¿Cuál es la diferencia entre EPON y PON?

Ethernet pon (EPON) y la tecnología PON son las principales tecnologías de FTTH ahora ¿Cuál es la diferencia entre ethernet pon (EPON) y PON?

Este documento también analiza sistemáticamente la realización técnica de la tecnología ethernet pon (EPON) en FTTH; estas tecnologías promueven el desarrollo y la aplicación de FTTH, y el diseño de la red óptica FTTH se vuelve más claro.

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FTTH (Fiber to the Home), The Ultimate Guide

La red óptica pasiva PON (Red óptica pasiva) es la principal tecnología para realizar fibra FTTH hasta el hogar, proporcionando acceso de fibra punto a multipunto. La ONU (unidad de red óptica) y la ODN (red de distribución óptica) están compuestas Generalmente, el enlace descendente adopta el modo de transmisión TDM y el enlace ascendente adopta el modo TDMA (acceso múltiple por división de tiempo), formando una topología de árbol punto a multipunto. “. ODN no contiene dispositivos electrónicos activos ni fuentes de alimentación electrónicas. Todo está compuesto por dispositivos pasivos como divisores ópticos (Splitter), y los costos de administración, mantenimiento y operación son bajos.

La investigación sobre la tecnología PON (Red óptica pasiva) se originó en 1995. En octubre de 1998, la UIT aprobó el estándar de tecnología PON (Red óptica pasiva) basado en ATM – G.983, que fue defendido por la organización FSAN (red de acceso de servicio completo) También conocido como BPON (Broadband PON), la tasa es de 155 Mbps, con soporte opcional para 622 Mbps.

EFMA (Ethernet in the First Mile Alliance) propuso el concepto de Ethernet-PON (ethernet pon (EPON)) a finales de 2000, con una velocidad de transmisión de 1 Gbps, y la capa de enlace se basa en un encapsulado simple de Ethernet.

GPON (Gigabit-Capable PON) fue propuesto por la organización FSAN en septiembre de 2002, y en marzo de 2003, la UIT aprobó los protocolos G.984.1 y G.984.2.

G.984.1 especifica las características generales del sistema de acceso GPON, G.984.2 especifica la subcapa relacionada con el medio físico ODN (red de distribución óptica) de GPON, en junio de 2004, la UIT aprobó G.984.3, que Los requisitos relevantes para la convergencia de transmisión (TC) se especifican las capas.

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Como los dos miembros principales del acceso a la red óptica, ethernet pon (EPON) y GPON tienen sus propias ventajas, compiten entre sí, se complementan y aprenden unos de otros. A continuación, se comparan varios aspectos:

Ethernet pon (EPON) proporciona enlaces ascendentes y descendentes fijos de 1,25 Gbps, utilizando codificación de línea 8b/10b, la tasa real es de 1 Gbps.

GPON admite una variedad de niveles de velocidad, puede admitir velocidades asimétricas de subida y bajada, bajada de 2,5 Gbps o 1,25 Gbps, subida de 1,25 Gbps o 622 Mbps, según las necesidades reales para determinar las tasas de subida y bajada, seleccione el módulo óptico correspondiente, mejore la tasa y la relación de precio de los dispositivos ópticos.

La relación de división es cuántas ONU (cliente) tiene un puerto OLT (oficina central) El estándar ethernet pon (EPON) define una relación de división de 1:32.

El estándar GPON define las siguientes relaciones de división como 1:32; 1:64; 1:128.

De hecho, técnicamente, el sistema ethernet pon (EPON) también puede lograr una relación de división más alta, como 1:64, 1:128, y el protocolo de control ethernet pon (EPON) puede admitir más ONU. La relación de división es principalmente limitada por los indicadores de rendimiento del módulo óptico, y una gran relación de división hará que el costo del módulo óptico aumente significativamente;

Además, la pérdida de inserción PON es de 15 ~ 18dB, y una gran relación de división reducirá la distancia de transmisión;

El uso compartido excesivo del ancho de banda por parte de los usuarios también es el precio de una gran proporción de división.

La distancia física máxima que puede soportar el sistema GPON. Cuando la relación de división óptica es 1:16, debe admitir una distancia física máxima de 20 km; cuando la relación de división óptica es 1:32, debe admitir una distancia física máxima de 10 km .

El pon Ethernet (EPON) es el mismo.

