FTTH - EPON

los Ethernet Passive Optical Network(EPON) es una PON que encapsula datos con Ethernet y puede ofrecer una capacidad de 1 Gbps a 10 Gbps. EPON sigue la arquitectura original de un PON. Aquí, el DTE se conectó al tronco del árbol y llamó comoOptical Line Terminal (OLT) como se muestra en la siguiente ilustración.

Por lo general, se encuentra en el proveedor de servicios, y las ramas DTE conectadas del árbol se denominan Optical Network Unit(ONU), ubicado en las instalaciones del suscriptor. Las señales de la OLT pasan por un divisor pasivo para alcanzar la ONU y viceversa.

Ethernet en la primera milla

El proceso de estandarización comenzó cuando un nuevo grupo de estudio llamado Ethernet in the First Mile(EFM) se estableció en noviembre de 2000, teniendo como principales objetivos el estudio de fibra Ethernet punto a multipunto (P2MP) con Ethernet cobre. Ethernet sobre fibra punto a punto (P2P) y sobre un mecanismo operativo de red, administración y mantenimiento (OAM) para facilitar el funcionamiento de la red y la resolución de problemas. El grupo de trabajo EFM finaliza el proceso de normalización con la ratificación de laIEEE Std 802.3ah en junio de 2004.

Un producto de EFM (Ethernet en la primera milla). Una tecnología PON basada en Ethernet. Se basa en un estándar importante: IEEE 802.3ah. Basado en el Protocolo de control multipunto (MPCP), definido como una función dentro de la subcapa de control MAC, para controlar el acceso a una topología P2MP.

La base del protocolo EPON / MPCP se encuentra en la subcapa de emulación punto a punto (P2P). Su velocidad de transmisión es → simétrica 1,25G; distancia: 10 KM / 20 KM; relación del divisor:> 1:32. El EFM señala muchas ventajas de EPON basado en Ethernet como tecnología central, incluida la madurez de los protocolos, la tecnología simple, la flexibilidad de extensión y la orientación a los usuarios.

El sistema EPON no elige costosos hardware ATM y equipos SONET, haciéndolo compatible con la red Ethernet existente. Simplifica la estructura del sistema, reduce los costos y se vuelve flexible para actualizar. Los vendedores de equipos se centran en optimizar la función y la viabilidad.

Sistemas ATM BPON

Los sistemas basados ​​en ATM de BPON han demostrado ser muy ineficientes, ya que la gran mayoría del tráfico a través de la red de acceso consta de grandes tramas IP y tamaños variables. Ha creado la oportunidad para el desarrollo de EPON puramente basado en Ethernet,GigE password enjoying QoSe integración rentable con otros equipos Ethernet emergentes. Ethernet ha demostrado con el tiempo ser el transportador ideal para el tráfico IP.

En consecuencia, el estándar IEEE 802.3ah 802.3 instruyó al grupo de trabajo "Ethernet en la primera milla" con el desarrollo de estándares para redes de acceso punto a punto y punto a multipunto, este último indicando Ethernet PON. EPON es actualmente parte del estándar Ethernet.

El desarrollo de la red óptica pasiva (GPON), es decir, el estándar equipado con Gigabit (serie G.984) ha comenzado realmente después de las propuestas de la FSAN members (Quantum Bridge, Al)para una solución ATM / Ethernet PON. Gbps, que es independiente del protocolo, no fue muy popular dentro del grupo de trabajo IEEE 802.3ah. FSAN ha decidido perseguir esto como un estándar competitivo diferente al de la UIT.

EPON y GPON se basan en gran medida en G.983, el estándar de BPON, cuando se trata de conceptos generales que funcionan bien (funcionamiento de PON Optical Distribution Network(ODN), plan de longitud de onda y aplicación). Ambos ofrecen su propia versión de mejoras para adaptarse a tramas IP / Ethernet de mejor tamaño a velocidades variables Gbps.

Red de acceso especificada por el estándar IEEE 802.3ah Ethernet y también conocida como Ethernet en la Primera Milla. La sección cinco de IEEE802.3ah conforma el IEEE Std 802.3 que corresponde a la definición de servicios y elementos de protocolo. Permite el intercambio de tramas en formato IEEE 802.3 entre estaciones en una red de acceso de abonados.

