光傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)介紹

由于“始終連接”的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，云計(jì)算以及視頻內(nèi)容的增加，數(shù)據(jù)流量的驚人增長(zhǎng)得到了很好的報(bào)道。服務(wù)器群和數(shù)據(jù)中心的能源需求反映了這種增長(zhǎng)。正在采取行動(dòng)解決ICT行業(yè)的電力消耗問題。

在許多應(yīng)用中，光纖已經(jīng)成為高速，高帶寬數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)中心，企業(yè)和城域級(jí)以及運(yùn)營(yíng)商服務(wù)的首選媒介。眾所周知，光網(wǎng)絡(luò)也可以有助于降低能源需求。無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）在ICT行業(yè)越來越受歡迎，預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)高增長(zhǎng)。 PON不僅能夠有效地提供高速和帶寬，而且還可以顯著降低功耗。

本文將概述PON趨勢(shì)的技術(shù)和商業(yè)優(yōu)勢(shì)，并考慮XGPON系統(tǒng)向光網(wǎng)絡(luò)組件供應(yīng)商提出的挑戰(zhàn)。相關(guān)的無源光學(xué)器件包括無源光分路器，隔離器，循環(huán)器和濾波器，以及所有必需的收發(fā)器。了解當(dāng)前的技術(shù)設(shè)備，例如Avago和Finisar等公司的10 Gbps光收發(fā)器，將突出前進(jìn)的方向。

速度需求

盡管網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率，帶寬和總體容量有了顯著改善，但電信和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的需求仍在不斷增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)流量的大量增長(zhǎng)給運(yùn)營(yíng)商帶來了挑戰(zhàn)，并要求企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心的容量大幅增加。當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)中光學(xué)組件的采用正在加速，這些設(shè)備正在推動(dòng)向100 Gbps系統(tǒng)的快速發(fā)展。

即使在1 Gbps速度下，光纖技術(shù)已經(jīng)證明是有用的，并且已經(jīng)用于目前部署在數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級(jí)的10 Gbps系統(tǒng)。它將成為持續(xù)40 Gbps升級(jí)路徑的標(biāo)準(zhǔn)，并有望在今年達(dá)到峰值。預(yù)計(jì)100 Gbps系統(tǒng)將從今年開始逐步增加。在長(zhǎng)達(dá)100米的較短距離內(nèi)，光纖可用于更高的速度。這些對(duì)數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器，路由器和交換機(jī)等應(yīng)用的需求最大。光纖不僅可以減小電纜的尺寸和重量，而且成本相同，可以最大限度地降低EMI，并降低整體功耗。

根據(jù)Infonetics Research，光傳輸網(wǎng)絡(luò)（OTN）交換不再是一種利基技術(shù)。它將成為地鐵中大多數(shù)波分復(fù)用（WDM）傳輸平臺(tái)和核心中所有更高密度系統(tǒng)的要求。該公司預(yù)計(jì)將合并OTN交換和WDM傳輸市場(chǎng)，到2017年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到130億美元。預(yù)計(jì)2013年和2014年100 Gbps光收發(fā)器的出貨量將翻番。

低成本，低功耗

無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是一種通過使用共享光纖提供高性能光纖到戶連接的經(jīng)濟(jì)有效的方式，它不需要多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。 PON使用小型，廉價(jià)，無動(dòng)力的光分路器，而不是傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)中使用的相對(duì)較大，昂貴且耗電的光中繼器。 PON分離器通常在同一網(wǎng)絡(luò)上連接多達(dá)32個(gè)（但可以更多）的家庭或房屋。 PON由服務(wù)提供商中心局的光線路終端（OLT）和靠近終端用戶部署的多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）組成（圖1）。

圖1：典型的PON通過無源分路器顯示點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接（來源：Telecom-cloud.net）。

下游信號(hào)廣播到共享單根光纖的所有場(chǎng)所。加密可提供安全性并防止竊聽。使用多址協(xié)議（例如TDMA（時(shí)分多址））組合上游信號(hào)。一些公司正在使用WDM-PON，將ONU分成幾個(gè)虛擬PON，共存于同一物理基礎(chǔ)設(shè)施上?；蛘?，統(tǒng)計(jì)復(fù)用可以提供有效的波長(zhǎng)利用以減少ONU級(jí)別的延遲。

