FTTH - EPON

FTTH - EPON

La xarxa òptica passiva Ethernet (EPON) és un PON que encapsula les dades amb Ethernet i pot oferir una capacitat d’entre 1 Gbps i 10 Gbps. EPON segueix l'arquitectura original d'un PON. Aquí, el DTE es va connectar al tronc de l’arbre i es va anomenar com a línia òptica terminal (OLT) com es mostra a la il·lustració següent.

Normalment es troba al proveïdor de serveis i les branques de DTE connectades de l’arbre s’anomenen Optical Network Unit (ONU), ubicada a les instal·lacions de l’abonat. Els senyals de l’OLT passen per un divisor passiu per aconseguir l’ONU i viceversa.

Ethernet a la Primera Milla

El procés d’estandardització es va iniciar quan es va constituir un nou grup d’estudi anomenat Ethernet a la Primera Milla (EFM) el novembre del 2000, tenint com a objectius principals l’estudi de la fibra punt-a-multipunto (P2MP) Ethernet amb coure Ethernet. Ethernet sobre fibra de punt a punt (P2P) i sobre un mecanisme d’operació de xarxa, Administració i manteniment (OAM) per facilitar el funcionament de la xarxa i la resolució de problemes. El grup de treball EFM posa fi al procés de normalització amb la ratificació del IEEE Std 802.3ah al juny del 2004.

Un producte d’EFM (Ethernet a la primera milla). Una tecnologia PON basada en Ethernet. Està basat en un estàndard important: IEEE 802.3ah. Basat en el protocol de control de diversos punts (MPCP), definit com a funció dins de la subcapa de control MAC, per controlar l’accés a una topologia P2MP.

La base del protocol EPON / MPCP rau en la sub-capa d'emulació punt a punt (P2P). La seva velocitat de transmissió és → 1,25 G simètrica; distància ： 10KM / 20KM; relació de divisor ：> 1:32. L'EFM assenyala molts avantatges d'EPON basats en Ethernet com a tecnologia bàsica, incloent la maduresa dels protocols, la tecnologia senzilla, la flexibilitat d'extensions i els usuaris orientats.

El sistema EPON no tria equips ATM i SONET costosos, cosa que el fa compatible amb la xarxa Ethernet existent. Simplifica l'estructura del sistema, redueix el cost i es flexibilitza per actualitzar-se. Els venedors d’equips se centren a optimitzar la funció i la practicabilitat.

Sistemes ATM BPON

Els sistemes basats en caixers BPON s'han demostrat molt ineficients, ja que la gran majoria del trànsit a tota la xarxa d'accés consta de grans marcs IP i mides variables. Ha creat l’oportunitat per al desenvolupament d’EPON basat en Ethernet pur, contrasenya GigE que gaudeix de QoS i una integració rendible amb altres equips Ethernet emergents. Amb el temps, Ethernet ha demostrat ser el transportador ideal per al trànsit IP.

En conseqüència, l'estàndard IEEE 802.3ah 802.3 va instruir el grup de treball "Ethernet a la primera milla" amb el desenvolupament d'estàndards per a xarxes d'accés punt a punt i punt a punt multipoint, aquest últim indicant Ethernet PON. Actualment EPON forma part de l'estàndard Ethernet.

El desenvolupament de la xarxa òptica passiva (GPON), és a dir, estàndard equipat amb gigabit (sèrie G.984) ha començat realment després de les propostes dels membres de la FSAN (Quantum Bridge, Al) per a una solució PON ATM / Ethernet. Gbps, que és independent del protocol, no era gaire popular dins del grup de treball IEEE 802.3ah. FSAN ha decidit continuar amb això com un estàndard competitiu diferent a la UIT.

EPON i GPON es treuen força del G.983, l’estàndard de BPON, quan es tracta de conceptes generals que funcionen bé (funcionant PON Optical Distribution Network (ODN), pla de longitud d’ona i aplicació). Ambdues ofereixen la seva pròpia versió de millores per adaptar fotogrames IP / Ethernet de mida millor a Gbps a taxes variables.

