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2002. 2. 20
Ethernet in the First MileEthernet in the First Mile
삼성전자 통신연구소
박 태 성taesung@samsung.com
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IEEE 802.3 ah(EFM) 개요(1)
http://grouper.ieee.org/groups/802/3/efm/
목적
Ethernet의 적용영역을 가입자 망까지 확대하여 Ethernet을 가입자 또는 최대한 가까운 거리까지
포설하여 Ethernet을 일반가입자에게 제공하는 것을 목적으로 함
Overview
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IEEE 802.3 ah(EFM) 개요(2)
표준화 일정
• IEEE LAN/MAN Standard Committee(LMSC) 산하 802.3 WG은
2000.11 Plenary meeting에서 EPON표준을 위한 EFM SG 결성을 승인
• EFM SG는 2001년 1월의 첫 SG 미팅을 포함, 3번의 Plenary 미팅과 3번의 SG미팅을 통해
3월에는 PAR과 5 Criteria가 802.3 WG의 승인 받음
• 2001년 10월에는 NesCom과 STB의 정식 PAR로 승인받아 TF가 구성
• 2001년 7월 meeting부터 sub-track별 활동 시작
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IEEE 802.3 ah EFM 개요(3)
표준화 핵심 Issue
참여회사
DomiNet system, Cisco, World Wide Packet, Alloptic, infineon, Broadcom, Passave, ADC, Samsung ..
Support subscriber access network topologies:
•Point to multipoint on optical fiber(PON)
•Point to point on optical fiber
•Point to point on copper(EoVDSL)
Provide a family of physical layer specifications:
•1000BASE-X extended temperature range optics
•1000BASE-X>=10km over single SM fiber
•1000BASE-X>=10km, 1000Mbps, SM fiber, >=1:16
Support far-end OAM for subscriber access networks
• Remote failure indication
• Remote loop-back
• Link monitoring
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Access Technology Application
1-2Mbit/s T1, E1 1Gbit/s
Business
Residential
IncreasingBandwidth
to theBuilding
Small Business Medium Business Large Business
Now
Future
Now
Future
FTTH Apartments MDU Large Block
Single family homes 16 homes 100 homes 500 homes
50Mbit/s 100Mbit/s 1Gbit/s 5Gbit/s
155Mbit/s
56kbit/sISDN, ADSL
100Mbit/s 400Mbit/s 1Gbit/s
1Gbit/s50Mbit/s 5Gbit/s 25Gbit/s
DSL
APON155Mbit/s(shared)
GEPON1Gbit/s(shared)
Point-to-point
1/10Gbit/s
Size of building
MDU:Multiple Dwelling Units (자료 :OHAN/FSAN 2001,April)
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Business fiber tomorrow
PON OLTPON OLT
BroadbandSwitch/router
OC192
TerabitSwitch
EdgeSwitch
Backbone Network Central office
T1IAD
Remotebuilding
Nearby building
10Gbit/s EthernetVideoIP, VoIP
DWDM extensionsDWDM extensionsPONPONOLTOLT
Opticalcrossconnect
PONPONsplittersplitter
Office parkor campus
CopperFiber
Multiple buildingsremote sites
MSPP
MSSP
www.lightreading.com
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PON 개 요
PON (Passive optical Network)
광 가입자 망 구축 방식
DSL의 전송거리, 약 5km이내 PON 시스템의 전송거리, 최대 10~20km
光 Cable 상에 Passive Optic Splitter 사용하여 하나의 OLT가 여러 ONU
를 접속할 수 있는 방식
종류
o ATM - PON
o Ethernet - PON
o WDM – PON
PON의 장점
기존망 방식보다 경제성 우수 (광선로 구축비용)
Broadband Service
Flexible한 가입자 구성
FSAN 16% ~ 40% < point-to-point system
Verizon “cost of FTTH approaching that of copper”Marconi “$1400 per home in year one
Point-to-point
Point-to-multipoint
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PON 구성 및 주요 광부품
Central Office : OLT Outside Distribution Network(ODN) Indoor/Outdoor ONU
WDM : fused fiber, filter
CWDM : filter
DWDM : PLC(AWG), filter
Tx : uncooled DFB, cooled DFB
Rx : PIN-PD, APD
WDM : fused fiber, filter
CWDM : filter
DWDM : PLC(AWG), filter
Tx : uncooled DFB, cooled DFB
Rx : PIN-PD, APD
Fiber : SMF
Splitter : PLC, fiber, filter
Connector , Splicing
Fiber : SMF
Splitter : PLC, fiber, filter
Connector , Splicing
WDM : fused fiber, filter
CWDM : filter
Tx : FP, VCSEL
uncooled DFB, cooled DFB
Rx : PIN-PD
WDM : fused fiber, filter
CWDM : filter
Tx : FP, VCSEL
uncooled DFB, cooled DFB
Rx : PIN-PD
ONU
...
