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光ファイバーネットワークのトポロジーとアーキテクチャ

2 台のトランシーバーと 1 本の光ファイバーがあればリンクが 1 本できます。ネットワークとは、そのリンクを何百と組み合わせたものです。リンクの配置(ポイントツーポイント、リング、ツリー、メッシュ、スター)によって、ルートに必要な光ファイバーの心数、ケーブル切断時に何が起こるか、両端にどの光モジュールを搭載するか、設備をどう記録するかが決まります。このページでは、データセンター、キャンパス、アクセスネットワーク、伝送網で使われるトポロジー、規格が定める構造化配線の階層、FTTx アーキテクチャ、光ファイバー心数の計画、保護方式について、それぞれに伴う光モジュールとあわせて解説します。

光ファイバーネットワークのトポロジー:ポイントツーポイント、保護リング、PON ツリー、1 対の光ファイバー上の WDM

基本トポロジー

トポロジー構造リンクあたりの光ファイバー心数保護代表的な光モジュール用途
ポイントツーポイント、デュプレックス光ファイバー 2 心で A ↔ B を接続2なし(または経路の異なる予備の 1 対)SR/LR/ER、DAC/AOCあらゆる用途
ポイントツーポイント、シングルファイバー BiDi光ファイバー 1 心、2 波長1なしBiDi ペア(1310/1490、1270/1330)光ファイバーが限られるルート、FTTx
ポイントツーポイント WDMMUX/DEMUX により 1 対で N チャネルを伝送N サービスに 2 心システムにより異なるCWDM/DWDM モジュール(CWDMDWDMメトロ、キャンパス間接続
スター / ハブアンドスポーク各拠点を中心ノードに接続スポークあたり 2 心2 つのハブへのデュアルホーミング距離に応じた LR/ERキャンパス、企業 WAN
リングノードをループ状に接続、双方向トラフィック2 心(シングルリング)または 4 心(デュアルリング)構造上備わる:反対側の経路LR/ER、OADM を用いた DWDMメトロ、キャリアアクセス、公益事業
ツリー(PON)OLT の光ファイバー 1 心を 1:32–1:128 で ONU に分岐フィーダー 1 心、加入者ごとに 1 心Type B/C 保護(オプション)PON 光モジュールの等級(PON の仕組みFTTH
メッシュ多対多多数再ルーティングROADM/コヒーレントコア伝送
リーフ・スパイン(折り畳み Clos)すべてのリーフをすべてのスパインに接続リンクあたり 2 心設計上、複数経路SR4/DR4/AOC(役割とトポロジーデータセンター
バス / リニアアッド・ドロップ1 つのルート上にノードを配置2 心なしOADMパイプライン、鉄道

構造化配線の階層(TIA-568 / ISO 11801)

要素役割光ファイバーの選択備考
引き込み設備通信事業者のケーブルが引き込まれる場所、屋外 → 屋内の移行点通信事業者のケーブルに準ずる定格品(NEC 770)でない限り、屋外用ケーブルの屋内引き込みは 15 m 以下
機器室 / 主クロスコネクト(MC)コアスイッチ、ODFOS2すべてのバックボーンがここで終端する
バックボーン(垂直 / キャンパス)MC ↔ 中間クロスコネクト(IC) ↔ 水平クロスコネクト(HC)OS2(建物内の短距離は OM4)キャンパス SMF は 2 000 m 以下、クロージャあたり通常 12–48 心
通信室(TR/HC)フロア配線アクセススイッチ
水平配線TR → 作業エリアのアウトレット、90 m 以下主に銅線、集中配線方式では光ファイバー(300 m 以下の OM3/OM4)デスクまでの光ファイバー配線は稀だが存在する
データセンター(TIA-942)MDA → IDA → HDA → EDA(ZDA はオプション)MPO を用いた OM4/OS2 トランク下記の ToR、EoR、MoR パターンを参照

データセンターの配線パターン

パターン配線光モジュール
ラック上部配置(ToR)同一ラック内のサーバーを DAC でスイッチに接続、スイッチはアップリンクを構造化光ファイバーでスパインへDAC 3 m 以下、SR4/DR4/AOC アップリンク
列端 / 列中央配置(EoR/MoR)サーバーを列全体にわたって配線し、列の端 / 中央のスイッチに接続AOC または SR 光モジュール、10–30 m、光ファイバーは増えるがスイッチは減る
構造化 MPO トランク + カセットMDA と HDA/EDA 間の 12/24 心トランク、カセット内で LC へブレークアウト任意のデュプレックス光モジュール、極性方式 A/B/C(ブレークアウトと MPO
直結ポイントツーポイント MPOQSFP ポート間をトランクで直結(SR4/DR4)パラレル光モジュール、コネクターが少ない
レール最適化(AI)各 GPU NIC を別々のリーフに接続主に AOC/DR4(AI クラスタの配線

