Comparativamente com os métodos de acesso WAN anteriores, a rede de acesso por fibra ótica aqui apresentada é obviamente diferente, pois já não é um método de acesso, mas sim uma categoria separada e completamente distinta dos métodos de acesso anteriores. Isso ocorre porque ele não transmite mais sinais elétricos na linha, mas usa sinais ópticos. Assim, a rede de acesso por fibra ótica envolve uma variedade de equipamentos completamente diferente e funciona como um sistema autocontido. Existem vários métodos de acesso dentro da rede de acesso de fibra óptica. Esta seção fornece uma descrição geral deles.
A topologia de uma rede de acesso por fibra ótica é a estrutura das linhas de transmissão e nós, que indica a localização mútua e o layout de interconexão dos nós na rede. Nas redes de acesso por fibra ótica, existem três principais topologias básicas de rede: barramento, anel e estrela. Porém, em grandes redes, algumas topologias híbridas também podem ser derivadas, como estrutura barramento-estrela, árvore, anel duplo e outras combinações de aplicações, cada uma com características próprias e complementares entre si. Nesta seção, apresentamos brevemente as três topologias básicas de rede de acesso por fibra acima. Observe que a estrutura de rede apresentada nesta seção é a estrutura modular mais básica, mas a rede de fibra ótica real também envolve muitos dispositivos e conexões de equipamentos.
1. Arquitetura tipo ônibus
A estrutura do tipo barramento é uma topologia muito comum para redes de acesso por fibra ótica, que utiliza a fibra ótica como barramento comum, uma ponta é conectada diretamente à rede de retransmissão do provedor de serviços e a outra ponta é conectada a cada usuário. Cada terminal do usuário é conectado diretamente ao barramento de fibra ótica por meio de algum tipo de acoplador, e a conexão entre o computador do usuário e o barramento pode ser cabo coaxial, cabo de par trançado ou fibra ótica. Isso é semelhante à topologia do tipo barramento que introduzimos na LAN, conforme mostrado na Figura 1. Uma das redes de retransmissão pode ser qualquer uma delas, como PSTN, X.25, FR, ATM, etc. O método de acesso Cable MODEM que apresentamos anterior usa esse método de acesso.
Essa estrutura é uma estrutura em tandem e suas vantagens incluem o compartilhamento da fibra do backbone, economia de investimento na linha, fácil adição e remoção de nós e menos interferência uns com os outros. No entanto, suas desvantagens são que ele compartilha o meio de transmissão e o desempenho da conexão é afetado pelo número de usuários.
2. estrutura em anel
A estrutura em anel é semelhante à topologia em anel na LAN, o que significa que todos os nós compartilham um link de anel de fibra. O primeiro e o último link de fibra são conectados para formar uma estrutura de rede de loop fechado. Obviamente, uma extremidade da fibra precisa estar conectada à rede de retransmissão do provedor de serviços. A conexão entre os usuários e o anel de fibra também é estabelecida através de vários acopladores, e o meio de transmissão utilizado pode ser cabo coaxial, cabo de par trançado ou, claro, fibra.
A grande vantagem dessa arquitetura é que a rede possui capacidade de autocorreção, o que significa que, sem intervenção externa, a rede pode se recuperar da falha do serviço em um período de tempo relativamente curto. A desvantagem é que o desempenho da conexão é ruim, pois também compartilha o meio de transmissão. Portanto, geralmente é adequado para menos usuários na rede de acesso; e a taxa de falha é alta, a falha pode ter um impacto abrangente. Se o anel de fibra for rompido, toda a rede será interrompida.
3. Estrutura estelar
A estrutura em estrela mencionada aqui é a mesma que a “estrutura em estrela” em LAN, mas a ênfase aqui está no meio de transmissão de fibra óptica em vez de cabos de par trançado. Nesta rede de acesso em fibra ótica com estrutura em estrela, cada terminal de utilizador troca informação através de um acoplador em estrela com funções de controlo e comutação localizado no nó central (no terminal). É uma estrutura paralela, não há problema de acúmulo de perdas, fácil de realizar a atualização e expansão. Cada usuário é relativamente independente, proporcionando boa adaptabilidade do serviço. No entanto, a desvantagem é a necessidade de mais fibras ópticas (uma para cada usuário), resultando em custos mais elevados; além disso, nesta estrutura, todos os nós precisam passar pelos dados do nó central para se conectar à rede de retransmissão, resultando em uma carga de trabalho pesada para o acoplador em estrela no nó central e em um grande requisito de confiabilidade. Se o nó central falhar, toda a rede também será paralisada.
A estrutura em estrela é dividida em três tipos: estrutura em estrela única ativa, estrutura em estrela dupla ativa e estrutura em estrela dupla passiva.
(1) Estrutura de estrela única ativa
Esta estrutura usa fibra ótica para conectar diretamente a OLT localizada na central de comutação do provedor de serviços aos assinantes, conexão ponto a ponto, que é basicamente a mesma estrutura em estrela da LAN de cobre trançado existente. Nessa estrutura, cada residência possui um par separado de linhas conectadas diretamente à OLT na agência do provedor de serviços conectada à rede tronco. A estrutura básica de acesso à rede é mostrada na Figura 3.
