FTTH - EPON

FTTH - EPON

شبکه نوری منفعل اترنت (EPON) یک داده PON است که با اترنت محصور می شود و می تواند 1 گیگابیت بر ثانیه به 10 گیگابیت بر ثانیه ارائه دهد. EPON معماری اصلی یک PON را دنبال می کند. در اینجا ، DTE به تنه درخت متصل شده و همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است ، به عنوان ترمینال خط نوری (OLT) نامیده می شود.

این معمولاً در ارائه دهنده خدمات قرار دارد و شاخه های DTE متصل به درخت به نام واحد شبکه نوری (ONU) نامیده می شوند که در محل مشترکین واقع شده است. سیگنال های OLT برای دستیابی به ONU و برعکس ، از یک شکاف منفعل عبور می کنند.

اترنت در مایل اول

فرآیند استاندارد سازی از زمانی آغاز شد که یک گروه مطالعه جدید به نام اترنت در مایل اول (EFM) در نوامبر 2000 تأسیس شد و به عنوان اهداف اصلی مطالعه الیاف اترنت نقطه به مولتی (P2MP) با مس اترنت است. اترنت از طریق فیبر نقطه به نقطه (P2P) و بیش از یک مکانیزم عامل شبکه ، مدیریت و نگهداری (OAM) برای تسهیل در عملکرد شبکه و عیب یابی. کارگروه EFM روند تصویب را با تصویب IEEE Std 802.3ah در ژوئن 2004 پایان می دهد.

محصولی توسط EFM (اترنت در اولین مایل). فناوری PON مبتنی بر اترنت. این مبتنی بر یک استاندارد عمده است - IEEE 802.3ah. بر اساس پروتکل کنترل چند نقطه ای (MPCP) ، به عنوان تابعی در زیر لایه کنترل MAC تعریف شده است ، برای کنترل دسترسی به یک توپولوژی P2MP.

اساس پروتکل EPON / MPCP در لایه شبیه سازی نقطه به نقطه (P2P) قرار دارد. میزان انتقال آن → 1.25G متقارن است؛ فاصله distance 10 کیلومتر / 20 کیلومتر؛ نسبت تقسیم کننده ：> 1:32. EFM به بسیاری از مزایای استفاده از EPON مبتنی بر اترنت به عنوان فناوری هسته ای ، از جمله بلوغ پروتکل ها ، تکنولوژی ساده ، انعطاف پذیری فرمت و کاربر گرا اشاره می کند.

سیستم EPON سخت افزاری گران قیمت ATM و تجهیزات SONET را انتخاب نمی کند و این را با شبکه اترنت موجود سازگار می کند. این ساختار سیستم را ساده می کند ، هزینه را کاهش می دهد و خود را برای ارتقاء انعطاف پذیر می کند. فروشندگان تجهیزات روی بهینه سازی عملکرد و عملی بودن تمرکز دارند.

سیستم های خودپرداز BPON

سیستم های مبتنی بر دستگاه خودپرداز BPON ثابت شده است که بسیار ناکارآمد هستند ، زیرا اکثریت عظیمی از ترافیک در شبکه دسترسی شامل فریم های IP بزرگ و اندازه های متغیر هستند. این فرصت برای توسعه اپن خالص مبتنی بر اترنت ، گذرواژه GigE با بهره گیری از QoS و ادغام مقرون به صرفه با سایر تجهیزات اترنت در حال ظهور ایجاد کرده است. اترنت با گذشت زمان ثابت کرده است که حمل و نقل ایده آل برای ترافیک IP است.

بر این اساس ، استاندارد 802.3 IEEE 802.3ah دستور کار گروه "اترنت در مایل اول" را با تدوین استانداردهای شبکه های دسترسی نقطه به نقطه و نقطه به نقطه ، که دومی نشانگر اترنت PON است. در حال حاضر EPON بخشی از استاندارد اترنت است.

