Projekt topologii połączenia światłowodowej sieci dostępowej WAN

W porównaniu z poprzednimi metodami dostępu WAN, przedstawiona tutaj światłowodowa sieć dostępowa jest oczywiście inna, ponieważ nie jest już metodą dostępu, ale odrębną kategorią, całkowicie odmienną od poprzednich metod dostępu. Dzieje się tak, ponieważ nie przesyła już sygnałów elektrycznych w linii, ale zamiast tego wykorzystuje sygnały optyczne. W rezultacie światłowodowa sieć dostępowa obejmuje zupełnie inny sprzęt i działa jako samodzielny system. Istnieją różne metody dostępu w światłowodowej sieci dostępowej. Niniejszy rozdział zawiera ich ogólny opis.

Topologia światłowodowej sieci dostępowej to struktura linii transmisyjnych i węzłów, która wskazuje wzajemne położenie i układ połączeń węzłów w sieci. W światłowodowych sieciach dostępowych istnieją trzy główne podstawowe topologie sieci: magistrala, pierścień i gwiazda. Jednak w dużych sieciach można również wyprowadzić pewne topologie hybrydowe, takie jak struktura magistrali-gwiazdy, drzewo, podwójny pierścień i inne kombinacje aplikacji, z których każda ma swoje własne cechy i wzajemnie się uzupełnia. W tej sekcji tylko pokrótce przedstawimy powyższe trzy podstawowe topologie sieci światłowodowych. Należy zauważyć, że struktura sieci przedstawiona w tej sekcji jest najbardziej podstawową strukturą modułową, ale rzeczywista sieć światłowodowa obejmuje również wiele urządzeń i połączeń sprzętowych.

1. Architektura typu autobusowego

Struktura typu magistrali jest bardzo powszechną topologią światłowodowych sieci dostępowych, która wykorzystuje światłowód jako wspólną magistralę, jeden koniec jest bezpośrednio podłączony do sieci przekaźnikowej usługodawcy, a drugi koniec jest podłączony do każdego użytkownika. Każdy terminal użytkownika jest bezpośrednio podłączony do magistrali światłowodowej za pomocą pewnego rodzaju łącznika, a połączenie między komputerem użytkownika a magistralą może być kablem koncentrycznym, skrętką dwużyłową lub światłowodem. Jest to podobne do topologii typu magistrali, którą wprowadziliśmy w sieci LAN, jak pokazano na rysunku 1. Jedną z sieci przekaźnikowych może być dowolna z nich, np. PSTN, X.25, FR, ATM itp. Metoda dostępu do modemu kablowego, którą wprowadziliśmy wcześniej używa takiej metody dostępu.

 Ta struktura jest strukturą tandemową, a jej zalety obejmują współdzielenie światłowodu szkieletowego, oszczędność inwestycji w linię, łatwe dodawanie i usuwanie węzłów oraz mniejsze wzajemne zakłócenia. Jednak jego wadą jest to, że współdzieli medium transmisyjne, a na wydajność połączenia ma wpływ liczba użytkowników.

2. Struktura pierścienia

Struktura pierścienia jest podobna do topologii pierścienia w sieci LAN, co oznacza, że ​​wszystkie węzły współdzielą jedno światłowodowe łącze pierścieniowe. Pierwsze i ostatnie łącze światłowodowe są połączone, tworząc strukturę sieci w pętli zamkniętej. Oczywiście jeden koniec światłowodu musi być podłączony do sieci przekaźnikowej dostawcy usług. Połączenie między użytkownikami a pierścieniem światłowodowym jest również nawiązywane za pomocą różnych sprzęgaczy, a używanym medium transmisyjnym może być kabel koncentryczny, skrętka lub oczywiście światłowód.

Wyjątkową zaletą tej architektury jest zdolność sieci do samonaprawy, co oznacza, że ​​bez ingerencji z zewnątrz sieć może w stosunkowo krótkim czasie odbudować się po awarii usługi. Wadą jest to, że wydajność połączenia jest słaba, ponieważ również dzieli medium transmisyjne. Dlatego jest zwykle odpowiedni dla mniejszej liczby użytkowników w sieci dostępowej; a wskaźnik awaryjności jest wysoki, awaria może mieć dalekosiężny wpływ. Jeśli pierścień światłowodowy zostanie zerwany, cała sieć zostanie przerwana.

