Обзор технологии EPON
История сетей доступа
Сети доступа являются частью телекоммуникационной сети, которая соединяет пользователей с их провайдерами. Исторически они состояли из витых медных проводов для телефонного доступа. Эти провайдеры известны как «telcos». Другим типом технологии доступа является услуга кабельного телевидения, которая предоставляется через коаксиальный кабель, в первые дни телевидение было единственной предлагаемой услугой.
Со временем сеть доступа стала способна предоставлять другие услуги, такие как высокоскоростная передача данных, видео и голос.
- Это создало потребность в большей пропускной способности. Такие технологии, как xDSL для telcos или DOCSIS 3.0 и 3.1 в мире кабельного телевидения, увеличили пропускную способность за эти годы, поддерживая существующие сети. Несмотря на это, этих технологий недостаточно для предоставления услуг со скоростью несколько гигабит/с для абонентов жилых и коммерческих помещений сегодня.
Волокно на помощь!
В отличие от витых медных пар или коаксиального кабеля, оптическое волокно способно предоставлять сегодня симметричные услуги передачи данных, голоса и видео со скоростью 10 Гбит/с на расстояниях, равных или превышающих 20 километров от центрального местоположения до абонента.
- Это известно как услуга Fiber to the x (FTTx), где x = Home, Business, Premises и т. д. Волокно может быть развернуто в локальной сети доступа с использованием топологии точка-точка (P2P) или точка-многоточка (P2MP), с выделенными волоконными линиями от HUB к каждому конечному пользователю (абоненту). Одним из экономически эффективных способов предоставления услуги FTTH является использование пассивных оптических сетей (PON).
Что такое PON?
Определение PON（Пассивная оптическая сеть）
– Это архитектура сети точка-многоточка, Fiber-to-the-Premises (FTTP).
– Называется «пассивной», потому что для обеспечения работы одного оптического волокна для нескольких помещений, обычно от 16 до 128, используются неактивные оптические разветвители.
– Она состоит из оптических линейных терминалов (OLT) и более чем одного оптического сетевого блока (ONU), подключенных через оптическую распределительную сеть (ODN).
– ODN - это оптическая сеть доступа без каких-либо активных электронных устройств между OLT и ONU.
Компоненты в сети PON
Технологии PON
Различные группы стандартов создали различные стандарты PON:
Что такое EPON？
• EPON（Ethernet Passive Optical Network） изначально была выбрана MSO в качестве предпочтительной архитектуры PON на основе нескольких факторов высокого уровня:
– Простой протокол на основе Ethernet Framing вместо более дорогой и сложной спецификации GPON (ATM), что влияет на будущие цены
– Импульс, уже сделанный в направлении модели предоставления DOCSIS
– Спецификация 10G была завершена в 2009 году, продукт доступен сегодня
• В сотрудничестве с CableLabs MSO потратили более 5 лет, работая с участвующими поставщиками, чтобы разработать спецификации для DOCSIS Provisioning of EPON (DPoE). DPoE фокусируется на следующих концепциях:
– Взаимодействие между несколькими поставщиками
– Функциональность Metro Ethernet services для коммерческих услуг
– Многогигабитная IP/HSD услуга для жилых помещений
– Способность предоставлять миллионы устройств
– Использование существующих бэк-офисных систем MSO
• Упрощенное предоставление услуг и скорости сети доступа 10 Гбит/с являются ключевыми отличиями для MSO от существующих и новых поставщиков услуг.
• Минимизирует развертывание волокна и количество приемопередатчиков в поле по сравнению с CWDM (более низкие CAPEX).
• Отсутствие активных устройств в поле (более низкие OPEX).
EPON как универсальная архитектура волоконного доступа
• Все типы услуг
– Жилые
– Бизнес
– Сотовая обратная связь
• Все конфигурации
– MDU/MTU
– FTTH
– FTTC/FTTN
• Все скорости передачи данных
– 1 Гбит/с (802.3ah 2004)
– 10/1 и 10/10 (802.3av 2009)
• Все поддерживаются на одном
• внеплощадочном оборудовании (ODN)
Дорожная карта технологии EPON
Эволюция стандарта EPON:
– 802.3ah: спецификация 1G/1G (2004)
– 802.3av: спецификация 10G/10G (2009)
– DPoEv1: DOCSIS Provisioning over EPON (2011)
– DPoEv2: (2012)
– SIEPON: Service Interoperability in Ethernet Passive Networks (2013)
– NG-EPON: IEEE уже работает над EPON следующего поколения для скоростей 40 или 100 Гбит/с.
Компоненты EPON
Типичная система EPON состоит из OLT, нескольких ONU и ODN.
– OLT (Optical Line Terminal) находится в центрах MSO или, иногда, в MDU, он соединяет оптическую сеть доступа с ядром. OLT могут быть коммутатором или маршрутизатором и содержать интерфейсы EPON. Это оптический эквивалент CMTS.
– ONU (Optical Network Unit) находится в месте конечного пользователя (помещении клиента), у него есть оптический приемопередатчик и он предоставляет такие услуги, как голос, данные и видео. Это оптический эквивалент кабельного модема.
– ODN (Optical Distribution Network) соединяет OLT и ONU. В ODN одно волокно передает сигналы DS и US, используя WDM. Затем волокна разделяются для обслуживания отдельных ONU. Оптический разветвитель - это простое пассивное устройство.
Длины волн EPON US/DS
Система EPON использует мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) для достижения двусторонней связи по одному волокну.
Архитектурные модели EPON
- Топология дерева (a) обычно используется в Китае, США и Европе для жилых и бизнес-клиентов без требований к физическому уровню отказоустойчивости
- Топология шины (b) обычно используется в Японии (где большая часть волокна развернута в воздушной архитектуре типа шины)
- Кольцевая топология (c) обычно используется для сетей с высокой отказоустойчивостью (защита дерева/магистрали в рамках SIEPON)
- Протокол EPON работает в любой архитектуре ODN (оптическая распределительная сеть)
Уровни оптической мощности
802.3ah (1Gig EPON)
1000BASE-PX20 приемопередатчики
OLT:
• TX Длина волны: от 1480 до 1500 нм
• TX: от +2 до +7 дБм
• RX: от -6 до -27 дБм
ONU:
• TX Длина волны: от 1260 до 1360 нм
• TX: от -1 до +4 дБм
• RX: от -3 до -24 дБм
=============================
802.3av (10Gig EPON)
10GBASE–PR–D3 приемопередатчики
OLT:
• TX Длина волны: от 1575 до 1580 нм
• TX: от +2 до +5 дБм
• RX: от -6 до -28 дБм
ONU:
• TX Длина волны: от 1260 до 1280 нм
• TX: от +4 до +9 дБм
• RX: от -10 до -28,5 дБм
Поток данных вниз
OLT передает данные всем ONU
• ONU получают идентификатор логической связи (LLID) при регистрации (может быть более одного LLID). Это похоже на то, как кабельный модем получает пару потоков обслуживания (US/DS) в DOCSIS.
• ONU пересылает трафик только своему собственному набору активных LLID.
• Для передачи данных всем ONU OLT использует TDM (мультиплексирование с разделением по времени)
Поток данных вверх
• Во время регистрации ONU OLT вычисляет задержку по времени (расстояние) от ONU и инструктирует его настроить параметры передачи.
• Каждый ONU передает только в назначенные временные интервалы от OLT
• Передача от каждого ONU поступает в OLT без коллизий
• Чтобы обеспечить множественный доступ к одной волоконной линии для всех подключенных ONU, для восходящего канала реализована архитектура множественного доступа с разделением по времени (TDMA)