FTTH - EPON

FTTH - EPON

Пасивната оптична мрежа Ethernet (EPON) е PON капсулиране на данни с Ethernet и може да предложи капацитет от 1 Gbps до 10 Gbps. EPON следва оригиналната архитектура на PON. Тук DTE се свързва със ствола на дървото и се нарича като оптичен линеен терминал (OLT), както е показано на следващата илюстрация.

Обикновено се намира при доставчика на услуги, а свързаните клонове на DTE на дървото се наричат оптична мрежова единица (ONU), разположена в помещенията на абоната. Сигналите от OLT преминават през пасивен сплитер за постигане на ONU и обратно.

Ethernet в първата миля

Процесът на стандартизация започна, когато през ноември 2000 г. беше създадена нова проучвателна група, наречена Ethernet в First Mile (EFM), която имаше за основна цел изследването на влакна Ethernet от точка до много точки (P2MP) с Ethernet мед. Ethernet през точка-точка (P2P) влакно и над мрежов операционен механизъм, администриране и поддръжка (OAM) за улесняване на работата на мрежата и отстраняване на проблеми. Работната група на ЕФМ приключва процеса на нормализиране с ратифицирането на IEEE Std 802.3ah през юни 2004 г.

Продукт от EFM (Ethernet на първата миля). PON технология, базирана на Ethernet. Той се основава на основен стандарт - IEEE 802.3ah. Въз основа на многоточков протокол за управление (MPCP), дефиниран като функция в контролния под слой MAC, за контрол на достъпа до P2MP топология.

Основата на EPON / MPCP протокола лежи в подслоя за емулация на точка-точка (P2P). Скоростта му на предаване е → симетрична 1,25G; разстояние: 10 км / 20 км; съотношение на сплитер:> 1:32. EFM посочва много предимства на EPON, базиран на Ethernet като основна технология, включително зрялост на протоколите, проста технология, гъвкавост на разширение и ориентирана към потребителите.

Системата EPON не избира скъп хардуер за ATM и оборудване SONET, което го прави съвместим със съществуващата Ethernet мрежа. Опростява структурата на системата, намалява разходите и прави себе си гъвкав за надграждане. Продавачите на оборудване се фокусират върху оптимизиране на функцията и практичността.

АТМ системи BPON

Базираните на BPON ATM системи се оказаха много неефективни, тъй като голяма част от трафика през мрежата за достъп се състои от големи IP рамки и променливи размери. Той създаде възможност за разработване на чист EPON базиран на Ethernet, парола за GigE, ползваща се с QoS, и рентабилна интеграция с други новоизградени Ethernet оборудване. Ethernet се доказа с времето като идеален преносител за IP трафик.

Съответно стандарт IEEE 802.3ah 802.3 инструктира работната група „Ethernet в първата миля“ с разработването на стандарти за мрежи за достъп от точка до точка и от точка до много точки, като последната показва Ethernet PON. Понастоящем EPON е част от стандарта Ethernet.

Разработването на пасивна оптична мрежа (GPON), т.е. снабден с Gigabit стандарт (серия G.984) наистина започна след предложенията на членовете на FSAN (Quantum Bridge, Al) за решение за ATM / Ethernet PON. Gbps, който е независим от протокола, не беше много популярен в работната група IEEE 802.3ah. FSAN реши да преследва това като различен конкурентен стандарт на ITU.

EPON и GPON черпят много от G.983, стандартът на BPON, когато става дума за общи концепции, които работят добре (работеща PON Optical Distribution Network (ODN), план за дължина на вълната и приложение). И двамата предлагат своя собствена версия на подобрения за приспособяване на IP / Ethernet рамки с по-голям размер при променливи скорости Gbps.

IEEE 802.3ah Ethernet стандартна мрежа за достъп, а също така известна като Ethernet и в Първата мили. Раздел пети от IEEE802.3ah съставлява IEEE Std 802.3, което съответства на дефиницията на услуги и елементи на протокол. Той позволява обмен на IEEE 802.3 формати кадри между станции в абонатната мрежа за достъп.

Концепция на EPON

EFM въведе концепцията на EPON, при която топологията на мрежата от точка до много точка (P2MP) се реализира с пасивни оптични разделители. Обаче влакното от точка до точка на Ethernet предлага най-високата честотна лента на разумна цена. Ethernet Point-to-multipoint fiber осигурява сравнително висока честотна лента при по-ниска цена. Целта на IEEE Std 802.3ah беше да разшири приложението на Ethernet, за да включи абонатни мрежи за достъп, за да осигури значително увеличаване на производителността, като сведе до минимум разходите за оборудване за експлоатация и поддръжка.

Заключението на стандарта IEEE 802.3ah EFM значително разширява обхвата и обхвата на Ethernet транспорт за използване в мрежи за достъп и метро. Този стандарт позволява на доставчиците на услуги разнообразни гъвкави и икономически ефективни решения за предоставяне на широколентови Ethernet услуги в мрежата за достъп и метрото.

