FTTH - EPON

Itu Ethernet Passive Optical Network(EPON) adalah PON mengenkapsulasi data dengan Ethernet dan dapat menawarkan kapasitas 1 Gbps hingga 10 Gbps. EPON mengikuti arsitektur asli PON. Di sini, DTE terhubung ke batang pohon dan disebut sebagaiOptical Line Terminal (OLT) seperti yang diperlihatkan dalam ilustrasi berikut.

Biasanya terletak di penyedia layanan, dan cabang DTE yang terhubung dari pohon dipanggil Optical Network Unit(ONU), terletak di lokasi pelanggan. Sinyal dari OLT melewati splitter pasif untuk mencapai ONU dan sebaliknya.

Ethernet di Mil Pertama

Proses standardisasi dimulai ketika kelompok studi baru menelepon Ethernet in the First Mile(EFM) didirikan pada November 2000, dengan tujuan utama mempelajari serat Ethernet point-to-multipoint (P2MP) dengan tembaga Ethernet. Ethernet melalui serat point-to-point (P2P) dan melalui mekanisme operasi jaringan, Administrasi dan Pemeliharaan (OAM) untuk memfasilitasi operasi jaringan dan pemecahan masalah. Kelompok kerja EFM mengakhiri proses normalisasi dengan ratifikasiIEEE Std 802.3ah pada bulan Juni 2004.

Produk oleh EFM (Ethernet dalam mil pertama). Teknologi PON berbasis Ethernet. Ini didasarkan pada standar Mayor - IEEE 802.3ah. Berdasarkan Multi-Point Control Protocol (MPCP), yang didefinisikan sebagai fungsi dalam sub-lapisan kontrol MAC, untuk mengontrol akses ke topologi P2MP.

Dasar dari protokol EPON / MPCP terletak pada sub-lapisan emulasi point-to-point (P2P). Laju transmisinya → simetris 1,25G; jarak: 10KM / 20KM; rasio splitter ：> 1:32. EFM menunjukkan banyak keuntungan EPON berdasarkan Ethernet sebagai teknologi inti, termasuk kematangan protokol, teknologi sederhana, fleksibilitas ekstensi, dan orientasi pengguna.

Sistem EPON tidak memilih perangkat keras ATM dan peralatan SONET yang mahal, sehingga kompatibel dengan jaringan Ethernet yang ada. Ini menyederhanakan struktur sistem, mengurangi biaya, dan membuat dirinya fleksibel untuk ditingkatkan. Penjual peralatan fokus pada pengoptimalan fungsi dan kepraktisan.

Sistem ATM BPON

Sistem berbasis ATM BPON telah terbukti sangat tidak efisien, karena sebagian besar lalu lintas di seluruh jaringan akses terdiri dari Bingkai IP besar dan ukuran variabel. Ini telah menciptakan peluang untuk pengembangan EPON berbasis Ethernet murni,GigE password enjoying QoS, dan integrasi hemat biaya dengan peralatan Ethernet lain yang muncul. Ethernet telah terbukti dari waktu ke waktu menjadi pengangkut yang ideal untuk lalu lintas IP.

Oleh karena itu, standar IEEE 802.3ah 802.3 menginstruksikan kelompok kerja "Ethernet in the First Mile" dengan pengembangan standar untuk jaringan akses point-to-point dan point-to-multipoint, yang terakhir menunjukkan Ethernet PON. EPON saat ini merupakan bagian dari standar Ethernet.

Pengembangan Passive Optical Network (GPON) yaitu standar yang dilengkapi Gigabit (seri G.984) benar-benar telah dimulai setelah usulan FSAN members (Quantum Bridge, Al)untuk solusi ATM / Ethernet PON. Gbps, yang tidak tergantung pada protokol, tidak terlalu populer dalam kelompok kerja IEEE 802.3ah. FSAN telah memutuskan untuk menerapkan ini sebagai standar persaingan yang berbeda dengan ITU.

EPON dan GPON sangat menarik dari G.983, standar BPON, dalam hal konsep umum yang bekerja dengan baik (mengoperasikan PON Optical Distribution Network(ODN), rencana dan aplikasi panjang gelombang). Keduanya menawarkan versi peningkatan mereka sendiri untuk mengakomodasi ukuran frame IP / Ethernet yang lebih baik dengan kecepatan variabel Gbps.

Standar Ethernet IEEE 802.3ah menentukan jaringan akses dan juga dikenal sebagai Ethernet di First Mile juga. Bagian lima dari IEEE802.3ah membentuk IEEE Std 802.3 yang sesuai dengan definisi layanan dan elemen protokol. Hal ini memungkinkan pertukaran frame format IEEE 802.3 antara stasiun dalam jaringan akses pelanggan.

