FTTH-EPON

FTTH-EPON

EPON (Ethernet Passive Optical Network)은 이더넷으로 PON 캡슐화 데이터이며 1Gbps ~ 10Gbps 용량을 제공 할 수 있습니다. EPON은 PON의 원래 아키텍처를 따릅니다. 여기서 DTE는 트리의 트렁크에 연결되어 다음 그림과 같이 OLT (광선 터미널)라고합니다.

일반적으로 서비스 제공 업체에 있으며 연결된 트리의 DTE 분기를 가입자의 구내에 위치한 ONU (Optical Network Unit)라고합니다. OLT의 신호는 수동 스플리터를 통과하여 ONU를 달성하고 그 반대도 마찬가지입니다.

퍼스트 마일의 이더넷

표준화 과정은 2000 년 11 월에 EFM (Ethernet Miles in Ethernet)이라는 새로운 연구 그룹이 설립되면서 시작되었으며, 이더넷 구리를 사용한 이더넷 P2MP (P2P) 광섬유 연구를 주요 목표로합니다. 이더넷 P2P (Point-to-Point) 파이버 및 네트워크 작동 메커니즘, OAM (관리 및 유지 관리)을 통한 이더넷으로 네트워크 작동 및 문제 해결이 용이합니다. EFM 실무 그룹은 2004 년 6 월 IEEE Std 802.3ah의 비준으로 정규화 과정을 종료합니다.

EFM (1 마일의 이더넷)의 제품. 이더넷 기반의 PON 기술. 주요 표준 인 IEEE 802.3ah를 기반으로합니다. MAC 제어 하위 계층 내에서 함수로 정의 된 MPCP (Multi-Point Control Protocol)를 기반으로 P2MP 토폴로지에 대한 액세스를 제어합니다.

EPON / MPCP 프로토콜의 기본은 P2P (Point-to-Point) 에뮬레이션 하위 계층에 있습니다. 전송 속도는 → 대칭 1.25G입니다. 거리 ： 10KM / 20KM; 스플리터 비율 :> 1:32 EFM은 프로토콜 성숙도, 간단한 기술, 확장 유연성 및 사용자 중심을 포함하여 이더넷 기반의 EPON의 많은 장점을 핵심 기술로 지적합니다.

EPON 시스템은 고가의 ATM 하드웨어 및 SONET 장비를 선택하지 않으므로 기존 이더넷 네트워크와 호환됩니다. 시스템 구조를 단순화하고 비용을 줄이며 업그레이드가 유연합니다. 장비 벤더는 기능과 실용성을 최적화하는 데 중점을 둡니다.

BPON ATM 시스템

BPON ATM 기반 시스템은 액세스 네트워크를 통한 대부분의 트래픽이 큰 IP 프레임과 가변 크기로 구성되어있어 매우 비효율적 인 것으로 입증되었습니다. 순수 이더넷 기반 EPON, QoS를 즐기는 GigE 암호 개발 및 다른 신흥 이더넷 장비와 비용 효율적으로 통합 할 수있는 기회를 창출했습니다. 이더넷은 시간이 지남에 따라 IP 트래픽을위한 이상적인 전송기로 입증되었습니다.

따라서, IEEE 802.3ah 표준 802.3은 "First Mile in Ethernet"실무 그룹에게 Point-to-Point 및 Point-to-Multipoint 액세스 네트워크 표준 개발과 함께 이더넷 PON을 나타냅니다. EPON은 현재 이더넷 표준의 일부입니다.

GPON (Passive Optical Network), 즉 기가비트 장착 표준 (G.984 시리즈)의 개발은 ATM / Ethernet PON 솔루션에 대한 FSAN 멤버 (Quantum Bridge, Al)의 제안 이후 실제로 시작되었습니다. 프로토콜과 독립적 인 Gbps는 IEEE 802.3ah 워킹 그룹 내에서 크게 인기가 없었습니다. FSAN은이를 ITU와 다른 경쟁 표준으로 삼기로 결정했습니다.

EPON과 GPON은 BPON의 표준 인 G.983에서 잘 작동하는 일반적인 개념 (ODN, 파장 계획 및 애플리케이션 운영)에 크게 의존합니다. 둘 다 가변 속도 Gbps로 더 나은 크기의 IP / 이더넷 프레임을 수용 할 수 있도록 자체 버전의 향상 기능을 제공합니다.

IEEE 802.3ah 이더넷 표준 지정 액세스 네트워크 및 First Mile에서는 이더넷이라고도합니다. IEEE802.3ah의 섹션 5는 서비스 및 프로토콜 요소의 정의에 해당하는 IEEE Std 802.3을 구성합니다. 가입자 액세스 네트워크의 스테이션간에 IEEE 802.3 형식 프레임을 교환 할 수 있습니다.

