Pasywne sieci optyczne LAN

Od kilkudziesięciu lat sieć lokalna (LAN) stanowi podstawę architektury IT w przedsiębiorstwach. Dzięki kaskadowym urządzeniom agregacyjnym i przełączającym, połączonym przewodami miedzianymi, te zaawansowane sieci przeszły od początku swojego istnienia wiele zmian – od zapewniania optymalnego dostępu do gwarantowania stałego dostępu, od łączenia komputerów po łączenie punktów dostępu do sieci wi-fi, kamer i urządzeń IP oraz od złośliwych wirusów po szereg zagrożeń dla bezpieczeństwa, obejmujących kradzieże danych i szpiegowanie. Jednakże ograniczenia przepustowości przewodów miedzianych często wymagają kompleksowego podejścia do modernizacji, aby nadążyć za zmieniającymi się wymogami technologicznymi. Potrzeba obejścia ograniczeń przepustowości przewodów miedzianych doprowadziła do opracowania nowej architektury opartej na technologii światłowodowej, nazwanej pasywną siecią optyczną LAN (POL).

POL jest pochodną pasywnych sieci optycznych PON, stosowanych przez dostawców usług telekomunikacyjnych w architekturach Fiber-to-the-Home (FTTH). Sieć PON została przystosowana do użytku wewnątrz pomieszczeń przez zmniejszenie łączącego instalację światłowodową i elektryczną urządzenia końcowego, zwanego przyłączem sieci światłowodowej (ONT), do rozmiaru puszki przyłączeniowej zasilania AC w celu ułatwienia instalacji. Inne adaptacje ONT obejmują możliwość zasilania urządzeń PoE oraz dodanie zaawansowanych protokołów Ethernet wymaganych do utrzymania łączności w nowoczesnym przedsiębiorstwie. W pozostałych przypadkach architektura sieci POL jest zgodna z jej telekomunikacyjnym odpowiednikiem.

Sieć POL korzysta ze wspólnego wyprowadzenia linii światłowodowej (OLT) w celu podłączenia przewodów światłowodowych do jednostek abonenckich ONT w końcowych punktach sieci LAN. Aby zminimalizować koszty okablowania, pasywne rozdzielacze optyczne dzielą światłowód na wiele niezależnych ścieżek (np. 1x8, 1x16, 1x32) do łączenia z urządzeniami końcowymi. Z kolei jednostki ONT łączą się z telefonami, komputerami, monitorami podglądowymi, punktami dostępowymi wi-fi, kamerami, elementami inteligentnego budynku itp.

Schemat blokowy typowej sieci POL przedstawiono na rysunku 1.

POL zmienia ścieżki połączeń, ale nie punkty końcowe sieci LAN, dlatego zachowane zostają wcześniejsze połączenia sieciowe i usługi. Komputery stacjonarne, telefony, punkty dostępu do sieci wi-fi, systemy nadzoru bezpieczeństwa i urządzenia do prowadzenia wideokonferencji pozostają nienaruszone, z tą różnicą, że teraz są połączone ze sobą za pomocą ultraszybkich przewodów światłowodowych o dużej przepustowości. Zastąpienie sieci LAN opartych na przewodach miedzianych nowym rozwiązaniem umożliwia wyeliminowanie kosztownego, osprzętu o ograniczonej przepustowości, funkcjonującego wewnątrz sieci, co poprawia bezpieczeństwo instalacji poprzez zmniejszenie liczby słabych punktów sieci (np. dostęp do sprzętu i zarządzanie ludźmi), obniża koszty ogólne dzięki zmniejszenie kosztów zakupu i ciężaru przewodu, a ponadto eliminuje potrzebę wymiany okablowania w przypadku wzrostu zapotrzebowania na przepustowość. W przypadku wymiany urządzeń lub potrzeby zwiększenia przepustowości konieczne są jedynie aktualizacje w punktach OLT i ONT. Innymi słowy, okablowanie światłowodowe nigdy nie powinno wymagać modernizacji.

Zasilanie – pięta achillesowa czy siła napędowa modernizacji?

Jednym z problemów dotyczących sieci POL jest zasilanie wielu jednostek ONT. Konwencjonalna metoda zapewniania zasilania lokalnie prądem przemiennym z gniazdka elektrycznego jest kosztowna i uciążliwa. Koszt zapewnienia dostępu do gniazda zasilania AC może być bardzo wysoki, sięgający nawet 1500 USD. Nawet jeśli istnieje dostęp do gniazda prądu zmiennego, jego umieszczenie w miejscu publicznym wiąże się z ryzykiem przypadkowego odłączenia zasilania przez nieświadomego użytkownika. Ponadto, gdy jest wymagane akumulatorowe zasilanie awaryjne, konieczny jest zakup dużego zasilacza UPS dla każdej z chronionych jednostek ONT. Zwiększa to nie tylko koszt inwestycji, ale także wydatki eksploatacyjne związane z konserwacją akumulatorów. Oczywiście, aby technologia POL stała się standardowym rozwiązaniem w przypadku architektury LAN, potrzebne było sprawniejsze rozwiązanie kwestii zasilania.

