En comparación con los métodos de acceso WAN anteriores, la red de acceso de fibra óptica presentada aquí es obviamente diferente, ya que ya no es un método de acceso, sino una categoría separada que es completamente distinta de los métodos de acceso anteriores. Esto se debe a que ya no transmite señales eléctricas en la línea, sino que utiliza señales ópticas. Como resultado, la red de acceso de fibra óptica implica una variedad completamente diferente de equipos y funciona como un sistema autónomo. Existen varios métodos de acceso dentro de la red de acceso de fibra óptica. Esta sección proporciona una descripción general de ellos.
La topología de una red de acceso de fibra óptica es la estructura de las líneas de transmisión y los nodos, que indica la ubicación mutua y el diseño de interconexión de los nodos en la red. En las redes de acceso de fibra óptica, existen tres topologías de red básicas principales: bus, anillo y estrella. Sin embargo, en redes grandes también se pueden derivar algunas topologías híbridas, como estructura bus-estrella, árbol, doble anillo y otras combinaciones de aplicaciones, cada una con sus propias características y se complementan entre sí. En esta sección, solo presentamos brevemente las tres topologías de red de acceso de fibra básicas anteriores. Tenga en cuenta que la estructura de red presentada en esta sección es la estructura modular más básica, pero la red de fibra óptica real también involucra muchas conexiones de dispositivos y equipos.
1. Arquitectura tipo bus
La estructura tipo bus es una topología muy común para las redes de acceso de fibra óptica, que utiliza fibra óptica como bus común, un extremo está conectado directamente a la red de retransmisión del proveedor de servicios y el otro extremo está conectado a cada usuario. Cada terminal de usuario está conectado directamente al bus de fibra óptica a través de algún tipo de acoplador, y la conexión entre la computadora del usuario y el bus puede ser cable coaxial, cable de par trenzado o fibra óptica. Esto es similar a la topología de tipo bus que introdujimos en LAN, como se muestra en la Figura 1. Una de las redes de retransmisión puede ser cualquiera de ellas, como PSTN, X.25, FR, ATM, etc. El método de acceso de Cable MODEM que introdujimos anteriormente utiliza un método de acceso de este tipo.
Esta estructura es una estructura en tándem, y sus ventajas incluyen compartir la fibra troncal, ahorrar inversión en línea, fácil adición y eliminación de nodos y menos interferencia entre sí. Sin embargo, sus desventajas es que comparte el medio de transmisión y el rendimiento de la conexión se ve afectado por la cantidad de usuarios.
2. Estructura de anillo
La estructura de anillo es similar a la topología de anillo en LAN, lo que significa que todos los nodos comparten un enlace de anillo de fibra. Los enlaces de fibra primero y último están conectados para formar una estructura de red de bucle cerrado. Por supuesto, un extremo de la fibra debe estar conectado a la red de retransmisión del proveedor de servicios. La conexión entre los usuarios y el anillo de fibra también se establece a través de varios acopladores, y el medio de transmisión utilizado puede ser cable coaxial, cable de par trenzado o, por supuesto, fibra.
La ventaja sobresaliente de esta arquitectura es que la red tiene capacidad de recuperación automática, lo que significa que sin intervención externa, la red puede recuperarse de la falla del servicio en un período de tiempo relativamente corto. La desventaja es que el rendimiento de la conexión es pobre, porque también comparte el medio de transmisión. Por lo tanto, suele ser adecuado para menos usuarios en la red de acceso; y la tasa de fallas es alta, la falla puede tener un impacto de gran alcance. Si se rompe el anillo de fibra, se interrumpirá toda la red.
3. Estructura estrella
La estructura en estrella mencionada aquí es la misma que la "estructura en estrella" en LAN, pero el énfasis aquí está en el medio de transmisión de fibra óptica en lugar de cables de par trenzado. En esta red de acceso de fibra óptica con estructura en estrella, cada terminal de usuario intercambia información a través de un acoplador en estrella con funciones de control y conmutación ubicado en el nodo central (en la oficina final). Es una estructura paralela, no hay problema de acumulación de pérdidas, fácil de realizar la actualización y expansión. Cada usuario es relativamente independiente, proporcionando una buena adaptabilidad al servicio. Sin embargo, la desventaja es el requerimiento de más fibras ópticas (una para cada usuario) lo que resulta en costos más altos; Además, en esta estructura, todos los nodos deben pasar por los datos del nodo central para conectarse a la red de retransmisión, lo que genera una gran carga de trabajo para el acoplador en estrella en el nodo central y un gran requisito de confiabilidad. Si el nodo central falla, toda la red también se paralizará.
La estructura estelar se divide en tres tipos: estructura activa de una sola estrella, estructura activa de doble estrella y estructura pasiva de doble estrella.
(1) Estructura activa de una sola estrella
Esta estructura utiliza fibra óptica para conectar directamente la OLT ubicada en la oficina de conmutación del proveedor de servicios a los suscriptores, conexión punto a punto, que es básicamente la misma que la estructura en estrella LAN de cobre trenzado existente. En esta estructura, cada hogar tiene un par de líneas separadas conectadas directamente a la OLT en la oficina del proveedor de servicios conectada a la red troncal. La estructura básica del acceso a la red se muestra en la Figura 3.
