金子般閃光的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
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PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)無需現(xiàn)場供電設(shè)備，即可在超過 20 公里的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速、可靠的最后一公里接入；
所有 PON特點(diǎn) 都支持一根干線光纖上的至少 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)。研究業(yè)已證明可以支持更多的節(jié)點(diǎn)；
帶寬需求極大的設(shè)備，如HDTV 和流媒體，使業(yè)界將研發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向速度更快的 PON 技術(shù)，而網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商正在安裝首批大型的 BPON（寬帶 PON）和 EPON（以太網(wǎng) PON）系統(tǒng)。
PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）接入技術(shù)會(huì)影響到高端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的價(jià)值基準(zhǔn)。
當(dāng)談及超長距離WAN、長距離WAN和 MAN的時(shí)候，就會(huì)認(rèn)為這三種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是親戚。它們?nèi)疾捎煤唵蔚牟呗詠砝糜邢薜奈锢砻襟w及其通信帶寬。它們均通過聚合或拆分異種負(fù)荷數(shù)據(jù)來優(yōu)化媒體使用。
不可否認(rèn)，這種簡單的模型忽略了每一種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特有的許多技術(shù)要求。但它卻指出了一個(gè)容易被忽略的、很多現(xiàn)代通信所依賴的根本優(yōu)點(diǎn)：有地址標(biāo)記的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)聚合的結(jié)合，使通信系統(tǒng)能夠?qū)⒁粋€(gè)近乎無限復(fù)雜的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模型映射到一個(gè)費(fèi)用足可負(fù)擔(dān)的、可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)上。
如果用單位時(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸距離來表示總數(shù)據(jù)負(fù)荷，那么，一旦從過大的企業(yè)規(guī)模中得以復(fù)原，就會(huì)看到超長距離、長距離和城域三種鏈路的通信能力換算起來非常方便。這種觀察不僅靜態(tài)地保持在一定時(shí)間的某個(gè)特定點(diǎn)上，而且也動(dòng)態(tài)地保持在為了滿足不斷增長的客戶要求、應(yīng)用需求及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模型，網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)鏈路及物理層技術(shù)發(fā)生的演進(jìn)上。
事實(shí)上，超長距離、長距離和城域三種鏈路通信能力的換算與動(dòng)態(tài)平衡，主要?dú)w因于數(shù)據(jù)聚合的經(jīng)濟(jì)性。較低層的增長需求要向上層反映，而某一層的創(chuàng)新則有利于另一層的開發(fā)，特別是物理層。
分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有神奇的作用，而且在過去十年里，在無法預(yù)測的全球通信業(yè)大增長中發(fā)揮了這樣的作用。這種作用到網(wǎng)絡(luò)接入部分為止。
系統(tǒng)遲早要將所有聚合的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，把所有虛擬地址解碼為物理位置，并為整個(gè)龐大的多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。在CO（中心局）和CP （用戶住宅）之間引人注目的最后一公里上，大多數(shù)接入技術(shù)的換算都很差，特別是在比較它們的負(fù)荷傳送能力，即每單位時(shí)間的數(shù)據(jù)傳送距離比特時(shí)尤為如此。
既有媒質(zhì)的繼承
使接入部分業(yè)務(wù)升級(jí)復(fù)雜化并在許多情況下造成業(yè)務(wù)升級(jí)混亂的是，既有媒體，主要是銅質(zhì) UTP（非屏蔽雙絞線），在已安裝的基礎(chǔ)設(shè)施中占支配地位。UTP及其終端設(shè)備和維護(hù)方法都適合于該媒體的原來的預(yù)期用途——窄頻帶電話與電報(bào)，但不適用于較高帶寬的負(fù)荷。
限制UTP 寬帶性能的因素有很多：
內(nèi)含50個(gè)以上雙絞線的干線電纜，其雙絞線間的電容很大，足以在高于語音頻帶的頻率上引起串?dāng)_。如同無線通信一樣，一個(gè)信道的信號(hào)是另一信道的噪聲（參考文獻(xiàn) 1）。由于串?dāng)_造成的 SNR（信噪比）下降對(duì)于CO端附近的上行鏈路信號(hào)非常有害，因?yàn)樵贑O端，信號(hào)路由最密集，而且輸出信號(hào)比輸入的信號(hào)強(qiáng)得多。
