FTTH - EPON شبكة إيثرنت البصرية الضوئية السلبية

 الصفحة السابقة

الصفحة التالية  

و إيثرنت السلبي الشبكة البصرية (EPON) هي بيانات تغليف PON مع إيثرنت، ويمكن أن نقدم 1 جيجابايت في الثانية إلى 10 سعة جيجابايت في الثانية. يتبع EPON الهندسة المعمارية الأصلية لـ PON. هنا ، DTE متصل بجذع الشجرة ويسمى بـ Optical Line Terminal (OLT) كما هو موضح في الرسم التوضيحي التالي.

عادة ما يكون موجودًا في مزود الخدمة ، وتسمى فروع DTE المتصلة بالشجرة وحدة الشبكة الضوئية (ONU) ، الموجودة في مباني المشترك. تمر الإشارات من OLT عبر مقسم سلبي لتحقيق ONU والعكس صحيح.

إيثرنت في الميل الأول

بدأت عملية التوحيد القياسي عندما تم إنشاء مجموعة دراسة جديدة تسمى Ethernet in the First Mile (EFM) في نوفمبر 2000 ، حيث تتمثل أهدافها الرئيسية في دراسة ألياف Ethernet من نقطة إلى عدة نقاط (P2MP) باستخدام نحاس Ethernet. إيثرنت عبر الألياف من نقطة إلى نقطة (P2P) وعبر آلية تشغيل الشبكة والإدارة والصيانة (OAM) لتسهيل تشغيل الشبكة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. أنهت مجموعة عمل EFM عملية التطبيع بالتصديق على IEEE Std 802.3ah في يونيو 2004.

منتج من EFM (إيثرنت في الميل الأول). تقنية PON تعتمد على Ethernet. يعتمد على معيار رئيسي - IEEE 802.3ah. استنادًا إلى بروتوكول التحكم متعدد النقاط (MPCP) ، المُعرَّف كوظيفة داخل الطبقة الفرعية للتحكم في MAC ، للتحكم في الوصول إلى هيكل P2MP.

يكمن أساس بروتوكول EPON / MPCP في الطبقة الفرعية لمحاكاة نقطة إلى نقطة (P2P). معدل انتقاله → 1.25G متماثل ؛ المسافة ： 10 كيلومتر / 20 كيلومتر ؛ نسبة الخائن ：> 1:32. يشير EFM إلى العديد من مزايا EPON استنادًا إلى Ethernet كتقنية أساسية ، بما في ذلك نضج البروتوكولات ، والتكنولوجيا البسيطة ، ومرونة الامتداد ، والتوجه نحو المستخدمين.

لا يختار نظام EPON أجهزة ATM باهظة الثمن ومعدات SONET ، مما يجعلها متوافقة مع شبكة Ethernet الحالية. يبسط هيكل النظام ويقلل التكلفة ويجعل نفسه مرنًا للترقية. يركز بائعو المعدات على تحسين الوظيفة والعملية.

أنظمة BPON ATM

أثبتت الأنظمة القائمة على BPON ATM أنها غير فعالة للغاية ، حيث تتكون الغالبية العظمى من حركة المرور عبر شبكة الوصول من إطارات IP كبيرة وأحجام متغيرة. لقد أوجدت الفرصة لتطوير EPON المستندة إلى Ethernet ، وكلمة مرور GigE تتمتع بجودة الخدمة ، والتكامل الفعال من حيث التكلفة مع معدات Ethernet الناشئة الأخرى. أثبتت Ethernet بمرور الوقت أنها وسيلة النقل المثالية لحركة مرور IP.

وفقًا لذلك ، وجه معيار IEEE 802.3ah 802.3 مجموعة العمل "Ethernet in the First Mile" بتطوير معايير لشبكات الوصول من نقطة إلى نقطة ومن نقطة إلى عدة نقاط ، ويشير الأخير إلى Ethernet PON. تعد EPON حاليًا جزءًا من معيار Ethernet.

لقد بدأ تطوير الشبكة الضوئية السلبية (GPON) ، أي معيار Gigabit المجهز (سلسلة G.984) بالفعل بعد مقترحات أعضاء FSAN (Quantum Bridge ، Al) لحل ATM / Ethernet PON. لم يكن Gbps ، المستقل عن البروتوكول ، شائعًا جدًا ضمن مجموعة عمل IEEE 802.3ah. قررت FSAN متابعة هذا كمعيار منافس مختلف للاتحاد الدولي للاتصالات.