L'estàndard IEEE 802.3ah Ethernet va especificar la xarxa d'accés i també la coneixen com Ethernet a la Primera Milla. La secció cinc de l’IEEE802.3ah compon el IEEE Std 802.3 que correspon a la definició dels serveis i els elements de protocol. Permet l’intercanvi de marcs de format IEEE 802.3 entre estacions d’una xarxa d’accés de subscriptors.

Concepte d’EPON

EFM ha introduït el concepte d’EPON en el qual s’implementa una topologia de xarxa punt-a-punt (P2MP) amb divisors òptics passius. Tot i això, la fibra punt a punt d’Ethernet ofereix l’ample de banda més elevat a un cost raonable. La fibra punt a polipoint Ethernet proporciona una amplada de banda relativament alta a un cost inferior. L’IEEE Std 802.3ah tenia com a objectiu estendre l’aplicació d’Ethernet per incloure les xarxes d’abonats d’accés per proporcionar un augment significatiu del rendiment alhora que es minimitzen els costos d’operació i manteniment dels equips.

La conclusió de la norma IEEE 802.3ah EFM amplia significativament l’abast i l’abast del transport Ethernet per a l’ús en xarxes d’accés i metro. Aquesta norma permet als proveïdors de serveis una varietat de solucions flexibles i rendibles per a la prestació de serveis Ethernet de banda ampla a les xarxes d’accés i metro.

EFM cobreix una família de tecnologies que difereixen pel tipus de suports i la velocitat de senyalització: està dissenyat per a ser desplegat a les xarxes d’un tipus o múltiples suports FSM i per interactuar amb 10/100/1000/10000 Mb mixt. / s Xarxes Ethernet Qualsevol topologia de xarxa definida a IEEE 802.3 es pot utilitzar a les instal·lacions de l’abonat i després connectar-se a una xarxa d’accés d’abonat Ethernet. La tecnologia EFM permet diferents tipus de topologies per aconseguir la màxima flexibilitat.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah inclou especificacions per a xarxes d'accés Ethernet del subscriptor i IEEE Std 802.3ah EPON suporta una taxa nominal d'uns 1 Gb / s (ampliable a 10 Gb / s) per a cada canal. Es defineixen per dues longituds d’ona: una longitud d’ona descendent i una per la direcció amunt compartida entre els dispositius d’usuari.

EFM admet enllaços dúplex complets, de manera que es pot definir un control d'accés de mitjans simplificat (dúplex complet). L’arquitectura Ethernet divideix la capa física en un físic mitjà dependent (PMD), un fitxer mitjà adjunt físic (PMA) i un subcapa de codificació física (PCS).

EPON implementa una topologia de xarxa P2MP amb extensions adequades al control MAC subcapa i reconciliació, i fibra òptica en capes dependents del medi físic (PMD) per donar suport a aquesta topologia.

Capa física

Per a topologies P2MP, EFM va introduir una família de sistemes de senyalització per a la capa física que es deriven de 1000BASE-X. Tot i això, inclou extensions de la RS, PCS i PMA, amb una capacitat de correcció d'errors (FEC) opcional avançada. Els subsegüents PCB i PMA 1000BASE-X cartografien les característiques de la interfície. La subcapa de PMD (inclòs l’MD) dels serveis que espera la reconciliació del cop d’abast. El 1000BASE-X es pot estendre per suportar altres suports duplex complets; només cal que l’entorn sigui coherent amb el nivell de PMD.

Interfície de càrrega mitjana (MDI)

És la interfície entre PMD i suports físics. Descriu els senyals, els suports físics i les interfícies mecàniques i elèctriques.

Dependent mitjà físic (PMD)

PMD és responsable de la interfície amb el mitjà de transmissió. PMD genera senyals elèctrics o òptics segons la naturalesa del medi físic connectat. Les connexions 1000BASE-X sobre PON a un mínim de 10 quilòmetres i 20 quilòmetres (soterranis 1000BASE-PX10 i 1000BASE-PX20 PMD) proporcionen P2MP.

