DE4139300A1 - Netzwerk-topologie zur datenuebertragung - Google Patents

Description

Netzwerke können charakterisiert werden durch die Topologie, das Übertragungsmedium und die Zugriffsmethode zum Medium.

Beim wirtschaftlichen Aufbau und Betrieb von Kommunikations­ netzen spielt die Netzwerk-Topologie eine entscheidende Rolle. Weite Verbreitung in heutigen Netzwerk-Architekturen haben die Stern-, Bus-, Ring- und Baum-Topologien gefunden. Solche Archi­ tekturen werden beispielsweise in der Veröffentlichung von Tse-Yun Feng: "A Survey of Interconnection Networks" Computer, December 1981, pp. 12-27 beschrieben. In den Zeitschriftenartikeln von Oakley, K.A. et al.: "Passive Fibre Local Loop for Tele­ phony with Broadband Upgrade" ISSLS 1988, Boston und X.Y. Suh, S.W. Grunlund and S.S. Hedge: "Fiber-Optic Local Area Network Topology" IEEE Communications Magazine, Vol. 24, No. 8, August 1986, pp. 26-32, wird gezeigt, daß bei passiven optischen Netzwerken (PON) die Stern-Topologie einige Vorteile gegenüber den Bus- und Ring- Topologien bietet.

In einer Bus- bzw. Ring-Topologie werden alle Kommuni­ kationsteilnehmer an eine gemeinsame Übertragungsleitung angeschlossen. Jeder Teilnehmer greift über einen ihm zugeordne­ ten lokalen optischen Koppler auf die gemeinsame Glasfaserlei­ tung zu. Alle optischen Koppler sind über die gemeinsame Glasfa­ serleitung in Reihe geschaltet. Die maximale Dämpfung in einem solchen PON ergibt sich aus der Dämpfung der Glasfaser zum ent­ ferntesten Teilnehmer und der Summe aller Koppel- und Spleißdämpfungen. Jeder Teilnehmer fügt neben der Dämpfung sei­ nes optischen Kopplers zwei Spleißdämpfungen in die Glasfaser­ leitung ein. Wegen der beschränkten optischen Ausgangsleistung des optischen Senders und der begrenzten Empfindlichkeit des op­ tischen Empfängers ist bei heutiger Technik nur eine geringe Teilnehmerzahl realisierbar. In passiven optischen Netzwerken mit Stern-Topologie entfallen die Verluste durch die Serien­ schaltung der optischen Koppler. Lediglich die Verluste eines Sternkopplers und der Glasfaserleitung zum entferntesten Teil­ nehmer summieren sich auf. Hierdurch kann die Anzahl der Kommu­ nikationsteilnehmer deutlich erhöht werden.

Nachteilig wirkt sich bei Stern-Topologien die große erforderli­ che Verkabelungslänge aus. Die Bus- bzw. Ring-Topologie erfor­ dert lediglich eine Glasfaser zur Voll-Duplex-Verbindung zwi­ schen einer zentralen Kommunikationseinheit ZKE und allen loka­ len Kommunikationseinheiten LKE. Stern-Topologien hingegen benö­ tigen jeweils eine Glasfaserleitung zwischen ZKE und LKE. Dieser hohe Aufwand wird nochmals verdoppelt, wenn für die bidirektio­ nale Datenübertragung - wie heute üblich - zwischen ZKE und LKE (Fig. 1) jeweils zwei Datenleitungen verwendet werden. Bei N lokalen Kommunikationseinheiten LKE werden insgesamt 2N Verbin­ dungsleitungen unterschiedlicher Länge zwischen ZKE und den LKE benötigt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Netz-Topologie für ein passives Netzwerk zu entwickeln, welches mit geringeren Verkabelungslängen als heute verwendete Stern-Topologien aus­ kommt und zusätzlich keine bzw. nur geringfügige Laufzeitkorrek­ turen benötigt.

Der Stand der Technik und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert - da­ bei zeigt:

Fig. 1 Stand der Technik,

Fig. 2 Passives optisches Netzwerk in Stern-Topologie,

Fig. 3 Passives optisches Netzwerk in Stern-Topologie, be­ stehend aus zwei optischen Sub-Netzwerken.