تعتمد EPON و GPON بشكل كبير على G.983 ، معيار BPON ، عندما يتعلق الأمر بالمفاهيم العامة التي تعمل بشكل جيد (تشغيل شبكة التوزيع البصري PON (ODN) ، وخطة الطول الموجي والتطبيق). كلاهما يقدم نسخته الخاصة من التحسينات لاستيعاب إطارات IP / Ethernet ذات الحجم الأفضل بمعدلات متغيرة جيجابت في الثانية.

شبكة الوصول المحددة القياسية IEEE 802.3ah Ethernet وتعرف أيضًا باسم Ethernet في الميل الأول أيضًا. يشكل القسم الخامس من IEEE802.3ah معيار IEEE Std 802.3 الذي يتوافق مع تعريف الخدمات وعناصر البروتوكول. يسمح بتبادل إطارات تنسيق IEEE 802.3 بين المحطات في شبكة وصول المشترك.

مفهوم EPON

أدخلت EFM مفهوم EPON حيث يتم تنفيذ طوبولوجيا الشبكة من نقطة إلى عدة نقاط (P2MP) باستخدام مقسمات ضوئية سلبية. ومع ذلك ، توفر ألياف Ethernet من نقطة إلى نقطة أعلى عرض نطاق ترددي بتكلفة معقولة. توفر ألياف Ethernet من نقطة إلى عدة نقاط نطاقًا تردديًا مرتفعًا نسبيًا بتكلفة أقل. كان الغرض من IEEE Std 802.3ah هو توسيع تطبيق Ethernet ليشمل شبكات المشتركين في الوصول لتوفير زيادة كبيرة في الأداء مع تقليل تكاليف تشغيل المعدات وصيانتها.

يوسع إبرام معيار IEEE 802.3ah EFM بشكل كبير نطاق ومدى نقل Ethernet للاستخدام في شبكات الوصول والمترو. يتيح هذا المعيار لمقدمي الخدمة مجموعة متنوعة من الحلول المرنة والفعالة من حيث التكلفة لتوفير خدمات إيثرنت عريضة النطاق في شبكات الوصول والمترو.

تغطي EFM مجموعة من التقنيات التي تختلف في نوع الوسائط وسرعة الإشارة - وهي مصممة للنشر في شبكات من نوع أو وسائط FSM متعددة وكذلك التفاعل مع مختلط 10/100/1000/10000 ميجا بايت / ق شبكات إيثرنت. يمكن استخدام أي طوبولوجيا شبكة محددة في IEEE 802.3 في مباني المشترك ثم توصيلها بشبكة وصول مشترك Ethernet. تسمح تقنية EFM بأنواع مختلفة من الهياكل بتحقيق أقصى قدر من المرونة.

IEEE Std 802.3ah

يتضمن IEEE Std 802.3ah مواصفات لشبكات الوصول إلى Ethernet الخاصة بالمشترك ويدعم IEEE Std 802.3ah EPON معدلًا اسميًا يبلغ حوالي 1 جيجابت / ثانية (قابل للتوسيع إلى 10 جيجابت / ثانية) لكل قناة. يتم تحديد هذه من خلال طولين موجيين: طول موجة المصب وواحد لاتجاه المنبع المشترك بين أجهزة المستخدم.

تدعم EFM الارتباطات المزدوجة الكاملة ، بحيث يمكن تعريف التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) ثنائي الاتجاه. تقسم بنية Ethernet الطبقة المادية في الطبقة المادية المعتمدة على الوسيط (PMD) ، والمرفق الوسيط المادي (PMA) ، والطبقة الفرعية للترميز المادي (PCS).

تنفذ EPON طوبولوجيا شبكة P2MP مع امتدادات مناسبة للتحكم في MAC للطبقة السفلية والمصالحة ، والألياف الضوئية تحت طبقات تعتمد على الوسط المادي (PMD) لدعم هذا الهيكل.

