FTTH - EPON

FTTH - EPON

Az Ethernet Passive Optical Network (EPON) egy PON adat, amely az Ethernet hálózatba beágyazja az 1 Gbps – 10 Gbps kapacitást. Az EPON követi a PON eredeti architektúráját. Itt a DTE csatlakozik a fa törzséhez, és optikai vonali terminálnak (OLT) nevezik, ahogy az a következő ábrán látható.

Ez általában a szolgáltatónál található, és a csatlakoztatott fa DTE ágait Optikai Hálózati Egységnek (ONU) nevezzük, amelyek az előfizető telephelyén találhatók. Az OLT jelei passzív elosztón áthaladnak, hogy elérjék az ONU-t, és fordítva.

Ethernet az első mérföldön

A szabványosítási folyamat akkor kezdődött, amikor 2000 novemberében létrehozták az Ethernet az első mérföldön (EFM) nevű új vizsgálati csoportot, amelynek fő célja az Ethernet point-to-multipoint (P2MP) szál tanulmányozása Ethernet réz segítségével. Ethernet pont-pont (P2P) roston és egy hálózat működési mechanizmusán keresztül, Felügyelet és karbantartás (OAM) a hálózat üzemeltetésének és hibaelhárításának megkönnyítése érdekében. Az EFM munkacsoport a normalizációs folyamatot az IEEE Std 802.3ah 2004. júniusi ratifikációjával fejezi be.

Az EFM által készített termék (Ethernet az első mérföldön). Ethernet alapú PON technológia. Ez egy fő szabványon alapul - IEEE 802.3ah. A PACMP topológiához való hozzáférés ellenőrzésére a MAC vezérlő alrétegben funkcionálisan definiált többpontos vezérlő protokollon (MPCP) alapul.

Az EPON / MPCP protokoll alapja a point-to-point (P2P) emulációs alréteg. Átviteli sebessége → szimmetrikus 1.25G; távolság: 10 km / 20KM; osztó arány ：> 1:32. Az EFM rámutat az Ethernet alapú EPON alapvető technológiájának számos előnyeire, ideértve a protokollok érettségét, a technológia egyszerűségét, a rugalmasság kiterjesztését és a felhasználók orientáltságát.

Az EPON rendszer nem választja a drága ATM hardvereket és a SONET berendezéseket, így kompatibilis a meglévő Ethernet hálózattal. Egyszerűsíti a rendszer felépítését, csökkenti a költségeket, és rugalmassá teszi a frissítést. A berendezés forgalmazói a funkció és a gyakorlati lehetőségek optimalizálására koncentrálnak.

BPON ATM rendszerek

A BPON ATM alapú rendszerek bizonyultak nagyon hatástalanok, mivel a hozzáférési hálózaton keresztüli forgalom túlnyomó része nagy IP-keretekből és változó méretekből áll. Ez lehetőséget teremtett a tiszta Ethernet alapú EPON, a QoS-t élvező GigE jelszó fejlesztésére, valamint költséghatékony integrációra más feltörekvő Ethernet eszközökkel. Az Ethernet idővel bebizonyította, hogy ideális szállítója az IP forgalom számára.

Ennek megfelelően az IEEE 802.3ah 802.3 szabvány utasította az "Ethernet az első mérföldön" munkacsoportot a pont-pont és a pont-többpont hozzáférési hálózatok szabványainak kidolgozásával, ez utóbbi az Ethernet PON-t jelöli. Az EPON jelenleg az Ethernet szabvány része.

A passzív optikai hálózat (GPON), azaz a gigabites felszereltséggel rendelkező szabvány (G.984 sorozat) fejlesztése valóban megkezdődött az FSAN tagjai (Quantum Bridge, Al) javaslatai után az ATM / Ethernet PON megoldásra. A protokolltól független Gbps nem volt túl népszerű az IEEE 802.3ah munkacsoportban. Az FSAN úgy döntött, hogy ezt az ITU-tól eltérő versengő szabványként követi.

Az EPON és a GPON nagyban támaszkodik a BP9 szabvány G.983-ra, amikor jól működnek az általános koncepciók (működő PON optikai elosztó hálózat (ODN), hullámhossz-terv és alkalmazás). Mindkettő saját fejlesztésű verziót kínál, hogy nagyobb méretű IP / Ethernet kereteket fogadjon változó sebességű Gbps-en.