QOS (Quality of Service): ethernet pon (EPON) agrega un MPCP Multi Point Control Protocol (Protocolo de control multipunto) de 64 bytes al encabezado Ethernet de la capa MAC MPCP controla el acceso a la topología punto a multipunto P2MP a través de estructura de mensajes, máquinas de estado y temporizadores para lograr la asignación dinámica de ancho de banda de DBA.

El contenido involucrado en MPCP incluye la asignación de intervalos de tiempo de transmisión de ONU, el descubrimiento automático y la unión de ONU, y el informe de congestión a la capa superior para la asignación dinámica de ancho de banda.MPCP brinda soporte básico para la topología P2MP, pero el protocolo no clasifica la prioridad de los servicios, y todos los servicios compiten por el ancho de banda al azar.

GPON tiene un DBA más completo con excelentes capacidades de servicio QoS. GPON divide el método de asignación de ancho de banda del servicio en 4 tipos. La prioridad de mayor a menor es Ancho de banda fijo (fijo), Ancho de banda asegurado (Asegurado), Ancho de banda no asegurado (No asegurado) ) y ancho de banda de mejor esfuerzo (Best Effort). DBA Un contenedor de tráfico (T-CONT) también se define como una unidad de programación de tráfico ascendente, y cada T-CONT se identifica mediante un Alloc-ID.

T-CONT puede contener uno o más ID de puerto GEM. T-CONT se divide en 5 tipos de servicio. Los diferentes tipos de T-CONT tienen diferentes métodos de asignación de ancho de banda, que pueden satisfacer las necesidades de diferentes flujos de servicio para demoras, fluctuaciones y pérdida de paquetes, tasa y otros requisitos diferentes de QoS.

T-CONT tipo 1 se caracteriza por un ancho de banda fijo y un intervalo de tiempo fijo, correspondiente a la asignación de ancho de banda fijo (fijo), adecuado para servicios que son sensibles a los retrasos, como los servicios de voz;

El tipo 2 se caracteriza por ancho de banda fijo pero intervalos de tiempo inciertos, correspondientes a la asignación de ancho de banda garantizado (Assured), adecuado para servicios de ancho de banda fijo que no requieren alta fluctuación, como los servicios de video a pedido;

El tipo 3 se caracteriza por la garantía de ancho de banda mínimo y la capacidad de compartir dinámicamente el ancho de banda excedente, y tiene la restricción del ancho de banda máximo, correspondiente a la asignación de ancho de banda no garantizado (Non -Assured), adecuado para servicios con requisitos de garantía de servicio y grandes tráfico de ráfagas, como servicios de descarga;

Type4 se caracteriza por el mejor esfuerzo (Best Effort), sin garantía de ancho de banda, adecuado para servicios con requisitos de baja latencia y jitter, como los servicios de navegación WEB;

El tipo 5 es un tipo combinado, después de asignar ancho de banda garantizado y no garantizado, los requisitos de ancho de banda adicionales se asignan según el mejor esfuerzo.

El ethernet pon (EPON) no le da demasiada consideración a OAM, sino que simplemente define la indicación remota de fallas, el loopback y el monitoreo de enlaces de ONT. Y es opcional admitir GPON. PLOAM (Physical Layer OAM) se define en la capa física, y La capa alta define OMCI (interfaz de gestión y control de ONT) que gestiona OAM en varios niveles. PLOAM se utiliza para implementar el cifrado de datos, la detección de estado, la supervisión de errores y otras funciones.

El protocolo de canal OMCI se utiliza para gestionar los servicios definidos por la capa alta, incluido el conjunto de parámetros funcionales de la ONU, el tipo y la cantidad de servicios T-CONT,

Los parámetros de QoS, solicitan información de configuración y estadísticas de rendimiento, notifican automáticamente los eventos de operación del sistema y realizan la gestión de OLT de la configuración, el diagnóstico de fallas, el rendimiento y la seguridad de OLT.

El ethernet pon (EPON) sigue el formato de datos de Ethernet simple, pero agrega un protocolo de control de punto a multipunto MPCP de 64 bytes al encabezado de Ethernet para realizar la asignación de ancho de banda, el sondeo de ancho de banda, el descubrimiento automático, el rango, etc. (EPON). No se han realizado muchas investigaciones sobre el soporte de servicios que no sean servicios de datos (como los servicios de sincronización TDM). Muchos fabricantes de ethernet pon (EPON) han desarrollado algunos productos no estándar para resolver este problema, pero son no es ideal, y es difícil cumplir con los requisitos de QoS de clase de operador.