Concepto de EPON

EFM ha introducido el concepto de EPON en el que se implementa una topología de red punto a multipunto (P2MP) con divisores ópticos pasivos. Sin embargo, la fibra Ethernet punto a punto ofrece el mayor ancho de banda a un costo razonable. La fibra Ethernet punto a multipunto proporciona un ancho de banda relativamente alto a un costo menor. El propósito de IEEE Std 802.3ah era extender la aplicación de Ethernet para incluir redes de suscriptores de acceso para proporcionar un aumento significativo en el rendimiento y minimizar los costos de operación y mantenimiento del equipo.

La conclusión del estándar EFM IEEE 802.3ah amplía significativamente el alcance del transporte Ethernet para su uso en redes de acceso y metro. Este estándar permite a los proveedores de servicios una variedad de soluciones flexibles y rentables para la provisión de servicios Ethernet de banda ancha en las redes de acceso y metro.

EFM cubre una familia de tecnologías que se diferencian en el tipo de medio y la velocidad de señalización: está diseñado para implementarse en las redes de un tipo o varios medios FSM, así como para interactuar con 10/100/1000/10000 Mb mixtos. / s redes Ethernet. Cualquier topología de red definida en IEEE 802.3 se puede utilizar en las instalaciones del suscriptor y luego conectarse a una red de acceso de suscriptor Ethernet. La tecnología EFM permite diferentes tipos de topologías para lograr la máxima flexibilidad.

Estándar IEEE 802.3ah

IEEE Std 802.3ah incluye especificaciones para las redes de acceso Ethernet del suscriptor y IEEE Std 802.3ah EPON admite una tasa nominal de aproximadamente 1 Gb / s (ampliable a 10 Gb / s) para cada canal. Estos están definidos por dos longitudes de onda: adownstream wavelength y uno para el compartido upstream dirección entre los dispositivos del usuario.

EFM admite enlaces full duplex, por lo que se puede definir un control de acceso a medios (MAC) simplificado full duplex. La arquitectura Ethernet divide la capa física en unaPhysical Medium Dependent (PMD), Physical Medium Attachment (PMA) y Physical Coding Sublayer (PCS).

EPON implementa una topología de red P2MP con extensiones apropiadas para el control de MAC de subcapa de reconciliación y subcapa, y fibra óptica bajo capas dependientes del medio físico (PMD) para soportar esta topología.

Capa fisica

Para las topologías P2MP, EFM introdujo una familia de sistemas de señalización para la capa física que se derivan de 1000BASE-X. Sin embargo, incluye extensiones de RS, PCS y PMA, con unforward error correction(FEC) capacidad. Las subcapas 1000BASE-X PCS y PMA mapean las características de la interfaz. La subcapa PMD (incluido MDI) los servicios esperados por la reconciliación de la capa base. 1000BASE-X se puede ampliar para admitir otros medios full duplex; solo requiere que el entorno sea consistente con el nivel de PMD.

Interfaz de carga media (MDI)

Es la interfaz entre PMD y los medios físicos. Describe las señales, los medios físicos y las interfaces mecánicas y eléctricas.

Dependiente del medio físico (PMD)

PMD es responsable de la interfaz con el medio de transmisión. PMD genera señales eléctricas u ópticas según la naturaleza del medio físico conectado. Las conexiones 1000BASE-X sobre PON hasta al menos 10 kilómetros y 20 kilómetros (capas de fondo 1000BASE-PX10 y 1000BASE-PX20 PMD) proporcionan P2MP.

En un PON Ethernet, los sufijos D y U indican PMD en cada extremo del enlace, que transmite en estas direcciones y recibe en la dirección opuesta, es decir, un solo PMD descendente se identifica como 1000BASE-PX10-D y ascendente 1000BASE-PX10 U PMD. Las mismas fibras se utilizan simultáneamente en ambas direcciones.

Un PMD 1000BASE-PX-U o un PMD 1000BASE-PX-D está conectado al PMA 1000BASE-X apropiado y al soporte a través del MDI. PMD se combina opcionalmente con funciones de gestión a las que se puede acceder a través de la interfaz de gestión. Para permitir las posibilidades de actualización en el caso de Pons de 10 km o 20 km, tanto el PMD 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 como el PMDU son interoperables entre sí.