Für die folgenden Beschreibungen von Fig. 2 und Fig. 3 soll die Datenübertragungsrichtung von der zentralen Kommunikations­ einheit ZKE zu den lokalen Kommunikationseinheiten LKE als Hin- bzw. Senderichtung bezeichnet werden. Die Glasfasern in Hin- bzw. Senderichtung erhalten dementsprechend die Namen: Sende- Glasfaser SGF und Sendeanschluß SA. Die Datenübertragungsrich­ tung von den LKE zur ZKE wird als Rück- bzw. Empfangsrichtung bezeichnet und erhält die Namen: Empfangs-Glasfaser EGF und Empfangsanschluß EA.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sendet der zentrale optische Sender ZOS-1 über die Sendeglasfaser SGF zum Kabelverzweiger KV-1. Im Kabelverzweiger wird die optische Sendeleistung aus der ankommen­ den Glasfaserleitung SGF auf die N abgehenden Sende-Glasfaser­ leitungen SGF-1 bis SGF-N verteilt. Über das kürzeste Faserstück SGF-1 gelangt ein Teil der optischen Sendeleistung über den Kabelanschluß KA-1 und den Sendeanschluß SA-1 zum lokalen opti­ schen Empfänger LOE-1. Die lokale Kommunikationseinheit LKE-1 empfängt in Hinrichtung über diese Glasfaserverbindung ein digi­ tales oder auch analoges Datensignal von der zentralen Kommuni­ kationseinheit. Die Kommunikation in Rückrichtung erfolgt über die Glasfaserverbindungen - Empfangsanschluß EA-1, Empfangs- Glasfaser EGF-1 und EGF. Während im passiven optischen Stern­ koppler des Kabelverzweigers KV-1 der Sendedatenstrom von der ZKE auf alle LKE verteilt wird, summiert der Sternkoppler im KV- 2 die optischen Sendeleistung von allen LKE und führt sie über die abgehende Empfangs-Glasfaser EGF der ZKE zu. Anstelle des in diesem Beispiel verwendeten passiven optischen Sternkopplers kann auch ein aktiver optischer Sternkoppler oder ein optischer (1 zu N)-Schalter verwendet werden. Der aktive Sternkoppler eröffnet auf der elektrischen Seite ebenfalls die Möglichkeit als (1 zu N)-Schalter zu arbeiten. Ein (1 zu N)-Schalter im Kabelverzweiger KV-1 arbeitet mit einem Zeitmultiplexrahmen von der ZKE synchronisiert - als Demultiplexer. Er schaltet so den LKE nur die an sie gerichteten Zeitintervalle aus dem Gesamtdatenstrom durch. Hierdurch wird ein illegales Abhören fremder Übertragungen erheblich erschwert. Werden die ungeschützte Empfangs- und Sende-Glasfaser im Kabelverbund mit anderen Glasfasern geführt und zusätzlich gegen mechanischen Zugriff geschützt, so ergibt sich ein zusätzlicher Abhörschutz.

