FTTH - EPON

FTTH - EPON

La red óptica pasiva de Ethernet (EPON) es un encapsulado de datos PON 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 se llamó Terminal de línea óptica (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 Unidad de red óptica (ONU), ubicada en las instalaciones del suscriptor. Las señales de la OLT pasan a través de un divisor pasivo para lograr la ONU y viceversa.

Ethernet en la primera milla

El proceso de estandarización comenzó cuando se estableció un nuevo grupo de estudio llamado Ethernet en la Primera Milla (EFM) en noviembre de 2000, que tenía como objetivos principales el estudio de la fibra Ethernet punto a multipunto (P2MP) con cobre Ethernet. 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 de EFM finaliza el proceso de normalización con la ratificación del IEEE 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 principal: 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 ： 10KM / 20KM; 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 hardware ATM costoso ni equipos SONET, por lo que es compatible con la red Ethernet existente. Simplifica la estructura del sistema, disminuye el costo y se hace flexible para actualizar. Los vendedores de equipos se centran en optimizar la función y la practicabilidad.

BPON ATM Systems

Los sistemas basados en ATM de BPON han demostrado ser muy ineficientes, ya que una gran mayoría del tráfico a través de la red de acceso consiste en grandes marcos IP y tamaños variables. Ha creado la oportunidad para el desarrollo de EPON puro basado en Ethernet, contraseña GigE que disfruta de QoS e integración rentable con otros equipos Ethernet emergentes. Con el tiempo, Ethernet ha demostrado 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) realmente comenzó después de las propuestas de los miembros de FSAN (Quantum Bridge, Al) para una solución PON ATM / Ethernet. Gbps, que es independiente del protocolo, no era muy popular dentro del grupo de trabajo IEEE 802.3ah. FSAN ha decidido buscar 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 la red de distribución óptica PON (ODN), plan de longitud de onda y aplicación). Ambos ofrecen su propia versión de mejoras para acomodar marcos IP / Ethernet de mejor tamaño a velocidades variables de Gbps.

IEEE 802.3ah Ethernet estándar de red de acceso especificada y también conocida como Ethernet en la primera milla también. 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 de formato IEEE 802.3 entre estaciones en una red de acceso de suscriptor.

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 de punto a punto de Ethernet 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 de los equipos.

La conclusión del estándar IEEE 802.3ah EFM amplía significativamente el alcance y 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 el acceso y las redes de metro.

EFM cubre una familia de tecnologías que difieren en el tipo de medios y la velocidad de señalización: está diseñado para implementarse en las redes de un tipo o múltiples medios FSM, así como interactuar con 10/100/1000/10000 Mb mixto / s redes Ethernet. Cualquier topología de red definida en IEEE 802.3 puede usarse 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.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah incluye especificaciones para redes de acceso Ethernet del suscriptor e IEEE Std 802.3ah EPON admite una velocidad nominal de aproximadamente 1 Gb / s (ampliable a 10 Gb / s) para cada canal. Estos se definen por dos longitudes de onda: una longitud de onda descendente y una para la dirección ascendente compartida entre los dispositivos de usuario.

EFM admite enlaces dúplex completos, de modo que se puede definir un control de acceso a medios (MAC) simplificado dúplex completo. La arquitectura Ethernet divide la capa física en un medio físico dependiente (PMD), un medio físico adjunto (PMA) y una subcapa de codificación física (PCS).

EPON implementa una topología de red P2MP con extensiones apropiadas para el control MAC de la subcapa y la subcapa de reconciliación, y fibra óptica bajo capas dependiente del medio físico (PMD) para admitir 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 una capacidad opcional de corrección de errores hacia adelante (FEC). 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 inferior. 1000BASE-X puede ampliarse para admitir otros medios dúplex completos: solo requiere que el entorno sea coherente 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 dependiendo de la naturaleza del medio físico conectado. Las conexiones 1000BASE-X sobre PON a 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 único PMD en sentido descendente se identifica como 1000BASE-PX10-D y en sentido ascendente 1000BASE-PX10 U PMD Las mismas fibras se usan simultáneamente en ambas direcciones.