A 來自TechNavio 2 的市場(chǎng)報(bào)告預(yù)測(cè)全球PON設(shè)備的復(fù)合年增長(zhǎng)率為22.6％，到2025年銷售額將達(dá)到約573億美元。需要更多帶寬和巨大增長(zhǎng)在中國(guó)被引為主導(dǎo)因素。

該領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)是千兆PON（GPON），它已經(jīng)被美國(guó)和歐洲的地鐵和農(nóng)村電話網(wǎng)絡(luò)中的電信運(yùn)營(yíng)商廣泛部署，將光纖帶到家庭和商業(yè)場(chǎng)所。 10GPON版本（下行10 Gbps，上行2.5 Gbps）已經(jīng)在管道中，并且正在某些高級(jí)應(yīng)用程序中安裝。 GEPON是GPON的以太網(wǎng)兼容版本，支持1和10 Gbps速度等級(jí)。

40GPON系統(tǒng)正在全業(yè)務(wù)接入網(wǎng) 3 （FSAN）聯(lián)盟內(nèi)開發(fā)。標(biāo)準(zhǔn)正在最終確定，系統(tǒng)預(yù)計(jì)將在2015年發(fā)貨。預(yù)計(jì)這些標(biāo)準(zhǔn)將采用睡眠模式以降低功耗。對(duì)于下一代PON技術(shù)，F(xiàn)SAN的80多個(gè)成員（包括20個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商）已就時(shí)間和波分復(fù)用（TWDM）覆蓋擴(kuò)展達(dá)成一致。

另一個(gè)有希望的發(fā)展是GreenTouch Consortium 4 宣布的比特交錯(cuò)PON（BiPON）。這個(gè)有影響力的公司，運(yùn)營(yíng)商，研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)集團(tuán)的總體目標(biāo)是在未來十年內(nèi)將ICT行業(yè)的效率提高1000倍。 BiPON協(xié)議使用比特交織技術(shù)來丟棄不需要的數(shù)據(jù)并降低處理要求，從而將數(shù)據(jù)速率與所需的語音，視頻或數(shù)據(jù)服務(wù)相匹配。最終結(jié)果是功耗大幅降低。阿爾卡特朗訊貝爾實(shí)驗(yàn)室和IMEC開發(fā)的技術(shù)有望將傳統(tǒng)XGPON芯片的功耗從2 W降至3 W，降至約100 mW。

除了部署在電信網(wǎng)絡(luò)中之外，谷歌和亞馬遜等公司也在數(shù)據(jù)中心迅速采用無源有線系統(tǒng)，用于機(jī)器對(duì)機(jī)器，短距離連接，最長(zhǎng)可達(dá)15米，以降低功耗，熱量和成本。

新墨西哥州阿爾伯克基的桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是PON的先驅(qū)用戶，已經(jīng)用14個(gè)光學(xué)局域網(wǎng)元件取代了600個(gè)獨(dú)立管理的數(shù)據(jù)交換機(jī)，使其成為全球最大的光纖局域網(wǎng)。據(jù)稱，該裝置將其網(wǎng)絡(luò)能耗降低了65％，在五年內(nèi)節(jié)省了2000萬美元的能源費(fèi)用和其他費(fèi)用。它不僅提供更多容量，而且光纖更長(zhǎng)的范圍使其能夠首次將遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施連接到高速通信網(wǎng)絡(luò)。它還更安全可靠，節(jié)省了大量空間，并減少了維護(hù)工作量和成本。

光學(xué)收發(fā)器

任何光學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的關(guān)鍵組件是光學(xué)收發(fā)器，它可以進(jìn)行電光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)2013年至2017年的LightCounting市場(chǎng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)， 5 收入將逐年增加，2017年增長(zhǎng)至50億美元（2012年為30億美元）。用于DWDM和以太網(wǎng)應(yīng)用的收發(fā)器是增長(zhǎng)動(dòng)力，主要是由于40 Gbps和100 Gbps端口的快速增長(zhǎng)。但是，10 Gbps系統(tǒng)在以太網(wǎng)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，并將在2017年之前實(shí)現(xiàn)，屆時(shí)100 Gbps設(shè)備將占據(jù)領(lǐng)先地位?？蛻粽趯で蟾〉耐庑纬叽绾透偷墓?。

