Im Vergleich zu den bisherigen WAN-Zugangsmethoden unterscheidet sich das hier vorgestellte Glasfaser-Zugangsnetz offensichtlich, da es sich nicht mehr um eine Zugangsmethode, sondern um eine eigene Kategorie handelt, die sich völlig von den bisherigen Zugangsmethoden unterscheidet. Denn es überträgt in der Leitung keine elektrischen Signale mehr, sondern nutzt optische Signale. Dadurch erfordert das Glasfaser-Zugangsnetz eine völlig andere Ausstattung und arbeitet als in sich geschlossenes System. Innerhalb des Glasfaser-Zugangsnetzes gibt es verschiedene Zugangsmethoden. In diesem Abschnitt werden sie allgemein beschrieben.
Die Topologie eines Glasfaser-Zugangsnetzes ist die Struktur der Übertragungsleitungen und Knoten, die den gegenseitigen Standort und die Verbindungsanordnung der Knoten im Netzwerk angibt. In Glasfaser-Zugangsnetzen gibt es drei grundlegende Netzwerktopologien: Bus, Ring und Stern. In großen Netzwerken können jedoch auch einige Hybridtopologien abgeleitet werden, wie z. B. eine Bus-Stern-Struktur, ein Baum, ein Doppelring und andere Anwendungskombinationen, die jeweils ihre eigenen Eigenschaften haben und sich gegenseitig ergänzen. In diesem Abschnitt stellen wir die oben genannten drei grundlegenden Glasfaserzugangsnetzwerktopologien nur kurz vor. Beachten Sie, dass es sich bei der in diesem Abschnitt vorgestellten Netzwerkstruktur um die grundlegendste modulare Struktur handelt, das eigentliche Glasfasernetzwerk jedoch auch viele Geräte- und Geräteverbindungen umfasst.
1. Busartige Architektur
Die Busstruktur ist eine sehr verbreitete Topologie für Glasfaser-Zugangsnetzwerke, bei der Glasfaser als gemeinsamer Bus verwendet wird, ein Ende direkt mit dem Relaisnetzwerk des Dienstanbieters verbunden ist und das andere Ende mit jedem Benutzer verbunden ist. Jedes Benutzerterminal ist über eine Art Koppler direkt mit dem Glasfaserbus verbunden, und die Verbindung zwischen dem Benutzercomputer und dem Bus kann über ein Koaxialkabel, ein Twisted-Pair-Kabel oder eine Glasfaser erfolgen. Dies ähnelt der Bustopologie, die wir im LAN eingeführt haben, wie in Abbildung 1 dargestellt. Eines der Relay-Netzwerke kann eines davon sein, z. B. PSTN, X.25, FR, ATM usw. Die von uns eingeführte Kabelmodem-Zugriffsmethode früher verwendet eine solche Zugriffsmethode.
Bei dieser Struktur handelt es sich um eine Tandemstruktur. Zu den Vorteilen gehören die gemeinsame Nutzung der Backbone-Faser, die Einsparung von Leitungsinvestitionen, das einfache Hinzufügen und Entfernen von Knoten sowie eine geringere gegenseitige Beeinträchtigung. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass das Übertragungsmedium gemeinsam genutzt wird und die Verbindungsleistung von der Anzahl der Benutzer abhängt.
2. Ringstruktur
Die Ringstruktur ähnelt der Ringtopologie im LAN, was bedeutet, dass sich alle Knoten eine Glasfaser-Ringverbindung teilen. Die ersten und letzten Glasfaserverbindungen werden zu einer geschlossenen Netzwerkstruktur verbunden. Natürlich muss ein Ende der Glasfaser mit dem Relaisnetzwerk des Dienstanbieters verbunden sein. Die Verbindung zwischen den Teilnehmern und dem Glasfaserring erfolgt ebenfalls über verschiedene Koppler, als Übertragungsmedium können Koaxialkabel, Twisted-Pair-Kabel oder natürlich Glasfaser verwendet werden.
Der herausragende Vorteil dieser Architektur besteht darin, dass das Netzwerk über die Fähigkeit zur Selbstheilung verfügt, was bedeutet, dass sich das Netzwerk ohne externes Eingreifen in relativ kurzer Zeit von einem Ausfall des Dienstes erholen kann. Der Nachteil besteht darin, dass die Verbindungsleistung schlecht ist, da auch das Übertragungsmedium geteilt wird. Daher ist es in der Regel für weniger Benutzer im Zugangsnetzwerk geeignet; und die Ausfallrate hoch ist, kann der Ausfall weitreichende Auswirkungen haben. Wenn der Glasfaserring kaputt ist, wird das gesamte Netzwerk unterbrochen.