الطبقة المادية

بالنسبة لطبولوجيا P2MP ، قدمت EFM مجموعة من أنظمة الإشارات للطبقة المادية المشتقة من 1000BASE-X. ومع ذلك ، فإنه يشمل امتدادات RS و PCS و PMA ، مع قدرة اختيارية لتصحيح الخطأ الأمامي (FEC). تحدد الطبقات الفرعية 1000BASE-X PCS و PMA خصائص الواجهة. الطبقة الفرعية لـ PMD (بما في ذلك MDI) الخدمات المتوقعة من خلال تسوية المعطف السفلي. يمكن تمديد 1000BASE-X لدعم وسائط الطباعة الكاملة الأخرى - يتطلب فقط أن تكون البيئة متوافقة مع مستوى PMD.

واجهة تحميل متوسطة (MDI)

إنها الواجهة بين PMD والوسائط المادية. يصف الإشارات والوسائط المادية والواجهات الميكانيكية والكهربائية.

المعال المتوسط ​​المادي (PMD)

PMD هي المسؤولة عن الواجهة مع وسيط الإرسال. يولد PMD إشارات كهربائية أو بصرية اعتمادًا على طبيعة الوسيط المادي المتصل. توفر اتصالات 1000BASE-X عبر PON إلى ما لا يقل عن 10 كيلومترات و 20 كيلومترًا (المعاطف السفلية 1000BASE-PX10 و 1000BASE-PX20 PMD) P2MP.

في PON Ethernet ، تشير اللواحق D و U إلى PMD في كل طرف من الوصلة ، والتي ترسل في هذه الاتجاهات وتستقبل في الاتجاه المعاكس ، على سبيل المثال ، يتم تحديد PMD المصب الفردي على أنه 1000BASE-PX10-D والمنبع 1000BASE-PX10 U PMD. يتم استخدام نفس الألياف في وقت واحد في كلا الاتجاهين.

يتم توصيل 1000BASE-PX-U PMD أو 1000BASE-PX-D PMD بـ PMA 1000BASE-X المناسب وللدعم عبر MDI. يتم دمج PMD اختياريًا مع ميزات الإدارة التي يمكن الوصول إليها عبر واجهة الإدارة. للسماح بإمكانيات الترقية في حالة 10 كم أو 20 كم بونس ، يمكن تشغيل كل من 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD و PMDU مع بعضهما البعض.

مرفق متوسط ​​المادي (PMA)

تتضمن سلطة النقد الفلسطينية وظائف الإرسال والاستلام واستعادة الساعة والمحاذاة. يوفر PMA وسيلة وسيطة مستقلة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية لدعم استخدام مجموعة من سلسلة الوسائط المادية الموجهة بت. تشتمل الطبقة الفرعية للتشفير المادي (PCS) على وظائف بتات التشفير. واجهة PCS هي واجهة مستقلة لوسائط Gigabit (GMII) ، والتي توفر واجهة موحدة لطبقة التسوية الفرعية لجميع عمليات التنفيذ التي تبلغ 1000 ميجا بايت / ثانية PHY.

واجهة جيجابت ميديا ​​المستقلة (GMII)

تشير واجهة GMII إلى واجهة بين طبقة جيجابت MAC و الطبقة المادية . إنه يسمح بخلط DTE المتعدد مع مجموعة متنوعة من التطبيقات من الطبقة المادية بسرعة جيجابت . تسمح واجهة خدمة PCS لـ 1000BASE-X PCS بنقل المعلومات من وإلى عميل PCS. يشمل عملاء PCS MAC (عبر المعطف السفلي للتسوية) والمكرر. يتم تعريف واجهة PCS بدقة على أنها واجهة Gigabit Media Independent Interface (GMII).

تضمن الطبقة الفرعية للتسوية (RS) مطابقة إشارات GMII التي تحدد وسيط التحكم في الوصول إلى الخدمة. يتم استخدام GMII و RS لتوفير وسائط مستقلة بحيث يمكن استخدام وسائط متطابقة لوحدة التحكم في الوصول مع أي نوع من أنواع النحاس وال PHY البصري.

طبقة ارتباط البيانات (تحكم MAC متعدد النقاط)

تم تحديد بروتوكول التحكم MAC لدعم الوظائف الجديدة التي سيتم تنفيذها وإضافتها إلى المعيار في نفس الوقت. إنها حالة بروتوكول التحكم متعدد النقاط (MPCP). يعد بروتوكول إدارة P2MP إحدى الوظائف التي يحددها بروتوكول التحكم متعدد النقاط.