수동수동 광분배기광분배기
광섬유
광섬유
OLT
Voice
IP, ATM
BrodcastingCATV, VoD
1xN
항 목 국내 가입자 선로의 특성 비 고
거 리
• 평균평균 : 2.2: 2.2kmkm• 3km까지의 거리 : 73%• 5km까지의 거리 : 93%• 최빈도거리최빈도거리 : 1.2: 1.2kmkm
• 미국의 평균 : 3.2km• 일본의 평균 : 1.7km• 영국의 평균 : 2.0km
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PON의 가입자 수용방법
ONT
ONT
NTONU....
NTONU.... FTTCab
OLT
Internet
Leased Line
Telephony
Video
FTTH
FTTB
FTTC
Twisted pair
VDSLVDSL
Passive Optical Network
FTTH : Fiber to the Home FTTC : Fiber to The CurbFTTB : Fiber to The Building FTTCab : Fiber to The Cabinet
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ATM-PON 개요
Central Office Remote node Subscribers
ONU...
OLTTransmitterTransmitterTransmitter
Burst modeReceiver
Burst modeBurst modeReceiverReceiver ReceiverReceiverReceiver
11xNxN수동수동 광분배기광분배기
1550nm
1550nm
1310nm
1310nm
15501550nm, Downstream nm, Downstream ATM 155/622MbpsATM 155/622Mbps
13101310nm,Upstream, nm,Upstream, ATM 155MbpsATM 155Mbps
Fixed 56 byte(53byte ATM cell+3byte dead zone)
ReceiverReceiverReceiver
Burst modeTransmitterBurst modeBurst modeTransmitterTransmitter
Burst modeTransmitterBurst modeBurst modeTransmitterTransmitter
FSAN에 의해 주도, 양방향 광대역 서비스를 제공하기위한 Access망 구현 목표
Residential service(POTS & Narrowband ISDN) Business application
FSAN 규격에 의한 ATM-PON의 주요 특성
하향전송 : ATM cell, 155Mbps/622Mbps, 1550nm, continuous mode전송
상향전송 : TDMA방식, 155Mbps, 1310nm, burst mode전송
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Ethernet-PON 개요
Gigabit Ethernet에 의한 point-to-multipoint passive optical network
Use IP-optimized protocol(Ethernet)at high speeds(GBE) and low cost
현재 LAN의 약 95% 가 Ethernet 환경
Downstream: Broadcast and select, single point to multipoint transmission
Upstream : Require Burst mode transceiver
Require a new MAC(Media Access Protocol) for multipoint to point
Variable time slots, Variable frame size
IEEE 주도에 의한 표준화 시도: IEEE 802.3 Ethernet in the First Mile (EFM) TF
Central Office Remote node Subscribers
ONU...
