Rispetto alle precedenti modalità di accesso WAN, la rete di accesso in fibra ottica qui presentata è ovviamente diversa, in quanto non è più una modalità di accesso, ma una categoria a sé stante completamente distinta dalle precedenti modalità di accesso. Questo perché non trasmette più segnali elettrici nella linea, ma utilizza invece segnali ottici. Di conseguenza, la rete di accesso in fibra ottica comporta una varietà completamente diversa di apparecchiature e funziona come un sistema autonomo. Esistono vari metodi di accesso all'interno della rete di accesso in fibra ottica. Questa sezione ne fornisce una descrizione generale.
La topologia di una rete di accesso in fibra ottica è la struttura delle linee di trasmissione e dei nodi, che indica la posizione reciproca e il layout di interconnessione dei nodi nella rete. Nelle reti di accesso in fibra ottica, esistono tre principali topologie di rete di base: bus, anello e stella. Tuttavia, nelle reti di grandi dimensioni, possono essere derivate anche alcune topologie ibride, come la struttura a stella, ad albero, a doppio anello e altre combinazioni di applicazioni, ognuna con le proprie caratteristiche e complementari. In questa sezione, introduciamo solo brevemente le tre topologie di rete di accesso in fibra di base di cui sopra. Si noti che la struttura di rete presentata in questa sezione è la struttura modulare più elementare, ma l'effettiva rete in fibra ottica coinvolge anche molti dispositivi e connessioni di apparecchiature.
1. Architettura di tipo bus
La struttura di tipo bus è una topologia molto comune per le reti di accesso in fibra ottica, che utilizza la fibra ottica come bus comune, un'estremità è collegata direttamente alla rete di inoltro del fornitore di servizi e l'altra estremità è collegata a ciascun utente. Ogni terminale utente è collegato direttamente al bus in fibra ottica tramite un qualche tipo di accoppiatore e la connessione tra il computer dell'utente e il bus può essere un cavo coassiale, un cavo a doppino intrecciato o una fibra ottica. Questo è simile alla topologia di tipo bus che abbiamo introdotto nella LAN, come mostrato nella Figura 1. Una delle reti di inoltro può essere una qualsiasi di esse come PSTN, X.25, FR, ATM, ecc. Il metodo di accesso via cavo MODEM che abbiamo introdotto precedente utilizza tale metodo di accesso.
Questa struttura è una struttura in tandem ei suoi vantaggi includono la condivisione della fibra dorsale, il risparmio dell'investimento in linea, la facile aggiunta e rimozione di nodi e una minore interferenza reciproca. Tuttavia, i suoi svantaggi sono che condivide il mezzo di trasmissione e le prestazioni della connessione sono influenzate dal numero di utenti.
2. Struttura ad anello
La struttura ad anello è simile alla topologia ad anello nella LAN, il che significa che tutti i nodi condividono un collegamento ad anello in fibra. Il primo e l'ultimo collegamento in fibra sono collegati per formare una struttura di rete ad anello chiuso. Naturalmente, un'estremità della fibra deve essere collegata alla rete di inoltro del fornitore di servizi. Anche il collegamento tra le utenze e l'anello in fibra avviene tramite vari accoppiatori e il mezzo trasmissivo utilizzato può essere cavo coassiale, doppino intrecciato o, ovviamente, fibra.
L'eccezionale vantaggio di questa architettura è che la rete ha capacità di autoriparazione, il che significa che senza intervento esterno, la rete può riprendersi dal guasto del servizio in un periodo di tempo relativamente breve. Lo svantaggio è che le prestazioni della connessione sono scarse, perché condivide anche il mezzo di trasmissione. Pertanto, è solitamente adatto a un numero inferiore di utenti nella rete di accesso; e il tasso di fallimento è elevato, il fallimento può avere un impatto ad ampio raggio. Se l'anello di fibra è rotto, l'intera rete sarà interrotta.
3. Struttura a stella
La struttura a stella menzionata qui è la stessa della "struttura a stella" nella LAN, ma l'enfasi qui è sul mezzo di trasmissione della fibra ottica invece dei cavi a doppino intrecciato. In questa rete di accesso in fibra ottica con struttura a stella, ogni terminale utente scambia informazioni attraverso un accoppiatore a stella con funzioni di controllo e commutazione posto al nodo centrale (nell'ufficio terminale). È una struttura parallela, non ci sono problemi di accumulo di perdite, è facile realizzare l'aggiornamento e l'espansione. Ogni utente è relativamente indipendente, fornendo una buona adattabilità del servizio. Tuttavia, lo svantaggio è la necessità di più fibre ottiche (una per ciascun utente) con conseguenti maggiori costi; inoltre, in questa struttura, tutti i nodi devono passare attraverso i dati del nodo centrale per connettersi alla rete di inoltro, con conseguente carico di lavoro pesante per l'accoppiatore a stella al nodo centrale e un forte requisito di affidabilità. Se il nodo centrale fallisce, anche l'intera rete sarà paralizzata.
La struttura a stella è divisa in tre tipi: struttura a stella singola attiva, struttura a stella doppia attiva e struttura a stella doppia passiva.
(1) Struttura a stella singola attiva
Questa struttura utilizza la fibra ottica per collegare direttamente l'OLT situato nell'ufficio di commutazione del fornitore di servizi agli abbonati, connessione punto a punto, che è fondamentalmente la stessa della struttura a stella LAN in rame ritorto esistente. In questa struttura, ogni nucleo familiare dispone di una coppia separata di linee direttamente collegate all'OLT presso l'ufficio del fornitore di servizi connesso alla rete principale. La struttura di base dell'accesso alla rete è illustrata nella Figura 3.
