در مقایسه با روش‌های دسترسی WAN قبلی، شبکه دسترسی فیبر نوری که در اینجا معرفی شد به وضوح متفاوت است، زیرا دیگر یک روش دسترسی نیست، بلکه یک دسته جداگانه است که کاملاً از روش‌های دسترسی قبلی متمایز است. این به این دلیل است که دیگر سیگنال های الکتریکی را در خط انتقال نمی دهد، بلکه از سیگنال های نوری استفاده می کند. در نتیجه، شبکه دسترسی فیبر نوری شامل تجهیزات کاملاً متفاوتی است و به عنوان یک سیستم مستقل عمل می کند. روش های دسترسی مختلفی در شبکه دسترسی فیبر نوری وجود دارد. در این بخش توضیحات کلی در مورد آنها ارائه می شود.
توپولوژی یک شبکه دسترسی فیبر نوری ساختار خطوط انتقال و گره ها است که نشان دهنده موقعیت متقابل و طرح اتصال گره ها در شبکه است. در شبکه های دسترسی فیبر نوری، سه توپولوژی اصلی شبکه وجود دارد که عبارتند از گذرگاه، حلقه و ستاره. با این حال، در شبکه های بزرگ، برخی از توپولوژی های ترکیبی نیز می توانند مشتق شوند، مانند ساختار اتوبوس-ستاره، درخت، دو حلقه و سایر ترکیبات کاربردی که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند و مکمل یکدیگر هستند. در این بخش فقط سه توپولوژی اصلی شبکه دسترسی فیبر را به طور خلاصه معرفی می کنیم. توجه داشته باشید که ساختار شبکه ارائه شده در این بخش ابتدایی ترین ساختار ماژولار است، اما شبکه فیبر نوری واقعی شامل بسیاری از دستگاه ها و اتصالات تجهیزات نیز می شود.
1. معماری اتوبوسی
ساختار bus-type یک توپولوژی بسیار رایج برای شبکه های دسترسی فیبر نوری است که از فیبر نوری به عنوان گذرگاه مشترک استفاده می کند، یک سر آن مستقیماً به شبکه رله ارائه دهنده سرویس متصل است و سر دیگر به هر کاربر متصل است. هر ترمینال کاربر مستقیماً از طریق نوعی کوپلر به گذرگاه فیبر نوری متصل می شود و اتصال بین رایانه کاربر و گذرگاه می تواند کابل کواکسیال، کابل جفت پیچ خورده یا فیبر نوری باشد. این شبیه به توپولوژی نوع اتوبوسی است که در LAN معرفی کردیم، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. یکی از شبکه های رله می تواند هر یک از آنها مانند PSTN، X.25، FR، ATM و غیره باشد. روش دسترسی به مودم کابلی که معرفی کردیم. قبلا از چنین روش دسترسی استفاده می کند.
این ساختار یک ساختار پشت سر هم است و از مزایای آن می توان به اشتراک فیبر ستون فقرات، صرفه جویی در سرمایه گذاری خط، اضافه و حذف آسان گره ها و تداخل کمتر با یکدیگر اشاره کرد. با این حال، معایب آن این است که رسانه انتقال را به اشتراک می گذارد و عملکرد اتصال تحت تأثیر تعداد کاربران است.
2. ساختار حلقه
ساختار حلقه مشابه توپولوژی حلقه در LAN است، به این معنی که همه گره ها یک پیوند حلقه فیبر را به اشتراک می گذارند. اولین و آخرین پیوندهای فیبر برای تشکیل یک ساختار شبکه حلقه بسته به هم متصل می شوند. البته یک سر فیبر باید به شبکه رله ارائه دهنده خدمات متصل شود. ارتباط بین کاربران و رینگ فیبر نیز از طریق کوپلرهای مختلف برقرار می شود و رسانه انتقال مورد استفاده می تواند کابل کواکسیال، کابل جفت تابیده یا البته فیبر باشد.
مزیت برجسته این معماری این است که شبکه دارای ظرفیت خود ترمیمی است، به این معنی که بدون دخالت خارجی، شبکه می تواند در مدت زمان نسبتاً کوتاهی از شکست سرویس خارج شود. نقطه ضعف این است که عملکرد اتصال ضعیف است، زیرا در رسانه انتقال نیز مشترک است. بنابراین، معمولا برای کاربران کمتری در شبکه دسترسی مناسب است. و میزان شکست بالا است، شکست می تواند تأثیر گسترده ای داشته باشد. اگر حلقه فیبر شکسته شود، کل شبکه قطع می شود.