As vantagens desse método de acesso estruturado se manifestam principalmente na independência e confidencialidade entre os usuários. É fácil atualizar e expandir a capacidade, pois novos serviços podem ser ativados simplesmente substituindo o equipamento em ambas as extremidades. Este método apresenta excelente adaptabilidade. A desvantagem é que o custo é muito alto. Cada residência requer um par separado de fibra óptica ou uma fibra (WDM bidirecional). Para atender a milhares de residências, seriam necessários milhares de núcleos de cabo de fibra ótica, o que pode ser difícil de lidar. Além disso, cada residência requer uma fonte de luz e um detector especiais, tornando a configuração bastante complexa.
(2) Estrutura ativa em estrela dupla
A estrutura de estrela dupla é na verdade uma estrutura do tipo árvore com dois níveis. Ele adiciona um nó ativo entre a OLT do escritório de comutação do provedor de serviços e o assinante. A agência de troca e o nó ativo compartilham a mesma fibra e usam multiplexação por divisão de tempo (TDM) ou multiplexação por divisão de frequência (FDM) para transmitir informações de maior capacidade para o nó ativo e, em seguida, alternar para fluxos de informações de menor capacidade para alcançar milhares de residências. A estrutura básica da rede é mostrada na Figura 4.
As vantagens dessa estrutura de rede são maior flexibilidade, fibra compartilhada entre os nós ativos no escritório central e requisitos de núcleo de cabo de fibra óptica reduzidos, resultando em redução de custos. No entanto, as desvantagens são a complexidade e o alto custo do componente do nó ativo, tornando a manutenção inconveniente. Além disso, a introdução de novos serviços de banda larga e a atualização do sistema exigiriam a substituição de todos os equipamentos optoeletrônicos ou a implementação de um esquema de sobreposição WDM mais desafiador.
(3)Estrutura de estrela dupla passiva
Essa estrutura mantém as vantagens do compartilhamento de fibra em uma estrutura ativa de estrela dupla, mas em vez de um nó ativo, utiliza um divisor passivo. Isso resulta em manutenção mais fácil, maior confiabilidade e custos mais baixos. Com a implementação de diversas medidas, o sigilo também é aprimorado, tornando-se uma melhor estrutura de rede de acesso.
4. Topologia de conexão EPON WAN
A rede EPON adota uma topologia ponto a multiponto para substituir a estrutura ponto a ponto, o que economiza muito a quantidade de fibra e custos de gerenciamento. Dispositivos de rede passiva substituem repetidores, amplificadores e lasers usados em sistemas tradicionais de acesso banda larga ATM/SONET, reduzindo o número de lasers necessários na central, e a OLT é compartilhada entre vários usuários da ONU. Além disso, a EPON usa tecnologia Ethernet e quadros Ethernet padrão para transportar os serviços convencionais atuais – serviços IP – sem a necessidade de qualquer conversão. Portanto, o EPON é direto, eficiente e tem baixo custo de construção e manutenção, tornando-o altamente adequado para os requisitos de rede de acesso de banda larga.
Um sistema EPON típico também é composto por OLT, ONU e ODN, conforme mostrado na Figura 5.
A OLT é colocada na sala central do servidor, enquanto a ONU serve como equipamento do lado do cliente. Além de oferecer centralização e acesso à rede, a OLT também pode fornecer alocação de largura de banda, garantir a segurança da rede e configuração de gerenciamento para diferentes requisitos de QoS/SLA (Acordo de nível de serviço) do usuário. O divisor tem uma taxa de divisão de 2, 4 ou 8 e pode ser conectado em vários níveis. No EPON, a distância da OLT até a ONU pode ser de até 20km, podendo ser estendida ainda mais se for utilizado um amplificador de fibra (repetidor ativo).
Conforme mostrado na Figura 5, o sinal óptico é dividido em vários canais para cada unidade de rede óptica (ONU) por meio de um divisor óptico, e o sinal upstream de cada ONU é combinado em uma única fibra usando um acoplador óptico e enviado para a OLT. O equipamento de rede passiva inclui cabos de fibra óptica monomodo, divisores/acopladores ópticos passivos, adaptadores, conectores e emendas de fusão. Geralmente é colocado fora da área local e referido como equipamento externo. O equipamento de rede passiva é muito simples, estável, confiável, duradouro, fácil de manter e econômico. O equipamento de rede ativo inclui equipamentos de rack de escritório central, unidades de rede óptica e sistemas de gerenciamento de equipamentos (EMS). O equipamento de rack do escritório central compreende terminais de linha de fibra ótica, módulos de interface de rede (NIMs) e módulos de comutação (SCMs). Portanto, esses três tipos de equipamentos são referidos coletivamente como equipamentos de rack de escritório central.
O equipamento de rack do escritório central serve como interface entre o sistema EPON e as principais redes de dados, vídeo e voz do provedor de serviços. Ele é responsável por conectar-se à rede operacional principal do provedor de serviços por meio do sistema de gerenciamento de dispositivos.