توسعه شبکه نوری منفعل (GPON) یعنی استاندارد مجهز به گیگابیت (سری G.984) پس از پیشنهاد اعضای اعضای FSAN (پل کوانتومی ، آل) برای راه حل PON ATM / Ethernet واقعاً آغاز شده است. Gbps ، که مستقل از پروتکل است ، در گروه کاری IEEE 802.3ah محبوبیت زیادی نداشت. FSAN تصمیم گرفته است این موضوع را به عنوان یك استاندارد رقابتی متفاوت با ITU دنبال كند.

EPON و GPON به شدت از G.983 ، استاندارد BPON ترسیم می شوند ، وقتی که مفاهیم کلی که به خوبی کار می کنند (عامل شبکه توزیع توزیع نوری PON (ODN) ، برنامه طول موج و برنامه). هر دو نسخه پیشرفتهای خود را ارائه می دهند تا از فریم های IP / اترنت در اندازه بهتر Gbps برخوردار باشند.

استاندارد اینترنت اکسپلورر IEEE 802.3ah شبکه دسترسی را مشخص کرده و در مایل اول نیز به عنوان اترنت شناخته می شود. بخش پنجم IEEE802.3ah IEEE Std 802.3 را تشکیل می دهد که با تعریف خدمات و عناصر پروتکل مطابقت دارد. این امکان را برای تبادل فریم های فرمت IEEE 802.3 بین ایستگاه ها در شبکه دسترسی مشترکان فراهم می کند.

مفهوم EPON

EFM مفهوم EPON را معرفی کرده است که در آن توپولوژی شبکه نقطه به چند (P2MP) با تقسیم کننده های نوری منفعل اجرا می شود. با این حال ، اترنت نقطه به نقطه فیبر بالاترین پهنای باند را با هزینه مناسب ارائه می دهد. فیبر نقطه به مولتی اترنت پهنای باند نسبتاً بالایی را با هزینه کمتری فراهم می کند. هدف IEEE Std 802.3ah گسترش برنامه اترنت برای شامل شبکه های مشترکین دسترسی به منظور افزایش قابل توجهی در عملکرد و در عین حال به حداقل رساندن هزینه های تجهیزات بهره برداری و نگهداری بود.

نتیجه گیری از استاندارد IEEE 802.3ah EFM دامنه و دسترسی حمل و نقل اترنت را برای استفاده در شبکه های دسترسی و مترو به طور قابل توجهی گسترش می دهد. این استاندارد به ارائه دهندگان خدمات می تواند انواع راه حل های انعطاف پذیر و مقرون به صرفه را برای ارائه خدمات اترنت پهن باند در دسترسی و شبکه های مترو فراهم کند.

EFM خانواده ای از فناوری ها را پوشش می دهد که در نوع رسانه و سرعت سیگنالینگ متفاوت هستند - به گونه ای طراحی شده است که در شبکه های یک نوع یا چند رسانه ای FSM مستقر شده و همچنین با مخلوط 10/100/1000/10000 Mb / شبکه های اترنت. هر توپولوژی شبکه تعریف شده در IEEE 802.3 می تواند در محل مشترک استفاده شود و سپس به یک شبکه دسترسی مشترکین اترنت متصل شود. فناوری EFM به انواع مختلف توپولوژی اجازه می دهد تا حداکثر انعطاف پذیری را بدست آورند.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah شامل مشخصات شبکه های دسترسی به اترنت مشترکین است و IEEE Std 802.3ah EPON از نرخ اسمی حدود 1 گیگابایت بر ثانیه (قابل افزایش به 10 گیگابایت در ثانیه) برای هر کانال پشتیبانی می کند. اینها با دو طول موج تعریف می شوند: یک طول موج پایین دست و دیگری برای جهت بالادست مشترک بین دستگاه های کاربر.

EFM از پیوندهای کامل مضاعف پشتیبانی می کند ، به طوری که می توان یک کنترل کامل دسترسی دسترسی به رسانه ساده (MAC) ساده را با دوبلکس تعریف کرد. معماری اترنت لایه فیزیکی را در یک وابسته به فیزیکی متوسط (PMD) ، پیوست فیزیکی متوسط (PMA) و زیر لایه کدگذاری فیزیکی (PCS) تقسیم می کند.