Konsep EPON

EFM telah memperkenalkan konsep EPON di mana topologi jaringan point-to-multipoint (P2MP) diimplementasikan dengan pemisah optik pasif. Namun, serat point-to-point Ethernet menawarkan bandwidth tertinggi dengan biaya yang wajar. Serat Ethernet Point-to-multipoint menyediakan bandwidth yang relatif tinggi dengan biaya lebih rendah. Tujuan dari IEEE Std 802.3ah adalah untuk memperluas aplikasi Ethernet untuk memasukkan jaringan pelanggan akses untuk memberikan peningkatan kinerja yang signifikan sambil meminimalkan biaya peralatan untuk operasi dan pemeliharaan.

Kesimpulan dari standar EFM IEEE 802.3ah secara signifikan memperluas jangkauan dan jangkauan transportasi Ethernet untuk digunakan dalam jaringan akses dan metro. Standar ini memungkinkan penyedia layanan berbagai solusi yang fleksibel dan hemat biaya untuk penyediaan layanan Ethernet broadband di akses dan jaringan metro.

EFM mencakup sekumpulan teknologi yang berbeda dalam jenis media dan kecepatan pensinyalan - ini dirancang untuk digunakan dalam jaringan jenis atau beberapa media FSM serta berinteraksi dengan campuran 10/100/1000/10000 Mb / s jaringan Ethernet. Semua topologi jaringan yang ditentukan dalam IEEE 802.3 dapat digunakan di lokasi pelanggan dan kemudian dihubungkan ke jaringan akses pelanggan Ethernet. Teknologi EFM memungkinkan berbagai jenis topologi untuk mencapai fleksibilitas maksimum.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah mencakup spesifikasi untuk jaringan akses Ethernet pelanggan dan IEEE Std 802.3ah EPON mendukung kecepatan nominal sekitar 1 Gb / s (dapat diperluas hingga 10 Gb / s) untuk setiap saluran. Ini ditentukan oleh dua panjang gelombang: adownstream wavelength dan satu untuk dibagikan upstream arah antara perangkat pengguna.

EFM mendukung tautan dupleks penuh, sehingga Kontrol Akses Media (MAC) dupleks penuh yang disederhanakan dapat ditentukan. Arsitektur Ethernet membagi lapisan fisik dalam aPhysical Medium Dependent (PMD), Physical Medium Attachment (PMA), dan Physical Coding Sublayer (PCS).

EPON mengimplementasikan topologi jaringan P2MP dengan ekstensi yang sesuai ke lapisan bawah dan kontrol MAC sublayer rekonsiliasi, dan serat optik di bawah lapisan physical medium dependent (PMD) untuk mendukung topologi ini.

Lapisan fisik

Untuk topologi P2MP, EFM memperkenalkan keluarga sistem pensinyalan untuk lapisan fisik yang diturunkan dari 1000BASE-X. Namun, ini termasuk ekstensi RS, PCS, dan PMA, dengan opsionalforward error correction(FEC) kapasitas. 1000BASE-X PCS dan sublapisan PMA memetakan karakteristik antarmuka. Sublapisan PMD (termasuk MDI) layanan yang diharapkan oleh rekonsiliasi lapisan bawah. 1000BASE-X dapat diperpanjang untuk mendukung media dupleks penuh lainnya - hanya memerlukan lingkungan yang konsisten dengan tingkat PMD.

Medium Load Interface (MDI)

Ini adalah antarmuka antara PMD dan media fisik. Ini menggambarkan sinyal, media fisik, dan antarmuka mekanis dan listrik.

Fisik Medium Dependent (PMD)

PMD bertanggung jawab atas antarmuka ke media transmisi. PMD menghasilkan sinyal listrik atau optik tergantung pada sifat media fisik yang terhubung. Koneksi 1000BASE-X melalui PON ke setidaknya 10 kilometer dan 20 kilometer (lapisan bawah 1000BASE-PX10 dan 1000BASE-PX20 PMD) menyediakan P2MP.

Dalam PON Ethernet, sufiks D dan U menunjukkan PMD di setiap ujung tautan, yang mentransmisikan ke arah ini dan menerima dalam arah yang berlawanan, yaitu, PMD hilir tunggal diidentifikasi sebagai 1000BASE-PX10-D dan upstream 1000BASE-PX10 U PMD. Serat yang sama digunakan secara bersamaan di kedua arah.

PMD 1000BASE-PX-U atau 1000BASE-PX-D PMD tersambung ke PMA 1000BASE-X yang sesuai dan untuk mendukung melalui MDI. PMD secara opsional digabungkan dengan fitur manajemen yang dapat diakses melalui antarmuka manajemen. Untuk memungkinkan kemungkinan peningkatan dalam kasus 10 km atau 20 km Pons, 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD dan PMDU keduanya dapat dioperasikan satu sama lain.