在整個(gè)頻譜內(nèi)，銅線損耗會(huì)使 SNR 隨距離的增長而不斷降低。降低銅損耗的各種方法會(huì)大幅度增加服務(wù)提供商的基本建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)營費(fèi)用。除了銅線損耗外，由電纜與接地間的電容產(chǎn)生的旁路損耗，會(huì)使寬帶信號(hào)衰減得比語音信號(hào)更嚴(yán)重。
信號(hào)路徑具有難以控制的特性阻抗，從而產(chǎn)生信號(hào)反射。即使在撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器的相對(duì)低速下，終端設(shè)備也必須使用回聲消除技術(shù)來減小 ISI（符號(hào)間干擾）。
當(dāng)信號(hào)帶寬增加到超出撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器的信號(hào)帶寬時(shí)，用戶端或中心局的未接終端負(fù)載的短截線會(huì)成為回聲源，進(jìn)一步增大 ISI。
與雙絞線相比較，同軸電纜具有更寬的帶寬，并有希望更好控制其阻抗，但同軸電纜的旁路損耗往往很大，而且同軸電纜及其終端設(shè)備都很昂貴。此外，如同所有的銅互連線一樣，同軸電纜或者需要進(jìn)行電隔離，或者需要采用其它方法來減小信號(hào)源與信號(hào)目的地之間的對(duì)地電位差。
對(duì)于最后一公里傳輸?shù)膬?nèi)容，通信接入市場正在向一種稱為三重業(yè)務(wù)（即一個(gè)接入服務(wù)提供商在一條饋線上提供的語音、視頻和數(shù)據(jù)）的基本配置靠攏。這類業(yè)務(wù)不只使電信運(yùn)營商與電纜（Cable）運(yùn)營商展開競爭，而且還對(duì)接入鏈路技術(shù)提出了性能要求，并且促進(jìn)接入提供商去升級(jí)自己的基礎(chǔ)設(shè)施（附文“PON 全球狀況概覽”）。
在這樣的應(yīng)用場合，光纖媒體可以克服銅媒體的許多弱點(diǎn)：
光纜天生不受串?dāng)_的影響。盡管小部分信號(hào)能量也會(huì)從光纖芯中逸出，但不存在相應(yīng)的機(jī)制使這部分能量耦合到鄰近的光路中；
光纖饋送存在由于內(nèi)部散射引起的串行損耗，但這種損耗在現(xiàn)代光纜中很小而且可以預(yù)測。高純玻璃光纖的信號(hào)衰減在1550 nm 波長時(shí)約為 0.15 dB/km ，而同軸電纜的信號(hào)衰減在50 MHz頻率上則為 10 dB/km（參考文獻(xiàn) 2）；
在玻璃光纖中，最近似于旁路損耗的要算從光纖包層中逸出的光，它會(huì)被光纖護(hù)套吸收。與銅纜的旁路損耗相比，這種損耗也很小，而且還具有與信號(hào)頻率無關(guān)的特性；
色散會(huì)在光纜中造成 ISI，但在接入部分常用的距離和信號(hào)帶寬內(nèi)不會(huì)影響到信號(hào)質(zhì)量（參考文獻(xiàn) 3）；
光纖饋送不受感應(yīng)干擾的影響，具有自隔離功能，從而沒有地電位問題；
許多機(jī)構(gòu)提出了各種 FTTx（光纖到建筑、到路邊、到家庭或到街區(qū)）方案。但有一種基于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備——PON——在高速增長市場上深受歡迎，而且看來有望在光接入網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位。
向無源光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)軍
與許多傳統(tǒng)接入技術(shù)相比，PON 有很多優(yōu)點(diǎn)，其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它與MAN 和WAN一樣，允許接入網(wǎng)絡(luò)至少小規(guī)模地傳送聚合的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)行的 PON 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每根光纜可以有 32 個(gè) CP 節(jié)點(diǎn)，與全 CO-到-CP 的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方案相比，這是一大改進(jìn)。除了 PON 的擴(kuò)建費(fèi)用因光纖共用而很低之外，無源光網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)費(fèi)用也很低，因?yàn)樵?CO 和 CP 之間唯一的裝置是無源分光器（圖 1）。
PON 系統(tǒng)的前端和用戶接口分別稱為 OLT（光線路終端）和 ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）。OLT和ONU都包括一個(gè) MAC（媒體接入控制器），一個(gè)光發(fā)送器、一個(gè)光接收器以及一個(gè) WDM（波分復(fù)用器）。OLT 的發(fā)送器與 ONU 的接收器工作在同一波長上，因而，OLT 的接收器則調(diào)諧在 ONU 的發(fā)送波長上。每個(gè) ONU 拆分聚合的下行數(shù)據(jù)，并捕捉具有其地址的那部分通信數(shù)據(jù)。由于所有的數(shù)據(jù)都是以廣播形式發(fā)送的，因此系統(tǒng)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)加密以確保安全。
PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)無需現(xiàn)場供電設(shè)備，即可在超過 20 公里的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速、可靠的最后一公里接入；
所有 PON特點(diǎn) 都支持一根干線光纖上的至少 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)。研究業(yè)已證明可以支持更多的節(jié)點(diǎn)；
帶寬需求極大的設(shè)備，如HDTV 和流媒體，使業(yè)界將研發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向速度更快的 PON 技術(shù)，而網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商正在安裝首批大型的 BPON（寬帶 PON）和 EPON（以太網(wǎng) PON）系統(tǒng)。
PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）接入技術(shù)會(huì)影響到高端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的價(jià)值基準(zhǔn)。
當(dāng)談及超長距離WAN、長距離WAN和 MAN的時(shí)候，就會(huì)認(rèn)為這三種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是親戚。它們?nèi)疾捎煤唵蔚牟呗詠砝糜邢薜奈锢砻襟w及其通信帶寬。它們均通過聚合或拆分異種負(fù)荷數(shù)據(jù)來優(yōu)化媒體使用。
不可否認(rèn)，這種簡單的模型忽略了每一種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特有的許多技術(shù)要求。但它卻指出了一個(gè)容易被忽略的、很多現(xiàn)代通信所依賴的根本優(yōu)點(diǎn)：有地址標(biāo)記的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)聚合的結(jié)合，使通信系統(tǒng)能夠?qū)⒁粋€(gè)近乎無限復(fù)雜的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模型映射到一個(gè)費(fèi)用足可負(fù)擔(dān)的、可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)上。
如果用單位時(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸距離來表示總數(shù)據(jù)負(fù)荷，那么，一旦從過大的企業(yè)規(guī)模中得以復(fù)原，就會(huì)看到超長距離、長距離和城域三種鏈路的通信能力換算起來非常方便。這種觀察不僅靜態(tài)地保持在一定時(shí)間的某個(gè)特定點(diǎn)上，而且也動(dòng)態(tài)地保持在為了滿足不斷增長的客戶要求、應(yīng)用需求及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模型，網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)鏈路及物理層技術(shù)發(fā)生的演進(jìn)上。
事實(shí)上，超長距離、長距離和城域三種鏈路通信能力的換算與動(dòng)態(tài)平衡，主要?dú)w因于數(shù)據(jù)聚合的經(jīng)濟(jì)性。較低層的增長需求要向上層反映，而某一層的創(chuàng)新則有利于另一層的開發(fā)，特別是物理層。
分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有神奇的作用，而且在過去十年里，在無法預(yù)測的全球通信業(yè)大增長中發(fā)揮了這樣的作用。這種作用到網(wǎng)絡(luò)接入部分為止。
系統(tǒng)遲早要將所有聚合的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，把所有虛擬地址解碼為物理位置，并為整個(gè)龐大的多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。在CO（中心局）和CP （用戶住宅）之間引人注目的最后一公里上，大多數(shù)接入技術(shù)的換算都很差，特別是在比較它們的負(fù)荷傳送能力，即每單位時(shí)間的數(shù)據(jù)傳送距離比特時(shí)尤為如此。
既有媒質(zhì)的繼承
使接入部分業(yè)務(wù)升級(jí)復(fù)雜化并在許多情況下造成業(yè)務(wù)升級(jí)混亂的是，既有媒體，主要是銅質(zhì) UTP（非屏蔽雙絞線），在已安裝的基礎(chǔ)設(shè)施中占支配地位。UTP及其終端設(shè)備和維護(hù)方法都適合于該媒體的原來的預(yù)期用途——窄頻帶電話與電報(bào)，但不適用于較高帶寬的負(fù)荷。
限制UTP 寬帶性能的因素有很多：
內(nèi)含50個(gè)以上雙絞線的干線電纜，其雙絞線間的電容很大，足以在高于語音頻帶的頻率上引起串?dāng)_。如同無線通信一樣，一個(gè)信道的信號(hào)是另一信道的噪聲（參考文獻(xiàn) 1）。由于串?dāng)_造成的 SNR（信噪比）下降對(duì)于CO端附近的上行鏈路信號(hào)非常有害，因?yàn)樵贑O端，信號(hào)路由最密集，而且輸出信號(hào)比輸入的信號(hào)強(qiáng)得多。
