Trong môi trường mạng công nghiệp và mạng quan trọng, giao tiếp đáng tin cậy là điều không thể thương lượng. Một điểm lỗi duy nhất có thể làm gián đoạn hoạt động, đặc biệt là khi cơ sở hạ tầng dựa vào các liên kết cáp quang phân tán hoặc đường dài. Đó là lý do tại sao thiết kế mạng vòng cáp quang đã trở thành phương pháp tiếp cận nền tảng để đảm bảo cả hiệu suất và dự phòng.
Hướng dẫn này sẽ hướng dẫn bạn mọi thứ bạn cần biết về mạng vòng sợi quang, từ các khái niệm cơ bản đến sơ đồ cấu trúc và các giao thức thiết yếu.
Mạng vòng sợi quang là gì?
Mạng vòng sợi quang là một cấu trúc mạng vật lý hoặc logic, trong đó các thiết bị (thường là các bộ chuyển mạch) được kết nối trong một vòng kín bằng cáp quang. Mỗi nút được kết nối với hai nút khác, tạo thành một cấu trúc giống như vòng.
Thiết kế này đảm bảo dữ liệu có thể truyền theo cả hai hướng. Nếu một liên kết bị lỗi, dữ liệu có thể được định tuyến lại theo hướng ngược lại, giúp duy trì thời gian hoạt động của mạng.
Tại sao nên sử dụng cấu trúc vòng trong mạng cáp quang?
Mặc dù Ethernet không bao giờ được thiết kế với tính dự phòng, các ứng dụng công nghiệp và doanh nghiệp thường đòi hỏi giao tiếp không bị gián đoạn. Đó chính là nơi mà cấu trúc vòng tỏa sáng.
Lợi ích của mạng lưới vòng sợi quang:
- Đường dẫn dự phòng: Tránh thời gian chết do cắt sợi quang hoặc lỗi chuyển mạch.
- Chuyển đổi dự phòng nhanh hơn: Quan trọng trong hệ thống SCADA, lưới điện thông minh, giám sát và các môi trường thời gian thực khác.
- Khả năng mở rộng: Dễ dàng thêm thiết bị mới vào nhẫn.
Tuy nhiên, việc hình thành một vòng vật lý tạo ra khả năng xảy ra các cơn bão phát sóng, trong đó dữ liệu lưu thông liên tục—gây ra lỗi mạng. Để quản lý điều này, các giao thức bảo vệ vòng được triển khai.
Nguyên tắc thiết kế mạng vòng sợi quang
Thiết kế mạng vòng sợi không chỉ là kết nối các công tắc trong một vòng lặp. Một thiết kế tốt phải:
- Tránh những điểm lỗi đơn lẻ
- Chọn giao thức bảo vệ phù hợp
- Đảm bảo hội tụ nhanh (thời gian phục hồi)
- Phù hợp với quy mô và độ phức tạp của mạng lưới
Mạng vòng cáp quang thường được sử dụng trong tự động hóa công nghiệp, hệ thống điện và tiện ích, hệ thống thông tin liên lạc đường sắt và cơ sở hạ tầng xương sống của khuôn viên trường học hoặc cơ sở lớn, nơi độ tin cậy và thời gian hoạt động rất quan trọng.
Ví dụ về sơ đồ mạng vòng sợi
Sau đây là sơ đồ mạng vòng sợi quang đơn giản hóa để minh họa các cách bố trí phổ biến.
Vòng đơn
Đây là cấu trúc vòng cơ bản nhất, được hình thành bằng cách kết nối ba hoặc nhiều công tắc trong một vòng khép kín bằng cáp quang. Dữ liệu có thể chảy theo cả hai hướng, cho phép mạng phục hồi nhanh chóng nếu một liên kết bị lỗi. Nó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp nhỏ hơn hoặc làm xương sống của mạng vùng.
Thiết bị đơn Nhiều vòng
Trong thiết lập này, một công tắc trung tâm duy nhất tham gia vào nhiều mạng vòng độc lập, mỗi mạng được hình thành với các công tắc khác. Các vòng này có thể phục vụ các phòng ban hoặc hệ thống con khác nhau trong khi chia sẻ cùng một công tắc lõi. Nó tăng cường việc sử dụng cổng và tập trung kiểm soát mà không cần hợp nhất các đường dẫn dữ liệu.
Khớp nối vòng
Hai mạng vòng riêng biệt được kết nối thông qua một công tắc ghép nối hoặc một bộ công tắc. Mỗi vòng duy trì tính dự phòng riêng, nhưng việc ghép nối cho phép trao đổi dữ liệu có chọn lọc giữa chúng. Phương pháp này hữu ích khi mở rộng phạm vi phủ sóng trên các tòa nhà hoặc vùng hoạt động khác nhau trong khi vẫn giữ lưu lượng được phân đoạn.
