以前の WAN アクセス方式と比較すると、ここで紹介する光ファイバー アクセス ネットワークは明らかに異なります。これは、もはやアクセス方式ではなく、以前のアクセス方式とは完全に異なる別のカテゴリです。 これは、回線内で電気信号を伝送するのではなく、代わりに光信号を使用するためです。 その結果、光ファイバー アクセス ネットワークは、まったく異なる種類の機器を必要とし、自己完結型のシステムとして動作します。 光ファイバーアクセスネットワーク内にはさまざまなアクセス方法があります。 このセクションでは、それらについて一般的に説明します。
光ファイバ アクセス ネットワークのトポロジは、伝送路とノードの構造であり、ネットワーク内のノードの相互位置と相互接続レイアウトを示します。 光ファイバー アクセス ネットワークには、バス、リング、スターという XNUMX つの主要な基本ネットワーク トポロジがあります。 ただし、大規模なネットワークでは、バススター構造、ツリー、ダブルリング、その他のアプリケーションの組み合わせなど、それぞれが独自の特性を持ち、相互に補完し合うハイブリッド トポロジも派生できます。 このセクションでは、上記の XNUMX つの基本的なファイバ アクセス ネットワーク トポロジについて簡単に紹介します。 このセクションで説明するネットワーク構造は最も基本的なモジュール構造ですが、実際の光ファイバー ネットワークには多くのデバイスや機器の接続も含まれることに注意してください。
1. バス型アーキテクチャ
バス型構造は、光ファイバー アクセス ネットワークの非常に一般的なトポロジであり、共通バスとして光ファイバーを使用し、一端がサービス プロバイダーの中継ネットワークに直接接続され、もう一端が各ユーザーに接続されます。 各ユーザー端末は、ある種のカプラーを介して光ファイバー バスに直接接続されており、ユーザー コンピューターとバス間の接続には、同軸ケーブル、ツイスト ペア ケーブル、または光ファイバーを使用できます。 これは、図 1 に示すように、LAN で導入したバス型トポロジに似ています。中継ネットワークの 25 つは、PSTN、X.XNUMX、FR、ATM などのいずれかになります。導入したケーブル モデム アクセス方式以前はそのようなアクセス方法を使用していました。
この構造はタンデム構造であり、バックボーンファイバの共有、回線投資の節約、ノードの追加・削除が容易、ノード同士の干渉が少ないなどのメリットがあります。 ただし、伝送媒体を共有するため、接続パフォーマンスがユーザー数に影響されるという欠点があります。
2. リング構造
リング構造は LAN のリング トポロジに似ており、すべてのノードが XNUMX つのファイバー リング リンクを共有します。 最初と最後のファイバー リンクが接続されて、閉ループ ネットワーク構造が形成されます。 もちろん、ファイバーの一端はサービスプロバイダーの中継ネットワークに接続する必要があります。 ユーザーとファイバ リング間の接続もさまざまなカプラを介して確立され、使用される伝送媒体には同軸ケーブル、ツイストペア ケーブル、またはもちろんファイバを使用できます。
このアーキテクチャの優れた利点は、ネットワークに自己修復能力があることです。つまり、外部介入なしでネットワークが比較的短期間でサービスの障害から回復できることを意味します。 デメリットとしては、伝送媒体も共有するため、接続パフォーマンスが劣ることです。 したがって、通常、アクセス ネットワーク内の少数のユーザーに適しています。 故障率が高く、故障は広範囲に影響を与える可能性があります。 ファイバーリングが壊れると、ネットワーク全体が中断されます。
3. スター構造
ここで言うスター構造はLANの「スター構造」と同じですが、ここではツイストペアケーブルではなく光ファイバーという伝送媒体に重点を置いています。 このスター構造の光ファイバーアクセスネットワークでは、各ユーザー端末は、中央ノード（端局）にある制御機能やスイッチング機能を持つスターカプラを介して情報を交換します。 並列構造なので損失累積の問題がなく、アップグレードや拡張が容易です。 各ユーザーは比較的独立しているため、サービスの適応性が優れています。 ただし、欠点は、より多くの光ファイバー (ユーザーごとに XNUMX つ) が必要になるため、コストが高くなる点です。 さらに、この構造では、すべてのノードが中継ネットワークに接続するために中央ノードのデータを経由する必要があるため、中央ノードのスターカプラの負荷が大きくなり、信頼性に対する要求が高くなります。 中央ノードに障害が発生すると、ネットワーク全体も麻痺します。
スター構造はアクティブシングルスター構造、アクティブデュアルスター構造、パッシブデュアルスター構造のXNUMX種類に分けられます。
(1) 活性単星構造
この構造は、サービスプロバイダーの交換局にあるOLTと加入者を光ファイバーで直接接続するポイントツーポイント接続であり、基本的には既存のツイスト銅線LANのスター構造と同じです。 この構成では、各家庭には、幹線ネットワークに接続されたサービスプロバイダーの局の OLT に直接接続される個別のペアの回線があります。 ネットワーク アクセスの基本構造を図 3 に示します。
