EPON GPON

M.Sc. Mauricio López Bonilla

Diciembre/2008

Análisis Crítico de Plataformas

GPON e EPON para Aplicación en

Redes Ópticas de Acceso de Alta Capacidad

11

GPON/EPON

¿Por qué GPON/EPON?

Introdução (Redes de Acesso);

História das redes PON (Passive Optical Networks);

¿Por qué GPON e EPON?

Mercado atual das Redes GPON e EPON;

Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);

Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);

Comparação entre GPON e EPON (Resultados);

Conclusões comentários e trabalhos futuros;

2

Introdução (Redes de acesso)

3

Casa

REDE DE

ACESSO

(Par Trançado, Cabo

Coaxial, Fibra,

Rádio, Satélite,

Telefonía Móvil) Nó

Central de

Conmutação

Última Milha (Local loop)


4

PAR

TRANÇADO

SONNET/

SDH

PON

FIBRA ÓPTICASEM FIO

COAXIAL &

FIBRAHFC

xDSL

RDSI

LMDS/

MMDS

SATELITE/

CELULAR

USUÁRIO

Tipos de redes de acesso


5

PON (Passive Optical Networks)

NT

NT

ONT

ONU

ONU

ONT

OLT

Divisor

Óptico

(Splitter)

COBREFibra

Óptica

Internet

Telefonia

Vídeo Conferencia

TV Digital

Outros Serviços

FTTH

FTTB

FTTC

FTTCab

300m

20m

Divisor

Óptico

(Splitter)

Divisor

Óptico

(Splitter)

Divisor

Óptico

(Splitter)

GPON e EPON

6

Rede óptica Passiva (Rede externa)

OPERADOR USUÁRIOS

GPON

Divisores Passivos(Splitters)

64 Usuários por fibra

GPON OLT

Até 20 km

EPON

Splitters

EPON OLT

<10 kmUsando LASER de baixa potência

32Usuários por fibra

Fibras fibras

ONT/ONU

ONT/ONU

Fibras

fibras

Contenido









7

História das redes PON

8

História das redes PON

9

BPON

Funcionalidade

e Banda

Tempo

APON

GPON

EPON

10G-EPON

IEEE802.3av

Ano 1998

Ano 2001

Ano 2004

Atualmente

Contenido









10

11


12



13

Características ITU-T APON ITU-T GPON IEEE EPON

Taxa de bits (Mbps) Distribuição: 622, 155

Retorno: 155

Distribuição: 2488, 1244

Retorno: 2488, 1244, 622,

155

Distribuição: 1250

Retorno: 1250

Data da padronização 1998 2003 2004

Código de Linha NRZ NRZ 8B/10B

Divisão máxima 1:64 1:64 1:32

Alcance máximo 20 Km 20 Km 10 Km

Protocolo básico ATM ATM Ethernet

Padrões Série ITU-T G983.x Série ITU-T G984.x IEEE 802.3ah

Tecnologia de acesso TDMA TDMA TDMA

OAM (Operação,

Administração e

Manutenção)

PLOAM+OMCI PLOAM+OMCI Ethernet OAM

Segurança donwstream AES AES Não definida

Contenido









14

Mercado atual das redes PON

15

América do Norte (GPON)

• Verizon

• AT&T

• SBC

• BellSouth (Canada)

Europe (GPON)

• Telekom Austria, Austria

• Telefonica, Espanha

• Fiberdata, Suécia

• France Telecom, França

• PT Luxemburg, Luxembourg

Asia/Pacific (EPON)

• NTT, Japão

• Teknovus, Hong Kong

• Korea Telecom, Coréia do Sul

• Telstra, Australia

• New ZealandAmerica do Sul (GPON)

