FTTH - EPON

le Ethernet Passive Optical Network(EPON) est un PON encapsule des données avec Ethernet et peut offrir une capacité de 1 Gbps à 10 Gbps. EPON suit l'architecture originale d'un PON. Ici, l'ETTD connecté au tronc de l'arbre et appelé commeOptical Line Terminal (OLT) comme indiqué dans l'illustration suivante.

Il est généralement situé chez le fournisseur de services, et les branches DTE de l'arborescence connectées sont appelées Optical Network Unit(ONU), situé dans les locaux de l'abonné. Les signaux de l'OLT passent par un séparateur passif pour atteindre l'unité ONU et vice versa.

Ethernet au premier kilomètre

Le processus de normalisation a commencé lorsqu'un nouveau groupe d'étude a appelé Ethernet in the First Mile(EFM) a été créé en novembre 2000, ayant comme principaux objectifs l'étude de la fibre Ethernet point à multipoint (P2MP) avec Ethernet cuivre. Ethernet sur fibre point à point (P2P) et sur un mécanisme de fonctionnement de réseau, administration et maintenance (OAM) pour faciliter le fonctionnement et le dépannage du réseau. Le groupe de travail EFM termine le processus de normalisation avec la ratification de laIEEE Std 802.3ah en juin 2004.

Un produit d'EFM (Ethernet au premier kilomètre). Une technologie PON basée sur Ethernet. Il est basé sur un standard majeur - IEEE 802.3ah. Basé sur le protocole MPCP (Multi-Point Control Protocol), défini comme une fonction dans la sous-couche de contrôle MAC, pour contrôler l'accès à une topologie P2MP.

La base du protocole EPON / MPCP réside dans la sous-couche d'émulation point à point (P2P). Son taux de transmission est → 1,25 G symétrique; distance ： 10KM / 20KM; rapport de séparation ：> 1:32. L'EFM souligne de nombreux avantages d'EPON basé sur Ethernet comme technologie de base, notamment la maturité des protocoles, la simplicité de la technologie, la flexibilité des extensions et l'orientation vers les utilisateurs.

Le système EPON ne choisit pas le matériel ATM coûteux et les équipements SONET, ce qui le rend compatible avec le réseau Ethernet existant. Il simplifie la structure du système, réduit les coûts et rend sa mise à niveau flexible. Les vendeurs d'équipement se concentrent sur l'optimisation de la fonction et de la praticabilité.

Systèmes ATM BPON

Les systèmes basés sur BPON ATM se sont révélés très inefficaces, car une grande majorité du trafic sur le réseau d'accès est constitué de grandes trames IP et de tailles variables. Il a créé l'opportunité pour le développement d'EPON basé sur Ethernet pur,GigE password enjoying QoSet une intégration économique avec d'autres équipements Ethernet émergents. Ethernet s'est avéré au fil du temps le transporteur idéal pour le trafic IP.

En conséquence, la norme IEEE 802.3ah 802.3 a chargé le groupe de travail "Ethernet in the First Mile" de développer des normes pour les réseaux d'accès point à point et point à multipoint, ce dernier indiquant Ethernet PON. EPON fait actuellement partie de la norme Ethernet.

Le développement du réseau optique passif (GPON), c'est-à-dire du standard équipé du Gigabit (série G.984), a vraiment commencé après les propositions du FSAN members (Quantum Bridge, Al)pour une solution ATM / Ethernet PON. Le Gbps, qui est indépendant du protocole, n'était pas très populaire au sein du groupe de travail IEEE 802.3ah. La FSAN a décidé de poursuivre cela comme une norme concurrente différente de l'UIT.

EPON et GPON s'inspirent largement de G.983, le standard de BPON, lorsqu'il s'agit de concepts généraux qui fonctionnent bien (fonctionnement PON Optical Distribution Network(ODN), plan de longueur d'onde et application). Ils offrent tous deux leur propre version d'améliorations pour accueillir des trames IP / Ethernet de meilleure taille à des débits variables Gbps.

Réseau d'accès spécifié par la norme Ethernet IEEE 802.3ah et également connu sous le nom d'Ethernet in the First Mile. La section cinq de IEEE802.3ah constitue la norme IEEE 802.3 qui correspond à la définition des services et des éléments de protocole. Il permet l'échange de trames au format IEEE 802.3 entre les stations d'un réseau d'accès abonné.

