Ethernet PON 기술 윤종호한국항공대 yoonch@mail.hau.ac.kr 02-300-0124
광이더넷이사용되는곳 Point-to-point 스위치 스위치 LAN 광케이블 Access Network MAN Resilient Packet Ring (IEEE802.17) splitter OLT EPON (10Km, 1Gbps) IP Backbone (SONET ) 전화선 DSLAM NAS OLT: optical line terminal ; : Optical Network Units ; EPON : Ethernet Passive Optical Network DSLAM : DSL Access Multiplexer; NAS : Network Access Server(Router)
광이더넷가입자망구성방법 이더넷스위치 Active switch PTP 2 Fibers 1 Fiber/WDM 1 Fiber/Single wavelength 2N+1 개의트랜시버필요 PTMP(EPON) Splitter/Combiner N+1 개의트랜시버필요 Passive Splitter/ combiner OLT
고속화시고려사항 Propagation delay/frame transmission time sender 100Mbps 경우 충돌 receiver 같은길이의프레임에대하여. sender 1Gbps 경우 receiver * CSMA/CD 동작이가능할려면, 전송중충돌을감지가능해야한다.
Point-to-Multipoint LANs PON APON, BPON EPON Cable Networks DOCSIS Optical Bus Networks Express Bus Network U-Net D-Net pi-pesistent CSMA/CD 관련된 LANs
APON : MAC - Downstream (TDM) 1 2 3 4 Passive Splitter l = 1550nm 1 2 4 TDM slots OLT
APON : MAC - Upstream (TDMA) 1 2 3 4 2 1 TDMA slots 1 2 4 l = 1310nm OLT 4 Ranging 과정필요 Multiple Access Static/Dynamic Bandwidth allocation
DOCSIS EPON, APON 과유사.
Optical Bus Networks C-Net, U-Net, Expressnet Pi-persistent CSMA/CD 1 i N p 1 p i p N
PHY Optics MAC Issues Ranging Dynamic bandwidth request/grant : MPCP Point-to-point Emulation 기타 OAM Security
이더넷용광전송기술
EPON 시스템의구조
Burst mode 사용이유 Burst mode Point-to-point 인경우에는 continuous mode(cm) 가능 Point-to-multipoint 망형상의경우, 의버스트송신후에는 Laser Diode 를 OFF 시켜야, 다른 가송신가능 CM 에비하여 50~90% 전력절약 문제점 Burst 도착시마다동기과정수행필요 Burst 간수신전력차에대한자동이득조정필요 자동이득조정에따른지연시간발생 Guardtime 필요
OLT Burst mode 전송시고려사항 guardband 1 2 3 수신전력차이 : Dynamic range 거리에따른전파지연시간 : Ranging Guardband
Laser switching time
Near - Far 문제 OLT 에서수신한경우, 수신레벨이상이함. Noise 로간주되지않도록조정해야함.
Dynamic Range Level 1 Level 0 Level 1 버스트 #1 버스트 #2 Level 0
Dynamic Range 에따른수신버스트의예 자동이득조정부의동작시간을고려하여, 버스트간보호시간 (guardtime) 필요.
Guard Time 의예
EPON 시스템의구조 OLT MAC MAC GMII MDIO GMII MDIO 1.25Gbps PON-PHY Digital IC 1.25Gbps PON-PHY Digital IC CM LD Laser diode BM LD BM CDR CM CDR BM LA BM TIA l1 l2 Photo diode CM LA CM TIA CDR : Clock & Data Recovery; LA : Limiting Amp; CM : Continuous mode TIA : Transimpedance Amp; LD : Laser Driver; BM : Burst mode
MII IP LLC MAC control MAC Reconsiliation sublayer 10Mbps PLS PMA MDI PCS PMD MAC(Preamble+ Data+FCS) CarrierSense, Collision RxC, TXC IEEE802 계층구조 100/1000/10000Mbps PLS : Physical Layer Signaling Machester coding PCS : Physical Coding Sublayer : 100BASE-T, 1000BASE-X Block coding(4b/5b, 8B/10B) Collision Detection, Carrier Detect PMA : Physical Medium Attachment sublayer: SerDes(serial/deserialize) clock recovery, skew alignment. Link status monitoring PMD : Physical Medium Dependent sublayer: NRZI coding, O/E conversion MDI : Medium Dependent Interface : 소켓
GMII MAC control TBI (Ten bit interface) IP LLC MAC MDI 1Gbps PCS PMA PMD 1GbE 계층구조및종류 Data/8bits : 1GbE 8B/10B SerDes serial 1.25Gbps 1000Base-LX (1300nm) SMF : 5Km MMF : 550m 1000Base-SX(850nm) MMF : 550M 1000Base-CX 25m 1000Base-T(UTP) 100m 제품 : 삼성 (S5N8931X)
EPON MAC
EPON 의네트워크모델링 APON, DOCSIS, EPON 모두동일한모델. 위성망도유사.