在整個(gè)頻譜內(nèi)，銅線損耗會(huì)使 SNR 隨距離的增長而不斷降低。降低銅損耗的各種方法會(huì)大幅度增加服務(wù)提供商的基本建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)營費(fèi)用。除了銅線損耗外，由電纜與接地間的電容產(chǎn)生的旁路損耗，會(huì)使寬帶信號(hào)衰減得比語音信號(hào)更嚴(yán)重。
信號(hào)路徑具有難以控制的特性阻抗，從而產(chǎn)生信號(hào)反射。即使在撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器的相對(duì)低速下，終端設(shè)備也必須使用回聲消除技術(shù)來減小 ISI（符號(hào)間干擾）。
當(dāng)信號(hào)帶寬增加到超出撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器的信號(hào)帶寬時(shí)，用戶端或中心局的未接終端負(fù)載的短截線會(huì)成為回聲源，進(jìn)一步增大 ISI。
與雙絞線相比較，同軸電纜具有更寬的帶寬，并有希望更好控制其阻抗，但同軸電纜的旁路損耗往往很大，而且同軸電纜及其終端設(shè)備都很昂貴。此外，如同所有的銅互連線一樣，同軸電纜或者需要進(jìn)行電隔離，或者需要采用其它方法來減小信號(hào)源與信號(hào)目的地之間的對(duì)地電位差。
對(duì)于最后一公里傳輸?shù)膬?nèi)容，通信接入市場正在向一種稱為三重業(yè)務(wù)（即一個(gè)接入服務(wù)提供商在一條饋線上提供的語音、視頻和數(shù)據(jù)）的基本配置靠攏。這類業(yè)務(wù)不只使電信運(yùn)營商與電纜（Cable）運(yùn)營商展開競爭，而且還對(duì)接入鏈路技術(shù)提出了性能要求，并且促進(jìn)接入提供商去升級(jí)自己的基礎(chǔ)設(shè)施（附文“PON 全球狀況概覽”）。
在這樣的應(yīng)用場合，光纖媒體可以克服銅媒體的許多弱點(diǎn)：
光纜天生不受串?dāng)_的影響。盡管小部分信號(hào)能量也會(huì)從光纖芯中逸出，但不存在相應(yīng)的機(jī)制使這部分能量耦合到鄰近的光路中；
光纖饋送存在由于內(nèi)部散射引起的串行損耗，但這種損耗在現(xiàn)代光纜中很小而且可以預(yù)測。高純玻璃光纖的信號(hào)衰減在1550 nm 波長時(shí)約為 0.15 dB/km ，而同軸電纜的信號(hào)衰減在50 MHz頻率上則為 10 dB/km（參考文獻(xiàn) 2）；
在玻璃光纖中，最近似于旁路損耗的要算從光纖包層中逸出的光，它會(huì)被光纖護(hù)套吸收。與銅纜的旁路損耗相比，這種損耗也很小，而且還具有與信號(hào)頻率無關(guān)的特性；
色散會(huì)在光纜中造成 ISI，但在接入部分常用的距離和信號(hào)帶寬內(nèi)不會(huì)影響到信號(hào)質(zhì)量（參考文獻(xiàn) 3）；
光纖饋送不受感應(yīng)干擾的影響，具有自隔離功能，從而沒有地電位問題；
許多機(jī)構(gòu)提出了各種 FTTx（光纖到建筑、到路邊、到家庭或到街區(qū)）方案。但有一種基于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備——PON——在高速增長市場上深受歡迎，而且看來有望在光接入網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位。
向無源光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)軍
與許多傳統(tǒng)接入技術(shù)相比，PON 有很多優(yōu)點(diǎn)，其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它與MAN 和WAN一樣，允許接入網(wǎng)絡(luò)至少小規(guī)模地傳送聚合的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)行的 PON 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每根光纜可以有 32 個(gè) CP 節(jié)點(diǎn)，與全 CO-到-CP 的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方案相比，這是一大改進(jìn)。除了 PON 的擴(kuò)建費(fèi)用因光纖共用而很低之外，無源光網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)費(fèi)用也很低，因?yàn)樵?CO 和 CP 之間唯一的裝置是無源分光器（圖 1）。
PON 系統(tǒng)的前端和用戶接口分別稱為 OLT（光線路終端）和 ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）。OLT和ONU都包括一個(gè) MAC（媒體接入控制器），一個(gè)光發(fā)送器、一個(gè)光接收器以及一個(gè) WDM（波分復(fù)用器）。OLT 的發(fā)送器與 ONU 的接收器工作在同一波長上，因而，OLT 的接收器則調(diào)諧在 ONU 的發(fā)送波長上。每個(gè) ONU 拆分聚合的下行數(shù)據(jù)，并捕捉具有其地址的那部分通信數(shù)據(jù)。由于所有的數(shù)據(jù)都是以廣播形式發(fā)送的，因此系統(tǒng)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)加密以確保安全。
評(píng)論