• Telefonica, Colômbia

• PADTEC, Brasil

• Motorola, Argentina

Contenido









16

GPON

17

ITU-T Recomendação Especificações

G.984.1 Gigabit-capable Passive Optical

Networks (G-PON): Especificações

Gerais

Fornece resumo das características essenciais

Taxas de transmissão desde 1.244/0.155 até 2.488/2.488

Gbps

Máximo alcance físico, Máximo alcance lógico


Networks (G-PON): Camada PM

Fornece as especificações da camada PMD


Networks (G-PON): Especificações da

transmissão

Fornece as especificações da camada TC

Modo ATM, Modo GEM, ou operação em modo dual

Segurança AES


Networks (G-PON): ONT

Interfase de controle e gerenciamento

Fornece gerenciamento da ONT


Networks (G-PON)

Melhoramento da banda


Networks (G-PON)

Extensão

GPON

18

Recomendação G.984.1 (Arquitetura)

OLT

WDM

NE

Função de

serviço do nó

WDM

ONU/

ONT

ONU/

ONTAF

R/SSNI

Splitter

Rede óptica de Distribuição (ODN)

S/R

IFPON IFPON

UNI

GPON

19

Características (Taxas de Transmissão)

155 Mbps (Upstream), 1,2 Gbps (Downstream).


1,2 Gbps (Upstream), 1,2 Gbps (Downstream).





GPON

20

Conceitos Gerais; Modelo Dúplex G.984.1

R/S

SNI LT(1) PON LT(1)

Service

NodeSwitch

SNI LT(0) PON LT(0)

OLT S/R

ODN (1)

ODN (0)

UNI LT

PON LT(1)

MUX

PON LT(0)

ONU

GPON

21

Conceitos Gerais; Possíveis configurações

PON LT

OLT

PON LT

ONU 1

1:N Splitter Óptico

PON LT

ONU N

Sobressalente da

fibra

Sistema Dúplex de fibra

GPON

22


Sistema Dúplex de OLT

PON LT(1)

OLT

PON LT

ONU 1


PON LT

ONU N

PON LT(0)

GPON

23


Sistema Full Dúplex

PON LT(1)

OLT

PON LT(1)

ONU 1


PON LT(1)

ONU N

PON LT(0)


PON LT(0)

PON LT(0)

GPON

24


Sistema Parcial Dúplex

PON LT(1)

OLT

PON LT(1)

ONU 1


DOBLE

PON LT(1)

ONU N

PON LT(0)

PON LT(0)

PON LT(0)

1:2 Splitter Óptico

DOBLE

Splitter(1)

Splitter(0)

SplitterN(1)

SplitterN(0)

GPON

25

Frame de dados no canal de distribuição

PCBd

nPayload n

T frame=125µs

Seção de células ATMTDM e fragmentos de

dados sobre GEM

53 bytes

PCBd

n+1Payload n +1

PCBd

n+2

GPON

26

Frame de dados no canal de distribuição

PCBd

nPayload n

T frame=125µs

PSync

PCBd

n+1Payload n +1

PCBd

n+2

4 BYTES

Ident

4 BYTES

PLOAMd

13 BYTES

BIP

1

BYTE

Plend

4 BYTES

Plend

4 BYTES

BW map

N*8 BYTES

GPON

27

Frame de dados no canal de retorno

PLOu PLOAMu Payload xPLSuDBRu

x

DBRu

yPayload y

GPON

28

Modo de encapsulamento GPON (GEM)

PLI

12 Bits

Port ID

12 Bits

PTI

3 Bits

HEC

13 Bits

Fragment Payload

L Bytes

Contenido









29

EPON

30

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Física

Modelo de

referência OSI

Meio de Transmissão

Meio físico dependente (Physical

medium dependent PMD)

Meio físico adjunto (Physical medium

attachment PMA)

Subcamada física de codificação

(Physical coding sublayer PCS)

Subcamada de reconciliação

(Reconciliation sublayer RS)

Controle de acesso ao medio (MAC)

Controle MAC (Mac Control)

Controle lógico do enlace (Logical Link

Control)

Camadas IEEE

802.3

Interface do meio Gigabit

independente (Gigabit media

independent interface GMII)

Interface do meio

dependente (Medium

dependent interface MDI)

Foco do Estudo IEEE 802.3

31

DownstreamPor natureza Ethernet usa broadcasting na direção de dowsntream, encaixando perfeitamente

com a arquitetura EPON onde os pacotes são transmitidos por broadcast pela OLT e são extraídos

seletivamente por sua respectiva ONU de destino.

