FTTH - EPON

FTTH - EPON

Ethernet pasīvais optiskais tīkls (EPON) ir PON, kas iekapsulē datus ar Ethernet, un var piedāvāt jaudu no 1 Gbps līdz 10 Gbps. EPON seko sākotnējai PON arhitektūrai. Šeit DTE savienots ar koka stumbru un saukts par optiskās līnijas termināli (OLT), kā parādīts šajā attēlā.

Tas parasti atrodas pie pakalpojumu sniedzēja, un savienotās koka DTE filiāles sauc par optiskā tīkla vienību (ONU), kas atrodas abonenta telpās. Signāli no OLT iziet caur pasīvu sadalītāju, lai sasniegtu ONU, un otrādi.

Ethernet pirmajā jūdzē

Standartizācijas process sākās, kad 2000. gada novembrī tika izveidota jauna pētījumu grupa ar nosaukumu Ethernet pirmajā jūdzē (EFM), kuras galvenie mērķi bija pētīt Ethernet point-to-multipoint (P2MP) šķiedru ar Ethernet varu. Ethernet virs punkta-punkta (P2P) šķiedras un tīkla darbības mehānismā, administrēšana un uzturēšana (OAM), lai atvieglotu tīkla darbību un traucējummeklēšanu. EFM darba grupa normalizācijas procesu noslēdz ar IEEE Std 802.3ah ratifikāciju 2004. gada jūnijā.

EFM izstrādājums (Ethernet pirmajā jūdzē). PON tehnoloģija, kuras pamatā ir Ethernet. Tā pamatā ir galvenais standarts - IEEE 802.3ah. Balstīts uz daudzpunktu vadības protokolu (MPCP), kas definēts kā funkcija MAC vadības apakšslānī, lai kontrolētu piekļuvi P2MP topoloģijai.

EPON / MPCP protokola pamatā ir point-to-point (P2P) emulācijas apakšslānis. Tā pārraides ātrums ir → simetrisks 1,25G; attālums ： 10KM / 20KM; sadalītāja attiecība ：> 1:32. EFM norāda uz daudzām EPON priekšrocībām, kuru pamatā ir Ethernet kā pamata tehnoloģija, ieskaitot protokolu gatavību, vienkāršu tehnoloģiju, paplašināšanas elastīgumu un orientētu uz lietotājiem.

EPON sistēma neizvēlas dārgu bankomātu aparatūru un SONET aprīkojumu, padarot to savietojamu ar esošo Ethernet tīklu. Tas vienkāršo sistēmas struktūru, samazina izmaksas un padara sevi elastīgu jaunināšanai. Iekārtu pārdevēji koncentrējas uz funkciju un praktiskuma optimizēšanu.

BPON bankomātu sistēmas

BPON ATM balstītas sistēmas ir izrādījušās ļoti neefektīvas, jo lielāko piekļuves tīkla trafika daļu veido lieli IP rāmji un mainīgi izmēri. Tas ir radījis iespēju attīstīt tīru Ethernet balstītu EPON, GigE paroli, kam ir QoS, un rentablu integrāciju ar citām jaunām Ethernet iekārtām. Ethernet laika gaitā ir pierādījis, ka ir ideāls IP trafika pārvadātājs.

Attiecīgi IEEE 802.3ah standarts 802.3 uzdeva darba grupai "Ethernet pirmajā jūdzē" izstrādāt standartus point-to-point un point-to-multipoint piekļuves tīkliem, pēdējais apzīmējot Ethernet PON. EPON pašlaik ir Ethernet standarta sastāvdaļa.

Pasīvā optiskā tīkla (GPON), ti, ar Gigabitu aprīkota standarta (G.984 sērija), izstrāde patiešām ir sākusies pēc FSAN dalībnieku (Quantum Bridge, Al) ierosinājumiem par ATM / Ethernet PON risinājumu. Gbps, kas ir neatkarīgs no protokola, nebija ļoti populārs IEEE 802.3ah darba grupā. FSAN ir nolēmis to izmantot kā atšķirīgu konkurējošu standartu salīdzinājumā ar ITU.

EPON un GPON lielā mērā balstās uz BPON standartu G.983, kad runa ir par labi funkcionējošām vispārīgām koncepcijām (PON optiskā izplatīšanas tīkla (ODN) darbība, viļņu garuma plāns un pielietojums). Viņi abi piedāvā savu uzlabojumu versiju, lai pielāgotos labāka izmēra IP / Ethernet kadriem ar mainīgu ātrumu Gbps.

