По сравнению с предыдущими методами доступа к WAN представленная здесь оптоволоконная сеть доступа явно отличается, так как это уже не метод доступа, а отдельная категория, полностью отличная от предыдущих методов доступа. Это связано с тем, что он больше не передает электрические сигналы по линии, а вместо этого использует оптические сигналы. В результате оптоволоконная сеть доступа включает в себя совершенно другое оборудование и работает как автономная система. Существуют различные методы доступа в оптоволоконной сети доступа. В этом разделе представлено их общее описание.
Топология волоконно-оптической сети доступа представляет собой структуру линий передачи и узлов, которая указывает взаимное расположение и схему взаимосвязи узлов в сети. В оптоволоконных сетях доступа существуют три основные топологии сети: шина, кольцо и звезда. Однако в больших сетях также могут быть получены некоторые гибридные топологии, такие как структура «шина-звезда», «дерево», «двойное кольцо» и другие комбинации приложений, каждое из которых имеет свои характеристики и дополняет друг друга. В этом разделе мы лишь кратко представим три вышеупомянутые базовые топологии оптоволоконных сетей доступа. Обратите внимание, что структура сети, представленная в этом разделе, является самой базовой модульной структурой, но реальная оптоволоконная сеть также включает множество устройств и подключений оборудования.
1. Шинная архитектура
Структура шинного типа является очень распространенной топологией для оптоволоконных сетей доступа, в которой оптоволокно используется в качестве общей шины, один конец которой напрямую подключен к ретрансляционной сети поставщика услуг, а другой конец подключен к каждому пользователю. Каждый пользовательский терминал напрямую подключается к оптоволоконной шине через какой-либо соединитель, а соединение между пользовательским компьютером и шиной может быть коаксиальным кабелем, кабелем с витой парой или оптоволоконным кабелем. Это похоже на топологию шинного типа, которую мы ввели в LAN, как показано на рисунке 1. Одной из ретрансляционных сетей может быть любая из них, например PSTN, X.25, FR, ATM и т. д. Представленный нами метод доступа через кабельный модем ранее использовал такой метод доступа.
Эта структура представляет собой тандемную структуру, и ее преимущества включают совместное использование магистрального волокна, экономию инвестиций в линию, простое добавление и удаление узлов и меньшее влияние друг на друга. Однако его недостатки заключаются в том, что он использует общую среду передачи, а на производительность соединения влияет количество пользователей.
2. Кольцевая структура
Кольцевая структура аналогична кольцевой топологии в локальной сети, что означает, что все узлы совместно используют один волоконно-оптический кольцевой канал. Первый и последний оптоволоконные каналы соединяются, образуя сетевую структуру с замкнутым контуром. Конечно, один конец волокна должен быть подключен к ретрансляционной сети поставщика услуг. Связь между пользователями и оптоволоконным кольцом также устанавливается через различные ответвители, а используемой средой передачи может быть коаксиальный кабель, кабель с витой парой или, конечно же, оптоволокно.
Выдающимся преимуществом этой архитектуры является то, что сеть обладает способностью к самовосстановлению, что означает, что без внешнего вмешательства сеть может восстановиться после сбоя службы за относительно короткий период времени. Недостатком является то, что производительность соединения низкая, поскольку он также использует общую среду передачи. Поэтому он обычно подходит для меньшего количества пользователей в сети доступа; и частота отказов высока, отказ может иметь широкомасштабные последствия. Если оптоволоконное кольцо разорвется, вся сеть будет прервана.
3. Звездная структура
Упомянутая здесь звездообразная структура аналогична «звездообразной структуре» в локальных сетях, но акцент здесь делается на среде передачи оптического волокна, а не на кабелях с витой парой. В этой волоконно-оптической сети доступа со звездообразной структурой каждый пользовательский терминал обменивается информацией через звездообразный ответвитель с функциями управления и коммутации, расположенными в центральном узле (в конечном офисе). Это параллельная структура, нет проблем с накоплением потерь, легко реализовать обновление и расширение. Каждый пользователь относительно независим, что обеспечивает хорошую адаптируемость услуги. Однако недостатком является необходимость большего количества оптических волокон (по одному на каждого пользователя), что приводит к более высоким затратам; кроме того, в этой структуре все узлы должны проходить через данные центрального узла для подключения к ретрансляционной сети, что приводит к большой нагрузке на звездообразный ответвитель в центральном узле и высоким требованиям к надежности. Если центральный узел выйдет из строя, вся сеть также будет парализована.
Звездная структура делится на три типа: активная структура с одной звездой, активная структура с двумя звездами и пассивная структура с двумя звездами.
(1) Активная однозвездная структура
Эта структура использует оптическое волокно для прямого подключения OLT, расположенного в коммутационном офисе поставщика услуг, к абонентам, двухточечное соединение, которое в основном совпадает с существующей звездообразной структурой LAN с витой медью. В этой структуре у каждого домохозяйства есть отдельная пара линий, напрямую подключенных к OLT в бюро поставщика услуг, подключенных к магистральной сети. Базовая структура доступа к сети показана на рисунке 3.