OLT

1 N 2 1 N 2

ONU

1

ONU

2

1 N 2 1 N 2

1 N 2 1 N 2

ONU

N

1 N 2 1 N 2

Usuário

1

Usuário

2

Usuário

N

1 1

2 2

N N

EPON

32

UpstreamNo canal de retorno, o comportamento da EPON é similar a uma arquitetura ponto a ponto. Não

obstante, ao contrario de uma rede real ponto a ponto, na EPON todas as ONU pertencem a um

mesmo domínio de colisão.

OLT

1 N21 2

ONU1

ONU2

ONU

N

Usuário

1

Usuário

2

Usuário

N

2

1 1

SLOT

1

SLOT

1SLOT 2

SLOT

N

2 2 2

SLOT 2

N

2 2 2

1 1

NSLOT

N

EPON

MPCP: Multi-Point Control Protocol

O MPCP tem dois modos de operação:

•Modo de alocação de banda

•Modo de auto-descobrimento

Para outras configurações a subcamada de controle MAC é opcional, mas para

EPON é obrigatória devido a que EPON não consegue operar sem MPCP.

33

EPON

MPCP:

alocação de

banda

Processo

gating

OLT ONU

Realiza-se Realiza-se

Processo

reporting

MENSAGEM

GATEMENSAGEM

REPORT

Gera Gera

ONU OLT

Enviado

para

Enviado

para

Processo

gating na

ONU

Analisado e

demultiplexado

para

Processo

reporting

na OLT

Iniciado pelo

agente DBA

Analisado e

demultiplexado

para

AGENTE

DBA

Enviado

paraEnviado

para

A ONU

Transmite

A OLT toma

decisões de

alocação de

banda

*Seleciona a ordem das tramas para a

transmissão.

*Faz as alocações dos timeslots da

próxima ronda de transmissão

34

MPCP: Alocação de banda

EPON

35

MPCP: Alocação do Timeslot

Tempo

Tempo

Tempo

Tempo

Tempo

ONU 1

ONU 2

ONU 3

ONU N

dados

dados

dados

dados

dados

GA

TE

GA

TE

GA

TE

GA

TE

GA

TE

walk time walk time

walk time

walk time

Alocação Seqüencial do Timeslot

Tempo

Tempo

Tempo

Tempo

Tempo

ONU 1

ONU 2

ONU 3

ONU N

dados

dados

dados

dados

GA

TE

GA

TE

GA

TE

GA

TE

dados

dados

dados

dados

GA

TE

GA

TE

GA

TE

GA

TE

Alocação Canalizada do Timeslot

EPON

36

MPCP: Recepção da mensagem GATE

Tempo

Tempo

Tempo

OLT

ONU 1

ONU 2

dados

GA

TE

n+1

dados

GA

TE

n

dados

GA

TE

n+1

dados

COLISÃO

GA

TE

n

atrasada

ATRASO

EPON

37

MPCP: Recepção da mensagem GATE

Tempo

Tempo

OLT

dados

GATE = {Tem

po de

Inicio, C

ompr

imen

to}

Comprimento

(Length) Tempo de

Inicio

(startTime)

ONU

EPON

38

MPCP: Alocação de banda

Agente DBA

ONU

Dados

de

entrada

Dados

de saída

Processo

“reporting”

Processo

“gating”

Controle de

multiplexação

Controle de

análise

Controle

MAC

MAC

Física

Agente DBA

OLT

Dados

de

entrada

Dados

de saída

Processo

“gating”

Processo

“reporting”