En un Ethernet PON, els sufixos D i U indiquen PMD a cada extrem de l'enllaç, que es transmet en aquestes direccions i rep en el sentit contrari, és a dir, un únic PMD a sota s'identifica com a 1000BASE-PX10-D i a l'amunt 1000BASE-PX10 U PMD Les mateixes fibres s’utilitzen simultàniament en ambdues direccions.

Un PMD 1000BASE-PX-U o 1000BASE-PX-D PMD està connectat a la PMA 1000BASE-X adequada i a la compatibilitat mitjançant l’MDI. Opcionalment, PMD es combina amb funcions de gestió a les quals es pot accedir mitjançant la interfície de gestió. Per permetre la possibilitat d'actualització en pons de 10 km o 20 km, tant 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD com PMDU són interoperables entre si.

Arxius mitjans físics (PMA)

PMA inclou les funcions de transmissió, recepció, recuperació de rellotge i alineació. El PMA proporciona una forma central independent per a PCS de donar suport a l'ús d'una sèrie de suports físics orientats a bits. El subcap de codificació física (PCS) inclou funcions de bits de codificació. La interfície PCS és la interfície GMI (GII), que proporciona una interfície uniforme al subcapa de Reconciliació per a totes les implementacions de 1000 Mb / s PHY.

Gigabit Media Independent Interface (GMII)

La interfície GMII fa referència a la interfície entre la capa MAC de Gigabit i la capa física. Permet múltiples DTE barrejats amb diverses implementacions de la capa física de gigabit de velocitat. La interfície del servei PCS permet al PCS 1000BASE-X transferir informació des d'un client del PCS i des d'un client. Els clients de PCS inclouen MAC (via el sotabosc de la conciliació) i repetidor. La interfície PCS es defineix precisament com la Gigabit Media Independent Interface (GMII).

El subcapa de reconciliació (RS) garanteix la concordança de senyals GMII que defineixen el mitjà de control d'accés de servei. GMII i RS s’utilitzen per proporcionar suports independents de manera que es pugui utilitzar un controlador d’accés amb suports idèntics amb qualsevol tipus de coure i PHY òptic.

Capa d'enllaç de dades (control MAC multipunt)

El protocol de control MAC es va especificar per suportar i noves funcions a implementar i afegir a l'estàndard al mateix temps. És el cas del protocol de control de diversos punts (MPCP). El protocol de gestió de P2MP és una de les funcions definides pel protocol de control de diversos punts.

La funcionalitat de control MAC multipoint s'implementa per accedir als dispositius de l'abonat que contenen dispositius de capa física que apuntin al punt múltiples. Generalment, les jurisdiccions d'emulació MAC ofereixen un servei punt a punt entre OLT i l'ONU, però ara s'inclou una instància addicional amb un objectiu de comunicació per a totes les ONU alhora.

MPCP (Protocol de control de diversos punts)

MPCP és molt flexible, fàcil d’implementar. MPCP utilitza cinc tipus de missatges (cada missatge és un marc de control MAC) i ONU / ONT informa de diversos límits de paquets, OLT concedeix en un límit de paquets: cap despesa de delimitació.

El MPCP indica un sistema entre un OLT i ONU associats amb una porció PON punt a punt multi-P (P2MP) per permetre la transmissió productiva d'informació a l'encapçalament UPSTREAM.

MPCP realitza les següents funcions:

• MPCP controla el procés de descobriment automàtic.

• Assignació de temps / banda ampla de banda a ONTs.

• S'ha proporcionat referència de sincronització per sincronitzar ONT.

MPCP ha introduït cinc nous missatges de control MAC -

• Gate, Report

• REQ registrat

• Registrar-se

• ACK registrat

• Descobriment automàtic

Resum de la seqüència de descobriment de missatges

La il·lustració següent mostra el resum de la seqüència de descobriment de missatges.

DBA EPON

A EPON, es considera que la comunicació entre OLT i ONY és aigual, l'OLT emet dades aigües avall cap a ONT mitjançant tot l'ample de banda i, a l'altre extrem, l'ONT rep les famoles que utilitza la informació disponible als marcs Ethernet. L'extrem ascendent d'ONT a OLT utilitza comunicació d'un sol canal, significa que un canal serà utilitzat per múltiples ONT, el que significa col·lisió de dades.