Concept d'EPON

EFM a introduit le concept d'EPON dans lequel une topologie de réseau point à multipoint (P2MP) est implémentée avec des séparateurs optiques passifs. Cependant, la fibre Ethernet point à point offre la bande passante la plus élevée à un coût raisonnable. Ethernet La fibre point à multipoint fournit une bande passante relativement élevée à un coût inférieur. Le but de l'IEEE Std 802.3ah était d'étendre l'application d'Ethernet pour inclure l'accès aux réseaux d'abonnés afin de fournir une augmentation significative des performances tout en minimisant les coûts de fonctionnement et de maintenance des équipements.

La conclusion de la norme EFM IEEE 802.3ah élargit considérablement la portée et la portée du transport Ethernet pour une utilisation dans les réseaux d'accès et de métro. Cette norme permet aux fournisseurs de services une variété de solutions flexibles et rentables pour la fourniture de services Ethernet à large bande dans les réseaux d'accès et de métro.

EFM couvre une famille de technologies qui diffèrent par le type de média et la vitesse de signalisation - il est conçu pour être déployé dans les réseaux d'un ou plusieurs médias FSM ainsi que pour interagir avec 10/100/1000/10000 Mb mixtes / s réseaux Ethernet. Toute topologie de réseau définie dans IEEE 802.3 peut être utilisée dans les locaux de l'abonné, puis connectée à un réseau d'accès d'abonné Ethernet. La technologie EFM permet à différents types de topologies d'atteindre une flexibilité maximale.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah inclut des spécifications pour les réseaux d'accès Ethernet de l'abonné et IEEE Std 802.3ah EPON prend en charge un débit nominal d'environ 1 Gb / s (extensible à 10 Gb / s) pour chaque canal. Celles-ci sont définies par deux longueurs d'onde: adownstream wavelength et un pour le partagé upstream direction entre les appareils utilisateurs.

EFM prend en charge les liaisons en duplex intégral, de sorte qu'un contrôle d'accès au support simplifié (MAC) en duplex intégral peut être défini. L'architecture Ethernet divise la couche physique en unPhysical Medium Dependent (PMD), Physical Medium Attachment (PMA), et Physical Coding Sublayer (PCS).

EPON implémente une topologie de réseau P2MP avec des extensions appropriées au contrôle MAC de la sous-couche et de la sous-couche de réconciliation, et la fibre optique sous les couches dépendant du support physique (PMD) pour prendre en charge cette topologie.

Couche physique

Pour les topologies P2MP, EFM a introduit une famille de systèmes de signalisation pour la couche physique dérivés de 1000BASE-X. Cependant, il comprend des extensions de RS, PCS et PMA, avec unforward error correction(FEC) capacité. Les sous-couches 1000BASE-X PCS et PMA cartographient les caractéristiques de l'interface. La sous-couche PMD (y compris MDI) les services attendus par le rapprochement de la sous-couche. 1000BASE-X peut être étendu pour prendre en charge d'autres supports duplex intégral - nécessite uniquement que l'environnement soit cohérent avec le niveau de PMD.

Interface de charge moyenne (MDI)

C'est l'interface entre PMD et le support physique. Il décrit les signaux, les supports physiques et les interfaces mécaniques et électriques.

Dépendant du support physique (PMD)

PMD est responsable de l'interface avec le support de transmission. PMD génère des signaux électriques ou optiques en fonction de la nature du support physique connecté. Les connexions 1000BASE-X via PON à au moins 10 kilomètres et 20 kilomètres (sous-couches 1000BASE-PX10 et 1000BASE-PX20 PMD) fournissent P2MP.

Dans un PON Ethernet, les suffixes D et U indiquent PMD à chaque extrémité de la liaison, qui transmet dans ces directions et reçoit dans le sens opposé, c'est-à-dire qu'un seul PMD aval est identifié comme 1000BASE-PX10-D et en amont 1000BASE-PX10 U PMD. Les mêmes fibres sont utilisées simultanément dans les deux sens.

Un PMD 1000BASE-PX-U ou 1000BASE-PX-D PMD est connecté au PMA 1000BASE-X approprié et pris en charge via le MDI. PMD est éventuellement associé à des fonctionnalités de gestion accessibles via l'interface de gestion. Pour permettre les possibilités de mise à niveau dans le cas de Pons de 10 km ou 20 km, les PMD et PMDU 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 sont interopérables.