I vantaggi di questo metodo di accesso strutturato si manifestano principalmente nell'indipendenza e nella riservatezza tra gli utenti. È facile aggiornare ed espandere la capacità, poiché è possibile abilitare nuovi servizi semplicemente sostituendo l'apparecchiatura su entrambe le estremità. Questo metodo presenta un'eccellente adattabilità. Lo svantaggio è che il costo è troppo alto. Ogni famiglia richiede una coppia separata di fibra ottica o una fibra (WDM a due vie). Per servire migliaia di famiglie, sarebbero necessari migliaia di nuclei di cavi in fibra ottica, che possono essere difficili da gestire. Inoltre, ogni famiglia richiede una fonte di luce e un rilevatore speciali, il che rende l'installazione piuttosto complessa.
(2) Struttura attiva a doppia stella
La struttura a doppia stella è in realtà una struttura ad albero con due livelli. Aggiunge un nodo attivo tra l'ufficio di commutazione del fornitore di servizi OLT e l'abbonato. L'ufficio di scambio e il nodo attivo condividono la stessa fibra e utilizzano il multiplexing a divisione di tempo (TDM) o il multiplexing a divisione di frequenza (FDM) per trasmettere informazioni di maggiore capacità al nodo attivo e quindi passare a flussi di informazioni di capacità inferiore per raggiungere migliaia di famiglie. La struttura di rete di base è mostrata nella Figura 4.
I vantaggi di questa struttura di rete sono una maggiore flessibilità, fibra condivisa tra i nodi attivi nell'ufficio centrale e minori requisiti del nucleo del cavo in fibra ottica, con conseguente riduzione dei costi. Tuttavia, gli svantaggi sono la complessità e il costo elevato del componente del nodo attivo, che rendono scomoda la manutenzione. Inoltre, l'introduzione di nuovi servizi a banda larga e l'aggiornamento del sistema richiederebbero la sostituzione di tutte le apparecchiature optoelettroniche o l'implementazione di uno schema di sovrapposizione WDM più impegnativo.
(3) Struttura passiva a doppia stella
Questa struttura mantiene i vantaggi della condivisione della fibra in una struttura a doppia stella attiva, ma invece di un nodo attivo utilizza uno splitter passivo. Ciò si traduce in una manutenzione più semplice, maggiore affidabilità e costi inferiori. Con l'implementazione di varie misure, anche la riservatezza viene migliorata, rendendola una migliore struttura di rete di accesso.
4. Topologia di connessione WAN EPON
La rete EPON adotta una topologia punto-multipunto per sostituire la struttura punto-punto, che consente di risparmiare notevolmente la quantità di fibra e i costi di gestione. I dispositivi di rete passivi sostituiscono ripetitori, amplificatori e laser utilizzati nei tradizionali sistemi di accesso a banda larga ATM/SONET, riducendo il numero di laser richiesti presso l'ufficio centrale e l'OLT è condiviso tra più utenti ONU. Inoltre, EPON utilizza la tecnologia Ethernet e frame Ethernet standard per trasportare gli attuali servizi mainstream - servizi IP - senza la necessità di alcuna conversione. Pertanto, EPON è semplice, efficiente e ha bassi costi di costruzione e manutenzione, rendendolo altamente adatto ai requisiti della rete di accesso a banda larga.
Un tipico sistema EPON è composto anche da OLT, ONU e ODN, come mostrato nella Figura 5.
L'OLT è collocato nella sala server centrale, mentre l'ONU funge da apparecchiatura lato client. Oltre a offrire la centralizzazione e l'accesso alla rete, l'OLT può anche fornire l'allocazione della larghezza di banda, garantire la sicurezza della rete e la configurazione della gestione per i diversi requisiti QoS/SLA (Service Level Agreement) degli utenti. Lo splitter ha una velocità di divisione di 2, 4 o 8 e può essere collegato a più livelli. In EPON, la distanza dall'OLT all'ONU può arrivare fino a 20 km e può essere ulteriormente estesa se viene utilizzato un amplificatore in fibra (ripetitore attivo).
Come mostrato nella Figura 5, il segnale ottico viene suddiviso in più canali per ciascuna unità di rete ottica (ONU) tramite uno splitter ottico e il segnale a monte di ciascuna ONU viene combinato in una singola fibra utilizzando un accoppiatore ottico e inviato all'OLT. Le apparecchiature di rete passive includono cavi in fibra ottica monomodali, splitter/accoppiatori ottici passivi, adattatori, connettori e giuntatrici a fusione. È generalmente collocato al di fuori dell'area locale e indicato come apparecchiatura esterna. Le apparecchiature di rete passive sono molto semplici, stabili, affidabili, di lunga durata, di facile manutenzione e convenienti. Le apparecchiature di rete attive includono le apparecchiature rack dell'ufficio centrale, le unità di rete ottica e i sistemi di gestione delle apparecchiature (EMS). L'apparecchiatura rack dell'ufficio centrale comprende terminali di linea in fibra ottica, moduli di interfaccia di rete (NIM) e moduli di commutazione (SCM). Pertanto, questi tre tipi di apparecchiature vengono indicati collettivamente come apparecchiature rack dell'ufficio centrale.
L'apparecchiatura rack dell'ufficio centrale funge da interfaccia tra il sistema EPON e le reti dati, video e voce del provider di servizi. È responsabile della connessione alla rete operativa principale del fornitore di servizi tramite il sistema di gestione dei dispositivi.
