Επισκόπηση Τεχνολογίας EPON
Ιστορία των Δικτύων Πρόσβασης
Τα δίκτυα πρόσβασης αποτελούν μέρος ενός τηλεπικοινωνιακού δικτύου που συνδέει τους χρήστες με τους παρόχους τους. Ιστορικά, αποτελούνταν από στριμμένα χάλκινα καλώδια για πρόσβαση τηλεφώνου. Αυτοί οι πάροχοι είναι γνωστοί ως “telcos”. Ένας άλλος τύπος τεχνολογίας πρόσβασης είναι η υπηρεσία Cable TV, η οποία παρέχεται μέσω ομοαξονικού καλωδίου, η τηλεόραση ήταν η μόνη υπηρεσία που προσφερόταν στις αρχές.
Με την πάροδο του χρόνου, το δίκτυο πρόσβασης έγινε ικανό να παρέχει και άλλες υπηρεσίες, όπως δεδομένα υψηλής ταχύτητας, βίντεο και φωνή.
-Αυτό δημιούργησε την ανάγκη για περισσότερο εύρος ζώνης. Τεχνολογίες όπως το xDSL για telcos ή DOCSIS 3.0 και 3.1 στον κόσμο του καλωδίου έχουν αυξήσει το εύρος ζώνης με τα χρόνια, διατηρώντας τα υπάρχοντα δίκτυα ζωντανά. Ανεξάρτητα, αυτές οι τεχνολογίες δεν επαρκούν για την παροχή υπηρεσιών πολλαπλών gigabit/s σε οικιακούς και εμπορικούς συνδρομητές σήμερα.
Η ίνα στη διάσωση!
Σε αντίθεση με τα στριμμένα χάλκινα ζεύγη ή το ομοαξονικό καλώδιο, η οπτική ίνα είναι ικανή να παρέχει σήμερα συμμετρικές υπηρεσίες δεδομένων, φωνής και βίντεο 10Gbps σε αποστάσεις ίσες ή μεγαλύτερες από 20 χιλιόμετρα από μια κεντρική τοποθεσία σε έναν συνδρομητή.
-Αυτό είναι γνωστό ως υπηρεσία Fiber to the x (FTTx), όπου x = Home, Business, Premises, κ.λπ. Η ίνα μπορεί να αναπτυχθεί στο τοπικό δίκτυο πρόσβασης χρησιμοποιώντας μια τοπολογία point-to-point (P2P) ή point-to-multipoint (P2MP), με ειδικές διαδρομές ίνας από το HUB σε κάθε τελικό χρήστη (συνδρομητή). Ένας οικονομικά αποδοτικός τρόπος παροχής υπηρεσίας FTTH είναι η χρήση Παθητικών Οπτικών Δικτύων (PON).
Τι ακριβώς είναι ένα PON;
Ορισμός του PON（Passive Optical Network）
– Είναι μια αρχιτεκτονική δικτύου point-to-multipoint, Fiber-to-the-Premises (FTTP).
– Ονομάζεται “passive” επειδή χρησιμοποιούνται μη ενεργοί οπτικοί διαχωριστές για να επιτρέψουν σε μια ενιαία οπτική ίνα να εξυπηρετεί πολλαπλούς χώρους, συνήθως 16-128.
– Αποτελείται από Optical Line Terminals (OLT) και περισσότερες από μία Optical Network Units (ONUs) και συνδέεται μέσω του Optical Distribution Network (ODN).
– Το ODN είναι ένα οπτικό δίκτυο πρόσβασης χωρίς ενεργές ηλεκτρονικές συσκευές μεταξύ OLT και ONU.
