Reti LAN ottiche passive

Per decenni la Local Area Network (LAN) è stata un elemento fondamentale delle architetture IT aziendali. Con dispositivi di aggregazione e commutazione a cascata collegati tramite cavi in rame, queste reti sofisticate sono state oggetto di continue evoluzioni, dall'accesso best-effort a quello sempre disponibile, dalla connessione di computer alla connessione di punti di accesso, videocamere e dispositivi IP Wi-Fi, e dai virus malevoli a una serie di minacce alla sicurezza che includono il furto e lo spionaggio dei dati. Tuttavia, i limiti della larghezza di banda del cablaggio in rame spesso impongono un approccio invasivo e una sostituzione completa per stare al passo con i requisiti tecnologici in continua evoluzione. La necessità di evitare le limitazioni della larghezza di banda dei cavi in rame ha portato allo sviluppo di una nuova architettura basata sulla fibra ottica chiamata Passive Optical LAN (POL).

La POL è un derivato delle reti ottiche passive (PON) utilizzate nelle popolari architetture delle tecnologie FTTH impiegate dai fornitori di servizi di telecomunicazione. La rete PON è pensata proprio per l'utilizzo in ambienti interni, poiché, per rendere più agevole l'installazione, riduce il dispositivo terminale che converte le informazioni ottiche in segnali elettrici, chiamato Optical Network Termination (ONT), alle dimensioni di una scatola di derivazione CA. Inoltre l'ONT rende possibile l'alimentazione di dispositivi PoE e l'aggiunta di protocolli Ethernet avanzati necessari per la connettività in un ambiente di lavoro aziendale moderno. Per tutti gli altri aspetti, l'architettura POL è in linea con la sua omologa delle telecomunicazioni.

La POL utilizza una comune terminazione di linea ottica (OLT) per collegare i cavi in fibra ottica agli ONT presso i punti finali della rete LAN. Per ridurre al minimo i costi di cablaggio, gli splitter ottici passivi suddividono le fibre in più percorsi indipendenti (ad es. 1x8, 1x16, 1x32) per il collegamento ai dispositivi finali. Gli ONT a loro volta si collegano a telefoni, computer, monitor video, punti di accesso Wi-Fi, videocamere, endpoint di smart building, ecc.

Vedere la Figura 1 per uno schema a blocchi di una tipica rete POL.

Le POL modificano i percorsi di connessione, ma non gli endpoint della LAN, in modo da mantenere le stesse connessioni di rete e gli stessi servizi. I computer da tavolo, i telefoni, i punti di accesso Wi-Fi, il monitoraggio della sicurezza e i servizi di videoconferenza rimangono intatti, ma sono collegati tramite cavi in fibra ottica ultraveloci e ad alta larghezza di banda. L'eliminazione delle LAN in rame consente la rimozione di costose apparecchiature con limiti di larghezza di banda al centro della rete, migliora la sicurezza limitando il numero di punti di vulnerabilità della rete (ad es. l'accesso alle apparecchiature e la gestione umana), riduce le spese complessive diminuendo il costo e il peso del cavo ed elimina la necessità di sostituire il cablaggio al variare dei requisiti della larghezza di banda. Quando i dispositivi finali cambiano o è richiesta una maggiore larghezza di banda, gli unici aggiornamenti necessari riguardano l'OLT e l'ONT, in altre parole il cablaggio in fibra non ha mai bisogno di essere aggiornato.

Alimentazione: tallone d'Achille o fattore di sviluppo?

L'unico problema della POL è come alimentare i numerosi ONT. Il metodo tradizionale di alimentazione elettrica locale tramite una presa CA è costoso e ingombrante. Il costo della fornitura di una presa CA può essere molto elevato, a volte arriva fino a 1.500 dollari. Anche se è disponibile una presa CA, l'accessibilità alla rete pubblica può causare interruzioni se viene accidentalmente scollegata da un utente ignaro. Inoltre, quando è richiesta una batteria di riserva, è necessario un gruppo di continuità ingombrante per ogni ONT protetto. Ciò non solo aumenta i costi, ma comporta ulteriori costi fissi di funzionamento per la manutenzione delle batterie. È chiaro che, affinché la POL diventasse la soluzione standard per le architetture LAN, era necessaria una soluzione di alimentazione migliore.

