EPON Technologieübersicht
Geschichte der Zugangsnetze
Zugangsnetze sind Teil eines Telekommunikationsnetzes, das Benutzer mit ihren Anbietern verbindet. Historisch bestanden sie aus verdrillten Kupferdrähten für den Telefonzugang. Diese Anbieter sind als „Telcos“ bekannt. Eine andere Art der Zugangstechnologie ist der Kabelfernsehservice, der über ein Koaxialkabel bereitgestellt wird. Fernsehen war in den frühen Tagen der einzige angebotene Dienst.
Im Laufe der Zeit wurde das Zugangsnetz in der Lage, andere Dienste wie Hochgeschwindigkeitsdaten, Video und Sprache bereitzustellen.
-Dies schuf die Notwendigkeit für mehr Bandbreite. Technologien wie xDSL für Telcos oder DOCSIS 3.0 und 3.1 in der Kabelwelt haben die Bandbreite im Laufe der Jahre erhöht und die bestehenden Netzwerke am Leben erhalten. Ungeachtet dessen reichen diese Technologien nicht aus, um heute Multigigabit/s-Dienste für Privat- und Geschäftskunden bereitzustellen.
Glasfaser zur Rettung!
Im Gegensatz zu verdrillten Kupferpaaren oder Koaxialkabeln ist Glasfaser in der Lage, heute symmetrische 10 Gbit/s Daten-, Sprach- und Videodienste über Entfernungen von 20 Kilometern oder mehr von einem zentralen Standort zu einem Teilnehmer bereitzustellen.
-Dies ist als Fiber to the x (FTTx)-Dienst bekannt, wobei x = Home, Business, Premises usw. Glasfaser kann im lokalen Zugangsnetz mit einer Punkt-zu-Punkt- (P2P) oder Punkt-zu-Mehrpunkt- (P2MP) Topologie eingesetzt werden, mit dedizierten Glasfaserleitungen vom HUB zu jedem Endbenutzer (Teilnehmer). Eine kostengünstige Möglichkeit, FTTH-Dienste bereitzustellen, ist die Verwendung von passiven optischen Netzen (PON).
Was genau ist ein PON?
Definition von PON（Passive Optical Network）
– Ist eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Architektur für Fiber-to-the-Premises (FTTP).
– Wird als „passiv“ bezeichnet, da unversorgte optische Splitter verwendet werden, um eine einzelne Glasfaser für mehrere Standorte, typischerweise 16-128, zu nutzen.
– Es besteht aus Optical Line Terminals (OLT) und mehr als einer Optical Network Unit (ONU) und ist über das Optical Distribution Network (ODN) verbunden.
– Das ODN ist ein optisches Zugangsnetz ohne aktive elektronische Geräte zwischen OLT und ONU.
Komponenten in einem PON-Netzwerk
PON-Technologien
Verschiedene Standardgruppen haben verschiedene PON-Standards erstellt:
Was ist EPON？
• EPON（Ethernet Passive Optical Network） wurde von MSOs zunächst als bevorzugte PON-Architektur aufgrund mehrerer übergeordneter Faktoren ausgewählt:
– Einfaches Protokoll basierend auf Ethernet-Framing anstelle der teureren und komplizierteren GPON-Spezifikation (ATM), was sich auf die zukünftige Preisgestaltung auswirkt
– Bereits erzielter Schwung in Richtung eines DOCSIS-basierten Bereitstellungsmodells
– 10G-Spezifikation wurde 2009 fertiggestellt, Produkte sind heute verfügbar
• In Zusammenarbeit mit CableLabs haben MSO’s über 5 Jahre lang mit beitragenden Anbietern zusammengearbeitet, um Spezifikationen für die DOCSIS-Bereitstellung von EPON (DPoE) zu entwickeln. DPoE konzentriert sich auf die folgenden Konzepte:
– Interoperabilität zwischen mehreren Anbietern
– Metro-Ethernet-Dienste-Funktionalität für kommerzielle Dienste
– Multigigabit-IP/HSD-Wohndienst
– In der Lage, Millionen von Geräten bereitzustellen
– Verwendung bestehender Backoffice-Systeme von MSO
• Vereinfachte Bereitstellung und Zugangsnetzgeschwindigkeiten von 10 Gbit/s sind wichtige Unterscheidungsmerkmale für MSOs gegenüber bestehenden und neuen Dienstanbietern.
• Minimiert den Glasfasereinsatz und die Anzahl der Transceiver im Feld im Vergleich zu CWDM (geringere CAPEX).
• Keine aktiven Geräte im Feld (geringere OPEX).
