohou být použita s jakýmkoli typem mědi a optického PHY.

Vrstva datového propojení (vícebodové ovládání MAC)

Řídicí protokol MAC byl specifikován pro podporu a nové funkce, které mají být implementovány a přidány do standardu současně. Jedná se o vícebodový řídicí protokol (MPCP). Protokol správy k P2MP je jednou z funkcí definovaných protokolem Multi-Point Control Protocol.

Funkce vícebodového řízení MAC je implementována pro přístup k zařízením předplatitele obsahujícího zařízení fyzické vrstvy směřující k vícebodům. Obecně, emulační jurisdikce MAC poskytují point-to-point službu mezi OLT a ONU, ale další instance je nyní zahrnuta s komunikačním cílem pro všechny ONU najednou.

MPCP (Multi-Point Control Protocol)

MPCP je velmi flexibilní a snadno implementovatelný. MPCP používá pět typů zpráv (každá zpráva je MAC Control frame) a ONU / ONT hlásí více hranic paketů, OLT uděluje na hranici paketů - žádné vymezení režie.

MPCP označuje systém mezi OLT a ONU asociovaný s částí PON Point-to-Multi-Point (P2MP) pro umožnění produktivního přenosu informací v záhlaví UPSTREAM.

MPCP vykonává následující funkce -

• MPCP řídí proces automatického zjišťování.

• Přiřazení času a šířky pásma k ONT.

• Časová reference poskytovaná pro synchronizaci ONT.

MPCP představilo pět nových MAC kontrolních zpráv -

• Brána, zpráva

• Registrovaná REQ

• Registrovat

• Registrováno ACK

• Automatické vyhledávání

Souhrn sekvence zjišťování zpráv

Následující obrázek znázorňuje shrnutí sekvence zjišťování zpráv.

DBA EPON

V EPON je komunikace mezi OLT a ONY považována za downstream, OLT vysílá data downstream směrem k ONT s využitím celé šířky pásma a na druhém konci ONT přijímá slávy pomocí informací dostupných na ethernetových rámcích. Upstream od ONT k OLT používá jednokanálovou komunikaci, což znamená, že jeden kanál bude používán více ONT, což znamená kolizi dat.

Aby se tomuto problému předešlo, je vyžadováno efektivní schéma přidělování šířky pásma, které může přiřadit prostředky ONT stejně jako zajištění QoS, toto schéma je známé jako algoritmus dynamického přidělování šířky pásma (DBA). DBA používá zprávy a zprávy brány k sestavení harmonogramu přenosu, který má být předán ONT.

Vlastnosti DBA

Důležitým rysem EPON je poskytovat různé služby s optimálním QoS a účinným přidělováním šířky pásma pomocí různých alokací DBA k uspokojení poptávky současných i budoucích aplikací.

V současné době jsou pro EPON k dispozici dva různé typy algoritmů DBA -

• První z nich je pro přizpůsobení kolísání provozu.

• Druhým je poskytování QoS pro různé typy provozu.

Dalšími charakteristikami jsou vyhýbání se kolizím snímků, řízení provozu v reálném čase prostřednictvím QoS a správa šířky pásma pro každého účastníka spolu se snížením zpoždění při provozu s nízkou prioritou.

EPON Frame Format

Provoz EPON je založen na Ethernet MAC a EPON rámce jsou založeny na GbE rámcích, ale jsou nutná rozšíření -

• Ustanovení 64 - PDU vícebodového řídicího protokolu. Toto je řídicí protokol implementující požadovanou logiku.

• Ustanovení 65 - Emulace z bodu do bodu (usmíření). Díky tomu EPON vypadá jako point-to-point link a EPON MACs mají určitá zvláštní omezení.

• Místo CSMA / CD přenášejí, když jsou uděleny.

• Čas v zásobníku MAC musí být konstantní (± 16bitové trvání).

• Musí být zachován přesný místní čas.

EPON Header

Standardní Ethernet začíná v podstatě bez obsahu 8B preambule -

• 7B střídavých a nul 10101010

• 1B SFD 10101011

Aby bylo možné skrýt novou hlavičku PON, přepíše EPON některé bajty preambule.

Pole LLID obsahuje následující faktory -

REŽIM (1b) -

• Vždy 0 pro ONU

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

Aktuální ID logického odkazu (15b) -

• Identifikuje registrované ONU

• 7FFF pro vysílání

CRC chrání před SLD (byte 3) prostřednictvím LLID (byte 7).

Bezpečnostní

Následný provoz vysílá všem ONU, takže pro uživatele se zlými úmysly bude snadné přeprogramovat ONU a zachytit požadované snímky.

Upstream provoz nebyl vystaven jiným ONU, takže šifrování není nutné. Nezvažujte vlákna-tappers, protože EPON neposkytuje žádnou standardní metodu šifrování, ale -

• Lze doplnit pomocí IPsec nebo MACsec a

• Mnoho prodejců přidalo proprietární mechanismy založené na AES.

BPON použil mechanismus zvaný churning - Churning bylo nízkonákladové hardwarové řešení (24b klíč) s několika bezpečnostními nedostatky, jako například -

• Motor byl lineární - jednoduchý útok známého textu.

• Klíč 24b se ukázal jako derivovatelný v 512 pokusech.

G.983.3 proto přidala podporu AES, která se nyní používá v GPON.

QoS - EPON

Mnoho aplikací PON vyžaduje vysoké QoS (např. IPTV) a EPON ponechává QoS ve vyšších vrstvách jako -

• Značky VLAN.

• P bity nebo DiffServ DSCP.

Kromě toho existuje zásadní rozdíl mezi LLID a Port-ID -

• Vždy existuje 1 LLID na ONU.

• Na jeden vstupní port je 1 ID portu - na ONU může být mnoho.

• To zjednodušuje implementaci QoS na bázi portů ve vrstvě PON.

EPON vs. GPON

Následující tabulka ilustruje srovnávací vlastnosti EPON a GPON -

Následující obrázek ukazuje různé struktury EPON a GPON -