Στοιχεία σε ένα δίκτυο PON
Τεχνολογίες PON
Διαφορετικές ομάδες προτύπων δημιούργησαν διαφορετικά πρότυπα PON:
Τι είναι το EPON？
• Το EPON（Ethernet Passive Optical Network） επιλέχθηκε αρχικά από τα MSO ως η προτιμώμενη αρχιτεκτονική PON με βάση διάφορους παράγοντες υψηλού επιπέδου:
– Απλό πρωτόκολλο βασισμένο σε Ethernet Framing αντί για πιο ακριβή και περίπλοκη προδιαγραφή GPON (ATM) που επηρεάζει τη μελλοντική τιμολόγηση
– Η δυναμική που έχει ήδη δημιουργηθεί προς ένα μοντέλο παροχής DOCSIS
– Η προδιαγραφή 10G ολοκληρώθηκε το 2009, με προϊόντα διαθέσιμα σήμερα
• Σε συνεργασία με την CableLabs, τα MSO έχουν περάσει 5+ χρόνια δουλεύοντας με τους συμβάλλοντες προμηθευτές για την ανάπτυξη προδιαγραφών για το DOCSIS Provisioning of EPON (DPoE). Το DPoE επικεντρώνεται στις ακόλουθες έννοιες:
– Διαλειτουργικότητα πολλαπλών προμηθευτών
– Λειτουργικότητα υπηρεσιών Metro Ethernet για εμπορικές υπηρεσίες
– Υπηρεσία οικιακής χρήσης Multigigabit IP/HSD
– Ικανότητα παροχής εκατομμυρίων συσκευών
– Χρήση των υπαρχόντων συστημάτων back office MSO
• Η απλοποιημένη παροχή και οι ταχύτητες δικτύου πρόσβασης των 10Gbps είναι βασικοί παράγοντες διαφοροποίησης για τα MSO έναντι των υπαρχόντων και νέων παρόχων υπηρεσιών.
• Ελαχιστοποιεί την ανάπτυξη ίνας και τον αριθμό των πομποδεκτών στο πεδίο σε σύγκριση με το CWDM (χαμηλότερο CAPEX).
• Δεν υπάρχουν ενεργές συσκευές στο πεδίο (χαμηλότερο OPEX).
EPON ως Universal Fiber Access Architecture
• Όλοι οι τύποι υπηρεσιών
– Οικιακή χρήση
– Επιχειρήσεις
– Κινητή τηλεφωνία
• Όλες οι διαμορφώσεις
– MDU/MTU
– FTTH
– FTTC/FTTN
• Όλες οι ταχύτητες δεδομένων
– 1Gb/s (802.3ah 2004)
– 10/1 και 10/10 (802.3av 2009)
• Όλα υποστηρίζονται στο ίδιο
• εξωτερικό εργοστάσιο (ODN)
Οδικός χάρτης τεχνολογίας EPON
Εξέλιξη του προτύπου EPON:
– 802.3ah: προδιαγραφή 1G/1G (2004)
– 802.3av: προδιαγραφή 10G/10G (2009)
– DPoEv1: DOCSIS Provisioning over EPON (2011)
– DPoEv2: (2012)
– SIEPON: Service Interoperability in Ethernet Passive Networks (2013)
– NG-EPON: Η IEEE εργάζεται ήδη στην επόμενη γενιά EPON για ταχύτητες 40 ή 100Gbps.
Στοιχεία EPON
Ένα τυπικό σύστημα EPON αποτελείται από ένα OLT, αρκετά ONUs και ένα ODN.
– Το OLT (Optical Line Terminal) βρίσκεται στα hubs του MSO ή μερικές φορές σε ένα MDU, συνδέει το οπτικό δίκτυο πρόσβασης με τον πυρήνα. Τα OLT μπορεί να είναι ένας διακόπτης ή δρομολογητής και να περιέχουν διεπαφές EPON. Είναι το οπτικό ισοδύναμο ενός CMTS.
– Το ONU (Optical Network Unit) βρίσκεται στην τοποθεσία του τελικού χρήστη (χώρος του πελάτη), διαθέτει έναν οπτικό πομποδέκτη και παρέχει υπηρεσίες όπως φωνή, δεδομένα και βίντεο. Είναι το οπτικό ισοδύναμο ενός Cable Modem.