EPON의 개념

EFM은 P2MP (point-to-multipoint) 네트워크 토폴로지가 수동 광 스플리터로 구현되는 EPON 개념을 도입했습니다. 그러나 이더넷 지점 간 파이버는 합리적인 비용으로 최고 대역폭을 제공합니다. 이더넷 Point-to-Multipoint 파이버는 저렴한 비용으로 비교적 높은 대역폭을 제공합니다. IEEE Std 802.3ah의 목적은 장비의 운영 및 유지 보수 비용을 최소화하면서 성능을 크게 향상시키기 위해 액세스 가입자 네트워크를 포함하도록 이더넷의 응용 프로그램을 확장하는 것이 었습니다.

IEEE 802.3ah EFM 표준의 결론은 액세스 및 메트로 네트워크에서 사용하기 위해 이더넷 전송의 범위와 범위를 크게 확장합니다. 이 표준을 통해 서비스 제공 업체는 액세스 및 메트로 네트워크에서 광대역 이더넷 서비스를 제공하기위한 유연하고 비용 효율적인 다양한 솔루션을 제공합니다.

EFM은 미디어 유형과 신호 속도가 다른 기술 제품군을 다룹니다. 유형 또는 여러 FSM 미디어의 네트워크에 배치되고 혼합 된 10/100/1000/10000 Mb와 상호 작용하도록 설계되었습니다 / s 이더넷 네트워크. IEEE 802.3에 정의 된 모든 네트워크 토폴로지는 가입자의 구내에서 사용될 수 있으며 이더넷 가입자 액세스 네트워크에 연결될 수 있습니다. EFM 기술은 다양한 유형의 토폴로지가 최대의 유연성을 달성 할 수 있도록합니다.

IEEE 표준 802.3ah

IEEE Std 802.3ah에는 가입자의 이더넷 액세스 네트워크에 대한 사양이 포함되어 있으며 IEEE Std 802.3ah EPON은 각 채널에 대해 약 1Gb / s (10Gb / s로 확장)의 공칭 속도를 지원합니다. 이들은 두 개의 파장, 즉 다운 스트림 파장과 사용자 장치 사이의 공유 된 업스트림 방향을위한 파장으로 정의됩니다.

EFM은 전이중 링크를 지원하므로 전이중 단순화 MAC (Media Access Control)을 정의 할 수 있습니다. 이더넷 아키텍처는 물리적 계층을 PMD (Physical Medium Dependent), PMA (Physical Medium Attachment) 및 PCS (Physical Coding Sublayer)로 나눕니다.

EPON은 언더 코트 및 조정 서브 레이어 MAC 제어에 대한 적절한 확장과이 토폴로지를 지원하기 위해 PMD (Physical Medium Dependent) 레이어 아래의 광섬유로 P2MP 네트워크 토폴로지를 구현합니다.

물리 계층

P2MP 토폴로지의 경우 EFM은 1000BASE-X에서 파생 된 물리 계층을위한 신호 시스템 제품군을 도입했습니다. 그러나 옵션 인 FEC (Forward Error Correction) 용량과 함께 RS, PCS 및 PMA의 확장이 포함됩니다. 1000BASE-X PCS 및 PMA 하위 계층은 인터페이스의 특성을 매핑합니다. PMD 하위 계층 (MDI 포함)은 언더 코트 조정에서 예상되는 서비스입니다. 1000BASE-X는 다른 전이중 매체를 지원하도록 확장 할 수 있습니다. 환경이 PMD 수준과 일치해야합니다.

중간 부하 인터페이스 (MDI)

PMD와 실제 미디어 사이의 인터페이스입니다. 신호, 물리적 매체 및 기계 및 전기 인터페이스에 대해 설명합니다.

물리적 매체 의존성 (PMD)

PMD는 전송 매체와의 인터페이스를 담당합니다. PMD는 연결된 물리적 매체의 특성에 따라 전기 또는 광학 신호를 생성합니다. PON을 통한 최소 10 킬로미터 및 20 킬로미터 (1000BASE-PX10 및 1000BASE-PX20 PMD 언더 코트)로 1000BASE-X 연결은 P2MP를 제공합니다.

PON 이더넷에서 D 및 U 접미사는 링크의 각 끝에서 PMD를 나타내며,이 방향으로 전송하고 반대 방향으로 수신합니다. 즉, 단일 다운 스트림 PMD는 1000BASE-PX10-D 및 업스트림 1000BASE-PX10 U로 식별됩니다. PMD. 동일한 섬유가 양방향으로 동시에 사용됩니다.