Lokalne problemy z zasilaniem doprowadziły do opracowania nowego rozwiązania znanego jako Remote Line Power (RLP). W przypadku architektury RLP zasilanie jednostki ONT nie jest realizowane przez lokalne gniazdko prądu przemiennego, lecz ze źródła zasilania znajdującego się w centralnej lokalizacji, umieszczonej nawet do kilkuset metrów dalej. Zasilanie jest dostarczane konwencjonalnymi przewodami miedzianymi, podłączonymi na stałe do jednostki ONT. Przewody można poprowadzić za ścianą, aby wyeliminować ryzyko przypadkowego rozłączenia.

Istnieją trzy podstawowe wymagania elektryczne dla sieci RLP. Po pierwsze, musi ona dostarczyć wystarczającą ilość energii, aby skutecznie zasilać jednostki ONT. Typowa 4-portowa jednostka abonencka ONT, przekazująca zasilanie przez sieć Ethernet (PoE) do kolejnych urządzeń, pobiera około 60–70 W mocy. Po drugie, napięcie musi wynosić co najmniej -50 V DC na jednostce ONT, aby możliwe było dostarczanie zasilania PoE+ do dalszych urządzeń. Po trzecie, sieć energetyczna musi spełniać wymagania National Electrical Code™ (krajowego kodeksu elektrycznego USA).

W artykule 725 normy NEC zdefiniowano specjalny typ obwodów zdalnego zasilania, zwanych obwodami Klasy 2. Z myślą o bezpieczeństwie i ochronie przeciwpożarowej moc obwodów została ograniczona do 100 W, natomiast ich maksymalne napięcie wynosi 60 V DC. Ponadto nie mogą przekraczać wartości granicznej 100 W, nawet jeśli pierwotny obwód zabezpieczający nie działa prawidłowo. Zgodność z wymogami Klasy 2 zapewnia ogromne korzyści instalacyjne, ponieważ obwody można rozmieszczać na konwencjonalnych przewodach miedzianych, bez konieczności stosowania oddzielnych kanałów kablowych lub uzyskiwania certyfikacji elektrycznej.

Jak to działa?

Źródłem zasilania sieci RLP są: prostownik -48 V DC oraz siłownia akumulatorowa. Często jest to ten sam sprzęt, który służy do zasilania wyprowadzeń OLT i osprzętu sieciowego. W celu zwiększenia zasięgu siłownia -48 V jest podłączana do specjalnej przetwornicy DC-DC, która podwyższa napięcie wyjściowe do stałego poziomu -57 V DC, następnie podając je na przewody.

Szczególnym atutem przetwornic DC-DC jest wbudowana funkcja aktywnego ograniczania natężenia prądu, która nie pozwala na przekroczenie wartości granicznej 100 W na obwód. Poziom napięcia -57 V DC jest zgodny z wymaganiami NEC w zakresie napięcia, jest wyższy niż wymóg -50 V DC dla PoE+ przy ONT i wystarcza do przezwyciężenia spadku napięcia w kablach miedzianych, co umożliwia sięgnięcie przez obwody do jednostek ONT na krawędzi sieci. Na przykład przewód o przekroju 18 AWG może zasilać jednostki ONT umieszczone nawet 90–120 metrów od źródła zasilania.

Sieć RLP została przedstawiona na rysunku 2.

Budowa architektury RLP różni się w zależności od lokalizacji. Na projekt mają wpływ rozplanowanie obiektu, dostępność przestrzeni w pionach instalacyjnych, dostępność przestrzeni w pośrednich punktach rozdzielczych (IDF) oraz liczba i lokalizacja jednostek ONT. Rozróżniamy dwie główne architektury dotyczące zakładania zasilanych zdalnie sieci POL. W architekturze rozproszonej sieci RLP zasilanie AC jest dostarczane w pionie do urządzeń elektrycznych znajdujących się na wybranych piętrach obiektu. Z kolei w scentralizowanej architekturze sieci RLP zasilanie -48 V dc i urządzenia akumulatorowe są umieszczone w centralnej lokalizacji, zwykle na parterze lub w piwnicy. Prąd DC doprowadzany jest przewodami do przetwornic DC-DC umieszczonych na poszczególnych piętrach. W obu przypadkach przewód miedziany jest ułożony wzdłuż światłowodu prowadzącego do każdej z jednostek ONT.

Podsumowanie

POL to przyszłościowe rozwiązanie dla sieci LAN, oparte na światłowodach i umożliwiające ciągłe zwiększanie przepustowości w budynku czy na terenie kampusu wraz z rosnącym zapotrzebowaniem. Jeśli w przyszłości wzrośnie zapotrzebowanie na przepustowość instalacji, na przykład z 1 gigabitu do 10 gigabitów, wymienić należy jedynie elektronikę w punktach końcowych (OLT i ONT). Infrastruktura światłowodowa pozostaje nienaruszona. Okablowanie miedziane stosowane w sieciach zdalnego zasilania także stanowi jednorazową inwestycję. Zastosowanie metody zdalnego zasilania RLP obniża całkowity koszt instalacji, zwiększa niezawodność, oferując skonsolidowane rezerwowe zasilanie akumulatorowe i zapewnia zgodność z wymogami NEC. Połączenie światłowodu i przewodu miedzianego stanowi najlepsze rozwiązanie przy zakładaniu sieci LAN.