– Το ODN (Optical Distribution Network) συνδέει το OLT και το ONU. Στο ODN, μια ίνα μεταφέρει τα σήματα DS και US χρησιμοποιώντας WDM. Στη συνέχεια, οι ίνες χωρίζονται για να εξυπηρετήσουν μεμονωμένα ONUs. Ο οπτικός διαχωριστής είναι μια απλή παθητική συσκευή.
Μήκη κύματος EPON US/DS
Ένα σύστημα EPON χρησιμοποιεί Wavelength Division Multiplexing (WDM) για την επίτευξη αμφίδρομης επικοινωνίας σε μια ενιαία ίνα.
Μοντέλα αρχιτεκτονικής EPON
-Η τοπολογία δέντρου (α) χρησιμοποιείται συνήθως στην Κίνα, τις ΗΠΑ και την Ευρώπη για οικιακούς και επιχειρηματικούς πελάτες χωρίς απαιτήσεις ανθεκτικότητας φυσικού επιπέδου
-Η τοπολογία διαύλου (β) χρησιμοποιείται συνήθως στην Ιαπωνία (όπου οι περισσότερες ίνες αναπτύσσονται σε εναέρια αρχιτεκτονική τύπου διαύλου)
-Η τοπολογία δακτυλίου (γ) χρησιμοποιείται συνήθως για δίκτυα με υψηλή ανθεκτικότητα (προστασία δέντρου / κορμού υπό SIEPON)
-Το πρωτόκολλο EPON λειτουργεί σε οποιαδήποτε αρχιτεκτονική ODN (οπτικό δίκτυο διανομής)
Επίπεδα οπτικής ισχύος
802.3ah (1Gig EPON)
1000BASE-PX20 Transceivers
OLT:
• TX Μήκος κύματος: 1480 έως 1500nm
• TX: +2 έως +7dBm
• RX: -6 έως -27dBm
ONU:
• TX Μήκος κύματος: 1260 έως 1360nm
• TX: -1 έως +4dBm
• RX: -3 έως -24dBm
=============================
802.3av (10Gig EPON)
10GBASE–PR–D3 Transceivers
OLT:
• TX Μήκος κύματος: 1575 έως 1580nm
• TX: +2 έως +5dBm
• RX: -6 έως -28dBm
ONU:
• TX Μήκος κύματος: 1260 έως 1280nm
• TX: +4 έως +9dBm
• RX: -10 έως -28.5dBm
Downstream Traffic
Το OLT μεταδίδει δεδομένα σε κάθε ONU
• Τα ONUs λαμβάνουν ένα Logical Link ID (LLID) κατά την εγγραφή (μπορεί να είναι περισσότερα από ένα LLID). Αυτό είναι παρόμοιο με ένα καλωδιακό μόντεμ που λαμβάνει ένα ζεύγος ροών υπηρεσιών (US/DS) στο DOCSIS.
• Το ONU προωθεί μόνο την κίνηση στο δικό του σύνολο ενεργών LLID.
• Για να μεταδώσει δεδομένα σε όλα τα ONUs, το OLT χρησιμοποιεί TDM (Time Division Multiplexing)
Upstream Traffic
• Κατά την εγγραφή του ONU, το OLT υπολογίζει την καθυστέρηση χρόνου (απόσταση) από το ONU και το καθοδηγεί να προσαρμόσει τις παραμέτρους μετάδοσής του.
• Κάθε ONU μεταδίδει μόνο κατά τη διάρκεια των εκχωρημένων χρονικών υποδοχών από το OLT
• Η μετάδοση από κάθε ONU φτάνει στο OLT χωρίς συγκρούσεις
• Για να παρέχει πολλαπλή πρόσβαση σε μια ενιαία σύνδεση ίνας για όλα τα συνδεδεμένα ONUs, η αρχιτεκτονική Time Division Multiple Access (TDMA) υλοποιείται για το κανάλι Upstream