So với các phương thức truy cập mạng WAN trước đây, mạng truy cập cáp quang được giới thiệu ở đây rõ ràng là khác biệt, vì nó không còn là một phương thức truy cập nữa mà là một danh mục riêng hoàn toàn khác biệt với các phương thức truy cập trước đó. Điều này là do nó không còn truyền tín hiệu điện trong đường dây nữa mà thay vào đó sử dụng tín hiệu quang. Do đó, mạng truy cập cáp quang đòi hỏi nhiều loại thiết bị hoàn toàn khác nhau và hoạt động như một hệ thống khép kín. Có nhiều phương pháp truy cập khác nhau trong mạng truy cập cáp quang. Phần này cung cấp một mô tả chung của họ.
Cấu trúc liên kết của mạng truy cập cáp quang là cấu trúc của các đường truyền và nút, cho biết vị trí lẫn nhau và cách bố trí kết nối của các nút trong mạng. Trong mạng truy nhập cáp quang, có XNUMX cấu trúc liên kết mạng cơ bản chính là bus, ring và star. Tuy nhiên, trong các mạng lớn, một số cấu trúc liên kết lai cũng có thể được tạo ra, chẳng hạn như cấu trúc bus-star, cây, vòng kép và các kết hợp ứng dụng khác, mỗi ứng dụng có các đặc điểm riêng và bổ sung cho nhau. Trong phần này, chúng tôi chỉ giới thiệu sơ lược về ba cấu trúc liên kết mạng truy cập cáp quang cơ bản ở trên. Lưu ý rằng cấu trúc mạng được trình bày trong phần này là cấu trúc mô-đun cơ bản nhất, nhưng mạng cáp quang thực tế cũng liên quan đến nhiều thiết bị và kết nối thiết bị.
1. Kiến trúc kiểu xe buýt
Cấu trúc kiểu bus là cấu trúc liên kết rất phổ biến cho các mạng truy cập cáp quang, sử dụng cáp quang làm bus chung, một đầu được kết nối trực tiếp với mạng chuyển tiếp của nhà cung cấp dịch vụ và đầu kia được kết nối với từng người dùng. Mỗi thiết bị đầu cuối của người dùng được kết nối trực tiếp với bus sợi quang thông qua một số loại bộ ghép nối và kết nối giữa máy tính người dùng và bus có thể là cáp đồng trục, cáp xoắn đôi hoặc cáp quang. Điều này tương tự như cấu trúc liên kết kiểu bus mà chúng tôi đã giới thiệu trong mạng LAN, như trong Hình 1. Một trong các mạng chuyển tiếp có thể là bất kỳ mạng nào như PSTN, X.25, FR, ATM, v.v. Phương thức truy cập Cable MODEM mà chúng tôi đã giới thiệu trước đó sử dụng một phương pháp truy cập như vậy.
Cấu trúc này là cấu trúc song song và các ưu điểm của nó bao gồm chia sẻ sợi quang đường trục, tiết kiệm đầu tư đường dây, dễ dàng thêm và xóa các nút và ít can thiệp lẫn nhau. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là chia sẻ phương tiện truyền dẫn và hiệu suất kết nối bị ảnh hưởng bởi số lượng người dùng.
2. Cấu trúc vòng
Cấu trúc vòng tương tự như cấu trúc liên kết vòng trong mạng LAN, có nghĩa là tất cả các nút chia sẻ một liên kết vòng sợi quang. Các liên kết sợi quang đầu tiên và cuối cùng được kết nối để tạo thành cấu trúc mạng vòng khép kín. Tất nhiên, một đầu của sợi quang cần được kết nối với mạng chuyển tiếp của nhà cung cấp dịch vụ. Kết nối giữa người dùng và vòng sợi quang cũng được thiết lập thông qua nhiều bộ ghép nối khác nhau và phương tiện truyền dẫn được sử dụng có thể là cáp đồng trục, cáp xoắn đôi hoặc tất nhiên là sợi quang.
Ưu điểm nổi bật của kiến trúc này là mạng có khả năng tự phục hồi, nghĩa là không cần sự can thiệp từ bên ngoài, mạng có thể phục hồi sau sự cố dịch vụ trong một khoảng thời gian tương đối ngắn. Nhược điểm là hiệu suất kết nối kém, vì nó cũng chia sẻ phương tiện truyền dẫn. Do đó, nó thường phù hợp với ít người dùng hơn trong mạng truy cập; và tỷ lệ thất bại cao, sự thất bại có thể có tác động trên diện rộng. Nếu vòng sợi bị đứt, toàn bộ mạng sẽ bị gián đoạn.