Lampiran Medium Fisik (PMA)

PMA mencakup fungsi transmisi, penerimaan, pemulihan jam, dan penyelarasan. PMA menyediakan jalan tengah independen untuk PCS untuk mendukung penggunaan rangkaian media fisik yang berorientasi bit. Sublayer dari pengkodean fisik (PCS) terdiri dari fungsi bit kodifikasi. Antarmuka PCS adalahGigabit media independent interface (GMII), yang menyediakan antarmuka seragam ke sub-lapisan Rekonsiliasi untuk semua implementasi PHY 1000 Mb / dtk.

Antarmuka Independen Media Gigabit (GMII)

Antarmuka GMII mengacu pada antarmuka antara Gigabit MAC layer dan physical layer. Ini memungkinkan beberapa DTE dicampur dengan berbagai implementasi dari gigabit kecepatanphysical layer. Antarmuka Layanan PCS memungkinkan 1000BASE-X PCS untuk mentransfer informasi ke dan dari pelanggan PCS. Pelanggan PCS termasuk MAC (melalui lapisan bawah rekonsiliasi) dan repeater. Antarmuka PCS didefinisikan secara tepat sebagai Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Itu Reconciliation sublayer(RS) memastikan kecocokan sinyal GMII yang menentukan media kontrol akses layanan. GMII dan RS digunakan untuk menyediakan media independen sehingga pengontrol akses media identik dapat digunakan dengan semua jenis tembaga dan optik PHY.

Lapisan Data Link (Kontrol MAC Multipoint)

Protokol kontrol MAC ditentukan untuk mendukung dan fungsi baru untuk diimplementasikan dan ditambahkan ke standar pada saat yang bersamaan. Ini adalah kasus protokol kontrol multi-point (MPCP). Protokol manajemen P2MP adalah salah satu fungsi yang ditentukan oleh Multi-Point Control Protocol.

Fungsionalitas kontrol MAC multipoint diimplementasikan untuk mengakses perangkat pelanggan yang berisi perangkat lapisan fisik point to multipoint. Biasanya, yurisdiksi emulasi MAC menyediakan layanan titik-ke-titik antara OLT dan ONU, tetapi instans tambahan sekarang disertakan dengan tujuan komunikasi untuk semua ONU pada satu waktu.

MPCP (Multi-Point Control Protocol)

MPCP sangat fleksibel, mudah diimplementasikan. MPCP menggunakan lima jenis pesan (setiap pesan adalah bingkai Kontrol MAC) dan ONU / ONT melaporkan beberapa batas paket, OLT memberikan batas paket - tanpa overhead delineasi.

MPCP menunjukkan sistem antara OLT dan ONU yang terkait dengan bagian PON Point-to-Multi-Point (P2MP) untuk memungkinkan transmisi informasi yang produktif dalam heading UPSTREAM.

MPCP melakukan fungsi-fungsi berikut -

• MPCP mengontrol proses Penemuan Otomatis.
• Penetapan slot waktu / bandwidth ke ONT.
• Referensi Waktu disediakan untuk menyinkronkan ONT.

MPCP telah memperkenalkan lima pesan kontrol MAC baru -

• Gerbang, Laporan
• REQ terdaftar
• Register
• ACK terdaftar
• Penemuan Otomatis

Ringkasan Urutan Penemuan Pesan

Ilustrasi berikut menggambarkan Ringkasan Urutan Penemuan Pesan.

DBA EPON

Di EPON, komunikasi antara OLT dan ONY dianggap sebagai downstream, OLT menyiarkan data downstream ke ONT menggunakan seluruh bandwidth dan ONT menerima ketenaran menggunakan informasi yang tersedia di Ethernet Frames. Hulu dari ONT ke OLT menggunakan komunikasi saluran tunggal, artinya satu saluran akan digunakan oleh beberapa ONT, yang berarti tabrakan data.

Untuk menghindari masalah ini, diperlukan skema alokasi bandwidth yang efektif, yang dapat menetapkan sumber daya secara setara ke ONT sekaligus memastikan QoS, skema ini dikenal sebagai Dynamic Bandwidth Allocation(DBA). DBA menggunakan laporan dan pesan gerbang untuk membangun jadwal transmisi untuk disampaikan ke ONT.

Karakteristik DBA

Fitur penting EPON adalah menyediakan layanan yang berbeda dengan QoS optimal dan alokasi bandwidth yang efektif menggunakan alokasi DBA yang berbeda untuk memenuhi permintaan aplikasi saat ini dan masa depan.

