1. Passive Optical Network

2. Why fiber ? • 꼬임 구리 선(UTP) • 8 Mbps @ 3 km, 1.5 Mbps @ 5.5 km (ADSL) • 1 Gb @ 100 meters (802.3ab) • 마이크로 웨이브 • 70 Mbps @ 30 km (WiMax) • 동축케이블 • 10 Mbps @ 3.6 km (10BROAD36) • 30 Mbps @ 30 km (케이블모뎀) • 광섬유(optical fiber) • 10 Mbps @ 2 km (10BASE-FL) • 100 Mbps @ 400m (100BASE-FX) • 1 Gbps @ 2km (1000BASE-LX) • 10 Gbps @ 40 (80) km (10GBASE-E(Z)R) • 40 Gbps @ 700 km [Nortel] or 3000 km [Verizon]

3. why is fiber better ? 단위 길이 당 감쇄(attenuation per unit length) • 에너지 손실의 이유 • 구리: 저항, 피복효과, 방사, 연결 • 광섬유: 내부 낭비, 불완전한 전체 내부반사 • 광섬유는 2의 제곱으로 구리보다 우수 • 예: 10 dB/km for thin coax at 50MHz, 0.15 dB/km l =1550nm fiber 잡음 입력과 누화(noise ingress and cross-talk) • 구리는 가까이 있는 모든 도체에 대해 잡음을 증가시킴 • 광섬유는 아니다. ground-potential, 직류고립(galvanic isolation), lightning protection • 구리는 다루기 어렵고 위험하다 • 광섬유는 아니다.

4. copper fiber Why not fiber ? • 연결, 수리하기가 어려우므로 조심스럽게 다루어야 한다. • 구리보다 생성기와 증폭기가 비싸다. • 디지털 처리는 전기적이어야 한다. • 전자기로 다시 변환해야 함. • 변환기를 optical transceiver라고 함. • optical transceivers는 고가임. • 전기에 의한 교환(switching)이 더 쉬움 (물론 광교환기도 있음) • 순수 광 네트워크는 제한된 위치에 적용 • 점-대-점 • 링

5. access core LAN Access network의병목 LAN(local area networks) • 동축 케이블 • 짧은 거리에 고속 전송률 core networks • 광 섬유 • 장거리에 대한 고속 전송률 • 작은 수의 네트워크 요소 access networks • 장거리의 경우 • 광섬유 사용 • 많은 네트워크 요소와 종단점(endpoints)이 필요. • 광섬유가 사용되면, 여러 개의 optical transceivers가 필요함. • 따라서 구리선 사용하면 전송률이 제한됨.

6. 광 가입자망 기술

7. Fiber To The Curb Hybrid Fiber Coax and VDSL • switch/transceiver를 도로변이나 지하실에 설치 • 2개의 optical transceiver 필요(but not pure optical solution) • transceiver와 종단 사용자사이는 낮은 대역폭 • complex converter가 필요 core N end users feeder fiber copper access network

8. core N end users access network Fiber To The Home we can implement point-to-multipoint topology purely in optics • 광섬유(pair)를 각 종단 사용자까지 연결 • 2N 개의 optical transceivers • 유지복잡하고 고비용

9. An obvious solution 중간에 스위치를 둠. • (active) switch를 도로변이나 지하실에 설치. • 2 N + 2개의 optical transceiver가 필요함. core N end users feeder fiber fiber access network

10. access network 1:2 passive splitter core N end users typically N=32 max defined 128 feeder fiber 1:4 passive splitter The PON solution 대안: point-to-multipoint 를 광섬유로 구현 • 광-전자기 변환 불필요 • passive splitters 사용(전력 불필요) • N+1개의 optical transceiver만 필요 !