EPON یک توپولوژی شبکه P2MP را با پسوندهای مناسب به کنترل MAC زیر لایه و آشتی ، و فیبر نوری تحت لایه های وابسته به محیط فیزیکی (PMD) برای پشتیبانی از این توپولوژی پیاده سازی می کند.

لایه فیزیکی

برای توپولوژی های P2MP ، EFM خانواده ای از سیستم های سیگنالینگ را برای لایه فیزیکی که از 1000BASE-X مشتق شده اند ، معرفی کرد. با این حال ، این شامل پسوندهای RS ، PCS و PMA ، با ظرفیت تصحیح خطای اختیاری (FEC) است. 1000BASE-X PCS و زیر نویس های PMA ویژگی های رابط را نقشه برداری می کنند. Sublayer PMD (شامل MDI) خدماتی که انتظار می رود با آشتی زیرپوشانی باشد. 1000BASE-X را می توان برای پشتیبانی از سایر رسانه های کامل دوتایی گسترش داد - فقط به این امر نیاز دارد که محیط با سطح PMD سازگار باشد.

رابط بار متوسط (MDI)

این رابط بین PMD و رسانه فیزیکی است. این سیگنال ها ، محیط فیزیکی و رابط های مکانیکی و برقی را توصیف می کند.

وابسته فیزیکی متوسط (PMD)

PMD مسئول رابط به رسانه انتقال است. PMD بسته به ماهیت محیط فیزیکی متصل ، سیگنال های برقی یا نوری تولید می کند. اتصالات 1000BASE-X از طریق PON به حداقل 10 کیلومتر و 20 کیلومتر (روپوش های 1000BASE-PX10 و 1000BASE-PX20 PMD) P2MP را ارائه می دهند.

در یک PON Ethernet ، پسوندهای D و U PMD را در هر انتهای پیوند نشان می دهند ، که در این جهات منتقل می شود و در جهت مخالف دریافت می کند ، یعنی یک PMD منفرد تنها به عنوان 1000BASE-PX10-D و بالادست 1000BASE-PX10 U مشخص می شود. PMD از الیاف یکسان به طور همزمان در هر دو جهت استفاده می شود.

PMB 1000BASE-PX-U PMD یا 1000BASE-PX-D PMD به PMA 1000BASE-X مناسب وصل شده و از طریق MDI پشتیبانی می کند. PMD به صورت اختیاری با ویژگی های مدیریتی قابل دسترسی است که از طریق رابط مدیریت قابل دسترسی است. برای اینکه امکان بروزرسانی در مورد 10 کیلومتر یا 20 کیلومتر پونز فراهم شود ، هر دو 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD و PMDU با یکدیگر قابل استفاده هستند.

پیوست فیزیکی متوسط (PMA)

PMA شامل توابع انتقال ، رسید ، بازیابی ساعت و تراز کردن است. PMA یک روش میانی مستقل برای PCS برای پشتیبانی از طیف وسیعی از سری رسانه های فیزیکی بیت گرا فراهم می کند. زیر لایه کدگذاری فیزیکی (PCS) شامل توابع بیت کدگذاری است. رابط PCS رابط مستقل رسانه ای گیگابیت (GMII) است ، که یک رابط یکنواخت را برای ساب پیکر آشتی برای کلیه پیاده سازی های 1000 مگابیت در ثانیه PHY فراهم می کند.

رابط مستقل گیگابیت رسانه ای (GMII)

رابط GMII به رابط بین لایه Gigabit MAC و لایه فیزیکی اشاره دارد. این اجازه می دهد تا چندین DTE مخلوط با انواع مختلفی از لایه فیزیکی گیگابیت سرعت. رابط سرویس PCS به 1000BASE-X PCS اجازه می دهد تا اطلاعات را از طریق یک مشتری PCS منتقل کند. مشتریان PCS شامل MAC (از طریق پوشش آشتی) و تکرار شونده هستند. رابط PCS دقیقاً به عنوان رابط مستقل Gigabit Media (GMII) تعریف شده است.