Saat ini, berikut adalah dua jenis algoritma DBA yang tersedia untuk EPON -

• Yang pertama adalah untuk mengakomodasi fluktuasi lalu lintas.
• Yang kedua adalah menyediakan QoS untuk berbagai jenis lalu lintas.

Ciri-ciri lainnya adalah menghindari Frame Collision, Managemen Trafik Real Time melalui QoS dan Management Bandwidth untuk setiap Subscriber beserta Penurunan Delay pada Trafik Prioritas Rendah.

Format Bingkai EPON

Operasi EPON didasarkan pada Ethernet MAC dan bingkai EPON didasarkan pada bingkai GbE, tetapi ekstensi diperlukan -

• Clause 64 - Multi-Psalep Control Protocol PDU. Ini adalah protokol kontrol yang menerapkan logika yang diperlukan.

• Clause 65- Emulasi point-to-point (rekonsiliasi). Ini membuat EPON terlihat seperti tautan titik-ke-titik dan EPON MAC memiliki beberapa batasan khusus.

• Alih-alih CSMA / CD, mereka mengirimkan jika diberikan.

• Waktu melalui tumpukan MAC harus konstan (durasi ± 16-bit).

• Waktu lokal yang akurat harus dipertahankan.

Judul EPON

Ethernet standar dimulai dengan pembukaan 8B yang pada dasarnya bebas konten -

• 7B dari satu dan nol bolak 10101010
• 1B dari SFD 10101011

Untuk menyembunyikan header PON baru, EPON menimpa beberapa byte pembukaan.

LLID field mengandung faktor-faktor berikut -

MODE (1b) −

• Selalu 0 untuk ONU
• 0 untuk OLT unicast, 1 untuk OLT multicast / broadcast

Actual Logical Link ID (15b) −

• Mengidentifikasi ONU terdaftar
• 7FFF untuk disiarkan

CRC melindungi dari SLD (byte 3) melalui LLID (byte 7).

Keamanan

Downstream traffic disiarkan ke semua ONU, sehingga menjadi mudah bagi pengguna yang berniat jahat untuk memprogram ulang ONU dan menangkap bingkai yang diinginkan.

Upstream trafficbelum terekspos ke ONU lain, jadi enkripsi tidak diperlukan. Jangan pertimbangkan penyadap serat karena EPON tidak menyediakan metode enkripsi standar apa pun, tetapi -

• Dapat melengkapi dengan IPsec atau MACsec dan
• Banyak vendor telah menambahkan mekanisme berbasis AES.

BPON menggunakan mekanisme yang disebut churning - Pengadukan adalah solusi perangkat keras berbiaya rendah (kunci 24b) dengan beberapa kelemahan keamanan, seperti -

• Mesin linier - serangan teks yang diketahui sederhana.
• Kunci 24b ternyata dapat diturunkan dalam 512 percobaan.

Oleh karena itu, G.983.3 menambahkan dukungan AES, yang sekarang digunakan di GPON.

QoS - EPON

Banyak aplikasi PON membutuhkan QoS tinggi (misalnya IPTV) dan EPON meninggalkan QoS ke lapisan yang lebih tinggi seperti -

• Tag VLAN.
• Bit P atau DiffServ DSCP.

Selain itu, ada perbedaan penting antara LLID dan Port-ID -

• Selalu ada 1 LLID per ONU.
• Ada 1 Port-ID per porta masukan - mungkin ada banyak per ONU.
• Hal ini membuat QoS berbasis port mudah diimplementasikan pada lapisan PON.

EPON vs GPON

Tabel berikut menggambarkan fitur komparatif EPON dan GPON -

	GPON (ITU-T G.984)	EPON (IEEE 802.3ah)
Downlink/Uplink	2.5G / 1.25G	1,25G / 1,25G
Optical Link Budget	Kelas B +: 28dB; Kelas C: 30dB	PX20: 24dB
Split ratio	1:64 -> 1: 128	1:32
Actual downlink bandwidth	2200 ~ 2300Mbps 92%	980Mbps 72%
Actual Uplink bandwidth	1110Mbps	950Mbps
OAM	Fungsi OMCI lengkap + PLOAM + embed OAM	Fungsi OAM yang fleksibel dan sederhana
TDM service & synchronized clock function	TDM Asli, CESoP	CESoP
Upgradeability	10G	2.5G / 10G
QoS	Jadwal DBA berisi T-CONT, PORTID; perbaiki bandwidth / jaminan bandwidth / bandwidth bukan jaminan / bandwidth upaya terbaik	Mendukung DBA, QoS didukung oleh LLID dan VLAN
Cost	10% ~ 20% biaya lebih tinggi dari EPON saat ini, dan harga yang hampir sama dalam volume besar	-

Gambar berikut menunjukkan struktur EPON dan GPON yang berbeda -