GPON se basa en una capa de convergencia de transmisión (TC) completamente nueva. Esta subcapa puede completar la adaptación de servicios diversificados de alto nivel. Define el encapsulado ATM y el encapsulado GFP (protocolo de trama general), y uno de los dos puede seleccionarse para el servicio. En vista de que la aplicación ATM actual no es popular, surgió un dispositivo GPON.lite que solo admite encapsulación GFP, lo que elimina ATM de la pila de protocolos para reducir costos.

GFP es un procedimiento de capa de enlace general adecuado para múltiples servicios. La UIT lo define como G.7041. GPON ha realizado algunas modificaciones a GFP. El ID de puerto se introdujo en el encabezado de la trama GFP para admitir múltiples puertos. Multiplexación; Fragmento (Fragmento ) se introduce la indicación de segmento para mejorar el ancho de banda efectivo del sistema. Y solo admite el modo de procesamiento de datos orientado a datos de longitud variable y no admite el modo de procesamiento transparente de datos orientado a bloques de datos.

GPON tiene una fuerte capacidad de carga multiservicio.

La capa TC de GPON es esencialmente síncrona, utilizando un marco estándar de longitud fija de 8k Hz (125 μm), lo que permite que GPON admita sincronización de extremo a extremo y otros servicios casi síncronos, especialmente servicios TDM, que es el llamado TDM nativo y GPON tienen soporte “natural” para servicios TDM.

ethernet pon (EPON) y GPON tienen sus propias fortalezas y debilidades. GPON es mejor que ethernet pon (EPON) en términos de indicadores de rendimiento, pero ethernet pon (EPON) tiene ventajas en términos de tiempo y costo, y GPON se está poniendo al día. De cara al futuro mercado de acceso de banda ancha, es posible que uno no reemplace al otro, sino que deben coexistir y complementarse. ser más adecuado Para grupos de clientes sensibles a los costos, QoS y de baja seguridad, ethernet pon (EPON) se ha convertido en el dominante.

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La tecnología de acceso de enlace ascendente ethernet pon (EPON) puede usar acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA), acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), acceso múltiple por división de longitud de onda (WDMA), acceso múltiple por división de código (CDMA) y otros métodos. la multiplexación por división son: se requieren múltiples repetidores en la OLT; el costo inicial es alto; la capacidad del canal es fija; es problemático aumentar o disminuir los usuarios. Las desventajas de la multiplexación por división de código son: la interferencia entre canales está determinada por el número de ONU; Se requieren dispositivos de alta velocidad.

El principal problema de WDMA es: el costo es relativamente alto, principalmente porque el costo de los dispositivos ópticos sigue siendo relativamente alto.

Sin embargo, si se desarrollan dispositivos transmisores ópticos y receptores ópticos baratos adecuados para la red de acceso WDMA, el uso de WDMA es la tendencia de desarrollo.La multiplexación por división de tiempo tiene las ventajas de las N ONU que requieren solo un transpondedor OLT y muy pocas longitudes de onda, pero la multiplexación por división de tiempo aún requiere electrónica de alta velocidad.

Con base en las consideraciones anteriores, ahora generalmente usamos el método de acceso múltiple de multiplexación por división de tiempo, y el método de acceso múltiple de multiplexación por división de longitud de onda también tiene una gran competitividad y es la dirección del desarrollo.

La OLT organiza los intervalos de tiempo en los que cada ONU puede enviar señales de enlace ascendente y envía tramas de asignación de intervalos de tiempo. La ONU asigna la trama de acuerdo con el intervalo de tiempo y envía su propia señal ascendente en el intervalo de tiempo que le ha sido asignado. la OLT.

De esta forma, las ONU pueden compartir el canal ascendente juntas, es decir, muchas ONU comparten el ancho de banda limitado del canal ascendente.

Cada ONU ocupa una longitud de onda exclusivamente, y el arreglo de detectores recibe la señal de cada ONU, de acuerdo al detector receptor se puede determinar a cual ONU corresponde.

Dado que la ONU posee exclusivamente una longitud de onda, no necesita compartir el ancho de banda con otras ONU, y cada canal ascendente puede lograr un ancho de banda simétrico con el del canal descendente.