Las ventajas de este método de acceso estructurado se manifiestan principalmente en la independencia y confidencialidad entre los usuarios. Es fácil actualizar y expandir la capacidad, ya que se pueden habilitar nuevos servicios simplemente reemplazando el equipo en ambos extremos. Este método presenta una excelente adaptabilidad. La desventaja es que el costo es demasiado alto. Cada hogar requiere un par separado de fibra óptica o una fibra (WDM bidireccional). Para dar servicio a miles de hogares, se requerirían miles de núcleos de cable de fibra óptica, lo que puede ser difícil de manejar. Además, cada hogar requiere una fuente de luz y un detector especiales, lo que hace que la configuración sea bastante compleja.
(2) Estructura activa de doble estrella
La estructura de doble estrella es en realidad una estructura tipo árbol con dos niveles. Agrega un nodo activo entre la oficina de conmutación del proveedor de servicios OLT y el suscriptor. La oficina de intercambio y el nodo activo comparten la misma fibra y usan multiplexación por división de tiempo (TDM) o multiplexación por división de frecuencia (FDM) para transmitir información de mayor capacidad al nodo activo y luego cambiar a flujos de información de menor capacidad para llegar a miles de hogares. La estructura básica de la red se muestra en la Figura 4.
Las ventajas de esta estructura de red son más flexibilidad, fibra compartida entre nodos activos en la oficina central y requisitos reducidos de núcleo de cable de fibra óptica, lo que resulta en una reducción de costos. Sin embargo, las desventajas son la complejidad y el alto costo del componente de nodo activo, lo que hace que el mantenimiento sea inconveniente. Además, la introducción de nuevos servicios de banda ancha y la actualización del sistema requerirían reemplazar todo el equipo optoelectrónico o implementar un esquema de superposición WDM más desafiante.
(3)Estructura pasiva de doble estrella
Esta estructura mantiene las ventajas de compartir fibra en una estructura de doble estrella activa, pero en lugar de un nodo activo, utiliza un divisor pasivo. Esto da como resultado un mantenimiento más fácil, una mayor confiabilidad y menores costos. Con la implementación de varias medidas, también se mejora la confidencialidad, lo que la convierte en una mejor estructura de red de acceso.
4. Topología de conexión WAN EPON
La red EPON adopta una topología punto a multipunto para reemplazar la estructura punto a punto, lo que ahorra en gran medida la cantidad de fibra y el costo de administración. Los dispositivos de red pasivos reemplazan a los repetidores, amplificadores y láseres utilizados en los sistemas tradicionales de acceso de banda ancha ATM/SONET, lo que reduce la cantidad de láseres requeridos en la oficina central y la OLT se comparte entre múltiples usuarios de ONU. Además, EPON utiliza tecnología Ethernet y marcos Ethernet estándar para transportar los servicios principales actuales (servicios IP) sin necesidad de ninguna conversión. Por lo tanto, EPON es sencillo, eficiente y tiene bajos costos de construcción y mantenimiento, lo que lo hace muy adecuado para los requisitos de la red de acceso de banda ancha.
Un sistema EPON típico también está compuesto por OLT, ONU y ODN, como se muestra en la Figura 5.
La OLT se coloca en la sala de servidores central, mientras que la ONU sirve como equipo del lado del cliente. Además de ofrecer centralización y acceso a la red, la OLT también puede proporcionar asignación de ancho de banda, garantizar la seguridad de la red y la configuración de administración para diferentes requisitos de QoS/SLA (Acuerdo de nivel de servicio) de usuario. Splitter tiene una tasa de división de 2, 4 u 8 y se puede conectar en múltiples niveles. En EPON, la distancia desde la OLT hasta la ONU puede ser de hasta 20 km, y se puede ampliar aún más si se utiliza un amplificador de fibra (repetidor activo).
Como se muestra en la Figura 5, la señal óptica se divide en múltiples canales para cada unidad de red óptica (ONU) a través de un divisor óptico, y la señal ascendente de cada ONU se combina en una sola fibra mediante un acoplador óptico y se envía a la OLT. El equipo de red pasivo incluye cables de fibra óptica monomodo, divisores/acopladores ópticos pasivos, adaptadores, conectores y empalmadores de fusión. Por lo general, se coloca fuera del área local y se denomina equipo externo. Los equipos de red pasivos son muy simples, estables, confiables, duraderos, fáciles de mantener y rentables. El equipo de red activo incluye equipo de rack de oficina central, unidades de red óptica y sistemas de administración de equipo (EMS). El equipo de rack de la oficina central consta de terminales de línea de fibra óptica, módulos de interfaz de red (NIM) y módulos de conmutación (SCM). Por lo tanto, estos tres tipos de equipos se conocen colectivamente como equipos de rack de oficina central.
El equipo de rack de la oficina central sirve como interfaz entre el sistema EPON y las redes centrales de datos, video y voz del proveedor de servicios. Es responsable de conectarse a la red operativa central del proveedor de servicios a través del sistema de administración de dispositivos.