زیر لایه آشتی آشتی (RS) مطابقت سیگنال های GMII را تعیین می کند که رسانه کنترل دسترسی سرویس را تعیین می کند. از GMII و RS برای تهیه رسانه مستقل استفاده می شود تا بتوان از یک رسانه یکسان کنترل کننده دسترسی با هر نوع مس و PHY نوری استفاده کرد.

لایه پیوند داده (کنترل چندگانه MAC)

پروتکل كنترل MAC برای پشتیبانی و توابع جدید كه بطور همزمان اجرا و به استاندارد اضافه می شوند ، مشخص شد. این مورد پروتکل کنترل چند نقطه ای (MPCP) است. پروتکل مدیریت به P2MP یکی از کارکردهای تعریف شده توسط پروتکل کنترل چند نقطه است.

قابلیت کنترل چندگانه MAC برای دسترسی به دستگاههای مشترکین که حاوی دستگاههای لایه فیزیکی هستند ، به ضرب استفاده می شود. معمولاً ، حوزه های قضایی شبیه سازی MAC یک سرویس نقطه به نقطه بین OLT و ONU را ارائه می دهند ، اما اکنون یک نمونه اضافی در حال حاضر با یک هدف ارتباطی برای همه ONU ها در یک زمان گنجانده شده است.

MPCP (پروتکل کنترل چند نقطه)

MPCP بسیار انعطاف پذیر ، آسان برای پیاده سازی است. MPCP از پنج نوع پیام استفاده می کند (هر پیام یک فریم کنترل MAC است) و ONU / ONT چندین مرز بسته را گزارش می دهد ، OLT در مرز بسته ای اعطا می کند - بدون سرنوشت مشخص.

MPCP سیستم بین OLT و ONU های مرتبط با بخش PON از نقطه به نقطه (P2MP) را نشان می دهد تا امکان انتقال مولد اطلاعات در عنوان UPSTREAM را فراهم کند.

MPCP توابع زیر را انجام می دهد -

• MPCP فرآیند کشف خودکار را کنترل می کند.

• تکلیف Timeslot / Bandwidth به ONTs.

• زمان بندی مرجع برای همگام سازی ONT ها ارائه شده است.

MPCP پنج پیام کنترل جدید MAC معرفی کرده است -

• گیت ، گزارش

• REQ ثبت شده

• ثبت نام

• ACK ثبت شده

• کشف خودکار

خلاصه توالی پیام کشف پیام

تصویر زیر خلاصه دنباله پیام (Discovery Sequence) را به تصویر می کشد.

DBA EPON

در EPON ، ارتباط بین OLT و ONY به عنوان پایین دست در نظر گرفته می شود ، OLT داده های پایین دست را به سمت ONT با استفاده از کل پهنای باند پخش می کند و در انتهای دیگر ONT با استفاده از اطلاعات موجود در قاب های اترنت ، شهرت را دریافت می کند. جریان بالادست از ONT به OLT از ارتباطات تک کانال استفاده می کند ، به این معنی که یک کانال توسط چندین ONT استفاده می شود و این به معنای برخورد داده است.

برای جلوگیری از این مشکل ، به طرح تخصیص پهنای باند مؤثر نیاز است ، که می تواند منابع را به همان اندازه با اطمینان از QoS ، منابع را به ONT ها اختصاص دهد ، این طرح به الگوریتم Dynamic Bandwidth Allocation (DBA) معروف است. DBA از پیامهای گزارش و دروازه استفاده می کند تا برنامه انتقال را به ONT ها منتقل کند.

ویژگی های DBA

ویژگی مهم EPON ارائه خدمات مختلف با بهینه QoS و تخصیص مؤثر از پهنای باند با استفاده از تخصیص DBA مختلف برای پاسخگویی به تقاضای برنامه های فعلی و آینده است.