Fixed Slot TDMA - Downstream 3 User3 OLT 3 2 1 3 2 1 2 User2 FCS IEEE 802.3 frame payload Header 1 User1 Downstream broadcast. Packets extracted by the MAC address
Fixed Slot TDMA - Upstream T1 T2 T3 1 User1 OLT 1 2 2 3 2 2 2 2 User2 buffering IEEE 802.3 frame 3 User3 Header payload Fcs sends Ethernet frames within assigned timeslot.
Static/Dynamic Multiple Access Static BW allocation 방식 1 2 3 4 4 3 2 1 1 2 3 4 OLT Dynamic BW 1 allocation방식 2 2 2 3 4 4 3 1 1 2 2 4 OLT Request Grant
Ranging 1 3 2 4 3 2 1 1 2 3 4 OLT 4 1 2 3 4 4 3 2 1 1 2 3 4 단말의위치에상관없이 TDM slot 을사용할수있도록함.
Ranging 방법 음. RTT=(6-4)*2 = 4 초이구나 OLT clock 1 2 3 4 5 6 OLT 의시계로는 2 4 초에보낸것임 clock 7 8 2 3 4 5 현재 의시계를 2 초로수정함. Global synchronization
EPON MAC 의다른방식 (Appendix B)
(2) One-way Polling 방식 (Grant 사용방법 ) GRANT(with given BW) s 낭비되는 Upstream 대역 GRANT(with given BW) 낭비되는대역이많음.
(2) One-way Polling 방식 (PAUSE 사용방법 ) OLT 1 2 PAUSE(multicast, 긴시간동안기다려라 ) PAUSE(1,~0= 너는거의즉시송신할수있다 ) 5s 가정 : Timeslot=5sec 5s Slot time(5 초 ) 동안송신 PAUSE(multicast, 긴시간동안모두기다려라 ) PAUSE(2,~0= 너는거의즉시송신해라 ) Slot time(5 초 ) 동안송신 남들은모두기다리게하고, 1 에대해서는즉시송신하라고 혹시, 1 이 5 초이상송신할수도있기때문에??? PAUSE(multicast, 긴시간동안모두기다려라 )
(3) Piplelined One-way Polling 방식 GRANT(slot 위치, 송신가능 slot 수 ) s GRANT(slot 위치, 송신가능 slot 수 ) 미리 Grant함으로서, idle한시간을감소시킴 GRANT(with given BW) Ranging을해야, 겹침이없음. 하지만, 가필요로하는대역을알수없으므로, 효율적인대역할당불가능
(4) Adaptive two-way Polling 방식 For 1, GATE =? s 1 2 For 2, GATE =? For 1, GATE = 3 REPORT= 3 REPORT= 2 For 2, GATE = 2. 에게물어보고대역을할당.
TX OLT RX TX RX 보낼것있나? 있으면, 시간 1 에보고해라. GATE S=1,L=1 With report include bit S=1,L=1 3 1 3 at 1 (5) MPCP Multipoint control protocol GATE 예. 5 개요 S=4,L=5 시간 4 에, 시간 5 동안상향채널을너만사용해라 S=4,L=5 at 4 data data. 3 3 GATE 5 Tx enable slot REPORT 다음 cycle 에는시간 3 을주세요...Please.. = piggyback Centralized polling MAC control frame 사용 (MAC control layer) 표준안.
기타 MPCP 과정 초기등록과정 : OLT에의한신참 탐색용 discovery gate 패킷방송 에의한등록요구용 REGISTER_REQUEST패킷응답 REGISTER, REGISTER_ACK패킷의교환에의한등록과정완료 <<< 이과정에서 ranging도수행 >>>
( 일반적인 EPON 활용 ) EPON 응용 OLT (Bridge : P2P emulation) OLT (Single copy Broadcast SCB extra) OLT (Repeater : Shared LAN emulation : SCB intra : e.g. ARP) OLT *multicast?
Point-to-point 통신기능 OLT Shared LAN/P2P emulation 을위해, OLT 가 repeating/ bridging 을해야한다. 자신이보낸것도자신에게되돌아온다. 일반적인이더넷리피터 / 브리지의경우, 이런상황이발생하지않는다. 해결책 : 송신 식별용 id 필요
송신 식별용 id (PONid) 의활용 OLT Source PON id =1 PONid == PHYid == Logical link id
위치 Preamble 부분에.. MAC 프레임안에 PONid 를어디에두는가? preamble 이더넷의 preamble 부분사용 (i) PONid SA+DA+.FCS (ii) Normal Preamble SA+DA+. PONid FCS
PONid 를처리하는계층은? : at MAC control 브리징 / 리피팅기능부 MAC control OLT PONid + mode bit(scb/p2p) DA+SA. ponid. +FCS MAC 1 2 n normal preamble RS PHY preamble DA+SA. ponid +FCS
PONid 를처리하는계층은? : at RS 브리징 / 리피팅기능부 OLT MAC RS PHY normal preamble 1010 PONid + mode bit(scb/p2p) DA+SA.. +FCS 1 2 n P2P or LE flag ponid DA+SA.. +FCS Modified preamble
기타 Security/Authentication Downstream Broadcast Denial of Service Attack : GATE/REPORT패킷생성 Free riding by unregistered s OAM Remote fault detection, Using MAC control frame or special PHY frame FEC