يتم تنفيذ وظيفة التحكم MAC متعدد النقاط للوصول إلى أجهزة المشترك التي تحتوي على أجهزة الطبقة المادية والتي تشير إلى نقاط متعددة. بشكل عام ، توفر سلطات مضاهاة MAC خدمة من نقطة إلى نقطة بين OLT و ONU ، ولكن يتم الآن تضمين مثيل إضافي مع هدف الاتصال لجميع وحدات ONU في كل مرة.

MPCP (بروتوكول التحكم متعدد النقاط)

MPCP مرن للغاية وسهل التنفيذ. يستخدم MPCP خمسة أنواع من الرسائل (كل رسالة عبارة عن إطار تحكم MAC) ويبلغ ONU / ONT حدود حزمة متعددة ، ويمنح OLT على حدود الحزمة - لا يوجد عبء ترسيم.

يشير MPCP إلى النظام بين OLT و ONUs المرتبطة بجزء PON من نقطة إلى نقطة متعددة (P2MP) للسماح بنقل المعلومات بشكل مثمر في عنوان UPSTREAM.

يؤدي MPCP الوظائف التالية -

• يتحكم MPCP في عملية الاكتشاف التلقائي.
• تخصيص الفترة الزمنية / النطاق الترددي لـ ONTs.
• تم توفير مرجع التوقيت لمزامنة ONTs.

أدخل MPCP خمس رسائل تحكم MAC جديدة -

• البوابة ، تقرير
• مسجل REQ
• تسجيل
• ACK مسجل
• الاكتشاف التلقائي

ملخص تسلسل اكتشاف الرسائل

يوضح الرسم التوضيحي التالي ملخص تسلسل اكتشاف الرسائل.

ديسيبل ابون

في EPON ، يُنظر إلى الاتصال بين OLT و ONY في اتجاه المصب ، حيث يبث OLT بيانات المصب نحو ONT باستخدام النطاق الترددي الكامل وفي الطرف الآخر يتلقى ONT المشاهير باستخدام المعلومات المتاحة على إطارات Ethernet. يستخدم المنبع من ONT إلى OLT اتصالًا أحادي القناة ، مما يعني أنه سيتم استخدام قناة واحدة بواسطة ONTs متعددة ، مما يعني تضارب البيانات.

لتجنب هذه المشكلة ، يلزم مخطط تخصيص النطاق الترددي الفعال ، والذي يمكنه تخصيص الموارد بشكل متساوٍ إلى ONTs كما هو الحال في نفس الوقت لضمان جودة الخدمة ، يُعرف هذا المخطط باسم خوارزمية تخصيص النطاق الترددي الديناميكي (DBA). يستخدم DBA رسائل التقارير والبوابة لبناء جدول إرسال يتم نقله إلى ONTs.

خصائص DBA

تتمثل إحدى الميزات المهمة لـ EPON في توفير خدمات مختلفة بجودة الخدمة المثلى والتخصيص الفعال لعرض النطاق الترددي باستخدام تخصيص DBA مختلف لتلبية طلب التطبيقات الحالية والمستقبلية.

في الوقت الحالي ، فيما يلي نوعان مختلفان من خوارزميات DBA المتاحة لـ EPON -

• الأول هو استيعاب تقلبات حركة المرور.
• والثاني هو توفير جودة الخدمة لأنواع مختلفة من حركة المرور.

وتتمثل الخصائص الأخرى في تجنب تضارب الإطارات وإدارة حركة المرور في الوقت الفعلي من خلال جودة الخدمة وإدارة النطاق الترددي لكل مشترك إلى جانب تقليل التأخير في حركة المرور ذات الأولوية المنخفضة.

تنسيق إطار EPON

تعتمد عملية EPON على Ethernet MAC وإطارات EPON تعتمد على إطارات GbE ، ولكن هناك حاجة إلى ملحقات -

• البند 64 - M ulti- P oint C ontrol P rotocol حدات PDU. هذا هو بروتوكول التحكم الذي ينفذ المنطق المطلوب.

• البند 65 - مضاهاة من نقطة إلى نقطة (تسوية). هذا يجعل EPON يبدو وكأنه رابط من نقطة إلى نقطة وأن EPON MACs لها بعض القيود الخاصة.

• بدلاً من CSMA / CD ، يتم الإرسال عند منحهم.