Es decir, de esta forma se puede garantizar el ancho de banda de subida del que disfruta cada ONU, sin competir con otras ONU por el ancho de banda limitado.

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1. Las tecnologías clave del uso de TDMA en ethernet pon (EPON) Las tecnologías clave cuando ethernet pon (EPON) adopta TDMA son la asignación dinámica de ancho de banda, la tecnología de implementación de multiplexación de canales de enlace ascendente, la tecnología de tramas y la tecnología de implementación de Ethernet en PON, compensación de rango y retardo , dispositivos ópticos , tecnología de sincronización rápida para señales de ráfaga, etc.

(1) Asignación dinámica de ancho de banda El algoritmo de asignación dinámica de ancho de banda es un mecanismo para cambiar el ancho de banda ascendente de cada ONU del pon ethernet (EPON) en tiempo real (del orden de ms/μs).

Si la asignación de ancho de banda estático se utiliza en ethernet pon (EPON), no es adecuado para servicios de tasa variable como la comunicación de datos.Por ejemplo, si el ancho de banda se asigna estáticamente de acuerdo con la tasa máxima, todo el ancho de banda del sistema se agotará rápidamente y la tasa de utilización del ancho de banda es muy baja. La utilización del ancho de banda ha mejorado considerablemente.

A través de DBA, podemos mejorar la eficiencia del ancho de banda ascendente de la PON ajustando dinámicamente el ancho de banda entre las ONU de acuerdo con las necesidades de los servicios de ráfaga de la ONU. Debido al uso más eficiente del ancho de banda, los administradores de red pueden agregar más usuarios a una PON existente y los usuarios finales pueden También disfrute de mejores servicios, como el ancho de banda máximo disponible para los usuarios que puede superar el método tradicional de asignación fija.

De acuerdo con las características de ethernet pon (EPON) y la recomendación ITU-T G.983, se puede concluir que los requisitos específicos para el diseño de asignación dinámica de ancho de banda incluyen: transparencia del servicio, alta utilización del ancho de banda, bajo retardo y baja fluctuación de retardo;

Asignación justa de ancho de banda, buena robustez y sólido rendimiento en tiempo real.La asignación dinámica de ancho de banda adopta el método de control centralizado: cualquier ONU que envíe información de enlace ascendente debe solicitar ancho de banda de la OLT, y la OLT otorga la autorización de ocupación del ancho de banda (intervalo de tiempo). de acuerdo con un cierto algoritmo de acuerdo con la solicitud de la ONU, y la ONU envía la información de acuerdo con el intervalo de tiempo asignado.

La idea básica del algoritmo de concesión de asignación es: cada ONU utiliza el intervalo de tiempo divisible del enlace ascendente para reflejar la distribución temporal de las llegadas de celdas y el ancho de banda solicitado, y la OLT asigna el ancho de banda de manera justa y razonable de acuerdo con la solicitud de cada ONU. , y al mismo tiempo considera el manejo de sobrecarga y errores de canal, manejo de pérdida de celda, etc.

Las ONU pueden desconectarse con frecuencia (especialmente en el caso de FTTH), y las ONU desconectadas ya no deberían consumir ancho de banda de la red. Las soluciones a este problema son: hacer que las nuevas solicitudes lleguen dentro del tiempo RTT Dt después de la señal de permiso; si la solicitud (k ) se pierde, significa que la ONU se ha desconectado; espere 1 minuto antes de consultar esta ONU la próxima vez.

Esto permite que las ONU desconectadas consuman solo alrededor del 0,0005 % del ancho de banda de la PON (red óptica pasiva).En la PON, el contenedor de tráfico se usa en la capa de convergencia de transmisión para almacenar y administrar el flujo de servicio de la asignación de ancho de banda ascendente, de modo Se mejoró la tasa de utilización del ancho de banda del segmento PON (red óptica pasiva). El análisis muestra que con DBA, la utilización máxima del ancho de banda puede alcanzar el 80 %, en comparación con el 40 % sin DBA. El retraso de transmisión promedio es de 100 ms sin DBA y <10 ms con administrador de bases de datos

(2) El método de multiplexación de acceso múltiple por división de tiempo de la tecnología de implementación de enlace ascendente ethernet pon (EPON) también puede adoptar multiplexación de acceso múltiple por división de tiempo de intervalo de tiempo fijo, multiplexación de acceso múltiple por división de tiempo estadística, acceso aleatorio y otros métodos.