I problemi di alimentazione locali hanno portato allo sviluppo di una nuova soluzione nota come Remote Line Power (RLP). Con l'RLP, l'alimentazione dell'ONT non è fornita da una presa CA locale, ma da una fonte di alimentazione che si trova in un sito centrale, potenzialmente a diverse centinaia di metri di distanza. L'alimentazione viene erogata tramite i tradizionali cavi in rame cablati presso l'ONT. I cavi possono essere installati dietro la parete, per risolvere il problema della disconnessione accidentale.

Tre sono i requisiti elettrici fondamentali per una rete RLP. Innanzitutto, deve fornire energia sufficiente per alimentare gli ONT. Un tipico ONT a 4 porte che fornisce PoE ai dispositivi a valle consuma circa 60-70 watt. In secondo luogo, la tensione presso l'ONT deve essere di almeno -50 V CC per fornire alimentazione PoE+ ai dispositivi a valle. In terzo luogo, la rete di alimentazione deve soddisfare i requisiti del National Electrical Code™.

L'articolo 725 del NEC definisce un tipo particolare di circuiti di alimentazione remoti noti come circuiti di Classe 2. Per garantire la sicurezza e la prevenzione degli incendi, questi circuiti raggiungono una potenza massima di 100 W e una tensione massima di 60 V CC. Inoltre, devono rispettare il limite di 100 W anche se il circuito di protezione primario non funziona correttamente. La conformità alla Classe 2 offre enormi vantaggi in termini di installazione, in quanto questi circuiti possono essere implementati sopra ai tradizionali cavi in rame senza la necessità del ricorso a canaline o a certificazioni da parte di elettricisti autorizzati.

Come funziona

La fonte di alimentazione per una rete RLP è costituita da un raddrizzatore da -48 V CC e da un sistema di batterie. Spesso, si tratta della stessa apparecchiatura utilizzata per alimentare l'OLT e le apparecchiature di rete. Per massimizzare la portata, il sistema a -48 V si collega a uno speciale convertitore CC-CC che aumenta la tensione a un'uscita costante di -57 V CC, che a sua volta si collega ai cavi.

Ciò che rende speciali i convertitori CC-CC è la funzione di limitazione della corrente attiva integrata che riduce la potenza a un massimo di 100 W per circuito. Il livello di tensione -57 V CC è conforme al requisito di tensione NEC, è superiore al requisito di -50 V CC per PoE+ all'ONT ed è sufficiente a superare il calo di tensione nei cavi in rame consentendo ai circuiti di raggiungere gli ONT ai margini della rete. Ad esempio, un cavo da 18 AWG può fornire energia agli ONT fino a 90-120 metri circa (300-400 piedi) di distanza dalla fonte di alimentazione.

La rete RLP è illustrata nella Figura 2.

Il design dell'architettura RLP varia a seconda del sito. Il layout complessivo della struttura, la disponibilità di spazio nelle colonne montanti e negli impianti di distribuzione intermedi (IDF), il numero e la posizione degli ONT sono tutti fattori fondamentali per la progettazione. Esistono due architetture primarie per l'implementazione di reti POL alimentate da linee remote. Nell'architettura RLP distribuita, l'alimentazione CA viene indirizzata nella colonna montante alle apparecchiature elettriche che si trovano su piani specifici della struttura. Nell'architettura RLP centralizzata, i dispositivi di alimentazione e di batteria a -48 V CC sono raggruppati in una posizione centrale, spesso al primo piano o nel seminterrato. I cavi portano l'alimentazione CC ai convertitori CC-CC posizionati sui piani. In entrambi i casi, i cavi in rame sono posati lungo la fibra fino a ciascun ONT.

Conclusioni

La POL è una soluzione LAN basata su fibra ottica che guarda al futuro visto il continuo aumento della richiesta di banda larga negli edifici e nei campus. Se in futuro la richiesta di larghezza di banda aumenterà, ad esempio da 1 Gigabit a 10 Gigabit di velocità, gli unici elementi da sostituire saranno i componenti elettronici negli endpoint (OLT e ONT). L'infrastruttura della fibra ottica rimane intatta. Analogamente, il cablaggio in rame utilizzato nelle reti di alimentazione delle linee remote rappresenta un costo una tantum. Il metodo RLP riduce il costo complessivo di installazione, migliora l'affidabilità attraverso backup della batteria affidabili e garantisce la conformità alla NEC. La combinazione di fibra e rame rappresenta la soluzione migliore per le installazioni LAN.