Controle de

multiplexaçãoControle de

análise

Controle

MAC

MAC

Física

MENSAGEM GATE

MENSAGEM REPORT

MEIO DE TRANSMISSÃO

Pa

drã

o IE

EE

80

2.3

ah

Fo

ra d

o p

ad

rão

EPON

39

MPCP: Processo de auto-descobrimento

Agente DBA

Agente de

descobrimento

ONU

Dados

de

entrada

Dados

de saída

Processo

“discovery”

Processo

“reporting”

Processo

“gating”

Controle de

multiplexação

Controle de

análise

Controle

MAC

MAC

Física

Agente DBA

Agente de

descobrimento

OLT

Dados

de

entrada

Dados

de saída

Processo

“discovery”

Processo

“gating”

Processo

“reporting”

Controle de

multiplexaçãoControle de

análise

Controle

MAC

MAC

Física

GATE, REGISTER

REGISTER_REQ, REGISTER ACK

MEIO DE TRANSMISSÃO

Pa

drã

o IE

EE

80

2.3

ah

Fo

ra d

o p

ad

rão

EPON

Emulação da Topologia Lógica (LTE)

Dispositivos conectados a um meio PON implementam uma

função chamada emulação da topologia lógica (Logical Topology

Emulation, LTE), baseado em sua configuração pode emular um

meio compartilhado ou um meio ponto a ponto.

LTE situa-se embaixo da subcamada MAC e tem como função

rotular os frames Ethernet com etiquetas exclusivas para cada

ONU.

40

EPON

Emulação da Topologia Lógica (LTE)

Essas etiquetas são chamadas identificadores de enlace lógico

(logical link indentifiers LLIDs) e são alocadas no preâmbulo ao

inicio de cada frame.

Para garantir a singularidade das LLIDs cada ONU tem alocada

uma ou mais etiquetas pela OLT durante o processo de auto-

descobrimento.

41

EPON

Emulação da topologia ponto-ponto (P2PE)

42

MAC MAC MAC

Emulação Ponto-Ponto

OLT

Aloca a LLID

associada a

cada porta MAC

P2PE

MAC

ONU 2

P2PE

MAC

ONU N

P2PE

MAC

ONU 1Aceita a trama

se a LLID

recebida é igual

à LLID alocada

Modo downstream de P2PE(Point to Point Emulation)

EPON

MAC MAC MAC

Emulação Ponto-Ponto

OLT

Demultiplexa a

trama para a

porta MAC

correspondete

baseada na LLID

recebida

P2PE

MAC

ONU 2

P2PE

MAC

ONU N

P2PE

MAC

ONU 1Inserta a LLID

alocada

previamente

para a ONU

Emulação da topologia ponto-ponto (P2PE)

43

EPON

Modo upstream de P2PE(Point to Point Emulation)

Emulação do meio compartilhado (SME)

44

Modo downstream de SME (Shared Medium Emulation)

MAC

OLT

Inserta a

etiqueta

“broadcast LLID”

P2PE

MAC

ONU 2

P2PE

MAC

ONU N

P2PE

MAC

ONU 1

Aceita as tramas

com todas as

LLIDs

SME

EPON

Emulação do meio compartilhado (SME)

45

MAC

OLT

Aceita todas as

tramas e as

espelha para o

canal de

downstream

P2PE

MAC

ONU 2

P2PE

MAC

ONU N

P2PE

MAC

ONU 1Quando recebe

a trama, nao

aceita quando a

LLID e igual a

LLID que tem

alocada

previamente

SME

EPON

Modo upstream de SME (Shared Medium Emulation)

Combinação de P2PE e SME

Solução Adotada pelo padrão IEEE 802.3ah

46

MAC

Bridge 802.1D

MACMAC MAC

Função LTE

OLT

ONU 1 ONU 2 ONU 3

MAC MAC MAC

Função LTE Função LTE Função LTE

Porta

SCB

EPON


Formato do frame preâmbulo

47

SPD PreâmbuloEndereço de

Destino

Endereço de

Origem

Tamanho

do campo

de dadosDados

Soma de

Verificação

1

Byte8 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 46-1500 Bytes 4 Bytes

FRAME 802.3

Reservado SLD Reservado LLID CRC-8

FRAME Preâmbulo EPON

2 Byes1

Byte2 Byes 2 Byes 1 Byte

EPON


48

EPON

FEC - Forward Error Correction

O padrão IEEE 802.3ah adotou para FEC o esquema Reed-

Solomon, RS (255,239).