Az IEEE 802.3ah Ethernet szabvány megadta a hozzáférési hálózatot, és Ethernet néven is ismert az Első mérföldön. Az IEEE802.3ah ötödik szakasza alkotja az IEEE Std 802.3 szabványt, amely megfelel a szolgáltatások és a protokoll elemek meghatározásának. Lehetővé teszi az IEEE 802.3 formátumú keretek cseréjét az előfizetői hozzáférési hálózat állomásai között.

Az EPON fogalma

Az EFM bevezette az EPON koncepcióját, amelyben a point-to-point (P2MP) hálózati topológiát passzív optikai osztókkal valósítják meg. Az Ethernet pont-pont szál azonban a legnagyobb sávszélességet kínálja ésszerű költségek mellett. Az Ethernet pont-többpont rost viszonylag nagy sávszélességet biztosít alacsonyabb költségek mellett. Az IEEE Std 802.3ah célja az Ethernet alkalmazásának kiterjesztése a hozzáférési előfizetői hálózatokra is, hogy a teljesítmény jelentősen javuljon, miközben minimalizálják a működés és karbantartás berendezések költségeit.

Az IEEE 802.3ah EFM szabvány következtetései jelentősen kibővítik az Ethernet szállítás hatókörét és elérhetőségét hozzáférési és metróhálózatokban történő felhasználás céljából. Ez a szabvány számos rugalmas és költséghatékony megoldást kínál a szolgáltatók számára a szélessávú Ethernet szolgáltatások biztosításához a hozzáférési és a metróhálózatokban.

Az EFM egy olyan technológiák családját foglalja magában, amelyek különböznek az adathordozók típusától és a jelzés sebességétől - egy típusú vagy több (ek) FSM adathordozókban történő telepítésre tervezték, valamint vegyes 10/100/1000/10000 Mb / s Ethernet hálózatok. Az IEEE 802.3 szabványban meghatározott bármely hálózati topológia felhasználható az előfizető telephelyén, majd csatlakoztatható Ethernet előfizetői hozzáférési hálózathoz. Az EFM technológia különféle típusú topológiákat tesz lehetővé a maximális rugalmasság elérése érdekében.

IEEE Std 802.3ah

Az IEEE Std 802.3ah az előfizető Ethernet hozzáférési hálózatainak specifikációit tartalmazza, az IEEE Std 802.3ah EPON pedig mindegyik csatorna mintegy 1 Gb / s névleges sebességet támogat (10 Gb / s-ig bővíthető). Ezeket két hullámhossz határozza meg: egy downstream hullámhossz és egy a felhasználói eszközök közötti megosztott upstream irányhoz.

Az EFM támogatja a teljes duplex linkeket, így meghatározható a teljes duplex egyszerűsített médiahozzáférés-vezérlés (MAC). Az Ethernet architektúra a fizikai réteget felosztja egy fizikai közepes függőségű (PMD), a fizikai közepes csatolásban (PMA) és a fizikai kódolási alrétegben (PCS).

Az EPON megvalósítja a P2MP hálózati topológiát az aljréteg és az egyeztetési alréteg MAC vezérlésének megfelelő kiterjesztéseivel, valamint az optikai szál rétegek fizikai közegfüggő (PMD) alatti támogatásával ezt a topológiát.

Fizikai réteg

A P2MP topológiákhoz az EFM bevezette a fizikai réteg jelzőrendszereinek családját, amelyek az 1000BASE-X-ből származnak. Ez magában foglalja az RS, PCS és PMA kiterjesztéseit, opcionális előremenő hibajavító (FEC) kapacitással. Az 1000BASE-X PCS és PMA alrétegek leképezik az interfész jellemzőit. A PMD alréteg (beleértve az MDI-t) az aljréteg-egyeztetés által várható szolgáltatások. Az 1000BASE-X kiterjeszthető más teljes duplex adathordozók támogatására is - ehhez csak a környezetnek kell megfelelnie a PMD szintjének.

Közepes terhelésű interfész (MDI)

Ez a felület a PMD és a fizikai adathordozók között. Leírja a jeleket, a fizikai közeget, valamint a mechanikai és elektromos interfészeket.

Fizikai közepes függőség (PMD)

A PMD felelős az átviteli közeg interfészéért. A PMD elektromos vagy optikai jeleket generál a csatlakoztatott fizikai közeg jellegétől függően. Az 1000BASE-X kapcsolat PON-on keresztül legalább 10 kilométerre és 20 kilométerre (az 1000BASE-PX10 és 1000BASE-PX20 PMD aljzatok) P2MP-t biztosít.

A PON Ethernetben a D és U utótagok a kapcsolat mindegyik végén jelzik a PMD-t, amely ezekben az irányokban továbbítja és ellentétes irányban vesz részt, azaz egyetlen downstream PMD azonosítója 1000BASE-PX10-D és felfelé 1000BASE-PX10 U PMD. Ugyanazon szálakat használják egyszerre mindkét irányban.