IEEE 802.3ah Ethernet standartā noteikts piekļuves tīkls, un tas arī pazīstams kā Ethernet pirmajā jūdzē. IEEE802.3ah piektā sadaļa veido IEEE Std 802.3, kas atbilst pakalpojumu un protokola elementu definīcijai. Tas ļauj apmainīties ar IEEE 802.3 formāta kadriem starp abonentu piekļuves tīkla stacijām.

EPON koncepcija

EFM ir ieviesis EPON jēdzienu, kurā point-to-multipoint (P2MP) tīkla topoloģija tiek realizēta ar pasīviem optiskiem sadalītājiem. Tomēr Ethernet tieša šķiedra piedāvā vislielāko joslas platumu par saprātīgām izmaksām. Ethernet point-to-multipoint šķiedra nodrošina salīdzinoši lielu joslas platumu par zemākām izmaksām. IEEE Std 802.3ah mērķis bija paplašināt Ethernet lietojumu, iekļaujot piekļuves abonentu tīklus, lai nodrošinātu ievērojamu veiktspējas pieaugumu, vienlaikus samazinot darbības un uzturēšanas aprīkojuma izmaksas.

IEEE 802.3ah EFM standarta secinājums ievērojami paplašina Ethernet transporta diapazonu un sasniedzamību izmantošanai piekļuves un metro tīklos. Šis standarts sniedz pakalpojumu sniedzējiem dažādus elastīgus un rentablus risinājumus platjoslas Ethernet pakalpojumu nodrošināšanai piekļuves un metro tīklos.

EFM aptver tehnoloģiju kopu, kas atšķiras pēc datu nesēja veida un signāla pārraides ātruma - tā ir paredzēta izvietošanai tipa vai vairāku (-u) MFV tīklos, kā arī mijiedarbībai ar jauktu 10/100/1000/10000 Mb / s Ethernet tīkli. Jebkuru tīkla topoloģiju, kas definēta IEEE 802.3, var izmantot abonenta telpās un pēc tam savienot ar Ethernet abonenta piekļuves tīklu. EFM tehnoloģija ļauj dažāda veida topoloģijām sasniegt maksimālu elastību.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah ietver specifikācijas abonenta Ethernet piekļuves tīkliem, un IEEE Std 802.3ah EPON atbalsta nominālo ātrumu aptuveni 1 Gb / s (paplašināms līdz 10 Gb / s) katram kanālam. Tos nosaka divi viļņu garumi: pakārtota viļņa garums un viens - kopējam augšupvērstam virzienam starp lietotāja ierīcēm.

EFM atbalsta pilna dupleksa saites, lai varētu definēt pilnībā dupleksa vienkāršotu multivides piekļuves kontroli (MAC). Ethernet arhitektūra sadala fizisko slāni fizikālā vidējā atkarīgā (PMD), fiziskā vidējā pievienojumā (PMA) un fiziskās kodēšanas apakšslānī (PCS).

Lai atbalstītu šo topoloģiju, EPON ievieš P2MP tīkla topoloģiju ar atbilstošiem apakšslāņa un saskaņošanas apakšslāņa MAC vadības paplašinājumiem un optisko šķiedru zem slāņiem, kas ir atkarīgi no fiziskā vidēja (PMD).

Fiziskais slānis

P2MP topoloģijām EFM ieviesa fizikālā slāņa signalizācijas sistēmu saimi, kas atvasināta no 1000BASE-X. Tomēr tas ietver RS, PCS un PMA paplašinājumus ar izvēles pārsūtīšanas kļūdu labošanas (FEC) jaudu. 1000BASE-X PCS un PMA apakšslāņi kartē interfeisa raksturlielumus. PMD apakšslānis (ieskaitot MDI) - pakalpojumi, kurus sagaida zemgrīdas pārklājuma saskaņošana. 1000BASE-X var paplašināt, lai atbalstītu citus pilna dupleksa datu nesējus - tikai tad, ja vide ir atbilstoša PMD līmenim.

Vidējas slodzes saskarne (MDI)

Tā ir saskarne starp PMD un fiziskajiem nesējiem. Tas apraksta signālus, fiziskos nesējus un mehāniskās un elektriskās saskarnes.

Fiziski vidēja atkarība (PMD)

PMD ir atbildīgs par saskarni ar pārraides vidi. PMD ģenerē elektriskos vai optiskos signālus atkarībā no pievienotā fiziskā vides veida. 1000BASE-X savienojumi pa PON vismaz 10 kilometru un 20 kilometru garumā (paklāji 1000BASE-PX10 un 1000BASE-PX20 PMD) nodrošina P2MP.

PON Ethernet tīklā D un U sufiksi norāda PMD katrā saites galā, kas pārraida šajos virzienos un saņem pretējā virzienā, ti, viens pakārtots PMD tiek identificēts kā 1000BASE-PX10-D un augšpus 1000BASE-PX10 U PMD. Tās pašas šķiedras tiek izmantotas vienlaicīgi abos virzienos.