Este esquema opera sob símbolos de 8 bits adicionando 16

símbolos de paridade por cada bloco [3.8].

Índice


Objetivos e motivações;

Metodologia;






49


50

Comparação entre GPON e EPON

(Resultados)

SONET

BACKBONE IP

Switch Ethernet

OLT 2

TDM

ONU

Servidor de vídeo

Roteador ATM

OLT 1

Multiplexador ADD/DROP

ETHERNET ATM

ONU

ONU

ATM

TDM

Video

Ethernet

IP Set-Top Box

GPON


51


(Resultados)

BACKBONE IP

Switch Ethernet

OLT 2

ONU 1

Servidor de vídeo

Switch CE

OLT 1

ONU 2

ONU 3

IP Set-Top Box

Roteador

ONU 32

Switch CE

TDM

Dispositivo de acesso

integrado

VoIP

Dados

EPON


52


(Resultados)

53

EPON

Dimensionamento da rede GPON e EPON

54


(Resultados)


Largura de Banda por usuário

(Mbps)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Quantidade de ONTs GPON por

PON

32 32 32 32 32 32 32 29 25 23

Quantidade de OLTs GPON por

PON

313 313 313 313 313 313 313 345 400 435

Quantidade de ONTs EPON por

PON

32 32 29 22 17 14 12 11 9 8

Quantidade de OLTs EPON por

PON

313 313 345 455 589 715 834 910 1112 1250

Proporção entre EPON OLT e

GPON OLT

1.00 1.00 1.10 1.45 1.88 2.28 2.66 2.64 2.78 2.87

55


(Resultados)


0

5

10

15

20

25

30

35

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ON

Ts

BW por usuário (Mbps)

ONTs GPON

ONTs EPON

Quantidade de ONTs necessárias segundo a largura de banda por usuário.

56


(Resultados)

Dimensionamento da rede GPON e EPONQuantidade de OLTs necessárias segundo a largura de banda por usuário.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

OL

Ts


Quantidade de OLTs GPON por PON

Quantidade de OLTs EPON por PON

57


(Resultados)

Dimensionamento da rede GPON e EPONCusto total das redes GPON e EPON

$0

$500.000

$1.000.000

$1.500.000

$2.000.000

$2.500.000

$3.000.000

$3.500.000

$4.000.000

$4.500.000

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Cu

sto

$


Custos GPON ($)

Custos EPON ($)

58


(Resultados)

Dimensionamento da rede GPON e EPONSensibilidade do custo da ONT na GPON com relação a EPON

0

20

40

60

80

100

120

140

160

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Cu

sto


59


(Resultados)

Dimensionamento da rede GPON e EPONCusto da OLT na GPON para igualar o custo com a rede EPON

$0

$500

$1.000

$1.500

$2.000

$2.500

$3.000

$3.500

$4.000

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Cu

sto


Índice


Objetivos e motivações;

Metodologia;






60

61

O presente trabalho contribuiu para o esclarecimento de situações

concorrentes e atuais de GPON e EPON, e apresentou algumas soluções

originais ao tema. Entre elas destacamos:

•Um estudo e análise atualizada e comparativa dos novos padrões GPON e

EPON desde o ponto de vista tecno-econômico.

Conclusões comentários e trabalhos futuros

62

Conclusões comentários e trabalhos futuros

Atualmente as redes ópticas passivas Gigabit (GPON) estão

chegando ao mercado latino-americano, esperamos que após

nosso trabalho, estar capacitados para assumir o desafio que será

a massificação deste tipo de redes em nossas cidades

OBRIGADO

Engineering

EPON GPON