Az 1000BASE-PX-U PMD vagy az 1000BASE-PX-D PMD csatlakoztatva van a megfelelő PMA 1000BASE-X-hez, és az MDI-n keresztül támogatja. A PMD opcionálisan kombinálható olyan felügyeleti funkciókkal, amelyekhez a felügyeleti interfészen keresztül lehet hozzáférni. A 10 és 20 km-es pontok esetén a frissítési lehetőségek lehetővé tétele érdekében az 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD és a PMDU egyaránt interoperábilis.

Fizikai közepes csatlakozás (PMA)

A PMA tartalmazza az átvitel, átvétel, az óra helyreállítása és az igazítás funkciókat. A PMA független középutat biztosít a PCS-nek a bit-orientált fizikai média sorozatok felhasználásának támogatására. A fizikai kódolás (PCS) alrétege kodifikációs bitfunkciókat tartalmaz. A PCS interfész Gigabites médiafüggetlen interfész (GMII), amely egységes interfészt biztosít az egyeztetési alréteghez az összes 1000 Mb / s PHY megvalósításhoz.

Gigabites médiafüggetlen interfész (GMII)

A GMII interfész a Gigabit MAC réteg és a fizikai réteg közötti felületre utal. Ez lehetővé teszi a többszörös DTE-t, a különféle megvalósításokhoz keverve, a sebesség-gigabites fizikai rétegből. A PCS szerviz interfész lehetővé teszi, hogy az 1000BASE-X PCS információt továbbítson a PCS ügyféllel és a PCS ügyféllel. A PCS-ügyfelek között szerepel a MAC (az egyeztetés aljrétegén keresztül) és az ismétlő. A PCS interfészt pontosan úgy definiálják, mint a Gigabites Média Független Interfész (GMII).

Az egyeztető alréteg (RS) biztosítja a szervizelési vezérlő közeget meghatározó GMII jelek egyeztetését. A GMII-t és az RS-t független adathordozók biztosítására használják, így egy azonos hozzáférés-vezérlő adathordozó bármilyen réz és optikai PHY-vel használható.

Adatkapcsolat-réteg (többpontos MAC vezérlés)

A MAC vezérlési protokollt meghatározták, hogy támogassák és új funkciókat valósítsanak meg, és egyidejűleg egészítsék ki a szabványba. Ez a többpontos vezérlési protokoll (MPCP) esetére vonatkozik. A P2MP felügyeleti protokollja a többpontos vezérlő protokoll által definiált egyik funkció.

A többpontos MAC vezérlési funkciót az előfizető fizikai réteg eszközöket tartalmazó hozzáférési eszközeire valósítják meg, amelyek többponthoz mutatnak. Általában a MAC-emulációs joghatóságok pont-pont szolgáltatást nyújtanak az OLT és az ONU között, de egy további példányt egyidejűleg az összes ONU kommunikációs célja tartalmaz.

MPCP (többpontos vezérlő protokoll)

Az MPCP nagyon rugalmas, könnyen megvalósítható. Az MPCP ötféle üzenetet használ (mindegyik üzenet egy MAC vezérlőkeret), és az ONU / ONT több csomaghatárt jelenít meg, az OLT megadja a csomaghatárt - nincs meghatározás a feje fölött.

Az MPCP jelzi az OLT és az ONU-k közötti pontot a több ponthoz (P2MP) PON részhez kapcsolódó rendszert, hogy hatékonyan lehessen továbbítani az információkat az UPSTREAM fejlécben.

Az MPCP a következő funkciókat végzi -

• Az MPCP vezérli az automatikus felfedezés folyamatát.

• Időrés / sávszélesség hozzárendelés ONT-khez.

• Az ONT szinkronizálásához biztosított időzítési referencia.

Az MPCP öt új MAC vezérlő üzenetet vezetett be -

• Kapu, Jelentés

• Regisztrált REQ

• Regisztráció

• Regisztrált ACK

• Automatikus felfedezés

Üzenetkeresési sorrend összefoglalása

A következő ábra az Üzenetkeresés szekvencia-összefoglalót ábrázolja.

DBA EPON

Az EPON-ban az OLT és az ONY közötti kommunikáció downstreamnek tekinthető, az OLT downstream adatokat továbbít az ONT felé a teljes sávszélességet felhasználva, és az ONT másik végén az Ethernet kereten elérhető információk felhasználásával veszi a hírnézeteket. Az ONT-tól az OLT-ig felfelé egycsatornás kommunikációt használnak, vagyis egy csatornát több ONT fog használni, ami azt jelenti, hogy az adatok ütköznek.