FTTx アーキテクチャ

アーキテクチャ光ファイバーの到達点最終区間アクティブ機器光モジュール
FTTH(PON)家庭までスプリッターから 1 心OLT + ONUGPON/XGS-PON 等級、スプリッター比 1:32–1:64
FTTH(P2P イーサネット、AON)家庭まで家庭ごとに専用光ファイバーイーサネットスイッチ + CPE1G/10G BiDi シングルファイバー
FTTB建物まで建物内は銅線(イーサネット/VDSL/G.fast)建物内スイッチ/DSLAM1G/10G LR アップリンク
FTTC / FTTNキャビネット/ノードまで銅線上の VDSL街頭 DSLAM1G/10G LR、CWDM
FTTAアンテナまでRRU まで光ファイバーRRU/AAU10/25G フロントホール光モジュール(フロントホール
FTTx(WDM-PON / TWDM)家庭まで光ファイバー 1 心、ユーザー/グループごとに波長を割り当てNG-PON2波長可変 ONU 光モジュール

PON の分岐アーキテクチャには 2 種類あります。集中型(キャビネットに 1:64 のスプリッターを 1 台設置、柔軟性が高く接続点は 1 か所)と、カスケード/分散型(沿線に 1:4、続けて 1:16 を配置、フィーダー光ファイバーは少なくて済むがクロージャが増え、損失が約 0.5 dB 増加)です(ODN 等級)。

光ファイバー心数の計画

ルール理由
デュプレックスサービスあたり 2 心、BiDi/PON 加入者あたり 1 心基準
バックボーン経路には 50–100 % の予備を追加土木工事費用は光ファイバー費用をはるかに上回る、後から敷設すると費用が増す
屋外ケーブルは 12 心を下回らないこと、建物間は 24–48 心、メトロトランクは 96–288 心、データセンターへの管路は 864 心以上融着接続とリボン心数の粒度による
管路スペースが制約となる場合は光ファイバーの代わりに WDM を計画1 対で 8–96 サービス
保護経路には別の光ファイバー(またはケーブル)を使用同じケーブル内の 2 対目は掘削事故に耐えられない
監視(RFTS)と将来の PON スプリッター用に光ファイバーを予備確保
ダークファイバーのリースか、波長/イーサネットサービスかダークファイバー:光モジュールを自分で選び、設備も自分で管理する、マネージド波長サービス:光モジュールの規則は提供事業者が定める

保護と経路分離

方式方法切替時間光ファイバーコスト
無保護単一経路
1+1トラフィックを 2 つの別経路に送信し、受信側が選択50 ms 未満
1:1 / 1:N障害時に待機経路を有効化50 ms〜数秒2× または共有
リング(ERPS G.8032、MPLS-TP、OTN、SNCP)リングの反対方向へ再ルーティング50 ms 未満リング用光ファイバー
メッシュ復旧コントロールプレーンが新しい経路を検出数秒共有予備容量
PON Type B / C冗長 OLT ポート / トランク / 完全二重化数秒フィーダー光ファイバー +1 心
デュアルホーミング(2 ノードへの LAG/MLAG/ECMP)L2/L3 マルチパスサブ秒アクセスリンク 2×(フォワーディングの基礎

経路分離とは物理的に分離した経路を意味します。管路が異なる、建物への引き込み口が異なる、道路の反対側を通る、といった構成です。同じ溝に収めた 2 本のケーブルは、同じ掘削機で同時に切断される危険を共有します。

遅延

媒体遅延備考
標準的な光ファイバー≈ 4.9 µs/km(n ≈ 1.47)100 km で片道 ≈ 0.5 ms
ホローコアファイバー≈ 3.3 µs/kmトレーディング、HPC(光ファイバーの種類
銅線 / マイクロ波 / 自由空間≈ 3.3 µs/km直線経路ではマイクロ波が光ファイバーより速い
ホップごとの追加分スイッチ 1–10 µs、ルーター 10–100 µs、400G 以上の光モジュールの FEC/DSP で 100–300 ns、コヒーレント DSP は µs 単位ガラスではなく機器による

トポロジーの記録

どの光ファイバーネットワークにも、経路図(GIS)、ケーブルと光ファイバーの番号体系、クロージャごとの融着接続図、ODF ポートマップ、クロスコネクト記録、光ファイバーごとの試験結果、変更履歴が必要であり、これらは常に最新の状態に保ちます(保守と復旧設置と経路)。

CodingBox では

トポロジーによって光モジュールのリストが決まります。シングルファイバーのスポークには BiDi ペア、ツリーには PON 等級、共有対には CWDM/DWDM チャネル、MPO トランクには並列 SR4/DR4 です。 CodingBox は現場に届く前に、納品される各モジュールを波長、チャネル、PMD、電力クラスの観点でそのリストと照合します(Check transceiverCode database)。

トポロジーを常に把握できる状態に保つには、識別子の体系、ラベル、融着接続台帳、GIS、記録が必要です。詳しくは文書化とラベリングを参照してください。これらのトポロジーのノードにある機器(トランスポンダー、ROADM、OLT、保護用スイッチ、メディアコンバーター)については、 伝送・アクセス機器を参照してください。


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