OLTTransmitterTransmitterTransmitter
Burst modeReceiver
Burst modeBurst modeReceiverReceiver ReceiverReceiverReceiver
11xNxN수동수동 광분배기광분배기
Variable Time slot and Variable frame size
...
Gigabit Ethernet(1.25G)
ReceiverReceiverReceiver
Burst modeTransmitterBurst modeBurst modeTransmitterTransmitter
1550nm
1310nm
1550nm
1310nm
Burst modeTransmitterBurst modeBurst modeTransmitterTransmitter
http://www.ieee802.org/3/efm/public/mar01/index.html
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Ethernet-PON 개요 : Down/Upstream
OLT
ONU
ONU
ONU
User1 2 2 2 21
2
1
2
User
User33 3
33 3
333
ONU’S time slot
IEEE 802.3 frame
Need Dynamic Allocation TDMA based on Request/Permit
OLT
ONU
ONU
ONU
User2 1 2 3 2 1 2 32
12
3
21
23
2
1
2
3
User
UserIEEE 802.3 frame
Header Payload FCS
Downstream
Upstream10km
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Ethernet-PON 개요 : Burst Mode IC
BurstBurst--mode datamode data수신 데이터의 패킷 단위로 Optical power(광 신호 세기) 및 Phase(위상)이 다른 것.PON 구조상 OLT와 각 ONU간의 거리가 다를 수 있기 때문에 발생
Central OfficeCentral Office
SubscribersSubscribers
OLTTransmitterTransmitterTransmitter
버스트 모드광 수신기
버스트버스트 모드모드광광 수신기수신기
ReceiverReceiver
11xNxN
상향 데이터의 특징
데이터 packet 사이에 Idle 신호 없음.Frame마다 optical power가 다름.Frame간의 phase가 다름.
ReceiverReceiver
버스트 모드광송신기
버스트버스트 모드모드광송신기광송신기
버스트 모드광송신기
버스트버스트 모드모드광송신기광송신기
ReceiverReceiver1550nm
1310nm버스트 모드광송신기
버스트버스트 모드모드광송신기광송신기
ONU
No Idle pattern
하향 데이터의 특징
Broadcasting Ethernet frames
R P
t g
Power ratio betweenadjacent bursts
Gap time betweenadjacent bursts
Burst 1 Burst 2
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PON 기술방식의 분류
FSAN : Full Service Access Network
PON하향신호
(OLT ONU) 비고상향신호
(OLT ONU)
ATM(155 ~622Mbps)
1995년 FSAN 주도
ITU-T 983.1, 2, 3상향 최대 622Mbps 제한됨
TDMA(ATM)(현재 155Mbps)
다수의 파장
광가입자망의 궁극적 구조
ONU당 Flexible 파장 할당
파장분기소자 필요
다수의 파장
Ethernet-PON Ethernet frameTDMA
(Ethernet frame)
ATM-PON
WDM-PON(DWDM tech.)
IEEE 802.3 EFM SG2001. 1, Kick off meeting상/하향 Giga급 Data 전송
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ITU-T 규격 :ATM-PON(1)
30dB25dB20dBMaximum loss
15dB10dB5dBMinimum loss
Class CClass BClass A
Classes for Optical Path Loss (G.982)
Physical configuration of ODN (G.982, 983.1)
ONU 1
ODN OLT
R/S S/R
ONU nOld, Olu
Ord, Oru
Ord, Oru ...
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ITU-T 규격 :ATM-PON(2)
20
15dBDifferential optical path loss
Class B:10-25,Class C:15-30 dBAttenuation range(G.982)
G.652-Fiber type
20kmMax. fiber distance
1dBkm
Max. optical path penaltyMax. differential logical reach
SpecificationUnitItems
1-fiber-Bi-directional transmission
PON with passive splitter(16 or 32 splitter)-Min. supported split ratio
Physical medium dependant layer parameter (G.983.1)
λ1(1480nm) λ2(1550nm)
Reserved for allocation by ITU-T
λ5 λ6
ATM-PONDownstream
Basic Band Enhanced Band Future Band
Guard Band Guard Band
λ3(1539,1550nm) λ4(1565,1560nm)
ATM – PON(ITU.T G.983.3)
1260 1360 1480 1500 1539 1550 1560 1565nm
상향 하향 Digital service
Video
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IEEE 802.3 ah(EFM) 동향
2001.9.27정식 TF승인 IEEE 802.3ah
Burst Mode IC
Agere에서 Burst Mode IC의 필요성에 대한 주장이 제기됨.
PMD(O/E with TIA, LD Driver)에 대한 상세 규격에 대한 논의 시작됨. : 수신감도, 버스트 처리 시간 등
PON용 MAC : 기능 구현 접근 방법이 업체에 따라 다름.
PHY Layer 수용방식(Cisco, Agere)
- PHY layer에서 PON 구조 지원 기능 수용
MAC layer 수용방식
-Broadcom 사 제안
PHY +MAC Layer 수용방식 : Passave+Alloptic
-PHY Layer : TSC(timing and slot control) P2P Emulation 기능수행(Alloptic)
-MAC layer : Control Type 필드를 이용한 DBA Control 기능 담당(Passave)
기타
모든 회사들이 DBA를 제시 하고 있음. Alloptic, DBA 방식 제안.
기존 Ethernet 표준과의 호환을 위해 P2P Emulation 기능 수용 제안.(Alloptic, Cisco, Broadcom..)
Passave사 : PON에서 필요한 Security 필요성 및 범위 제안
현재 운영중인 주제별 email reflector :OAM,Copper,P2MP, PTP
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EFM Issues(I)
표준화 이슈들
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sub-tracks
EFM Issues (II)
Hugh Barrass(Cisco)
G. Pasavento(Alloptic)
G. Kramer(Alloptic)
Dolors Sala(Broadcom)
Hiroshi Suzuki(Cisco)
Ariel Maislos(Passave)
주요활동인물
광케이블 인프라가 성숙되기 전의
과도기 시장을 선점
전송매체를 copper로
하였을 경우의 거리와
전송 속도등의 규정
상향 트래픽의 대역폭 보장
P2MP
(Point-to-MultiPoint)
MAC등의 프로토콜
담당부분
Single Pair non-loaded voice grade copper에서 전송거리는 3700m이상,
aggregate 속도는 4Mbps이상으로 하겠다는 motion이 11월 미팅에서 통과
Copper
Registration, Grant, Ranging, Request등의 프레임구조의 합의
하향 스트림은 기존의 Ethernet방식,
상향 스트림은 CA(Collision Avoidance)를 근간으로 하는 Dynamic TDMA방식 골격
P2P emulation/Shared media link (motion pass)MPCP의 구체화 & convergence 단계
EPON
목표Sub – tracks
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Matt Squire(Cisco)
Hiroshi Suzuki(Cisco)
Vipul Bhatt(Finisar)
주요활동인물
EFM에서의 효율적인 OAM제
정EFM에서의 OAM의 규정과 범위
사용 파장, 광케이블 종류, 사
용 광파이버의 수 등을 결정
• PMD내에서
BM(Burst Mode) transceiver 검
토
EPON track의 요청에 따라
laser ON/OFF time 규정 합의
목표담당부분Sub-tracks
•FEC, wavelength plan
video service를 수용하기 위한 “overlay” 방안이 제시되었고(ATM-PON),
이 서비스를 위한 새로운 waveband를 결정하자는 움직임이 있었으나 전체 반응 유도실패기타
다른 track에 비하여 많은 활동은 진행되지 않았으나 점점 관심이 고조되고 있는 track
OAM의 범위는 remote loopback, link monitoring, remote failure indication으로 결정
OAM in preamble(Hiroshi Suzuki,Cisco)와 OAM frame(Denny Gentry, Dominet
system)의 진영
전자의 방안이 Intel, AMCC, Sarila system, Fiberintheloop등의 동의가 많은 상태임
OAM
Optics
EFM Issues (III)
sub-tracks
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EFM Issues(1) : Burst Mode IC
IEEE802.3ah(EFM) 의 표준화 sub track중 Optical PMD category 내에서 논의 진행중.
주요 관심 사항
Optical PMD의 종류( 3, P2MP head-end/subscriber-end, P2P head-end)
: Optical Medium, Wavelength plan(1310/1490 nm), no. of fibers, loss budget/link model
Optical Source
: 1310nm FPs (VCSEL in future)/1490nm/15xx DFBs
EPON optical Transceivers
: OLT&ONU Tx/Rx Isolation,
ONU OFF Power Leakage for Burst Mode operation,
Tx turn On/Off time, Rx AGC timing, Rx dynamic range, Rx clock recovery time
PMD Burst Mode Dynamic Performance
: Extinction Ratio and Off-State power,
guard time due to difference of power between bust packets
Equalizer (or Equalizing amplifier)
MUX
PDPRE AMP
POST AMP
CLOCK &DATA
RECOVERY
Optical Receiver
LD Driver
LD DRIVER
APC PeakDetector
Optical Transmitter
M-PD
LDEqualizer (or Equalizing amplifier)
MUXMUX
PDPDPRE AMP
POST AMP
CLOCK &DATA
RECOVERY
Optical Receiver
LD Driver
LD DRIVER
APC PeakDetector
Optical Transmitter
M-PDM-PD
LD
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EFM Issues(2) :MPCP(Mac control protocol)
2001.11부터 passave를 중심으로 한 alloptic, terawave, broadcom, NTT, intel등의
진영이 만든 MAC control protocol의 명칭
registration behavior
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EFM Issues(3) :MPCP(Mac control protocol)
Motion 1 : MAC control (FAIL)
P2MP protocol that control the access to the uplink will use MAC control frame message, and be continued to the MAC control layer
Motion 2 : TDMA (PASS)
802.3ah P2MP will use TDMA on the uplink
Motion 3 : collision free (PASS)
ONU access will be collision free following the initialization
Motions at Jan. 2002 meeting
Motion 4 : Access Control (PASS)
802.3ah P2MP will use access control protocol with functionality and layering described in the attached diagram
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EFM Issues(4) :P2P Emulation/Shared media Emulation
2001.9부터 Cisco의 Hiroshi Suzuki를 중심으로 하여 Passave등이 진영을 만듦
Jan. 2002 meeting에서 P2P/share media emulation기능 motion pass
제안된 방식
•Broadcast downstream frames
(ONU filter out by logical PHY ID)
• Logical PHY ID is needed
Head end
P2P emulation
options
•Repeat all upstream frames to all downstream
(ONU filter out by logical PHY ID)
• Downstream BW is affected by upstream
• Logical PHY ID is needed
Shared media emulation
Head endoptions
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OAM objectives
Remote loopback
Link monitoring
Remote failure indication
제안된 OAM 구현방식
EFM Issues(5) :OAM
FirmwareHardwaremethod
Denny Gentry(Dominet system)Hiroshi Suzuki(Cisco)주요활동인물
지지세력기반 약함MPCP와 맞물려 유리한 위치
Require changes to the RS
OAM in preamble dummy frame
특징
In-band
(in general)
out-of-band
(dummy frame)
bandwidth
OAM in FrameOAM in Preambleproperty
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Alloptic
IP ROUTER
VIDEO
SONETATM
VOICE
OLT Opticalsplitter
Central Office
Up to 64 ONUs
Multi-Tenant Units
Homes
BuildingsONU
ONU
ONU
FTTB
FTTC
FTTH
Alloptic 1.25 GbpsIP/Ethernet PON
Local ExchangeSwitch
Ethernet PONs
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