3. Sternstruktur
Die hier erwähnte Sternstruktur entspricht der „Sternstruktur“ im LAN, allerdings liegt hier der Schwerpunkt auf dem Übertragungsmedium Glasfaser statt auf Twisted-Pair-Kabeln. In diesem Glasfaser-Zugangsnetz mit Sternstruktur tauscht jedes Benutzerterminal Informationen über einen Sternkoppler mit Steuer- und Vermittlungsfunktionen aus, der sich am zentralen Knoten (im Endbüro) befindet. Es handelt sich um eine parallele Struktur, es gibt kein Problem der Verlustakkumulation und die Aufrüstung und Erweiterung ist einfach zu realisieren. Jeder Benutzer ist relativ unabhängig und bietet eine gute Anpassungsfähigkeit des Dienstes. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass mehr Glasfasern erforderlich sind (eine für jeden Benutzer), was zu höheren Kosten führt. Darüber hinaus müssen in dieser Struktur alle Knoten die Daten des zentralen Knotens durchlaufen, um eine Verbindung zum Relaisnetzwerk herzustellen, was zu einer hohen Arbeitsbelastung für den Sternkoppler am zentralen Knoten und hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit führt. Fällt der zentrale Knoten aus, liegt auch das gesamte Netzwerk lahm.
Die Sternstruktur wird in drei Typen unterteilt: aktive Einzelsternstruktur, aktive Doppelsternstruktur und passive Doppelsternstruktur.
(1) Aktive Einzelsternstruktur
Diese Struktur verwendet Glasfaser, um das OLT im Vermittlungsbüro des Dienstanbieters direkt mit den Teilnehmern zu verbinden, eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, die im Grunde die gleiche ist wie die bestehende verdrillte Kupfer-LAN-Sternstruktur. In dieser Struktur verfügt jeder Haushalt über ein separates Leitungspaar, das direkt mit dem OLT am Büro des Dienstanbieters verbunden ist, das an das Fernnetz angeschlossen ist. Die Grundstruktur des Netzwerkzugriffs ist in Abbildung 3 dargestellt.
Die Vorteile dieser strukturierten Zugriffsmethode zeigen sich vor allem in der Unabhängigkeit und Vertraulichkeit der Nutzer. Es ist einfach, die Kapazität aufzurüsten und zu erweitern, da neue Dienste durch einfachen Austausch der Geräte an beiden Enden aktiviert werden können. Diese Methode weist eine hervorragende Anpassungsfähigkeit auf. Der Nachteil ist, dass die Kosten zu hoch sind. Jeder Haushalt benötigt ein separates Glasfaserpaar oder eine Glasfaser (Zwei-Wege-WDM). Um Tausende von Haushalten zu versorgen, wären Tausende von Adern Glasfaserkabel erforderlich, was schwierig zu handhaben sein kann. Darüber hinaus benötigt jeder Haushalt eine spezielle Lichtquelle und einen speziellen Detektor, was die Einrichtung recht komplex macht.
(2) Aktive Doppelsternstruktur
Bei der Doppelsternstruktur handelt es sich eigentlich um eine baumartige Struktur mit zwei Ebenen. Es fügt einen aktiven Knoten zwischen der Vermittlungsstelle OLT des Diensteanbieters und dem Teilnehmer hinzu. Die Wechselstube und der aktive Knoten nutzen dieselbe Glasfaser und nutzen Zeitmultiplex (TDM) oder Frequenzmultiplex (FDM), um Informationen mit größerer Kapazität an den aktiven Knoten zu übertragen und dann auf Informationsströme mit geringerer Kapazität umzuschalten, um Tausende von Haushalten zu erreichen. Die grundlegende Netzwerkstruktur ist in Abbildung 4 dargestellt.