• يجب أن يكون الوقت عبر مكدس MAC ثابتًا (فترات زمنية مقدارها 16 بت).

• يجب الحفاظ على التوقيت المحلي الدقيق.

رأس EPON

يبدأ معيار Ethernet بإدخال 8B خالٍ من المحتوى بشكل أساسي -

• 7B بالتناوب بين الآحاد والأصفار 10101010
• 1B من SFD 10101011

لإخفاء رأس PON الجديد ، تقوم EPON بالكتابة فوق بعض بايتات التمهيد.

يحتوي حقل LLID على العوامل التالية -

الوضع (1 ب) -

• دائمًا 0 لـ ONU
• 0 لـ OLT أحادي الإرسال ، 1 لـ OLT متعدد الإرسال / البث

معرف الارتباط المنطقي الفعلي (15 ب) -

• يحدد ONUs المسجلة
• 7FFF للبث

تحمي CRC من SLD (البايت 3) حتى LLID (البايت 7).

الأمان

يتم بث حركة المرور المتلقية إلى جميع وحدات ONU ، لذلك يصبح من السهل على المستخدم الضار إعادة برمجة ONU والتقاط الإطارات المطلوبة.

لم تتعرض حركة المرور الأولية لوحدات ONU الأخرى ، لذا لا داعي للتشفير. لا تفكر في استخدام جامعي الألياف الضوئية لأن EPON لا تقدم أي طريقة تشفير قياسية ، ولكن -

• يمكن أن تكمل مع IPsec أو MACsec و
• أضاف العديد من البائعين آليات قائمة على AES.

تستخدم BPON آلية تسمى متماوج - كان الخضخضة حل الأجهزة منخفضة التكلفة (مفتاح 24B) مع عدة ثغرات أمنية، مثل -

• كان المحرك خطيًا - هجوم بسيط بنص معروف.
• تحول مفتاح 24b إلى أنه قابل للاشتقاق في 512 محاولة.

لذلك ، أضاف G.983.3 دعم AES ، والذي يُستخدم الآن في GPON.

جودة الخدمة - EPON

تتطلب العديد من تطبيقات PON جودة خدمة عالية (مثل IPTV) ويترك EPON جودة الخدمة إلى طبقات أعلى مثل -

• علامات VLAN.
• P بت أو DiffServ DSCP.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك فرق جوهري بين LLID و Port-ID -

• يوجد دائمًا 1 LLID لكل وحدة ONU.
• يوجد معرف منفذ واحد لكل منفذ إدخال - قد يكون هناك العديد لكل وحدة ONU.
• هذا يجعل QoS القائم على المنفذ سهل التنفيذ في طبقة PON.

EPON مقابل GPON

يوضح الجدول التالي الميزات المقارنة لـ EPON و GPON -

	GPON (ITU-T G.984)	EPON (IEEE 802.3ah)
الهابطة / الإرسال	2.5 جرام / 1.25 جرام	1.25 جرام / 1.25 جرام
ميزانية الارتباط البصري	الفئة ب +: 28 ديسيبل ؛ الفئة ج: 30 ديسيبل	PX20: 24 ديسيبل
نسبة تقسيم	1:64 -> 1: 128	1:32
النطاق الترددي الفعلي للوصلة الهابطة	2200 ~ 2300 ميجابت في الثانية 92٪	980 ميجابت في الثانية 72٪
النطاق الترددي الفعلي للوصلة الصاعدة	1110 ميجابت في الثانية	950 ميجابت في الثانية
OAM	استكمال وظيفة OMCI + PLOAM + تضمين OAM	وظيفة OAM مرنة وبسيطة
خدمة TDM ووظيفة الساعة المتزامنة	الأصلي TDM ، CESoP	CESoP
الترقية	10G	2.5 جرام / 10 جرام
جودة الخدمة	يحتوي جدول DBA على T-CONT و PORTID ؛ إصلاح النطاق الترددي / عرض النطاق الترددي الضمان / النطاق الترددي غير المضمون / النطاق الترددي الأفضل جهدًا	دعم DBA ، يتم دعم QoS بواسطة LLID و VLAN
كلفة	10٪ ~ 20٪ تكلفة أعلى من EPON حاليًا ، وتقريبًا نفس السعر في الحجم الكبير	-

توضح الصورة التالية الهياكل المختلفة لـ EPON و GPON -