In der Praxis kann es vorteilhaft sein, die N+1 Glasfaserleitun­ gen zwischen Kabelverzweiger KV-1 und KV-2 in einem einzigen Glasfaserkabel mit N+1 optischen Fasern zu führen. Werden bei der Verkabelung alle Glasfaserleitungen zwischen den Kabelver­ teilern KV-1 und KV-2 einschließlich der Glasfaserleitungen zwi­ schen den Kabelanschlüssen KA-1 bis KA-N gleich lang gehalten, so ergibt sich zwischen der ZKE und allen LKE die gleiche kon­ stante Rundumlaufverzögerung und damit ein laufzeitunabhängiges Übertragungssystem. Die Rundumlaufverzögerung zwischen ZKE und beispielsweise LKE-3 wird als Rundumlaufzeit des Lichtsignals vom zentralen optischen Sender ZOS-1 und dem lokalen optischen Empfänger LOE-3, d. h. der elektrischen Laufzeit zwischen Empfang an LOE-3 und Senden an LOS-3 und der Gruppenlaufzeit des Licht­ signals von LOS-3 zu ZOE-1 definiert. Bei konstanter Rundumlauf­ verzögerung können die lokalen optischen Empfänger LOE aus den Rahmensynchronsignalen des ankommenden Datenstroms die ihnen zu­ geordneten Zeitintervalle zum Absenden des Datenstroms in Rück­ richtung so bestimmen, daß sich alle Sendesignale von LOS-1 bis LOS-N im Sternpunkt des KV-2 zeitrichtig ohne Überlappung zu einem Zeitmultiplexrahmen addieren. Schutzzeiten zwischen den einzelnen Zeitintervallen des Multiplexrahmens in Rückrichtung können durch dieses laufzeitunabhängige Übertragungssystem minimiert werden. Da die Rundumlaufzeiten von der ZKE zu allen LKE und zurück in der Praxis nie exakt gleich sind, können die Schutzzeiten ohne Laufzeitausgleich nicht gänzlich entfallen. Die der Erfindung zugrundeliegende Topologie ermöglicht eine starke Reduktion der Schutzzeiten, so daß in der Regel ein elektronischer Laufzeitausgleich in den LKE entfallen kann. Werden die geringfügigen Unterschiede in der Rundumlaufzeit meßtechnisch erfaßt und in den LKE kompensiert, dann können die Schutzzeiten entfallen.

In Fig. 3 wird in einem weiteren Beispiel ein aus mehreren Sub- Netzwerken zusammengesetztes Netzwerk dargestellt. Hier ist es möglich, die jeweils benachbarten Kabelverzweiger (z. B. KV-2 und KV-3) zu einer Einheit zusammenzufassen. In linienförmigen Net­ zen kann es zweckmäßig sein, alle Leitungen in einem gemeinsamen Kabel zu führen. In den Kabelverzweigern und Kabelanschlüssen wird der äußere Kabelmantel geöffnet und die gewünschte Leitung kontaktiert.

Claims (10)

1. Netzwerk-Topologie zur bidirektionalen Datenübertragung zwischen einer zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) und mehreren lokalen Kommunikationseinheiten (LKE), dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Kommunikationseinheit (ZKE) und alle N lokalen Kommunikationseinheiten (LKE) über eine getrennte eigene Sende- und Empfangsdatenleitung zugreifen, wobei in zwei örtlich getrennten Kabel­ verzweigern am Anfang und Ende des Netzes die Aufspaltung der Sende- und Empfangsdatenleitung der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) in die 2N Leitungen zu den lokalen Kommunikationseinheiten (LKE) erfolgt.

2. Netzwerk-Topologie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich optische Übertragungsleitungen verwendet werden.

3. Netzwerk-Topologie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich elektrische Übertragungsleitungen ver­ wendet werden.

4. Netzwerk-Topologie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische und optische Übertragungsleitungen verwen­ det werden.

5. Netzwerk-Topologie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einzelne oder alle Übertragungsleitungen durch Richtfunkstrecken oder durch optische Freiraum- Übertragungsstrecken ersetzt werden.

6. Netzwerk-Topologie nach Anspruch 1 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß einige oder alle lokalen Kommunika­ tionseinheiten (LKE) nicht ortsfest, sondern mobil sind.

7. Netzwerk-Topologie nach Anspruch 1 und 2, und 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aufspaltung in den beiden Kabelverzweigern mit passiven optischen Sternkopplern, mit aktiven optischen Sternkopplern oder mit (1 zu N)- und (N zu 1)-Schaltern oder mit einer beliebigen Kombination daraus erfolgt.

8. Netzwerk-Topologie nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die lokalen Kommunikationseinheiten (LKE) jeweils über einen Kabelanschluß an das eigentliche Kabel zu den Kabelverzweigern angeschlossen werden.

9. Netzwerk-Topologie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelanschluß in einem Gehäuse mit passiver Verbin­ dungstechnik erfolgt.

10. Hetzwerk-Topologie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelanschluß in einem Gehäuse mit aktiven elektronischen Schaltungen erfolgt.