この構造化されたアクセス方法の利点は、主にユーザー間の独立性と機密性において現れます。 両端の機器を交換するだけで新しいサービスを利用できるため、アップグレードや容量拡張が容易です。 この方法は優れた適応性を示します。 デメリットはコストが高すぎることです。 各家庭には、個別の光ファイバーのペアまたはファイバー (双方向 WDM) が必要です。 何千もの世帯にサービスを提供するには、何千ものコアの光ファイバーケーブルが必要ですが、これは扱いが難しい場合があります。 さらに、各家庭には特別な光源と検出器が必要であり、セットアップが非常に複雑になります。
(2) アクティブダブルスター構造
デュアルスター構造は、実際には 4 つのレベルを持つツリー型構造です。 サービス プロバイダー交換局 OLT と加入者の間にアクティブ ノードを追加します。 交換局とアクティブ ノードは同じファイバを共有し、時分割多重 (TDM) または周波数分割多重 (FDM) を使用して大容量の情報をアクティブ ノードに送信し、その後小容量の情報ストリームに切り替えて数千世帯に届けます。 基本的なネットワーク構造を図 XNUMX に示します。
このネットワーク構造の利点は、柔軟性が高く、中央局のアクティブ ノード間でファイバを共有できること、光ファイバ ケーブル コアの要件が軽減されることでコストが削減されることです。 ただし、アクティブ ノード コンポーネントが複雑でコストが高いため、メンテナンスが不便になるという欠点があります。 さらに、新しいブロードバンド サービスを導入してシステムをアップグレードするには、すべての光電子機器を交換するか、より困難な WDM オーバーレイ スキームを実装する必要があります。
(3)パッシブダブルスター構造
この構造は、アクティブ デュアルスター構造でのファイバー共有の利点を維持しますが、アクティブ ノードの代わりにパッシブ スプリッターを利用します。 これにより、メンテナンスが容易になり、信頼性が向上し、コストが削減されます。 各種対策の実施により機密性も向上し、より良いアクセスネットワーク構造となります。
4. EPON WAN接続トポロジー
EPON ネットワークは、ポイントツーポイント構造に代わるポイントツーマルチポイント トポロジを採用しており、ファイバーの量と管理コストを大幅に節約します。 パッシブ ネットワーク デバイスは、従来の ATM/SONET ブロードバンド アクセス システムで使用されているリピータ、アンプ、レーザーを置き換え、電話局で必要なレーザーの数を減らし、OLT は複数の ONU ユーザー間で共有されます。 さらに、EPON はイーサネット テクノロジーと標準イーサネット フレームを使用して、現在の主流サービスである IP サービスを変換することなく伝送します。 したがって、EPON は簡単で効率的であり、構築コストと保守コストが低いため、ブロードバンド アクセス ネットワークの要件に非常に適しています。
図 5 に示すように、一般的な EPON システムも OLT、ONU、ODN で構成されます。
OLT は中央サーバー ルームに配置され、ONU はクライアント側の機器として機能します。 OLT は、ネットワークの集中化とアクセスを提供するだけでなく、帯域幅の割り当ても提供し、ネットワーク セキュリティを確保し、さまざまなユーザーの QoS/SLA (サービス レベル アグリーメント) 要件に合わせた管理構成を提供できます。 スプリッターの分割率は 2、4、または 8 で、複数のレベルで接続できます。 EPON では、OLT から ONU までの距離は最大 20km まで可能ですが、ファイバーアンプ (アクティブリピータ) を使用するとさらに延長できます。
図5に示すように、光信号は光スプリッタを介して光ネットワークユニット（ONU）ごとに複数のチャネルに分割され、各ONUからの上り信号は光カプラを使用してXNUMX本のファイバに結合されてOLTに送信されます。 パッシブ ネットワーク機器には、シングルモード光ファイバ ケーブル、パッシブ光スプリッタ/カプラ、アダプタ、コネクタ、融着接続機などが含まれます。 これは通常、ローカル エリアの外側に配置され、外部機器と呼ばれます。 パッシブ ネットワーク機器は非常にシンプルで、安定性があり、信頼性が高く、耐久性があり、保守が容易で、コスト効率が優れています。 アクティブ ネットワーク機器には、セントラル オフィス ラック機器、光ネットワーク ユニット、機器管理システム (EMS) が含まれます。 中央局ラック機器は、光ファイバ回線端末、ネットワーク インターフェイス モジュール（NIM）、およびスイッチング モジュール（SCM）で構成されます。 したがって、これら XNUMX 種類の装置を総称して中央局ラック装置と呼びます。
中央オフィスのラック機器は、EPON システムとサービス プロバイダーのコア データ、ビデオ、および音声ネットワーク間のインターフェイスとして機能します。 デバイス管理システムを通じてサービス プロバイダーのコア運用ネットワークに接続する役割を果たします。
