Panoramica della tecnologia EPON
Storia delle reti di accesso
Le reti di accesso fanno parte di una rete di telecomunicazioni che collega gli utenti ai loro fornitori. Storicamente erano costituite da fili di rame intrecciati per l'accesso telefonico. Questi fornitori sono noti come “telco”. Un altro tipo di tecnologia di accesso è il servizio TV via cavo, che viene fornito tramite un cavo coassiale, la TV era l'unico servizio offerto agli inizi.
Nel tempo la rete di accesso è diventata in grado di fornire altri servizi, come dati ad alta velocità, video e voce.
-Questo ha creato la necessità di maggiore larghezza di banda. Tecnologie come xDSL per le telco o DOCSIS 3.0 e 3.1 nel mondo via cavo hanno aumentato la larghezza di banda nel corso degli anni, mantenendo vive le reti esistenti. Indipendentemente da ciò, queste tecnologie non sono sufficienti per fornire servizi multigigabit/s agli abbonati residenziali e commerciali oggi.
La fibra ottica è la soluzione!
A differenza delle coppie di rame intrecciate o del cavo coassiale, la fibra ottica è in grado di fornire oggi servizi simmetrici da 10 Gbps di dati, voce e video a distanze pari o superiori a 20 chilometri da una posizione centrale a un abbonato.
-Questo è noto come servizio Fiber to the x (FTTx), dove x = Casa, Azienda, Sede, ecc. La fibra può essere implementata nella rete di accesso locale utilizzando una topologia point-to-point (P2P) o point-to-multipoint (P2MP), con collegamenti in fibra dedicati dall'HUB a ciascun utente finale (abbonato). Un modo economico per fornire il servizio FTTH è l'utilizzo di reti ottiche passive (PON).
Cos'è esattamente una PON?
Definizione di PON（Passive Optical Network）
– È un'architettura di rete point-to-multipoint, Fiber-to-the-Premises (FTTP).
– È chiamata “passiva” perché vengono utilizzati splitter ottici non alimentati per consentire a una singola fibra ottica di servire più sedi, in genere da 16 a 128.
– È composta da terminali di linea ottica (OLT) e più di una unità di rete ottica (ONU) e collegata tramite la rete di distribuzione ottica (ODN).
– L'ODN è una rete di accesso ottico senza dispositivi elettronici attivi tra OLT e ONU.
Componenti in una rete PON
Tecnologie PON
Diversi gruppi standard hanno creato diversi standard PON:
Cos'è EPON？
• EPON（Ethernet Passive Optical Network） è stato inizialmente scelto dai MSO come architettura PON preferita in base a diversi fattori di alto livello:
– Protocollo semplice basato su Ethernet Framing invece della specifica GPON (ATM) più costosa e complicata che influisce sui prezzi futuri
– Lo slancio già fatto verso un modello di provisioning basato su DOCSIS
– La specifica 10G è stata completata nel 2009, con prodotti disponibili oggi
• In collaborazione con CableLabs, gli MSO hanno trascorso più di 5 anni a lavorare con i fornitori che contribuiscono per sviluppare specifiche per il provisioning DOCSIS di EPON (DPoE). DPoE si concentra sui seguenti concetti:
– Interoperabilità multi-vendor
– Funzionalità dei servizi Metro Ethernet per i servizi commerciali
– Servizio residenziale IP/HSD multigigabit
– In grado di fornire milioni di dispositivi
– Utilizzo dei sistemi back office MSO esistenti
• Il provisioning semplificato e le velocità della rete di accesso di 10 Gbps sono i principali fattori di differenziazione per gli MSO rispetto ai fornitori di servizi nuovi ed esistenti.
• Riduce al minimo l'implementazione della fibra e il numero di ricetrasmettitori sul campo rispetto a CWDM (CAPEX inferiore).
• Nessun dispositivo attivo sul campo (OPEX inferiore).