Las deficiencias del método de multiplexación por división de tiempo de intervalos de tiempo fijos son: cuando algunos de los intervalos de tiempo no se utilizan, el mismo ancho de banda todavía está ocupado; la adaptabilidad a los servicios de alta tasa de ráfagas no es fuerte; la ONU debe sincronizarse.

No hay un tiempo de acceso definido para el acceso aleatorio;

Debido al uso de CSMA/CD, existe una limitación de la distancia de transmisión.La multiplexación por división de tiempo estadística puede superar las deficiencias de las dos primeras, por lo que generalmente se elige la multiplexación por división de tiempo estadística.

(3) La transmisión de la señal de enlace ascendente envía la trama de Ethernet en el intervalo de tiempo asignado por la ONU, y la multiplexación estadística se realiza cambiando el tamaño del intervalo de tiempo por el tamaño de la cantidad de datos proporcionada. El método de implementación de TDMA es el punto clave , es decir, cómo utilizar el método TDMA para hacer que la utilización del ancho de banda, el retardo y la fluctuación del retardo del canal de enlace ascendente cumplan con los requisitos.

Entre ellos, se deben estudiar cuestiones como el método de asignación del ancho de banda ascendente, la ventana de envío de ONU fija o variable, el tamaño de la ventana de envío de ONU más grande, el intervalo de la ventana de envío de ONU y si se corta la trama de Ethernet. y determinado.

Dado que el flujo de tráfico de datos/vídeo es autosimilar, no hay un intervalo de tiempo fijo del mejor tamaño, por lo que la agregación de tráfico no puede desempeñar un papel importante.La distribución del tamaño de ráfaga tiene una correlación larga (cola grande), es decir, Los paquetes de ráfagas son relativamente pequeños, pero la mayoría de ellos tienen una gran cantidad de paquetes de ráfagas que aparecen al mismo tiempo. Realice una división de tiempo estadística.

Los temas a considerar son:

• El tiempo de ráfaga y el tamaño del flujo comercial son impredecibles, por lo que debe haber retroalimentación;
• Es mejor usar el método de sondeo Roll-call, pero requiere que las ONU se escuchen entre sí, es decir, la PON (Red Óptica Pasiva) solo se puede usar como una estrella de transmisión o un anillo pasivo (esto es demasiado estricto). También se puede utilizar el sondeo concentrador, pero el tiempo de trabajo es muy largo.

La solución es utilizar el enrutamiento de sondeo intercalado Las señales ascendentes deben utilizar un enfoque flexible de solicitud/concesión.

Por ejemplo, puede proporcionar de manera flexible señales de permiso para cada usuario y cada servicio en una ONU a través de “puertos lógicos”, realizar una operación flexible o adoptar el “modo de solicitud múltiple” para acortar el período de permiso y tener un alto tráfico de TCP.

2. La tecnología clave del uso de TDMA en ethernet pon (EPON) Muchas tecnologías cuando ethernet pon (EPON) adopta WDMA y TDMA, como la asignación dinámica de ancho de banda, la tecnología de implementación de multiplexación de canales de enlace ascendente, la tecnología de tramas y la tecnología de implementación de Ethernet en PON, rápido La tecnología de sincronización de señal de ráfaga, etc., ya no es necesaria, lo que simplifica el diseño del sistema en general.

Las tecnologías clave al usar WDMA son: módulos transmisores ópticos estables en longitud de onda de bajo costo, módulos receptores ópticos de bajo costo, DWDM de bajo costo, rango, etc. módulos receptores ópticos, la Oficina de Investigación y Enseñanza de Fibra Óptica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong los ha desarrollado básicamente.

3. Otras tecnologías clave Otras tecnologías clave incluyen: tecnología de tramas Ethernet y tecnología de implementación en PON, tecnología de compensación de distancia y retardo, dispositivos ópticos que soportan señales de ráfaga de alta velocidad, sincronización rápida de señales de ráfaga, etc.

Además, la seguridad del canal de enlace descendente, cómo implementar QoS, cómo implementar VLAN y administración de red, etc. también son problemas que afectan las perspectivas de aplicación de ethernet pon (EPON), que deben tenerse en cuenta. se reduce el costo de los dispositivos ópticos requeridos, el ethernet pon (EPON) usando el método de acceso WDMA tiene una gran ventaja sobre el método TDMA.

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