Attachement de support physique (PMA)

PMA comprend les fonctions de transmission, de réception, de récupération d'horloge et d'alignement. Le PMA fournit un moyen intermédiaire indépendant pour PCS pour prendre en charge l'utilisation d'une gamme de séries de supports physiques orientés bits. La sous-couche de codage physique (PCS) comprend des fonctions de bit de codification. L'interface PCS estGigabit media independent interface (GMII), qui fournit une interface uniforme à la sous-couche Réconciliation pour toutes les implémentations de PHY 1000 Mb / s.

Interface indépendante du média Gigabit (GMII)

L'interface GMII fait référence à l'interface entre le Gigabit MAC layer et le physical layer. Il permet plusieurs DTE mélangés avec une variété d'implémentations du gigabit de vitessephysical layer. L'interface de service PCS permet à 1000BASE-X PCS de transférer des informations vers et depuis un client PCS. Les clients PCS incluent MAC (via la sous-couche de réconciliation) et répéteur. L'interface PCS est définie précisément comme l'interface indépendante Gigabit Media (GMII).

le Reconciliation sublayer(RS) assure l'adaptation des signaux GMII définissant le support de contrôle d'accès au service. GMII et RS sont utilisés pour fournir des supports indépendants afin qu'un support identique de contrôleur d'accès puisse être utilisé avec tout type de cuivre et de PHY optique.

Couche de liaison de données (contrôle MAC multipoint)

Le protocole de contrôle MAC a été spécifié pour prendre en charge et de nouvelles fonctions à implémenter et à ajouter à la norme en même temps. C'est le cas du protocole de contrôle multipoint (MPCP). Le protocole de gestion vers P2MP est l'une des fonctions définies par le protocole de contrôle multipoint.

La fonctionnalité de commande MAC multipoint est mise en œuvre pour accéder aux dispositifs de l'abonné contenant des dispositifs de couche physique point à multipoint. Généralement, les juridictions d'émulation MAC fournissent un service point à point entre OLT et l'unité ONU, mais une instance supplémentaire est désormais incluse avec un objectif de communication pour toutes les unités ONU à la fois.

MPCP (protocole de contrôle multipoint)

MPCP est très flexible, facile à mettre en œuvre. MPCP utilise cinq types de messages (chaque message est une trame de contrôle MAC) et ONU / ONT signale plusieurs limites de paquet, OLT accorde sur une limite de paquet - pas de surdébit de délimitation.

Le MPCP indique un système entre un OLT et des ONU associés à une partie PON point à multipoint (P2MP) pour permettre une transmission productive d'informations dans le cap AMONT.

MPCP remplit les fonctions suivantes -

• MPCP contrôle le processus de détection automatique.
• Affectation des intervalles de temps / bande passante aux ONT.
• Référence de synchronisation fournie pour synchroniser les ONT.

MPCP a introduit cinq nouveaux messages de contrôle MAC -

• Porte, rapport
• REQ enregistré
• Register
• ACK enregistré
• Découverte automatique

Résumé de la séquence de détection des messages

L'illustration suivante présente le résumé de la séquence de détection des messages.

DBA EPON

Dans EPON, la communication entre OLT et ONY est considérée comme en aval, OLT diffuse des données en aval vers ONT en utilisant toute la bande passante et à l'autre extrémité ONT reçoit les fames en utilisant les informations disponibles sur les trames Ethernet. L'amont de ONT à OLT utilise une communication à canal unique, ce qui signifie qu'un canal sera utilisé par plusieurs ONT, ce qui signifie une collision de données.

Pour éviter ce problème, un schéma d'allocation de bande passante efficace est nécessaire, qui peut affecter des ressources de manière égale aux ONT tout en garantissant la qualité de service, ce schéma est connu sous le nom de Dynamic Bandwidth Allocation(DBA). Le DBA utilise des messages de rapport et de porte pour créer un programme de transmission à transmettre aux ONT.

Caractéristiques DBA

Une caractéristique importante d'EPON est de fournir différents services avec une qualité de service optimale et une allocation efficace de la bande passante en utilisant différentes allocations DBA pour répondre à la demande des applications actuelles et futures.