A probléma elkerülése érdekében hatékony sávszélesség-elosztási sémára van szükség, amely erőforrásokat azonos módon képes hozzárendelni az ONT-khez, ugyanakkor biztosítja a QoS-t is. Ezt a sémát dinamikus sávszélesség-elosztás (DBA) algoritmusnak nevezik. A DBA jelentést és kapu üzeneteket használ az ONT-höz továbbítandó átviteli ütemezés összeállításához.

DBA jellemzői

Az EPON fontos jellemzője, hogy különféle szolgáltatásokat nyújtson optimális minőséggel és hatékony sávszélesség-elosztással, különböző DBA-kiosztással, a jelenlegi és a jövőbeli alkalmazások igényeinek kielégítése érdekében.

Jelenleg az alábbiakban bemutatjuk az EPON-ban elérhető kétféle DBA algoritmust -

• Az első a forgalmi ingadozások figyelembevételére szolgál.

• A második az, hogy QoS-t biztosítson a különböző típusú forgalom számára.

A többi jellemző az, hogy elkerüljük a keretszakadásokat, a valósidejű forgalom menedzselését a QoS-en keresztül és a sávszélesség kezelését minden előfizető számára, valamint az alacsony prioritású forgalom késleltetésének csökkentését.

EPON keretformátum

Az EPON működése az Ethernet MAC és az EPON keretek GbE keretekre épül, de szükség van kiterjesztésekre -

• 64. szakasz - Többpontos vezérlő protokoll PDU-k. Ez a szükséges logikát megvalósító vezérlőprotokoll.

• 65. szakasz - Pont-pont emuláció (egyeztetés). Ez teszi az EPON-t point-to-point linkre, és az EPON MAC-oknak vannak bizonyos korlátozásai.

• A CSMA / CD helyett továbbítják, amikor engedélyezik.

• A MAC-verembe eső időnek állandónak kell lennie (± 16 bites időtartam).

• A pontos helyi időt fenn kell tartani.

EPON fejléc

A standard Ethernet alapvetően tartalommentes 8B preambulummal kezdődik -

• 7B váltakozó értékek és nullák 10101010

• Az SFD 10101011 1B

Az új PON fejléc elrejtése érdekében az EPON felülírja a preambulum egyes bájtjait.

Az LLID mező a következő tényezőket tartalmazza:

MÓD (1b) -

• Mindig 0 ONU esetén

• 0 az OLT unicast, 1 az OLT multicast / adás esetén

Tényleges logikai link azonosítója (15b) -

• A regisztrált ONU-kat azonosítja

• 7FFF a sugárzáshoz

A CRC védi az SLD-től (3. byte) az LLID-től (7. byte).

Biztonság

A downstream forgalom az összes ONU számára továbbítódik, így a rosszindulatú felhasználók számára egyszerűvé válik az ONU újraprogramozása és a kívánt keretek rögzítése.

Az upstream forgalom nem volt kitéve más ONU-knak, így a titkosítás nem szükséges. Ne vegye figyelembe a szálak megfogóit, mert az EPON nem nyújt szabványos titkosítási módszert, de -

• Kiegészíthető IPsec vagy MACsec és

• Számos eladó hozzáadott védett AES-alapú mechanizmusokat.

A BPON churningnek nevezett mechanizmust használt - a churning olcsó hardver megoldás (24b kulcs), több biztonsági hibával, például -

• A motor lineáris volt - egyszerű ismert szöveges támadás.

• A 24b kulcs deríthetőnek bizonyult 512 próbálkozás során.

Ezért a G.983.3 hozzáadta az AES támogatást, amelyet jelenleg a GPON-ban használnak.

QoS - EPON

Sok PON alkalmazás magas QoS-t (pl. IPTV) igényel, az EPON pedig a QoS-t magasabb rétegekre hagyja, például -

• VLAN címkék.

• P bit vagy DiffServ DSCP.

Ezen felül, alapvető különbség van az LLID és a Port-ID között -

• ONU-nál mindig 1 LLID van.

• Bemeneti portonként 1 Port-ID van - ONU-nál sok lehet.

• Ez megkönnyíti a port-alapú QoS megvalósítását a PON rétegen.

EPON vs GPON

Az alábbi táblázat az EPON és a GPON összehasonlító jellemzőit szemlélteti -

A következő kép az EPON és a GPON különböző struktúráit mutatja be -