1000BASE-PX-U PMD 또는 1000BASE-PX-D PMD는 해당 PMA 1000BASE-X에 연결되어 MDI를 통해 지원됩니다. PMD는 선택적으로 관리 인터페이스를 통해 액세스 할 수있는 관리 기능과 결합됩니다. 10km 또는 20km Pons의 경우 업그레이드 가능성을 허용하기 위해 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD와 PMDU는 서로 상호 운용 가능합니다.

물리적 매체 부착 (PMA)

PMA에는 전송, 수신, 클럭 복구 및 정렬 기능이 포함됩니다. PMA는 PCS가 다양한 비트 지향 물리 미디어 시리즈의 사용을 지원할 수 있도록 독립적 인 중간 방법을 제공합니다. 물리 코딩의 서브 계층 (PCS)은 코드화 비트 함수를 포함한다. PCS 인터페이스는 기가비트 미디어 독립 인터페이스 (GMII)이며 1000Mb / s PHY의 모든 구현에 대해 조정 하위 계층에 균일 한 인터페이스를 제공합니다.

기가비트 미디어 독립 인터페이스 (GMII)

GMII 인터페이스는 기가비트 MAC 계층과 물리 계층 사이의 인터페이스를 말합니다. 또한 속도 기가비트 물리 계층의 다양한 구현과 여러 DTE를 혼합 할 수 있습니다. PCS 서비스 인터페이스를 통해 1000BASE-X PCS는 PCS 고객과 정보를주고받을 수 있습니다. PCS 고객은 MAC (조정의 언더 코트를 통한) 및 리피터를 포함합니다. PCS 인터페이스는 기가비트 미디어 독립 인터페이스 (GMII)로 정확하게 정의됩니다.

조정 서브 계층 (RS)은 서비스 액세스 제어 매체를 정의하는 GMII 신호의 매칭을 보장한다. GMII 및 RS는 독립 미디어를 제공하는 데 사용되므로 액세스 컨트롤러에 동일한 미디어를 모든 유형의 구리 및 광학 PHY와 함께 사용할 수 있습니다.

데이터 링크 계층 (다 지점 MAC 제어)

MAC 제어 프로토콜은 동시에 구현되고 표준에 추가 될 새로운 기능을 지원하도록 지정되었습니다. MPCP (Multi-point Control Protocol)의 경우입니다. P2MP에 대한 관리 프로토콜은 Multi-Point Control Protocol에 의해 정의 된 기능 중 하나입니다.

다 지점 MAC 제어 기능은 물리 계층 장치를 포함하는 가입자의 장치를 다 지점에 액세스하도록 구현된다. 일반적으로 MAC 에뮬레이션 관할 구역에서는 OLT와 ONU간에 지점 간 서비스를 제공하지만 이제는 한 번에 모든 ONU의 통신 목표에 추가 인스턴스가 포함됩니다.

MPCP (다 지점 제어 프로토콜)

MPCP는 매우 유연하고 구현하기 쉽습니다. MPCP는 5 가지 유형의 메시지 (각 메시지는 MAC 제어 프레임 임)를 사용하며 ONU / ONT는 여러 패킷 경계를보고합니다. OLT는 패킷 경계를 부여합니다.

MPCP는 P2MP (Point-to-Multi-Point) PON 부분과 관련된 OLT와 ONU 사이의 시스템을 나타내어 UPSTREAM 표제에서 정보의 생산적인 전송을 허용합니다.

MPCP는 다음 기능을 수행합니다-

• MPCP는 자동 검색 프로세스를 제어합니다.

• ONT에 타임 슬롯 / 대역폭 할당.

• ONT를 동기화하기 위해 타이밍 참조가 제공되었습니다.

MPCP는 다섯 개의 새로운 MAC 제어 메시지를 도입했습니다-

• 게이트, 보고서

• 등록 된 REQ

• 레지스터

• ACK 등록

• 자동 검색

메시지 검색 순서 요약

다음 그림은 메시지 발견 순서 요약을 보여줍니다.

DBA EPON

EPON에서 OLT와 ONY 간의 통신은 전체 대역폭을 사용하여 ONT를 향한 다운 스트림 OLT 브로드 캐스트 다운 스트림 데이터로 간주되며 ONT는 이더넷 프레임에서 사용 가능한 정보를 사용하여 명성을 수신합니다. ONT에서 OLT 로의 업스트림은 단일 채널 통신을 사용하고 있습니다. 즉, 하나의 채널이 여러 ONT에서 사용되므로 데이터 충돌이 발생합니다.