Actuellement, voici les deux types différents d'algorithmes DBA disponibles pour l'EPON -

• Le premier est de s'adapter aux fluctuations du trafic.
• Le second est de fournir une QoS à différents types de trafic.

Les autres caractéristiques sont d'éviter les collisions de trames, la gestion du trafic en temps réel grâce à la qualité de service et la gestion de la bande passante pour chaque abonné ainsi que la diminution du délai sur le trafic de faible priorité.

Format de trame EPON

Le fonctionnement EPON est basé sur les trames Ethernet MAC et EPON sont basées sur les trames GbE, mais des extensions sont nécessaires -

• Clause 64 - Multi-Point Control PPDU rotocol. Il s'agit du protocole de contrôle mettant en œuvre la logique requise.

• Clause 65- Émulation point à point (réconciliation). Cela fait que l'EPON ressemble à une liaison point à point et que les MAC EPON ont des contraintes spéciales.

• Au lieu de CSMA / CD, ils transmettent lorsqu'ils sont accordés.

• Le temps à travers la pile MAC doit être constant (durées ± 16 bits).

• L'heure locale précise doit être maintenue.

En-tête EPON

Ethernet standard commence par un préambule 8B essentiellement sans contenu -

• 7B de uns et de zéros en alternance 10101010
• 1B de SFD 10101011

Afin de masquer le nouvel en-tête PON, EPON écrase certains octets du préambule.

LLID field contient les facteurs suivants -

MODE (1b) −

• Toujours 0 pour ONU
• 0 pour monodiffusion OLT, 1 pour multidiffusion / diffusion OLT

Actual Logical Link ID (15b) −

• Identifie les unités ONU enregistrées
• 7FFF pour diffusion

CRC protège de SLD (octet 3) par LLID (octet 7).

Sécurité

Downstream traffic diffuse vers toutes les unités ONU, il devient donc facile pour un utilisateur malveillant de reprogrammer l'unité ONU et de capturer les images souhaitées.

Upstream trafficn'a pas été exposé à d'autres unités ONU, le chiffrement n'est donc pas nécessaire. Ne considérez pas les tappers de fibre car EPON ne fournit aucune méthode de cryptage standard, mais -

• Peut compléter avec IPsec ou MACsec et
• De nombreux fournisseurs ont ajouté des mécanismes propriétaires basés sur AES.

BPON a utilisé un mécanisme appelé churning - Le barattage était une solution matérielle à faible coût (clé 24b) avec plusieurs failles de sécurité, telles que -

• Le moteur était linéaire - simple attaque de texte connu.
• La clé 24b s'est avérée être dérivable en 512 essais.

Par conséquent, G.983.3 a ajouté la prise en charge AES, qui est maintenant utilisée dans GPON.

QoS - EPON

De nombreuses applications PON nécessitent une qualité de service élevée (par exemple IPTV) et EPON laisse la qualité de service aux couches supérieures telles que -

• Balises VLAN.
• P bits ou DiffServ DSCP.

En plus de cela, il existe une différence cruciale entre LLID et Port-ID -

• Il y a toujours 1 LLID par ONU.
• Il y a 1 ID de port par port d'entrée - il peut y en avoir plusieurs par ONU.
• Cela rend la QoS basée sur les ports simple à implémenter au niveau de la couche PON.

EPON contre GPON

Le tableau suivant illustre les caractéristiques comparatives d'EPON et de GPON -

	GPON (UIT-T G.984)	EPON (IEEE 802.3ah)
Downlink/Uplink	2,5 G / 1,25 G	1,25 G / 1,25 G
Optical Link Budget	Classe B +: 28 dB; Classe C: 30 dB	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	Fonction OMCI complète + PLOAM + OAM intégré	Fonction OAM flexible et simple
TDM service & synchronized clock function	TDM natif, CESoP	CESoP
Upgradeability	10G	2,5 G / 10 G
QoS	Le programme DBA contient T-CONT, PORTID; correction de la bande passante / bande passante garantie / bande passante non garantie / bande passante au mieux	Support DBA, QoS est pris en charge par LLID et VLAN
Cost	10% ~ 20% coût plus élevé que EPON actuellement, et presque le même prix en grand volume	-

L'image suivante montre les différentes structures d'EPON et de GPON -