EPON come architettura di accesso in fibra universale
• Tutti i tipi di servizio
– Residenziale
– Aziende
– Backhaul cellulare
• Tutte le configurazioni
– MDU/MTU
– FTTH
– FTTC/FTTN
• Tutte le velocità dati
– 1 Gb/s (802.3ah 2004)
– 10/1 e 10/10 (802.3av 2009)
• Tutti supportati sullo stesso
• impianto esterno (ODN)
Tabella di marcia della tecnologia EPON
Evoluzione standard EPON:
– 802.3ah: specifica 1G/1G (2004)
– 802.3av: specifica 10G/10G (2009)
– DPoEv1: provisioning DOCSIS su EPON (2011)
– DPoEv2: (2012)
– SIEPON: interoperabilità dei servizi nelle reti passive Ethernet (2013)
– NG-EPON: IEEE sta già lavorando sulla prossima generazione di EPON per velocità di 40 o 100 Gbps.
Componenti EPON
Un tipico sistema EPON è composto da un OLT, diverse ONU e un ODN.
– L'OLT (Optical Line Terminal) risiede negli hub degli MSO, o talvolta in un MDU, collega la rete di accesso ottico al core. Gli OLT possono essere uno switch o un router e contenere interfacce EPON. È l'equivalente ottico di un CMTS.
– L'ONU (Optical Network Unit) si trova nella posizione dell'utente finale (sede del cliente), ha un ricetrasmettitore ottico e fornisce servizi come voce, dati e video. È l'equivalente ottico di un modem via cavo.
– L'ODN (Optical Distribution Network) collega l'OLT e l'ONU. Nell'ODN una fibra trasporta i segnali DS e US utilizzando WDM. Le fibre vengono quindi divise per servire le singole ONU. Lo splitter ottico è un semplice dispositivo passivo.
Lunghezze d'onda US/DS EPON
Un sistema EPON utilizza il Wavelength Division Multiplexing (WDM) per ottenere la comunicazione bidirezionale su una singola fibra.
Modelli di architetture EPON
-La topologia ad albero (a) viene tipicamente utilizzata in Cina, Stati Uniti ed Europa per clienti residenziali e aziendali senza requisiti di resilienza dello strato fisico
-La topologia a bus (b) viene tipicamente utilizzata in Giappone (dove la maggior parte della fibra è implementata in un'architettura di tipo bus aereo)
-Topologia ad anello (c) utilizzata tipicamente per reti con elevata resilienza (protezione albero/tronco in SIEPON)
-Il protocollo EPON funziona su qualsiasi architettura ODN (rete di distribuzione ottica)
Livelli di potenza ottica
802.3ah (1Gig EPON)
Ricetrasmettitori 1000BASE-PX20
OLT:
• Lunghezza d'onda TX: da 1480 a 1500 nm
• TX: da +2 a +7dBm
• RX: da -6 a -27dBm
ONU:
• Lunghezza d'onda TX: da 1260 a 1360 nm
• TX: da -1 a +4dBm
• RX: da -3 a -24dBm
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802.3av (10Gig EPON)
Ricetrasmettitori 10GBASE–PR–D3
OLT:
• Lunghezza d'onda TX: da 1575 a 1580 nm
• TX: da +2 a +5dBm
• RX: da -6 a -28dBm
ONU:
• Lunghezza d'onda TX: da 1260 a 1280 nm
• TX: da +4 a +9dBm
• RX: da -10 a -28,5dBm
Traffico a valle
L'OLT trasmette i dati a ogni ONU
• Le ONU ricevono un ID collegamento logico (LLID) al momento della registrazione (può essere più di un LLID). Questo è simile a un modem via cavo che riceve una coppia di flussi di servizio (US/DS) in DOCSIS.
• L'ONU inoltra il traffico solo al proprio set di LLID attivi.
• Per trasmettere i dati a tutte le ONU, l'OLT utilizza TDM (Time Division Multiplexing)
Traffico a monte
• Durante la registrazione dell'ONU, l'OLT calcola il ritardo temporale (distanza) dall'ONU e gli indica di regolare i suoi parametri di trasmissione.
• Ogni ONU trasmette solo durante gli slot temporali assegnati dall'OLT
• La trasmissione da ogni ONU arriva all'OLT senza collisioni
• Per fornire l'accesso multiplo a un singolo collegamento in fibra per tutte le ONU connesse, l'architettura Time Division Multiple Access (TDMA) viene implementata per il canale a monte