Vòng tiếp tuyến
Vòng thứ cấp được kết nối với vòng chính tại một công tắc duy nhất, giống như đường nhánh. Nó được sử dụng để mở rộng kết nối mạng đến các cụm thiết bị hoặc mạng con gần đó mà không tích hợp hoàn toàn chúng vào vòng chính. Thiết kế này cung cấp khả năng dự phòng một phần và thường thấy trong các ứng dụng phân tán tại hiện trường.
Vòng giao nhau
Nhiều vòng chia sẻ hai hoặc nhiều công tắc chung, tạo thành một cấu trúc dạng lưới. Cấu trúc này hỗ trợ các mạng có tính khả dụng cao, quy mô lớn, trong đó các khu vực hoạt động khác nhau cần dự phòng cục bộ nhưng cũng cần kết nối. Nó thường được triển khai trong lưới điện, hệ thống giao thông và các khu công nghiệp phức hợp.
Giao thức bảo vệ mạng vòng chung
Nếu không có cơ chế bảo vệ, cấu trúc vòng có thể gây ra các vòng lặp vô tận. Hãy so sánh các giao thức bảo vệ vòng phổ biến được sử dụng với công tắc sợi:
| Giao thức | Thuận lợi | Hạn chế |
|---|---|---|
| STP / RSTP / MSTP | Tiêu chuẩn IEEE; không phụ thuộc vào nhà cung cấp; hoạt động trên bất kỳ mạng Lớp 2 nào | Sự hội tụ chậm hơn, đặc biệt là trong các mạng lớn |
| Hệ thống ERP (G.8032) | Tiêu chuẩn ITU-T; hội tụ nhanh; hỗ trợ các cấu trúc phức tạp như nhiều vòng | Yêu cầu cấu trúc được lập kế hoạch trước và cấu hình phức tạp hơn |
| MW-Vòng | Phục hồi nhanh độc quyền; được tối ưu hóa cho mạng công nghiệp | Giới hạn ở thiết bị cùng nhà cung cấp (không tương thích với các thương hiệu khác) |
Giới thiệu về MW-Ring (Giao thức Fast Ring độc quyền)
MW-Ring là một giao thức được công ty chúng tôi phát triển riêng, được thiết kế dành riêng cho các mạng lưới điều khiển công nghiệp có độ tin cậy cao. Nó cho phép:
- Phục hồi tốc độ cao khi liên kết bị hỏng
- Liên kết vòng dự phòng với khả năng chuyển đổi dự phòng tự động
- Cấu hình đơn giản cho các cổng vòng được chỉ định
Giải pháp này lý tưởng cho những tình huống mà khả năng phục hồi nhanh chóng và thiết lập đơn giản quan trọng hơn khả năng tương thích giữa nhiều nhà cung cấp.
Lựa chọn công tắc mạng vòng cho cấu trúc mạng cáp quang
Bộ chuyển mạch mạng vòng là bộ chuyển mạch có khả năng hình thành hoặc tham gia vào các cấu trúc vòng bằng các giao thức tương thích. Sau đây là những điều cần lưu ý:
Các tính năng chính:
- Hỗ trợ STP, RSTP, ERPS hoặc các giao thức vòng độc quyền như MW-Ring
- Cổng cáp quang (SFP hoặc cáp quang cố định)
- Thiết kế đạt chuẩn công nghiệp (nhiệt độ, độ rung, v.v.)
- Định dạng DIN-rail hoặc gắn trên giá đỡ
Nếu ứng dụng của bạn liên quan đến môi trường khắc nghiệt hoặc tự động hóa công nghiệp, hãy ưu tiên sự chắc chắn, công tắc được quản lý với sự hỗ trợ của vòng dự phòng.
Kết luận: Đạt được mạng lưới linh hoạt với thiết kế vòng sợi
Cho dù bạn đang lập kế hoạch cho mạng lưới nhà máy hay xương sống cáp quang quy mô đô thị, một mạng vòng sợi quang được thiết kế hợp lý sẽ đảm bảo tính liên tục của truyền thông. Kết hợp cấu trúc phù hợp với các công tắc đáng tin cậy và các giao thức vòng đã được chứng minh để xây dựng một hệ thống bền bỉ.
Bạn cần trợ giúp để lựa chọn bộ chuyển mạch mạng vòng phù hợp?
👉 Liên hệ với nhóm của chúng tôi hoặc khám phá của chúng tôi dòng sản phẩm công tắc công nghiệp để hỗ trợ cấu trúc vòng sợi.