3. Struktura gwiazdy

Wspomniana tutaj struktura gwiazdy jest taka sama jak „struktura gwiazdy” w sieci LAN, ale nacisk kładziony jest tutaj na medium transmisyjne światłowodu zamiast skrętki. W tej światłowodowej sieci dostępowej o strukturze gwiazdy każdy terminal użytkownika wymienia informacje za pośrednictwem sprzęgacza gwiazdowego z funkcjami sterowania i przełączania zlokalizowanymi w węźle centralnym (w biurze końcowym). Jest to struktura równoległa, nie ma problemu z akumulacją strat, łatwa do zrealizowania aktualizacja i rozbudowa. Każdy użytkownik jest stosunkowo niezależny, zapewniając dobre możliwości adaptacji usługi. Wadą jest jednak konieczność stosowania większej liczby światłowodów (po jednym dla każdego użytkownika), co skutkuje wyższymi kosztami; ponadto w tej strukturze wszystkie węzły muszą przejść przez dane węzła centralnego, aby połączyć się z siecią przekaźnikową, co powoduje duże obciążenie sprzęgacza gwiazd w węźle centralnym i wysokie wymagania dotyczące niezawodności. Jeśli węzeł centralny ulegnie awarii, cała sieć również zostanie sparaliżowana.

Struktura gwiazdy jest podzielona na trzy typy: aktywna struktura pojedynczej gwiazdy, aktywna struktura podwójnej gwiazdy i pasywna struktura podwójnej gwiazdy.

(1) Aktywna struktura pojedynczej gwiazdy

 Ta struktura wykorzystuje światłowód do bezpośredniego połączenia OLT znajdującego się w centrali usługodawcy z abonentami, połączenie punkt-punkt, które jest zasadniczo takie samo, jak istniejąca struktura gwiazdy sieci LAN ze skrętki miedzianej. W tej strukturze każde gospodarstwo domowe posiada oddzielną parę linii podłączoną bezpośrednio do OLT w biurze usługodawcy, podłączoną do sieci trunkingowej. Podstawową strukturę dostępu do sieci przedstawiono na rysunku 3.

Zalety tej ustrukturyzowanej metody dostępu przejawiają się głównie w niezależności i poufności wśród użytkowników. Łatwo jest modernizować i zwiększać pojemność, ponieważ nowe usługi można włączyć, po prostu wymieniając sprzęt na obu końcach. Metoda ta wykazuje doskonałą adaptowalność. Wadą jest to, że koszt jest zbyt wysoki. Każde gospodarstwo domowe wymaga osobnej pary światłowodu lub światłowodu (dwukierunkowego WDM). Aby obsłużyć tysiące gospodarstw domowych, wymagałoby to tysięcy rdzeni kabla światłowodowego, z czym może być trudno sobie poradzić. Dodatkowo każde gospodarstwo domowe wymaga specjalnego źródła światła i detektora, przez co konfiguracja jest dość skomplikowana.

(2) Aktywna struktura podwójnej gwiazdy

Co to jest sieć centrum danych? Jak zarządzać siecią centrum danychNapisane przez AscentOptics
25 maja 2023 r.

Struktura podwójnej gwiazdy jest w rzeczywistości strukturą typu drzewiastego z dwoma poziomami. Dodaje aktywny węzeł pomiędzy operatorem centrali OLT a abonentem. Biuro wymiany i aktywny węzeł korzystają z tego samego światłowodu i wykorzystują multipleksowanie z podziałem czasu (TDM) lub multipleksowanie z podziałem częstotliwości (FDM), aby przesyłać informacje o większej przepustowości do aktywnego węzła, a następnie przełączać się na strumienie informacji o mniejszej przepustowości, aby dotrzeć do tysięcy gospodarstw domowych. Podstawową strukturę sieci przedstawiono na rysunku 4.