이 문제를 피하기 위해서는 QoS를 보장하는 동시에 ONT에 리소스를 동일하게 할당 할 수있는 효과적인 대역폭 할당 체계가 필요합니다.이 체계를 동적 대역폭 할당 (DBA) 알고리즘이라고합니다. DBA는 보고서 및 게이트 메시지를 사용하여 ONT에 전달할 전송 스케줄을 빌드합니다.

DBA 특성

EPON의 중요한 기능은 현재와 미래의 애플리케이션 요구를 충족시키기 위해 서로 다른 DBA 할당을 사용하여 최적의 QoS와 효과적인 대역폭 할당을 통해 서로 다른 서비스를 제공하는 것입니다.

현재 EPON에 사용 가능한 두 가지 유형의 DBA 알고리즘은 다음과 같습니다.

• 첫 번째는 교통 변동을 수용하기위한 것입니다.

• 두 번째는 다른 유형의 트래픽에 QoS를 제공하는 것입니다.

다른 특성은 낮은 우선 순위 트래픽에 대한 지연 지연과 함께 각 가입자의 프레임 충돌, QoS를 통한 실시간 트래픽 관리 및 대역폭 관리를 피하는 것입니다.

EPON 프레임 형식

EPON 작동은 이더넷 MAC을 기반으로하고 EPON 프레임은 GbE 프레임을 기반으로하지만 확장이 필요합니다-

• 조항 64-다 지점 제어 프로토콜 PDU. 필수 논리를 구현하는 제어 프로토콜입니다.

• 조항 65-포인트-투-포인트 에뮬레이션 (조정). 이를 통해 EPON은 지점 간 링크처럼 보이고 EPON MAC에는 몇 가지 특별한 제약이 있습니다.

• CSMA / CD 대신 부여되면 전송합니다.

• MAC 스택을 통한 시간은 일정해야합니다 (± 16 비트 지속 시간).

• 정확한 현지 시간을 유지해야합니다.

EPON 헤더

표준 이더넷은 본질적으로 컨텐츠가없는 8B 프리앰블로 시작합니다-

• 1과 0을 번갈아 가며 7B 10101010

• SFD 10101011의 1B

새로운 PON 헤더를 숨기기 위해 EPON은 일부 프리앰블 바이트를 덮어 씁니다.

LLID 필드는 다음과 같은 요소를 포함-

모드 (1b) −

• ONU의 경우 항상 0

• OLT 유니 캐스트의 경우 0, OLT 멀티 캐스트 / 브로드 캐스트의 경우 1

실제 논리 링크 ID (15b)-

• 등록 된 ONU를 식별합니다

• 방송용 7FFF

CRC는 LLID (바이트 7)를 통해 SLD (바이트 3)로부터 보호합니다.

보안

다운 스트림 트래픽은 모든 ONU로 브로드 캐스트되므로 악의적 인 사용자가 ONU를 쉽게 다시 프로그래밍하고 원하는 프레임을 캡처 할 수 있습니다.

업스트림 트래픽이 다른 ONU에 노출되지 않았으므로 암호화가 필요하지 않습니다. EPON은 표준 암호화 방법을 제공하지 않으므로 섬유 테이퍼를 고려하지 마십시오.

• IPsec 또는 MACsec을 보완 할 수 있으며

• 많은 공급 업체가 독점적 인 AES 기반 메커니즘을 추가했습니다.

BPON은 churning이라는 메커니즘을 사용했습니다. Churning은 다음과 같은 몇 가지 보안 결함이있는 저렴한 하드웨어 솔루션 (24b 키)이었습니다.

• 엔진은 선형으로 알려진 단순한 텍스트 공격입니다.

• 24b 키는 512 번의 시도에서 도출 될 수있는 것으로 판명되었습니다.

따라서 G.983.3은 AES 지원을 추가하여 현재 GPON에서 사용됩니다.

QoS – EPON

많은 PON 애플리케이션은 높은 QoS (예 : IPTV)를 필요로하며 EPON은 다음과 같은 상위 계층으로 QoS를 남깁니다.

• VLAN 태그.

• P 비트 또는 DiffServ DSCP

이 외에도 LLID와 Port-ID간에 중요한 차이점이 있습니다.

• ONU 당 항상 1 개의 LLID가 있습니다.

• 입력 포트 당 1 개의 Port-ID가 있습니다. ONU 당 많은 수가있을 수 있습니다.

• 따라서 PON 계층에서 포트 기반 QoS를 쉽게 구현할 수 있습니다.

EPON 대 GPON

다음 표는 EPON과 GPON의 비교 기능을 보여줍니다-

다음 이미지는 EPON과 GPON의 다른 구조를 보여줍니다-