1000BASE-PX-U PMD vai 1000BASE-PX-D PMD ir savienots ar atbilstošo PMA 1000BASE-X un atbalstīšanai, izmantojot MDI. PMD pēc izvēles tiek kombinēts ar pārvaldības funkcijām, kurām var piekļūt, izmantojot pārvaldības saskarni. Lai nodrošinātu jaunināšanas iespējas 10 km vai 20 km garu distanču gadījumā, gan 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD, gan PMDU ir savstarpēji savietojami.

Vidējs fizikāls pielikums (PMA)

PMA ietver pārsūtīšanas, saņemšanas, pulksteņa atkopšanas un izlīdzināšanas funkcijas. PMA nodrošina neatkarīgu PCS vidusceļu, lai atbalstītu uz bitiem orientētu fizisko datu nesēju sēriju klāsta izmantošanu. Fiziskās kodēšanas (PCS) apakšslānis satur kodifikācijas bitu funkcijas. PCS saskarne ir no Gigabitu multivides neatkarīga saskarne (GMII), kas nodrošina vienotu saskarni ar Izlīdzināšanas apakšslāni visām realitātēm ar ātrumu 1000 Mb / s PHY.

Gigabitu mediju neatkarīgā saskarne (GMII)

GMII saskarne attiecas uz interfeisu starp Gigabitu MAC slāni un fizisko slāni. Tas ļauj vairākus DTE sajaukt ar dažādām implementācijām no ātruma gigabitu fiziskā slāņa. PCS pakalpojumu saskarne ļauj 1000BASE-X PCS pārsūtīt informāciju uz PCS klientu un no tā. PCS klientu vidū ir MAC (izmantojot saskaņošanas apakšklāju) un atkārtotājs. PCS saskarne precīzi tiek definēta kā Gigabitu mediju neatkarīgā saskarne (GMII).

Samierināšanas apakšslānis (RS) nodrošina GMII signālu saskaņošanu, kas nosaka pakalpojuma piekļuves vadības vidi. GMII un RS tiek izmantoti neatkarīgu datu nesēju nodrošināšanai, lai piekļuves kontroliera identiskos datu nesējus varētu izmantot ar jebkura veida varu un optisko PHY.

Datu saites slānis (daudzpunktu MAC vadība)

Tika norādīts MAC vadības protokols, lai vienlaikus atbalstītu un ieviestu jaunas funkcijas un pievienotu to standartam. Tas attiecas uz daudzpunktu kontroles protokolu (MPCP). Pārvaldības protokols P2MP ir viena no funkcijām, ko nosaka daudzpunktu vadības protokols.

Daudzpunktu MAC vadības funkcionalitāte tiek ieviesta, lai piekļuvi abonenta ierīcēm, kas satur fiziskā slāņa ierīces, norāda uz daudzpunktu. Parasti MAC emulācijas jurisdikcijas nodrošina tieša pakalpojuma sniegšanu starp OLT un ONU, bet tagad visiem ONU vienlaikus ir pievienots papildu piemērs ar komunikācijas mērķi.

MPCP (daudzpunktu vadības protokols)

MPCP ir ļoti elastīga, to ir viegli ieviest. MPCP izmanto piecu veidu ziņojumus (katrs ziņojums ir MAC vadības rāmis), un ONU / ONT ziņo par vairākām pakešu robežām, OLT piešķir uz pakešu robežas - nav norādes virs galvas.

MPCP norāda sistēmu starp OLT un ONU, kas saistīta ar PON daļu no viena punkta uz otru (P2MP), lai varētu produktīvi pārsūtīt informāciju UPSTREAM virsrakstā.

MPCP veic šādas funkcijas -

• MPCP kontrolē automātiskās atklāšanas procesu.

• Laika joslas / joslas platuma piešķiršana ONT.

• Laika atsauce tiek nodrošināta ONT sinhronizēšanai.

MPCP ir ieviesis piecus jaunus MAC vadības ziņojumus -

• Vārti, ziņojums

• Reģistrēts REQ

• Reģistrēties

• Reģistrēts ACK

• Automātiska atklāšana

Ziņojumu atklāšanas secības kopsavilkums

Šajā ilustrācijā ir parādīts ziņojumu atklāšanas secības kopsavilkums.

DBA EPON

EPON sakari starp OLT un ONY tiek uzskatīti par pakārtotiem, OLT apraida pakārtotus datus ONT, izmantojot visu joslas platumu, un otrā galā ONT saņem fames, izmantojot Ethernet kadros pieejamo informāciju. Augšup pa ONT uz OLT izmanto viena kanāla sakarus, tas nozīmē, ka vienu kanālu izmantos vairāki ONT, kas nozīmē datu sadursmi.