Accesorio de medio físico (PMA)

PMA incluye las funciones de transmisión, recepción, recuperación de reloj y alineación. El PMA proporciona una vía intermedia independiente para que PCS admita el uso de una gama de series de medios físicos orientados a bits. La subcapa de codificación física (PCS) comprende funciones de bits de codificación. La interfaz PCS esGigabit media independent interface (GMII), que proporciona una interfaz uniforme a la subcapa de reconciliación para todas las implementaciones de PHY de 1000 Mb / s.

Interfaz independiente de medios Gigabit (GMII)

La interfaz GMII se refiere a la interfaz entre el Gigabit MAC layer y el physical layer. Permite múltiples DTE mezclados con una variedad de implementaciones desde la velocidad gigabitphysical layer. La interfaz de servicio de PCS permite que 1000BASE-X PCS transfiera información hacia y desde un cliente de PCS. Los clientes de PCS incluyen MAC (a través de la capa base de reconciliación) y repetidor. La interfaz PCS se define precisamente como la Interfaz Independiente de Medios Gigabit (GMII).

los Reconciliation sublayer(RS) asegura la coincidencia de las señales GMII que definen el medio de control de acceso al servicio. GMII y RS se utilizan para proporcionar medios independientes de modo que se pueda utilizar un medio idéntico de controlador de acceso con cualquier tipo de PHY óptico y de cobre.

Capa de enlace de datos (control MAC multipunto)

Se especificó el protocolo de control MAC para admitir y, al mismo tiempo, se implementarán y agregarán nuevas funciones al estándar. Es el caso del protocolo de control multipunto (MPCP). El protocolo de gestión de P2MP es una de las funciones definidas por el Protocolo de control multipunto.

La funcionalidad de control de MAC multipunto se implementa para acceder a los dispositivos del abonado que contienen dispositivos de capa física punto a multipunto. Normalmente, las jurisdicciones de emulación MAC proporcionan un servicio punto a punto entre OLT y la ONU, pero ahora se incluye una instancia adicional con un objetivo de comunicación para todas las ONU a la vez.

MPCP (Protocolo de control multipunto)

MPCP es muy flexible y fácil de implementar. MPCP usa cinco tipos de mensajes (cada mensaje es una trama de control MAC) y ONU / ONT informa sobre múltiples límites de paquetes, OLT otorga en un límite de paquete, sin sobrecarga de delineación.

El MPCP indica el sistema entre un OLT y las ONU asociadas con una porción PON de punto a multipunto (P2MP) para permitir la transmisión productiva de información en el encabezado UPSTREAM.

MPCP realiza las siguientes funciones:

  • MPCP controla el proceso de descubrimiento automático.
  • Asignación de intervalo de tiempo / ancho de banda a ONT.
  • Referencia de temporización proporcionada para sincronizar ONT.

MPCP ha introducido cinco nuevos mensajes de control MAC:

  • Puerta, Informe
  • REQ registrado
  • Register
  • ACK registrado
  • Descubrimiento automático

Resumen de la secuencia de descubrimiento de mensajes

La siguiente ilustración muestra el resumen de la secuencia de descubrimiento de mensajes.

DBA EPON

En EPON, la comunicación entre OLT y ONY se considera descendente, OLT transmite datos descendentes hacia ONT utilizando todo el ancho de banda y, en el otro extremo, ONT recibe las fames utilizando información disponible en las tramas Ethernet. El flujo ascendente de ONT a OLT utiliza comunicación de canal único, lo que significa que varios ONT utilizarán un canal, lo que significa colisión de datos.

Para evitar este problema, se requiere un esquema de asignación de ancho de banda efectivo, que puede asignar recursos por igual a los ONT y al mismo tiempo garantizar la QoS, este esquema se conoce como Dynamic Bandwidth Allocation(DBA) algoritmo. El DBA utiliza mensajes de informe y puerta para crear un programa de transmisión que se transmitirá a los ONT.

Características de DBA

Una característica importante de EPON es proporcionar diferentes servicios con una calidad de servicio óptima y una asignación eficaz de ancho de banda utilizando diferentes asignaciones de DBA para satisfacer la demanda de las aplicaciones actuales y futuras.