3. ساختار ستاره ای
ساختار ستاره ای که در اینجا ذکر شد، همان ساختار ستاره ای در شبکه LAN است، اما در اینجا تاکید بر رسانه انتقال فیبر نوری به جای کابل های جفت پیچ خورده است. در این شبکه دسترسی فیبر نوری با ساختار ستاره ای، هر پایانه کاربر از طریق یک کوپلر ستاره با عملکردهای کنترل و سوئیچینگ واقع در گره مرکزی (در دفتر پایانی) اطلاعات را مبادله می کند. این یک ساختار موازی است، مشکل انباشت ضرر وجود ندارد، به راحتی می توان ارتقا و گسترش را درک کرد. هر کاربر نسبتاً مستقل است و سازگاری خدمات خوبی را ارائه می دهد. با این حال، نقطه ضعف آن نیاز به فیبرهای نوری بیشتر (یک عدد برای هر کاربر) است که منجر به هزینه های بالاتر می شود. علاوه بر این، در این ساختار، تمام گره‌ها برای اتصال به شبکه رله باید از داده‌های گره مرکزی عبور کنند که در نتیجه بار کاری سنگین برای کوپلر ستاره در گره مرکزی و نیاز سنگین برای قابلیت اطمینان ایجاد می‌شود. اگر گره مرکزی از کار بیفتد، کل شبکه نیز فلج می شود.
ساختار ستاره ای به سه نوع ساختار تک ستاره فعال، ساختار دو ستاره فعال و ساختار دو ستاره غیرفعال تقسیم می شود.
(1) ساختار تک ستاره فعال
این ساختار از فیبر نوری برای اتصال مستقیم OLT واقع در دفتر سوئیچینگ ارائه دهنده خدمات به مشترکین، اتصال نقطه به نقطه استفاده می کند که اساساً همان ساختار ستاره LAN مسی پیچ خورده موجود است. در این ساختار، هر خانوار دارای یک جفت خط مجزا است که مستقیماً به OLT در دفتر ارائه‌دهنده خدمات متصل به شبکه تنه متصل است. ساختار اصلی دسترسی به شبکه در شکل 3 نشان داده شده است.
مزایای این روش دسترسی ساختاریافته عمدتاً در استقلال و محرمانه بودن در بین کاربران آشکار می شود. ارتقا و افزایش ظرفیت آسان است، زیرا خدمات جدید را می توان با تعویض تجهیزات در هر دو طرف فعال کرد. این روش سازگاری عالی را نشان می دهد. عیب آن این است که هزینه آن بسیار بالاست. هر خانواده به یک جفت فیبر نوری جداگانه یا یک فیبر (WDM دو طرفه) نیاز دارد. برای خدمت رسانی به هزاران خانوار، به هزاران هسته کابل فیبر نوری نیاز است که مقابله با آن دشوار است. علاوه بر این، هر خانواده به یک منبع نور و آشکارساز خاص نیاز دارد، که راه اندازی را بسیار پیچیده می کند.
(2) ساختار دو ستاره فعال
سازه دو ستاره در واقع یک سازه درختی با دو سطح است. این یک گره فعال بین ارائه دهنده خدمات سوئیچینگ OLT دفتر و مشترک اضافه می کند. صرافی و گره فعال فیبر مشابهی دارند و از مالتی پلکسی تقسیم زمانی (TDM) یا مالتی پلکسی تقسیم فرکانس (FDM) برای انتقال اطلاعات ظرفیت بزرگتر به گره فعال استفاده می کنند و سپس به جریان های اطلاعاتی با ظرفیت کمتر برای دسترسی به هزاران خانوار تغییر می کنند. ساختار اصلی شبکه در شکل 4 نشان داده شده است.
از مزایای این ساختار شبکه می توان به انعطاف پذیری بیشتر، فیبر مشترک بین گره های فعال در دفتر مرکزی و کاهش نیازهای هسته کابل فیبر نوری و در نتیجه کاهش هزینه ها اشاره کرد. با این حال، معایب آن پیچیدگی و هزینه بالای جزء گره فعال است که تعمیر و نگهداری را ناخوشایند می کند. بعلاوه، معرفی خدمات پهنای باند جدید و ارتقاء سیستم مستلزم جایگزینی تمامی تجهیزات الکترونیک نوری یا اجرای طرح همپوشانی WDM چالش برانگیزتر است.