Die Vorteile dieser Netzwerkstruktur sind mehr Flexibilität, gemeinsame Glasfaser zwischen aktiven Knoten in der Zentrale und geringere Anforderungen an die Glasfaserkabelkerne, was zu einer Kostenreduzierung führt. Die Nachteile liegen jedoch in der Komplexität und den hohen Kosten der aktiven Knotenkomponente, was die Wartung umständlich macht. Darüber hinaus würde die Einführung neuer Breitbanddienste und die Modernisierung des Systems den Austausch aller optoelektronischen Geräte oder die Implementierung eines anspruchsvolleren WDM-Overlay-Systems erfordern.
(3) Passive Doppelsternstruktur
Diese Struktur behält die Vorteile der gemeinsamen Nutzung von Fasern in einer aktiven Doppelsternstruktur bei, verwendet jedoch anstelle eines aktiven Knotens einen passiven Splitter. Dies führt zu einer einfacheren Wartung, höherer Zuverlässigkeit und geringeren Kosten. Durch die Umsetzung verschiedener Maßnahmen wird zudem die Vertraulichkeit erhöht und somit eine bessere Zugangsnetzstruktur erreicht.
4. EPON WAN-Verbindungstopologie
Das EPON-Netzwerk verwendet eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Topologie, um die Punkt-zu-Punkt-Struktur zu ersetzen, was die Glasfasermenge und die Verwaltungskosten erheblich einspart. Passive Netzwerkgeräte ersetzen Repeater, Verstärker und Laser, die in herkömmlichen ATM/SONET-Breitbandzugangssystemen verwendet werden, wodurch die Anzahl der in der Zentrale erforderlichen Laser reduziert wird und das OLT von mehreren ONU-Benutzern gemeinsam genutzt wird. Darüber hinaus nutzt EPON Ethernet-Technologie und Standard-Ethernet-Frames, um die aktuellen Mainstream-Dienste – IP-Dienste – zu übertragen, ohne dass eine Konvertierung erforderlich ist. Daher ist EPON unkompliziert, effizient und hat niedrige Bau- und Wartungskosten, wodurch es sich hervorragend für die Anforderungen von Breitbandzugangsnetzwerken eignet.
Ein typisches EPON-System besteht ebenfalls aus OLT, ONU und ODN, wie in Abbildung 5 dargestellt.
Das OLT wird im zentralen Serverraum platziert, während die ONU als clientseitige Ausrüstung dient. Das OLT bietet nicht nur Netzwerkzentralisierung und -zugriff, sondern kann auch Bandbreitenzuweisung bereitstellen, Netzwerksicherheit und Verwaltungskonfiguration für unterschiedliche Benutzer-QoS/SLA-Anforderungen (Service Level Agreement) gewährleisten. Der Splitter verfügt über eine Splitrate von 2, 4 oder 8 und kann auf mehreren Ebenen angeschlossen werden. Bei EPON kann die Entfernung vom OLT zur ONU bis zu 20 km betragen und kann durch Verwendung eines Glasfaserverstärkers (aktiver Repeater) noch erweitert werden.
Wie in Abbildung 5 dargestellt, wird das optische Signal für jede optische Netzwerkeinheit (ONU) über einen optischen Splitter in mehrere Kanäle aufgeteilt, und das Upstream-Signal von jeder ONU wird mithilfe eines optischen Kopplers in einer einzigen Faser zusammengefasst und an das OLT gesendet. Zu den passiven Netzwerkgeräten gehören Singlemode-Glasfaserkabel, passive optische Splitter/Koppler, Adapter, Steckverbinder und Fusionsspleißer. Es wird im Allgemeinen außerhalb des örtlichen Bereichs platziert und als externes Gerät bezeichnet. Passive Netzwerkgeräte sind sehr einfach, stabil, zuverlässig, langlebig, wartungsfreundlich und kostengünstig. Zu den aktiven Netzwerkgeräten gehören Zentralbüro-Rackgeräte, optische Netzwerkeinheiten und Gerätemanagementsysteme (EMS). Die Rack-Ausrüstung der Zentrale umfasst Glasfaser-Leitungsterminals, Netzwerkschnittstellenmodule (NIMs) und Switching-Module (SCMs). Daher werden diese drei Arten von Geräten zusammenfassend als Zentralbüro-Rack-Geräte bezeichnet.
Die Rack-Ausrüstung der Zentrale dient als Schnittstelle zwischen dem EPON-System und den zentralen Daten-, Video- und Sprachnetzwerken des Dienstanbieters. Es ist für die Verbindung mit dem Kernbetriebsnetzwerk des Dienstanbieters über das Geräteverwaltungssystem verantwortlich.