EPON als universelle Glasfaserzugangsarchitektur
• Alle Servicetypen
– Wohnen
– Unternehmen
– Mobilfunk-Backhaul
• Alle Konfigurationen
– MDU/MTU
– FTTH
– FTTC/FTTN
• Alle Datenraten
– 1 Gbit/s (802.3ah 2004)
– 10/1 und 10/10 (802.3av 2009)
• Alle auf demselben unterstützt
• Außenanlage (ODN)
EPON Technologie-Roadmap
EPON-Standardentwicklung:
– 802.3ah: 1G/1G-Spezifikation (2004)
– 802.3av: 10G/10G-Spezifikation (2009)
– DPoEv1: DOCSIS-Bereitstellung über EPON (2011)
– DPoEv2: (2012)
– SIEPON: Service Interoperability in Ethernet Passive Networks (2013)
– NG-EPON: IEEE arbeitet bereits an der nächsten Generation von EPON für Geschwindigkeiten von 40 oder 100 Gbit/s.
EPON-Komponenten
Ein typisches EPON-System besteht aus einem OLT, mehreren ONUs und einem ODN.
– Das OLT (Optical Line Terminal) befindet sich in den Hubs des MSO oder manchmal in einem MDU und verbindet das optische Zugangsnetz mit dem Core. OLTs können ein Switch oder Router sein und EPON-Schnittstellen enthalten. Es ist das optische Äquivalent eines CMTS.
– Die ONU (Optical Network Unit) befindet sich am Standort des Endbenutzers (Kundenstandort), sie verfügt über einen optischen Transceiver und bietet Dienste wie Sprache, Daten und Video. Es ist das optische Äquivalent eines Kabelmodems.
– Das ODN (Optical Distribution Network) verbindet das OLT und die ONU. Im ODN führt eine Faser die DS- und US-Signale unter Verwendung von WDM. Fasern werden dann aufgeteilt, um einzelne ONUs zu bedienen. Der optische Splitter ist ein einfaches passives Gerät.
EPON US/DS Wellenlängen
Ein EPON-System verwendet Wavelength Division Multiplexing (WDM), um die Zwei-Wege-Kommunikation über eine einzelne Faser zu erreichen.
EPON-Architekturmodelle
-Baumtopologie (a) wird typischerweise in China, den USA und Europa für Privat- und Geschäftskunden ohne Anforderungen an die physische Schicht-Resilienz verwendet
-Bustopologie (b) wird typischerweise in Japan verwendet (wo die meisten Glasfasern in einer Luftbus-Architektur eingesetzt werden)
-Ringtopologie (c) wird typischerweise für Netzwerke mit hoher Ausfallsicherheit verwendet (Baum-/Stamm-Schutz unter SIEPON)
-Das EPON-Protokoll funktioniert auf jeder ODN-Architektur (Optical Distribution Network)
Optische Leistungspegel
802.3ah (1Gig EPON)
1000BASE-PX20 Transceiver
OLT:
• TX-Wellenlänge: 1480 bis 1500 nm
• TX: +2 bis +7 dBm
• RX: -6 bis -27 dBm
ONU:
• TX-Wellenlänge: 1260 bis 1360 nm
• TX: -1 bis +4 dBm
• RX: -3 bis -24 dBm
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802.3av (10Gig EPON)
10GBASE–PR–D3 Transceiver
OLT:
• TX-Wellenlänge: 1575 bis 1580 nm
• TX: +2 bis +5 dBm
• RX: -6 bis -28 dBm
ONU:
• TX-Wellenlänge: 1260 bis 1280 nm
• TX: +4 bis +9 dBm
• RX: -10 bis -28,5 dBm
Downstream-Datenverkehr
OLT sendet Daten an jede ONU
• ONUs erhalten eine Logical Link ID (LLID) bei der Registrierung (kann mehr als eine LLID sein). Dies ähnelt einem Kabelmodem, das ein Paar von Serviceströmungen (US/DS) in DOCSIS empfängt.
• ONU leitet den Datenverkehr nur an den eigenen Satz aktiver LLIDs weiter.
• Um Daten an alle ONUs zu senden, verwendet das OLT TDM (Time Division Multiplexing)
Upstream-Datenverkehr
• Während der ONU-Registrierung berechnet das OLT die Zeitverzögerung (Entfernung) von der ONU und weist sie an, ihre Übertragungsparameter anzupassen.
• Jede ONU sendet nur während der zugewiesenen Zeitschlitze vom OLT
• Die Übertragung von jeder ONU kommt ohne Kollisionen am OLT an
• Um mehreren Zugriff auf eine einzelne Glasfaserverbindung für alle angeschlossenen ONUs zu ermöglichen, wird die Time Division Multiple Access (TDMA)-Architektur für den Upstream-Kanal implementiert