Lai izvairītos no šīs problēmas, nepieciešama efektīva joslas platuma piešķiršanas shēma, kas var vienādi piešķirt resursus ONT, vienlaikus nodrošinot QoS, šī shēma ir pazīstama kā dinamiskā joslas platuma sadales (DBA) algoritms. DBA izmanto pārskata un vārtu ziņojumus, lai izveidotu pārsūtīšanas grafiku, kas jānodod ONT.

DBA raksturojums

Svarīga EPON īpašība ir dažādu pakalpojumu nodrošināšana ar optimālu QoS un efektīvu joslas platuma piešķiršanu, izmantojot atšķirīgu DBA piešķiršanu, lai apmierinātu pašreizējo un turpmāko lietojumprogrammu pieprasījumu.

Pašlaik šādi ir divi dažādi DBA algoritmu veidi, kas pieejami EPON -

• Pirmais ir paredzēts satiksmes svārstību pielāgošanai.

• Otrais ir nodrošināt QoS dažādiem trafika veidiem.

Pārējie raksturlielumi ir izvairīties no kadru sadursmēm, reālā laika trafika pārvaldīšanas caur QoS un joslas platuma pārvaldību katram abonentam, kā arī samazināt aizkavēšanos zemas prioritātes trafikā.

EPON kadru formāts

EPON darbība balstās uz Ethernet MAC un EPON rāmji ir balstīti uz GbE rāmjiem, taču ir nepieciešami paplašinājumi -

• 64. klauzula - Daudzpunktu vadības protokola PDU. Šis ir kontroles protokols, kas ievieš nepieciešamo loģiku.

• 65. klauzula - emulācija no punkta uz punktu (saskaņošana). Tādējādi EPON izskatās kā tieša saite, un EPON MAC ir daži īpaši ierobežojumi.

• CSMA / CD vietā tie tiek pārraidīti, kad tiem tiek piešķirta atļauja.

• Laikam caur MAC kaudzīti jābūt nemainīgam (ilgums ± 16 biti).

• Jāsaglabā precīzs vietējais laiks.

EPON galvene

Standarta Ethernet sākas ar 8B preambulu, kas būtībā nesatur saturu -

• 7B mainīgās un nulles 10101010

• SFP 10101011 1B

Lai paslēptu jauno PON galveni, EPON pārraksta dažus preambulas baitus.

LLID lauks satur šādus faktorus -

REŽĪMS (1.b) -

• Vienmēr ONU ir 0

• 0 - OLT unicast, 1 - OLT multiraidei / apraidei

Faktiskais loģiskās saites ID (15b) -

• Identificē reģistrētos ONU

• 7FFF pārraidīšanai

CRC aizsargā no SLD (3. baits) caur LLID (7. baits).

Drošība

Pakārtotā trafika pārraide notiek visiem ONU, tāpēc ļaunprātīgam lietotājam kļūst viegli pārprogrammēt ONU un tvert vēlamos kadrus.

Augšupējā trafika nav bijusi pakļauta citiem ONU, tāpēc šifrēšana nav nepieciešama. Neuzskatu šķiedru krāvējus, jo EPON nenodrošina nevienu standarta šifrēšanas metodi, bet -

• Var papildināt ar IPsec vai MACsec un

• Daudzi pārdevēji ir pievienojuši patentētus AES balstītus mehānismus.

BPON izmantoja mehānismu, ko sauc par čurāšanu. Churning bija lēts aparatūras risinājums (atslēga 24b) ar vairākām drošības nepilnībām, piemēram -

• Dzinējs bija lineārs - vienkāršs zināma teksta uzbrukums.

• 24b taustiņš izrādījās atvasināms 512 mēģinājumos.

Tāpēc G.983.3 pievienoja AES atbalstu, kas tagad tiek izmantots GPON.

QoS - EPON

Daudzām PON lietojumprogrammām ir nepieciešams augsts QoS (piemēram, IPTV), un EPON atstāj QoS augstākiem slāņiem, piemēram -

• VLAN tagi.

• P biti vai DiffServ DSCP.

Papildus šiem, pastāv būtiska atšķirība starp LLID un Port-ID -

• Vienā ONU vienmēr ir 1 LLID.

• Vienam ievades portam ir 1 Port-ID - vienā ONU var būt daudz.

• Tas padara portu balstītu QoS vienkāršu ieviešanu PON slānī.

EPON vs GPON

Šajā tabulā parādītas EPON un GPON salīdzinošās īpašības -

Šis attēls parāda dažādas EPON un GPON struktūras -