Zaletami tej struktury sieci są większa elastyczność, wspólne włókno światłowodowe między aktywnymi węzłami w centrali oraz zmniejszone wymagania dotyczące rdzenia kabla światłowodowego, co skutkuje redukcją kosztów. Jednak wadami są złożoność i wysoki koszt komponentu aktywnego węzła, co sprawia, że ​​konserwacja jest niewygodna. Ponadto wprowadzenie nowych usług szerokopasmowych i modernizacja systemu wymagałaby wymiany całego sprzętu optoelektronicznego lub wdrożenia bardziej wymagającego schematu nakładek WDM.

(3) Pasywna struktura podwójnej gwiazdy

Ta struktura zachowuje zalety współdzielenia włókien w aktywnej strukturze podwójnej gwiazdy, ale zamiast aktywnego węzła wykorzystuje pasywny rozdzielacz. Skutkuje to łatwiejszą konserwacją, wyższą niezawodnością i niższymi kosztami. Dzięki wdrożeniu różnych środków zwiększa się również poufność, czyniąc ją lepszą strukturą sieci dostępowej.

4. Topologia połączenia EPON WAN

Sieć EPON przyjmuje topologię punkt-wielopunkt, aby zastąpić strukturę punkt-punkt, co znacznie zmniejsza ilość światłowodów i koszty zarządzania. Pasywne urządzenia sieciowe zastępują repeatery, wzmacniacze i lasery stosowane w tradycyjnych systemach dostępu szerokopasmowego ATM/SONET, zmniejszając liczbę laserów wymaganych w centrali, a OLT jest współużytkowany przez wielu użytkowników ONU. Ponadto EPON wykorzystuje technologię Ethernet i standardowe ramki Ethernet do przenoszenia bieżących usług głównego nurtu – usług IP – bez konieczności jakiejkolwiek konwersji. Dlatego EPON jest prosty, wydajny i ma niskie koszty budowy i utrzymania, dzięki czemu doskonale nadaje się do wymagań sieci szerokopasmowego dostępu.

Typowy system EPON składa się również z OLT, ONU i ODN, jak pokazano na rysunku 5.

OLT jest umieszczony w centralnej serwerowni, podczas gdy ONU służy jako sprzęt po stronie klienta. Oprócz oferowania centralizacji sieci i dostępu, OLT może również zapewniać alokację przepustowości, zapewniać bezpieczeństwo sieci i konfigurację zarządzania dla różnych wymagań użytkowników QoS/SLA (Umowa o poziomie usług). Splitter ma współczynnik podziału 2, 4 lub 8 i może być podłączony na wielu poziomach. W EPON odległość od OLT do ONU może wynosić nawet 20 km, a dodatkowo można ją zwiększyć stosując wzmacniacz światłowodowy (aktywny repeater).

Jak pokazano na rysunku 5, sygnał optyczny jest dzielony na wiele kanałów dla każdej jednostki sieci optycznej (ONU) przez rozdzielacz optyczny, a sygnał upstream z każdej jednostki ONU jest łączony w pojedynczym włóknie za pomocą sprzęgacza optycznego i wysyłany do OLT. Pasywny sprzęt sieciowy obejmuje światłowody jednomodowe, pasywne rozgałęźniki/sprzęgacze optyczne, adaptery, złącza i spawarki światłowodowe. Zwykle jest umieszczany poza obszarem lokalnym i określany jako sprzęt zewnętrzny. Pasywny sprzęt sieciowy jest bardzo prosty, stabilny, niezawodny, trwały, łatwy w utrzymaniu i ekonomiczny. Aktywny sprzęt sieciowy obejmuje centralny sprzęt biurowy, optyczne jednostki sieciowe i systemy zarządzania sprzętem (EMS). Wyposażenie centralnej szafy biurowej obejmuje terminale światłowodowe, moduły interfejsu sieciowego (NIM) i moduły przełączające (SCM). W związku z tym te trzy rodzaje urządzeń są łącznie określane jako centralne wyposażenie biurowe.

Centralne wyposażenie biurowe służy jako interfejs między systemem EPON a podstawowymi sieciami danych, wideo i głosowymi usługodawcy. Odpowiada za połączenie z podstawową siecią operacyjną usługodawcy za pośrednictwem systemu zarządzania urządzeniami.