3. cấu trúc sao
Cấu trúc hình sao được đề cập ở đây giống như “cấu trúc hình sao” trong mạng LAN, nhưng điểm nhấn ở đây là phương tiện truyền dẫn là sợi quang thay vì cáp xoắn đôi. Trong mạng truy cập cáp quang có cấu trúc hình sao này, mỗi thiết bị đầu cuối người dùng trao đổi thông tin thông qua bộ ghép nối hình sao với các chức năng điều khiển và chuyển mạch được đặt tại nút trung tâm (tại văn phòng đầu cuối). Đó là một cấu trúc song song, không có vấn đề tích lũy tổn thất, dễ dàng nhận ra việc nâng cấp và mở rộng. Mỗi người dùng tương đối độc lập, cung cấp khả năng thích ứng dịch vụ tốt. Tuy nhiên, nhược điểm là yêu cầu nhiều sợi quang hơn (mỗi người dùng một sợi) dẫn đến chi phí cao hơn; Ngoài ra, trong cấu trúc này, tất cả các nút cần thông qua dữ liệu của nút trung tâm để kết nối với mạng chuyển tiếp, dẫn đến khối lượng công việc nặng nề cho bộ ghép sao tại nút trung tâm và yêu cầu cao về độ tin cậy. Nếu nút trung tâm bị lỗi, toàn bộ mạng cũng sẽ bị tê liệt.
Cấu trúc sao được chia thành ba loại: cấu trúc sao đơn chủ động, cấu trúc sao kép chủ động và cấu trúc sao kép thụ động.
(1) Cấu trúc sao đơn đang hoạt động
Cấu trúc này sử dụng cáp quang để kết nối trực tiếp OLT đặt trong văn phòng chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ với các thuê bao, kết nối điểm tới điểm, về cơ bản giống như cấu trúc sao LAN xoắn đồng hiện có. Trong cấu trúc này, mỗi hộ gia đình có một cặp đường dây riêng được kết nối trực tiếp với OLT tại văn phòng của nhà cung cấp dịch vụ được kết nối với mạng trung kế. Cấu trúc cơ bản của truy cập mạng được thể hiện trong Hình 3.
Ưu điểm của phương thức truy cập có cấu trúc này chủ yếu thể hiện ở tính độc lập và bảo mật giữa những người dùng. Thật dễ dàng để nâng cấp và mở rộng công suất, vì các dịch vụ mới có thể được kích hoạt bằng cách thay thế thiết bị ở cả hai đầu. Phương pháp này thể hiện khả năng thích ứng tuyệt vời. Nhược điểm là chi phí quá cao. Mỗi hộ gia đình yêu cầu một cặp cáp quang hoặc một sợi quang (WDM hai chiều) riêng biệt. Để phục vụ hàng ngàn hộ gia đình, sẽ cần hàng ngàn lõi cáp quang, điều này có thể khó xử lý. Ngoài ra, mỗi hộ gia đình yêu cầu một nguồn sáng và máy dò đặc biệt, khiến cho việc thiết lập khá phức tạp.
(2) Cấu trúc sao đôi chủ động
Cấu trúc sao kép thực sự là một cấu trúc kiểu cây với hai cấp độ. Nó thêm một nút hoạt động giữa văn phòng chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ OLT và người đăng ký. Cục trao đổi và nút hoạt động chia sẻ cùng một sợi quang và sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) hoặc ghép kênh phân chia theo tần số (FDM) để truyền thông tin dung lượng lớn hơn đến nút hoạt động, sau đó chuyển sang luồng thông tin dung lượng nhỏ hơn để tiếp cận hàng nghìn hộ gia đình. Cấu trúc mạng cơ bản được thể hiện trong Hình 4.
Ưu điểm của cấu trúc mạng này là tính linh hoạt hơn, sợi quang được chia sẻ giữa các nút đang hoạt động trong văn phòng trung tâm và giảm yêu cầu lõi cáp quang dẫn đến giảm chi phí. Tuy nhiên, nhược điểm là sự phức tạp và chi phí cao của thành phần nút hoạt động, khiến cho việc bảo trì trở nên bất tiện. Ngoài ra, việc giới thiệu các dịch vụ băng thông rộng mới và nâng cấp hệ thống sẽ yêu cầu thay thế tất cả các thiết bị quang điện tử hoặc triển khai sơ đồ lớp phủ WDM đầy thách thức hơn.