در حال حاضر ، دو نوع الگوریتم DBA مختلف برای EPON وجود دارد -

• مورد اول برای جبران نوسانات ترافیکی است.

• مورد دوم تهیه QoS برای انواع مختلف ترافیک است.

ویژگی های دیگر جلوگیری از برخورد فریم ، مدیریت ترافیک زمان واقعی از طریق QoS و مدیریت پهنای باند برای هر مشترک به همراه کاهش تاخیر در ترافیک با اولویت پایین است.

قالب EPON

عملیات EPON مبتنی بر اترنت MAC است و فریم های EPON بر اساس فریم های GbE است ، اما برنامه های افزودنی لازم است -

• بند 64 - PDU های پروتکل کنترل چند نقطه ای. این پروتکل کنترلی است که منطق لازم را اجرا می کند.

• بند 65 - تقلید نقطه به نقطه (آشتی). این امر باعث می شود که EPON به عنوان یک لینک نقطه به نقطه به نظر برسد و MAC های EPON محدودیت های خاصی دارند.

• به جای CSMA / CD ، در صورت اعطای آنها ارسال می کنند.

• زمان از طریق پشته MAC باید ثابت باشد (مدت زمان 16 بیتی).

• زمان محلی دقیق باید حفظ شود.

هدر EPON

اترنت استاندارد با یک مقدمه 8B اساساً بدون محتوای شروع می شود -

• 7B از متناوب و صفر 10101010

• 1B SFD 10101011

به منظور مخفی کردن عنوان PON جدید ، EPON برخی از بایت های مقدمه را رونویسی می کند.

قسمت LLID شامل فاکتورهای زیر است -

حالت (1b) -

• همیشه 0 برای ONU

• 0 برای OLT unicast ، 1 برای multicast / پخش OLT

شناسه لینک منطقی واقعی (15b) -

• ONU های ثبت شده را شناسایی می کند

• 7FFF برای پخش

CRC از طریق LLID (بایت 7) از SLD (بایت 3) محافظت می کند.

امنیت

ترافیک پایین دست به کلیه ONU ها پخش می شود ، بنابراین برای یک کاربر مخرب می توان برنامه ریزی مجدد ONU و گرفتن قاب های مورد نظر را برای یک کاربر مشکلی آسان کرد.

ترافیک بالادست در معرض ONU های دیگر قرار نمی گیرد ، بنابراین رمزگذاری لازم نیست. فیبرهای گیر را در نظر نگیرید زیرا EPON هیچ روش استاندارد رمزگذاری را ارائه نمی دهد ، اما -

• می تواند با IPsec یا MACsec و

• بسیاری از فروشندگان مکانیزم های اختصاصی مبتنی بر AES را اضافه کرده اند.

BPON از مکانیسمی به نام churning استفاده کرد - Churning یک راه حل سخت افزاری کم هزینه (کلید 24b) با چندین نقص امنیتی ، مانند -

• موتور خطی بود - حمله متنی ساده.

• کلید 24b در 512 تلاش مشتق شد.

بنابراین ، G.983.3 پشتیبانی AES را اضافه کرد ، که اکنون در GPON استفاده می شود.

QoS - EPON

بسیاری از برنامه های PON به QoS بالایی نیاز دارند (به عنوان مثال IPTV) و EPON از QoS به لایه های بالاتر مانند -

• برچسب های VLAN.

• بیت P یا DiffServ DSCP.

علاوه بر اینها ، تفاوت اساسی بین LLID و Port-ID وجود دارد -

• در هر ONU همیشه 1 LLID وجود دارد.

• در هر درگاه ورودی 1 پورت شناسایی وجود دارد - ممکن است در هر ONU تعداد زیادی وجود داشته باشد.

• این کار QoS مبتنی بر پورت را در لایه PON ساده می کند.

EPON vs GPON

جدول زیر ویژگی های مقایسه ای EPON و GPON را نشان می دهد -

تصویر زیر ساختارهای مختلف EPON و GPON را نشان می دهد -