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

Fijación 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 serie de series de medios físicos orientados a bits. La subcapa de codificación física (PCS) comprende funciones de bits de codificación. La interfaz PCS es una interfaz independiente de medios Gigabit (GMII), que proporciona una interfaz uniforme a la subcapa de reconciliación para todas las implementaciones de 1000 Mb / s PHY.

Interfaz Gigabit Media Independent (GMII)

La interfaz GMII se refiere a la interfaz entre la capa Gigabit MAC y la capa física. Permite múltiples DTE mezclados con una variedad de implementaciones desde la capa física de velocidad gigabit. La interfaz de servicio PCS permite que 1000BASE-X PCS transfiera información ay desde un cliente PCS. Los clientes de PCS incluyen MAC (a través de la capa inferior de reconciliación) y repetidor. La interfaz PCS se define precisamente como la interfaz Gigabit Media Independent (GMII).

La subcapa de reconciliación (RS) garantiza la coincidencia de las señales GMII que definen el medio de control de acceso al servicio. GMII y RS se usan para proporcionar medios independientes para que un controlador de acceso pueda usar medios idénticos con cualquier tipo de cobre y PHY óptico.

Capa de enlace de datos (control multipunto de MAC)

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

La funcionalidad de control MAC multipunto se implementa para acceder a dispositivos del suscriptor que contienen dispositivos de capa física que apuntan a multipunto. Comúnmente, 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, fácil de implementar. MPCP utiliza cinco tipos de mensajes (cada mensaje es un marco de control MAC) y ONU / ONT informa múltiples límites de paquetes, OLT otorga en un límite de paquete, sin sobrecarga de delineación.

El MPCP indica un sistema entre una OLT y 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 sincronización proporcionada para sincronizar los ONT.

MPCP ha introducido cinco nuevos mensajes de control MAC:

• Gate, Report

• REQ registrado

• Registro

• ACK registrado

• Descubrimiento automático

Resumen de secuencia de descubrimiento de mensajes

La siguiente ilustración muestra el Resumen de 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, por otro lado, ONT recibe las famas utilizando la información disponible en los marcos de Ethernet. El flujo ascendente de ONT a OLT está utilizando la comunicación de un solo canal, lo que significa que un canal será utilizado por múltiples ONT, lo que significa colisión de datos.

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

Características de DBA

Una característica importante de EPON es proporcionar diferentes servicios con QoS óptima y asignación efectiva 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 acomodar las fluctuaciones del tráfico.

• El segundo es proporcionar QoS a diferentes tipos de tráfico.

Las otras características son evitar las colisiones de trama, la gestión del tráfico en tiempo real a través de la calidad del servicio y la gestión del ancho de banda para cada suscriptor, junto con la disminución del retraso en el tráfico de baja prioridad.

EPON Frame Format

La operación de EPON se basa en el MAC de Ethernet y las tramas de EPON se basan en las tramas de GbE, pero se necesitan extensiones:

• Cláusula 64 - PDU de protocolo de control multipunto. Este es el protocolo de control que implementa la lógica requerida.

• Cláusula 65 - Emulación punto a punto (conciliación). Esto hace que el EPON parezca un enlace punto a punto y los MAC de EPON tienen algunas restricciones especiales.

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

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

• Se debe mantener una hora local precisa.

EPON Header

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

• 7B de unos alternos y ceros 10101010

• 1B de SFD 10101011

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

El campo LLID contiene los siguientes factores:

MODO (1b) -

• Siempre 0 para ONU

• 0 para OLT unicast, 1 para OLT multicast / broadcast

ID de enlace lógico real (15b) -

• Identifica las ONU registradas

• 7FFF para transmisión

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

Seguridad

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

El tráfico ascendente no se ha expuesto a otras ONU, por lo que no se necesita cifrado. No considere los recolectores de fibra porque EPON no proporciona ningún método de cifrado estándar, pero:

• Se puede complementar con IPsec o MACsec y

• Muchos proveedores han agregado mecanismos propietarios basados en AES.

BPON usó un mecanismo llamado batido: el batido era una solución de hardware de bajo costo (clave 24b) con varios defectos de seguridad, tales como:

• El motor era lineal: 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 PON requieren una alta QoS (por ejemplo, IPTV) y EPON deja la QoS en capas superiores como:

• Etiquetas de VLAN

• P bits o DiffServ DSCP.

Además de estos, hay 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:

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