EFM обхваща семейство от технологии, които се различават по типа на носителя и скоростта на сигнала - той е проектиран да бъде разположен в мрежите от тип или няколко (и) FSM носители, както и да взаимодейства със смесени 10/100/1000/10000 Mb / s Ethernet мрежи. Всяка топология на мрежата, дефинирана в IEEE 802.3, може да се използва в помещенията на абоната и след това да бъде свързана към абонатна мрежа за достъп на Ethernet. EFM технологията позволява на различни видове топологии да се постигне максимална гъвкавост.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah включва спецификации за Ethernet мрежи за достъп на абоната, а IEEE Std 802.3ah EPON поддържа номинална скорост от около 1 Gb / s (разширяема до 10 Gb / s) за всеки канал. Те се дефинират от две дължини на вълната: дължина на вълната надолу по веригата и една за споделената посока нагоре между потребителските устройства.

EFM поддържа пълни дуплексни връзки, така че да може да се дефинира пълен дуплекс опростен контрол на достъпа до медия (MAC). Ethernet архитектурата разделя физическия слой на физически средно зависим (PMD), физически среден прикачен (PMA) и физически кодиращ подслой (PCS).

EPON внедрява P2MP мрежова топология с подходящи разширения на MAC контрол на подкосъм и изравняване подслой и оптично влакно под физическа среда, зависима от физическа среда (PMD), за да поддържа тази топология.

Физически слой

За P2MP топологии, EFM въведе фамилия сигнални системи за физическия слой, които са получени от 1000BASE-X. Въпреки това тя включва разширения на RS, PCS и PMA, с незадължителна възможност за коригиране на грешки напред (FEC). Подслоевете 1000BASE-X PCS и PMA картографират характеристиките на интерфейса. PMD подслой (включително MDI) услугите, очаквани от подравняването на подкосъм. 1000BASE-X може да се разшири, за да поддържа други пълни дуплексни носители - изисква само, че средата е в съответствие с нивото на PMD.

Интерфейс за средно натоварване (MDI)

Това е интерфейсът между PMD и физическите носители. Той описва сигналите, физическите носители и механичните и електрическите интерфейси.

Физическа средно зависима (PMD)

PMD отговаря за интерфейса към предавателната среда. PMD генерира електрически или оптични сигнали в зависимост от естеството на свързаната физическа среда. 1000BASE-X връзки над PON до поне 10 километра и 20 километра (подкосъм 1000BASE-PX10 и 1000BASE-PX20 PMD) осигуряват P2MP.

В PON Ethernet суфиксите D и U обозначават PMD във всеки край на връзката, която предава в тези посоки и приема в обратна посока, т.е. един единствен PMD надолу по веригата се идентифицира като 1000BASE-PX10-D и нагоре 1000BASE-PX10 U PMD. Едни и същи влакна се използват едновременно и в двете посоки.

PMB 1000BASE-PX-U или 1000BASE-PX-D PMD е свързан към подходящия PMA 1000BASE-X и за поддръжка чрез MDI. PMD е опционално комбиниран с функции за управление, които могат да бъдат достъпни чрез интерфейса за управление. За да позволят на възможностите за надграждане в случай на 10 км или 20 км Pons, както 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD, така и PMDU са взаимодействащи помежду си.

Физическа средна привързаност (PMA)

PMA включва функциите за предаване, получаване, възстановяване на часовника и подравняване. PMA предоставя независим среден начин за PCS да поддържа използването на редица серии от физически медии, ориентирани към бита. Подслоят на физическото кодиране (PCS) включва кодификационни битови функции. PCS интерфейсът е Gigabit media независим интерфейс (GMII), който осигурява еднакъв интерфейс към подслоя Reconciliation за всички реализации на 1000 Mb / s PHY.

Gigabit Media независим интерфейс (GMII)

Интерфейсът GMII се отнася до интерфейса между Gigabit MAC слоя и физическия слой. Той позволява множество DTE, смесени с различни изпълнения от физическия слой на скорост гигабит. PCS сервизният интерфейс позволява 1000BASE-X PCS да прехвърлят информация към и от PCS клиент. Клиентите на PCS включват MAC (чрез подслон на примирението) и повторител. PCS интерфейсът е дефиниран точно като независим интерфейс на Gigabit Media (GMII).

Подслойът за съгласуване (RS) осигурява съвпадение на GMII сигнали, определящи контролната среда за достъп до услугата. GMII и RS се използват за осигуряване на независими носители, така че да могат да се използват идентични носители на контролер за достъп с всякакъв вид мед и оптичен PHY.

Слой за връзка за данни (многоточково MAC управление)

Протоколът за управление на MAC е определен за поддръжка и едновременно с това да бъдат внедрени и добавени към стандарта нови функции. Това е случаят с протокол за управление на много точки (MPCP). Протоколът за управление към P2MP е една от функциите, дефинирани от протокола за управление на много точки.

Функцията за многоточково управление на MAC е реализирана за достъп до устройства на абоната, съдържащи устройства от физически слой, сочат към многоточкови. Обикновено юрисдикциите за емулация на MAC предоставят услуга от точка до точка между OLT и ONU, но вече е включен допълнителен екземпляр с цел комуникация за всички ONU.