(3) ساختار دو ستاره منفعل
این ساختار مزایای اشتراک فیبر را در ساختار دو ستاره فعال حفظ می کند، اما به جای یک گره فعال، از یک تقسیم کننده غیرفعال استفاده می کند. این منجر به تعمیر و نگهداری آسان تر، قابلیت اطمینان بالاتر و هزینه کمتر می شود. با اجرای اقدامات مختلف، محرمانگی نیز افزایش می یابد و آن را به ساختار شبکه دسترسی بهتری تبدیل می کند.
4. توپولوژی اتصال EPON WAN
شبکه EPON یک توپولوژی نقطه به چند نقطه را برای جایگزینی ساختار نقطه به نقطه اتخاذ می کند که تا حد زیادی در مقدار فیبر و هزینه مدیریت صرفه جویی می کند. دستگاه های شبکه غیرفعال جایگزین تکرار کننده ها، تقویت کننده ها و لیزرهای مورد استفاده در سیستم های دسترسی پهن باند ATM/SONET سنتی می شوند و تعداد لیزرهای مورد نیاز در دفتر مرکزی را کاهش می دهند و OLT بین چندین کاربر ONU به اشتراک گذاشته می شود. علاوه بر این، EPON از فناوری اترنت و فریم‌های استاندارد اترنت برای حمل سرویس‌های جریان اصلی فعلی - خدمات IP - بدون نیاز به هیچ گونه تبدیلی استفاده می‌کند. بنابراین، EPON ساده، کارآمد، و هزینه ساخت و تعمیر و نگهداری پایینی دارد که آن را برای نیازهای شبکه دسترسی پهن باند بسیار مناسب می‌کند.
همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، یک سیستم EPON معمولی نیز از OLT، ONU و ODN تشکیل شده است.
OLT در اتاق سرور مرکزی قرار می گیرد، در حالی که ONU به عنوان تجهیزات سمت مشتری عمل می کند. علاوه بر ارائه تمرکز و دسترسی به شبکه، OLT همچنین می‌تواند تخصیص پهنای باند را فراهم کند، امنیت شبکه و پیکربندی مدیریت را برای نیازهای مختلف QoS/SLA (توافقنامه سطح سرویس) کاربر تضمین کند. اسپلیتر دارای نرخ تقسیم 2، 4 یا 8 است و می تواند در چندین سطح متصل شود. در EPON، فاصله OLT تا ONU می تواند تا 20 کیلومتر باشد و اگر از تقویت کننده فیبر (تکرار کننده فعال) استفاده شود، می توان آن را بیشتر افزایش داد.
همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، سیگنال نوری برای هر واحد شبکه نوری (ONU) از طریق یک تقسیم کننده نوری به کانال های متعدد تقسیم می شود و سیگنال بالادستی از هر ONU با استفاده از یک کوپلر نوری در یک فیبر واحد ترکیب شده و به OLT ارسال می شود. تجهیزات شبکه غیرفعال شامل کابل های فیبر نوری تک حالته، اسپلیتر/کوپلرهای نوری غیرفعال، آداپتورها، کانکتورها و اتصال دهنده های فیوژن است. به طور کلی در خارج از منطقه محلی قرار می گیرد و به عنوان تجهیزات خارجی شناخته می شود. تجهیزات شبکه غیرفعال بسیار ساده، پایدار، قابل اعتماد، طولانی مدت، نگهداری آسان و مقرون به صرفه است. تجهیزات شبکه فعال شامل تجهیزات رک اداری مرکزی، واحدهای شبکه نوری و سیستم های مدیریت تجهیزات (EMS) می باشد. تجهیزات رک اداری مرکزی شامل پایانه های خط فیبر نوری، ماژول های رابط شبکه (NIM) و ماژول های سوئیچینگ (SCM) می باشد. بنابراین از این سه نوع تجهیزات در مجموع به عنوان تجهیزات رک اداری مرکزی یاد می شود.
تجهیزات رک اداری مرکزی به عنوان رابط بین سیستم EPON و شبکه های اصلی داده، ویدیو و صدا ارائه دهنده خدمات عمل می کند. مسئول اتصال به شبکه عملیاتی اصلی ارائه دهنده خدمات از طریق سیستم مدیریت دستگاه است.