Преимущества этого метода структурированного доступа в основном проявляются в независимости и конфиденциальности среди пользователей. Легко модернизировать и расширить пропускную способность, так как новые услуги можно включить, просто заменив оборудование на обоих концах. Этот метод демонстрирует отличную адаптивность. Недостатком является слишком высокая стоимость. Для каждого домохозяйства требуется отдельная пара оптоволокна или оптоволокно (двусторонний WDM). Чтобы обслуживать тысячи домохозяйств, потребуются тысячи жил оптоволоконного кабеля, с которыми может быть трудно иметь дело. Кроме того, в каждом домашнем хозяйстве требуется специальный источник света и детектор, что делает установку довольно сложной.
(2) Активная двойная звезда
Двойная звезда на самом деле представляет собой древовидную структуру с двумя уровнями. Он добавляет активный узел между коммутационной станцией OLT поставщика услуг и абонентом. Бюро обмена и активный узел используют одно и то же волокно и используют мультиплексирование с временным разделением (TDM) или мультиплексирование с частотным разделением (FDM) для передачи информации о большей пропускной способности на активный узел, а затем переключаются на потоки информации о меньшей пропускной способности для охвата тысяч домашних хозяйств. Базовая структура сети показана на рисунке 4.
Преимущества этой сетевой структуры заключаются в большей гибкости, совместном использовании волокна между активными узлами в центральном офисе и уменьшении требований к сердечнику оптоволоконного кабеля, что приводит к снижению затрат. Однако недостатками являются сложность и высокая стоимость компонента активного узла, что делает обслуживание неудобным. Кроме того, введение новых широкополосных услуг и модернизация системы потребует замены всего оптоэлектронного оборудования или внедрения более сложной схемы наложения WDM.
(3) Пассивная двойная звезда
Эта структура сохраняет преимущества совместного использования волокна в активной структуре с двумя звездами, но вместо активного узла в ней используется пассивный разветвитель. Это упрощает техническое обслуживание, повышает надежность и снижает затраты. С внедрением различных мер конфиденциальность также повышается, что улучшает структуру сети доступа.
4. Топология подключения EPON WAN
Сеть EPON использует топологию «точка-многоточка», чтобы заменить структуру «точка-точка», что значительно экономит количество оптоволокна и затраты на управление. Пассивные сетевые устройства заменяют повторители, усилители и лазеры, используемые в традиционных системах широкополосного доступа ATM/SONET, уменьшая количество лазеров, необходимых в центральном офисе, а OLT используется несколькими пользователями ONU. Кроме того, EPON использует технологию Ethernet и стандартные кадры Ethernet для передачи текущих основных услуг — IP-услуг — без необходимости какого-либо преобразования. Таким образом, EPON является простым, эффективным и имеет низкие затраты на строительство и обслуживание, что делает его очень подходящим для требований к сети широкополосного доступа.
Типичная система EPON также состоит из OLT, ONU и ODN, как показано на рисунке 5.
OLT размещается в центральной серверной, а ONU служит клиентским оборудованием. В дополнение к централизации сети и доступу, OLT также может обеспечивать распределение пропускной способности, обеспечивать безопасность сети и конфигурацию управления для различных требований пользователя к QoS/SLA (соглашению об уровне обслуживания). Splitter имеет скорость разделения 2, 4 или 8 и может быть подключен на нескольких уровнях. В EPON расстояние от OLT до ONU может составлять до 20 км и может быть дополнительно увеличено, если используется оптоволоконный усилитель (активный повторитель).
Как показано на рис. 5, оптический сигнал разделяется на несколько каналов для каждого блока оптической сети (ONU) через оптический сплиттер, а восходящий сигнал от каждого ONU объединяется в одном волокне с помощью оптического соединителя и отправляется на OLT. К пассивному сетевому оборудованию относятся одномодовые оптоволоконные кабели, пассивные оптические разветвители/разветвители, адаптеры, разъемы и сварочные аппараты. Как правило, оно размещается за пределами локальной зоны и называется внешним оборудованием. Пассивное сетевое оборудование очень простое, стабильное, надежное, долговечное, простое в обслуживании и экономичное. Активное сетевое оборудование включает в себя стоечное оборудование центрального офиса, блоки оптической сети и системы управления оборудованием (EMS). Оборудование стойки центрального офиса включает терминалы оптоволоконных линий, модули сетевого интерфейса (NIM) и модули коммутации (SCM). Таким образом, эти три типа оборудования вместе называются стоечным оборудованием центрального офиса.
Оборудование стойки центрального офиса служит интерфейсом между системой EPON и основными сетями передачи данных, видео и голоса поставщика услуг. Он отвечает за подключение к основной операционной сети поставщика услуг через систему управления устройствами.