MPCP (многоточков протокол за управление)

MPCP е много гъвкав, лесен за изпълнение. MPCP използва пет типа съобщения (всяко съобщение е MAC рамка за управление) и ONU / ONT отчита множество граници на пакета, OLT предоставя на границата на пакета - без разграничаване отгоре.

MPCP обозначава система между OLT и ONU, свързани с точка от точка до много точка (P2MP) PON част, за да позволи продуктивното предаване на информация в заглавието UPSTREAM.

MPCP изпълнява следните функции -

• MPCP контролира процеса на автоматично откриване.

• Присвояване на Timeslot / Bandwidth на ONTs.

• Справка за време, предоставена за синхронизиране на ONT.

MPCP представи пет нови MAC контролни съобщения -

• Gate, Report

• Регистриран REQ

• Регистрирам

• Регистриран ACK

• Автоматично откриване

Резюме на последователността за откриване на съобщения

Следващата илюстрация изобразява резюмето на последователността за откриване на съобщение.

DBA EPON

В EPON комуникацията между OLT и ONY се разглежда като низходяща, OLT излъчва данни надолу по веригата към ONT, използвайки цялата честотна лента, а в другия край ONT получава фамилите, използвайки информация, налична в Ethernet Frames. Възходящият поток от ONT към OLT използва едноканална комуникация, означава, че един канал ще бъде използван от множество ONT, което означава сблъсък на данни.

За да се избегне този проблем, е необходима ефективна схема за разпределение на пропускателната способност, която може да присвоява ресурси еднакво на ONT, като едновременно осигурява QoS, тази схема е известна като алгоритъм за динамично разпределение на лентата (DBA). DBA използва отчетни съобщения и съобщения за изграждане на графика за предаване, която да бъде предадена на ONTs.

Характеристики на DBA

Важна характеристика на EPON е да предоставя на различни услуги оптимален QoS и ефективно разпределение на честотната лента, използвайки различно разпределение на DBA, за да отговори на търсенето на настоящи и бъдещи приложения.

В момента следват двата различни типа алгоритми на DBA, налични за EPON -

• Първият е за приспособяване на колебанията в трафика.

• Вторият е да предоставя QoS на различни видове трафик.

Другите характеристики са да се избягват сблъсъци с рамки, управление на трафик в реално време чрез QoS и управление на честотната лента за всеки абонат, заедно с намаляване на забавянето на трафик с нисък приоритет.

EPON Frame Format

Работата с EPON се базира на Ethernet MAC, а EPON кадрите се основават на GbE рамки, но са необходими разширения -

• Клауза 64 - PDU-та на многоточков протокол за управление. Това е контролния протокол, осъществяващ необходимата логика.

• Клауза 65 - Емулация от точка до точка (съгласуване). Това прави EPON да изглежда като точка към точка и EPON MACs имат някои специални ограничения.

• Вместо CSMA / CD, те предават, когато им бъде предоставено.

• Времето през MAC стека трябва да бъде постоянно (± 16-битова продължителност).

• Трябва да се поддържа точно местното време.

EPON Header

Standard Ethernet започва с 8B преамбюла без съдържание -

• 7B на редуващи се и нули 10101010

• 1B от SFD 10101011

За да скрие новото заглавие на PON, EPON презаписва някои от байтовете на преамбулата.

Полето LLID съдържа следните фактори -

РЕЖИМ (1b) -

• Винаги 0 за ONU

• 0 за OLT unicast, 1 за OLT мултикаст / излъчване

Действителен идентификационен номер на логическата връзка (15b) -

• Идентифицира регистрираните ОНУ

• 7FFF за излъчване

CRC защитава от SLD (байт 3) чрез LLID (байт 7).

Сигурност

Трафикът надолу по веригата излъчва към всички ONU, така че злонамерен потребител става лесно да препрограмира ONU и да заснеме желаните кадри.

Трафикът нагоре по течението не е изложен на други ONUs, така че не е необходимо криптиране. Не обмисляйте влакна с подложки, тъй като EPON не предоставя стандартен метод за криптиране, но -

• Може да се допълни с IPsec или MACsec и

• Много от доставчиците са добавили собствени AES-базирани механизми.

BPON използва механизъм, наречен churning - Churning е евтино хардуерно решение (ключ 24b) с няколко пропуски в сигурността, като например -

• Двигателят беше линеен - проста атака с познат текст.

• 24b ключът се оказа изходен в 512 опита.

Следователно G.983.3 добави поддръжка на AES, която сега се използва в GPON.

QoS - EPON

Много PON приложения изискват високо QoS (напр. IPTV) и EPON оставя QoS на по-високи слоеве като -

• VLAN тагове.

• P битове или DiffServ DSCP.

В допълнение към тях има съществена разлика между LLID и Port-ID -

• Винаги има 1 LLID на ONU.

• Има 1 идентификатор на порт на входен порт - може да има много на ONU.

• Това прави QoS, базиран на пристанището, лесен за изпълнение на PON слой.

EPON срещу GPON

Следващата таблица илюстрира сравнителните характеристики на EPON и GPON -

Следното изображение показва различните структури на EPON и GPON -