(3) Cấu trúc sao kép thụ động
Cấu trúc này duy trì các ưu điểm của việc chia sẻ sợi quang trong cấu trúc sao kép chủ động, nhưng thay vì nút chủ động, nó sử dụng bộ chia thụ động. Điều này dẫn đến việc bảo trì dễ dàng hơn, độ tin cậy cao hơn và chi phí thấp hơn. Với việc thực hiện các biện pháp khác nhau, tính bảo mật cũng được tăng cường, làm cho nó trở thành một cấu trúc mạng truy cập tốt hơn.
4. Cấu trúc liên kết kết nối EPON WAN
Mạng EPON sử dụng cấu trúc liên kết điểm-đa điểm để thay thế cấu trúc điểm-điểm, giúp tiết kiệm đáng kể lượng sợi quang và chi phí quản lý. Các thiết bị mạng thụ động thay thế các bộ lặp, bộ khuếch đại và laser được sử dụng trong các hệ thống truy cập băng thông rộng ATM/SONET truyền thống, giảm số lượng laser cần thiết tại văn phòng trung tâm và OLT được chia sẻ giữa nhiều người dùng ONU. Hơn nữa, EPON sử dụng công nghệ Ethernet và các khung Ethernet tiêu chuẩn để mang các dịch vụ chính hiện tại – dịch vụ IP – mà không cần bất kỳ chuyển đổi nào. Do đó, EPON đơn giản, hiệu quả và có chi phí xây dựng cũng như chi phí bảo trì thấp, khiến nó rất phù hợp với các yêu cầu mạng truy cập băng thông rộng.
Một hệ thống EPON điển hình cũng bao gồm OLT, ONU và ODN, như trong Hình 5.
OLT được đặt trong phòng máy chủ trung tâm, trong khi ONU đóng vai trò là thiết bị phía máy khách. Ngoài việc cung cấp quyền truy cập và tập trung hóa mạng, OLT còn có thể cung cấp phân bổ băng thông, đảm bảo an ninh mạng và cấu hình quản lý cho các yêu cầu QoS/SLA (Thỏa thuận mức dịch vụ) khác nhau của người dùng. Bộ chia có tốc độ chia là 2, 4 hoặc 8 và có thể được kết nối ở nhiều cấp độ. Trong EPON, khoảng cách từ OLT đến ONU có thể lên tới 20km và có thể kéo dài hơn nữa nếu sử dụng bộ khuếch đại sợi quang (bộ lặp hoạt động).
Như được hiển thị trong Hình 5, tín hiệu quang được chia thành nhiều kênh cho mỗi đơn vị mạng quang (ONU) thông qua bộ tách quang và tín hiệu ngược dòng từ mỗi ONU được kết hợp trong một sợi quang bằng bộ ghép quang và gửi đến OLT. Thiết bị mạng thụ động bao gồm cáp quang đơn mode, bộ tách/ghép quang thụ động, bộ điều hợp, đầu nối và bộ ghép nhiệt hạch. Nó thường được đặt bên ngoài khu vực địa phương và được gọi là thiết bị bên ngoài. Thiết bị mạng thụ động rất đơn giản, ổn định, đáng tin cậy, lâu dài, dễ bảo trì và tiết kiệm chi phí. Thiết bị mạng hoạt động bao gồm thiết bị giá văn phòng trung tâm, thiết bị mạng quang và hệ thống quản lý thiết bị (EMS). Thiết bị giá văn phòng trung tâm bao gồm các thiết bị đầu cuối đường cáp quang, mô-đun giao diện mạng (NIM) và mô-đun chuyển mạch (SCM). Vì vậy, XNUMX loại thiết bị này được gọi chung là thiết bị tủ rack văn phòng trung tâm.
Thiết bị giá văn phòng trung tâm đóng vai trò là giao diện giữa hệ thống EPON và mạng dữ liệu, video và thoại cốt lõi của nhà cung cấp dịch vụ. Nó chịu trách nhiệm kết nối với mạng hoạt động cốt lõi của nhà cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống quản lý thiết bị.