Actualmente, los siguientes son los dos tipos diferentes de algoritmos DBA disponibles para EPON:

  • El primero es para adaptarse a las fluctuaciones del tráfico.
  • El segundo es proporcionar QoS a diferentes tipos de tráfico.

Las otras características son evitar colisiones de tramas, gestión del tráfico en tiempo real a través de QoS y gestión del ancho de banda para cada suscriptor junto con la reducción del retardo en el tráfico de baja prioridad.

Formato de trama EPON

El funcionamiento de EPON se basa en Ethernet MAC y las tramas EPON se basan en tramas GbE, pero se necesitan extensiones:

  • Clause 64 - Multi-Pungüento Control PPDU rotocol. Este es el protocolo de control que implementa la lógica requerida.

  • Clause 65- Emulación punto a punto (reconciliación). Esto hace que EPON parezca un enlace punto a punto y los EPON MAC tienen algunas restricciones especiales.

  • En lugar de CSMA / CD, transmiten cuando se conceden.

  • El tiempo a través de la pila MAC debe ser constante (duraciones de ± 16 bits).

  • Debe mantenerse la hora local exacta.

Encabezado EPON

Ethernet estándar comienza con un preámbulo 8B esencialmente libre de contenido:

  • 7B de unos y ceros alternados 10101010
  • 1B de SFD 10101011

Para ocultar el nuevo encabezado PON, EPON sobrescribe algunos de los bytes del preámbulo.

LLID field contiene los siguientes factores:

MODE (1b) −

  • Siempre 0 para ONU
  • 0 para OLT unidifusión, 1 para OLT multidifusión / difusión

Actual Logical Link ID (15b) −

  • Identifica ONU registradas
  • 7FFF para transmisión

CRC protege desde SLD (byte 3) hasta LLID (byte 7).

Seguridad

Downstream traffic transmite a todas las ONU, por lo que resulta fácil para un usuario malintencionado reprogramar la ONU y capturar las tramas deseadas.

Upstream trafficno ha estado expuesto a otras ONU, por lo que no se necesita cifrado. No considere los extractores de fibra porque EPON no proporciona ningún método de cifrado estándar, pero:

  • Puede complementar con IPsec o MACsec y
  • Muchos proveedores han agregado mecanismos patentados basados ​​en AES.

BPON usó un mecanismo llamado churning - El batido era una solución de hardware de bajo costo (clave 24b) con varias fallas de seguridad, como:

  • El motor era lineal: un simple ataque de texto conocido.
  • La clave 24b resultó ser derivable en 512 intentos.

Por lo tanto, G.983.3 agregó soporte AES, que ahora se usa en GPON.

QoS - EPON

Muchas aplicaciones de PON requieren alta QoS (por ejemplo, IPTV) y EPON deja QoS a capas más altas como:

  • Etiquetas de VLAN.
  • P bits o DiffServ DSCP.

Además de estos, existe una diferencia crucial entre LLID y Port-ID:

  • Siempre hay 1 LLID por ONU.
  • Hay 1 ID de puerto por puerto de entrada; puede haber muchos por ONU.
  • Esto hace que la QoS basada en puertos sea fácil de implementar en la capa PON.

EPON vs GPON

La siguiente tabla ilustra las características comparativas de EPON y GPON:

GPON (UIT-T G.984) EPON (IEEE 802.3ah)
Downlink/Uplink 2.5G / 1.25G 1,25G / 1,25G
Optical Link Budget Clase B +: 28dB; Clase C: 30dB PX20: 24 dB
Split ratio 1:64 -> 1: 128 1:32
Actual downlink bandwidth 2200 ~ 2300 Mbps 92% 980 Mbps 72%
Actual Uplink bandwidth 1110 Mbps 950 Mbps
OAM Función OMCI completa + PLOAM + incrustación de OAM Función OAM flexible y simple
TDM service & synchronized clock function TDM nativo, CESoP CESoP
Upgradeability 10G 2.5G / 10G
QoS El horario de DBA contiene T-CONT, PORTID; fijar ancho de banda / ancho de banda garantizado / ancho de banda no garantizado / ancho de banda de mejor esfuerzo Admite DBA, QoS es compatible con LLID y VLAN
Cost 10% ~ 20% más costo que EPON actualmente, y casi el mismo precio en gran volumen -

La siguiente imagen muestra las diferentes estructuras de EPON y GPON -