Per evitar aquest problema, es requereix un esquema d’assignació d’amplada de banda efectiva, que pot assignar recursos per parts iguals a ONTs al mateix temps que s’assegura el QoS, aquest esquema es coneix com a algorisme d’assignació de banda ampla de banda dinàmica (DBA). El DBA utilitza missatges d’informes i gateres per crear un calendari de transmissió per transmetre’ls a les ONT.

DBA Característiques

Una característica important d’EPON és proporcionar diferents serveis amb QoS òptims i assignació efectiva d’amplada de banda mitjançant diferents assignacions DBA per satisfer la demanda d’aplicacions actuals i futures.

Actualment, es presenten els dos tipus diferents d'algorismes DBA disponibles per l'EPON -

• La primera és per adaptar-se a les fluctuacions del trànsit.

• El segon és proporcionar QoS a diferents tipus de trànsit.

Les altres característiques són evitar les col·lisions de fotogrames, la gestió del trànsit en temps real mitjançant QoS i la gestió de l'amplada de banda per a cada subscriptor, juntament amb la disminució del retard en el trànsit de baixa prioritat.

Format de fotograma EPON

L’operació EPON es basa en els Ethernet MAC i els fotogrames EPON es basen en fotogrames GbE, però calen extensions -

• Clàusula 64: PDU de protocol de control de diversos punts. Aquest és el protocol de control que implementa la lògica necessària.

• Clàusula 65 - Emulació punt a punt (reconciliació). Això fa que l'EPON sembli un enllaç punt a punt i els MAC EPON tinguin algunes restriccions especials.

• En lloc de CSMA / CD, transmeten quan se'ls concedeix.

• El temps a través de la pila MAC ha de ser constant (± duracions de 16 bits).

• Cal mantenir l’hora local precisa.

Capçalera de EPON

Ethernet estàndard comença amb un preàmbul 8B sense contingut essencialment -

• 7B d’alternants i zeros 10101010

• 1B de SFD 10101011

Per ocultar la nova capçalera de PON, EPON sobreescriu alguns dels bytes del preàmbul.

El camp LLID conté els següents factors:

MODE (1b) -

• Sempre 0 per ONU

• 0 per a OLT unicast, 1 per a OLT multicast / broadcast

Identificador d'enllaç lògic real (15b) -

• Identifica les UNU registrades

• 7FFF per emissió

CRC protegeix de SLD (byte 3) a través de LLID (byte 7).

Seguretat

El trànsit a baix emet totes les ONU, de manera que per a un usuari maliciós es pot reprogramar ONU i capturar fotogrames desitjats.

El trànsit aigües amunt no ha estat exposat a altres ONU, per la qual cosa no cal xifrar. No considereu els tappers de fibra perquè EPON no proporciona cap mètode de xifrat estàndard, però

• Es pot complementar amb IPsec o MACsec i

• Molts venedors han afegit mecanismes propietaris basats en AES.

BPON va utilitzar un mecanisme anomenat encobridor: la solució de maquinari era una solució de baix cost (clau 24b) amb diversos defectes de seguretat, com ara

• El motor era lineal: un simple atac de text conegut.

• La clau 24b va resultar derivable en 512 intents.

Per tant, G.983.3 va afegir suport AES, que ara s’utilitza a GPON.

QoS - EPON

Moltes aplicacions PON requereixen QoS altes (per exemple, IPTV) i EPON deixa QoS a capes superiors com:

• Etiquetes VLAN

• P bits o DiffServ DSCP.

A més d’aquests, hi ha una diferència crucial entre LLID i Port-ID -

• Sempre hi ha 1 LLID per ONU.

• Hi ha 1 identificador de port per port d'entrada. Hi pot haver molts per ONU.

• Això fa que QoS basat en port sigui senzill d'implementar a la capa PON.

EPON vs GPON

La taula següent mostra les característiques comparatives d'EPON i GPON:

La següent imatge mostra les diferents estructures d'EPON i GPON: