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2002. 2. 20

Ethernet in the First MileEthernet in the First Mile

삼성전자 통신연구소

박 태 성[email protected]


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


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


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


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)


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


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


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


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


CWDM : filter

Tx : FP, VCSEL

uncooled DFB, cooled DFB

Rx : PIN-PD


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


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


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


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


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...


Burst modeReceiver

Burst modeBurst modeReceiverReceiver ReceiverReceiverReceiver

11xNxN수동수동 광분배기광분배기

Variable Time slot and Variable frame size

...

Gigabit Ethernet(1.25G)

ReceiverReceiverReceiver


1550nm

1310nm

1550nm

1310nm


http://www.ieee802.org/3/efm/public/mar01/index.html


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


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


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


ReceiverReceiver1550nm

1310nm버스트 모드광송신기


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


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


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 ...


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


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


EFM Issues(I)

표준화 이슈들


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


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


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


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


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


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


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


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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