該領(lǐng)域的主要參與者是Avago Technologies，為10，16，40，100 Gbps系統(tǒng)及更高系統(tǒng)提供創(chuàng)新的光纖解決方案。 HFBR-5911LZ光收發(fā)器是當(dāng)前范圍內(nèi)的典型器件。它設(shè)計(jì)用于短距離（最長(zhǎng)500米）多模光纖鏈路，工作速率為1.0625或1.25 Gbps，是Gbit以太網(wǎng)或光纖通道網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的理想選擇。

圖2：Avago用于Gbit以太網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的HFBR-5911LZ光收發(fā)器。

該器件符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的小外形尺寸（SFF），需要3.3 V電源。電氣接口采用2 x 5格式，光學(xué)接口采用LC-Duplex連接器。典型應(yīng)用包括高速和交換背板互連，大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)I/O和高速外設(shè)接口。

對(duì)于運(yùn)行10 Gbit以太網(wǎng)的企業(yè)和城域網(wǎng)，Avago提供AFBR系列光收發(fā)器。 AFBR-703SDDZ采用SFP +（小型可插拔）外殼，帶有LC-Duplex連接器，用于大多數(shù)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心。它采用了該公司的850 nm VCSEL和PIN探測(cè)器技術(shù)。采用10.312 Gbd數(shù)據(jù)速率，典型功耗為600 mW。該設(shè)備具有符合10GBASE-SR標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)接口規(guī)范。

監(jiān)控性能

Finisar專注于可插拔光學(xué)模塊，提供廣泛的創(chuàng)新設(shè)備選擇，允許數(shù)據(jù)通信和電信公司在模塊化基礎(chǔ)上擴(kuò)展其運(yùn)營(yíng)。該系列包括發(fā)射器，轉(zhuǎn)發(fā)器和收發(fā)器，以適應(yīng)各種標(biāo)準(zhǔn)，外形和應(yīng)用。這些模塊能夠在短距離內(nèi)操作，以便在數(shù)據(jù)中心內(nèi)使用，在中等范圍內(nèi)用于校園和城域應(yīng)用，以及長(zhǎng)途運(yùn)營(yíng)商。

許多模塊都集成了微處理器和診斷接口，可實(shí)現(xiàn)可靠的性能監(jiān)控。該功能允許用戶實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中任何光學(xué)設(shè)備的發(fā)送和接收光功率，激光偏置電流，收發(fā)器輸入電壓和收發(fā)器溫度。

Finisar的典型光收發(fā)器模塊是FTLX1412D3BCL小型（XFP）器件，符合10 Gbit以太網(wǎng)10GBASE-LR/LW標(biāo)準(zhǔn)。它支持9.95到10.5 Gbps比特率，最大鏈路長(zhǎng)度為10 km。功耗小于2 W，采用非制冷1310 nm激光器。它僅需3.3 V電源，并采用LC-Duplex連接器。通過2線串行接口提供數(shù)字診斷功能。

圖3：Finisar的FTLX1412D3BCL光收發(fā)器。

對(duì)于符合10GBASE-SR/SW標(biāo)準(zhǔn)的SFP + 10 Gbps應(yīng)用，是FTLX8571D3BCL。它支持9.95至10.5 Gbps位范圍，采用3.3 V單電源供電，功耗小于1 W.它采用非制冷850 nm VCSEL激光器，最大鏈路長(zhǎng)度為300 m。該設(shè)備具有LC-Duplex連接器，并提供內(nèi)置診斷功能。

開發(fā)人員的另一個(gè)有趣選擇是Finisar FDB-1027評(píng)估板。該板具有單個(gè)SFP +邊緣連接器和保持架，以及四個(gè)50歐姆SMA同軸連接器，可容納高速差分發(fā)送器輸入和接收器輸出信號(hào)，非常適合以數(shù)據(jù)速率測(cè)試和評(píng)估短波長(zhǎng)和長(zhǎng)波長(zhǎng)SFP/SFP +光收發(fā)器從125 Mbps到10.3 Gbps。

圖4：Finisar的FDB-1027 SFP/SFP +評(píng)估板。