11. UNI downstream upstream Terminal Equipment (Computer) NNI Optical Distribution Network ONU core splitter OLT Optical Access Network PON 용어 • CO head-end: OLT(Optical Line Terminal) • ONU(Optical Network Units) • fiber tree (feeder, splitters, distribution fibers):ODN • 동일한 OLT로터 나온 트리: OAN • Downstream: OLT ONU (upstream: ONU OLT)

12. A/B-PON(ATM/Broadband) : 초창기 ATM 기술을 기반으로 가입자에게 ONU 또는 ONT를 직접 제공 Downstream은 Broadcasting, Upstream은 TDMA기술 적용, 155Mbps, 622Mbps 전송, Voice/Broadcasting 수용이 용이 E-PON(Ethernet-PON) : 현재 전세계적인 추세 Ethernet 프로토콜을 이용, Ethernet Packet을 그대로 수용 􀃆 모뎀불필요! (년간 500억손실) 1Gbps전송, B-PON과 동일한 전송방식 (실시예: 지난 여름 광주 ‘상무지구 FTTH’ by LG) WDM-PON (DWDM & CWDM-PON) : 작년부터 DWDM-PON 상용화 서비스 가입자당 또는 가입자 군당 파장분할 방식에 의해 서비스 제공 Transparent한 전송방식 CWDM-PON 20nm의 파장간격을 사용 가입자망에 적합한 스펙을 제공하며 저가의 시스템 구현 100M 􀃆 1G이상의 시스템 확장성 용이 Tree, Ring형 시스템구성 가능 Hybrid-PON : 광을 Ethernet 신호로 바꿔서 UTP로 가입자에 도달(Hub가 있어 모뎀 불필요!) WDM 전송기반에 B-PON, E-PON을 통합 수용가능 다수 가입자 수용이 가능하고 광케이블 및 파장의 소요를 줄임 PON types many types of PONs have been defined APON ATM PON BPON Broadband PON GPON Gigabit PON EPON Ethernet PON GEPON Gigabit Ethernet PON CPON CDMA PON WPON WDM PON

13. PON 원리 (거의) 모든 형태의 PON이 동일한 기본 원리 사용 OLT와 ONU • 2 계층(이더넷 MAC 등) • optical transceiver는 송수신에 서로 다른l 사용 • 선택적으로Wavelength Division Multiplexer 사용 downstream 전송 • OLT는 모든 ONU들에게 데이터를 방송(broadcast) • ONU는 자신의 주소를 목적지로하는 데이터는 수신하고 나머지는 버림 • 보안을 위해 암호(encryption )가 필요 upstream transmission • ONU는 Time Division Multiple Access를 사용하여 대역폭 공유 • OLT는 ONU의 timeslots을 관리

14. PON 원리

15. downstream upstream Why a new protocol ? PON은 독특한 구조를 가짐 • 다운스트림: (broadcast) point-to-multipoint • 업 스트림: (TDMA) multipoint-to-point <비교> • Ethernet - multipoint-to-multipoint • ATM - point-to-point 기존 프로토콜은 수신 필터링, 안, 대역폭 할당 등의 기능을 제공하지 않음

16. PON header DA SA T data FCS PON의 프레임 구조 대부분의 PON 트래픽은 Ethernet임. 따라서use EPON - it's just Ethernet CSMA/CD를 사용하지 않고 승인받았을 때 전송함

17. 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101011 10101010 10101010 10101011 10101010 10101010 LLID LLID CRC EPON header 이더넷은 8바이트의 preamble로 시작함 • 7B는10101010……………10 • 1B는10101011 새로운 PON header를 숨기기 위해 EPON은 일부를 overwrite함. LLID필드: - MODE (1b) • ONU는 0 • OLT는 unicast일 때 0, multicast/broadcast일 때 1 - Logical Link ID (15b) • 등록된 ONU를 정의 • 7FFF for broadcast CRC는SLD (byte 3)에서 LLID (byte 7)까지를 검사함.

18. DA SA L/Type Opcode timestamp data / RES / pad FCS MPC PDU format MultiPoint Control Protocol 프레임 Ethertype = 8808 Opcodes (2B) - presently defined: GATE/REPORT/REGISTER_REQ/REGISTER/REGISTER_ACK Timestamp: 32b, 16 ns resolution 송신자가 MPCPDU를 전송할 때의 시간 Data