光传输网络技术的优势介绍

由于“始终连接”的互联网设备，云计算以及视频内容的增加，数据流量的惊人增长得到了很好的报道。服务器群和数据中心的能源需求反映了这种增长。正在采取行动解决ICT行业的电力消耗问题。

在许多应用中，光纤已经成为高速，高带宽数据网络，数据中心，企业和城域级以及运营商服务的首选媒介。众所周知，光网络也可以有助于降低能源需求。无源光网络（PON）在ICT行业越来越受欢迎，预计将实现高增长。 PON不仅能够有效地提供高速和带宽，而且还可以显着降低功耗。

本文将概述PON趋势的技术和商业优势，并考虑XGPON系统向光网络组件供应商提出的挑战。相关的无源光学器件包括无源光分路器，隔离器，循环器和滤波器，以及所有必需的收发器。了解当前的技术设备，例如Avago和Finisar等公司的10 Gbps光收发器，将突出前进的方向。

速度需求

尽管网络数据速率，带宽和总体容量有了显着改善，但电信和数据通信应用的需求仍在不断增长。数据流量的大量增长给运营商带来了挑战，并要求企业网络和数据中心的容量大幅增加。当今网络中光学组件的采用正在加速，这些设备正在推动向100 Gbps系统的快速发展。

即使在1 Gbps速度下，光纤技术已经证明是有用的，并且已经用于目前部署在数据中心和企业级的10 Gbps系统。它将成为持续40 Gbps升级路径的标准，并有望在今年达到峰值。预计100 Gbps系统将从今年开始逐步增加。在长达100米的较短距离内，光纤可用于更高的速度。这些对数据中心中的服务器，路由器和交换机等应用的需求最大。光纤不仅可以减小电缆的尺寸和重量，而且成本相同，可以最大限度地降低EMI，并降低整体功耗。

根据Infonetics Research，光传输网络（OTN）交换不再是一种利基技术。它将成为地铁中大多数波分复用（WDM）传输平台和核心中所有更高密度系统的要求。该公司预计将合并OTN交换和WDM传输市场，到2017年市场规模将达到130亿美元。预计2013年和2014年100 Gbps光收发器的出货量将翻番。

低成本，低功耗

无源光网络（PON）是一种通过使用共享光纤提供高性能光纤到户连接的经济有效的方式，它不需要多个点对点连接。 PON使用小型，廉价，无动力的光分路器，而不是传统光网络中使用的相对较大，昂贵且耗电的光中继器。 PON分离器通常在同一网络上连接多达32个（但可以更多）的家庭或房屋。 PON由服务提供商中心局的光线路终端（OLT）和靠近终端用户部署的多个光网络单元（ONU）组成（图1）。

图1：典型的PON通过无源分路器显示点对多点连接（来源：Telecom-cloud.net）。

下游信号广播到共享单根光纤的所有场所。加密可提供安全性并防止窃听。使用多址协议（例如TDMA（时分多址））组合上游信号。一些公司正在使用WDM-PON，将ONU分成几个虚拟PON，共存于同一物理基础设施上。或者，统计复用可以提供有效的波长利用以减少ONU级别的延迟。

A 来自TechNavio 2 的市场报告预测全球PON设备的复合年增长率为22.6％，到2025年销售额将达到约573亿美元。需要更多带宽和巨大增长在中国被引为主导因素。

该领域最先进的技术是千兆PON（GPON），它已经被美国和欧洲的地铁和农村电话网络中的电信运营商广泛部署，将光纤带到家庭和商业场所。 10GPON版本（下行10 Gbps，上行2.5 Gbps）已经在管道中，并且正在某些高级应用程序中安装。 GEPON是GPON的以太网兼容版本，支持1和10 Gbps速度等级。

40GPON系统正在全业务接入网 3 （FSAN）联盟内开发。标准正在最终确定，系统预计将在2015年发货。预计这些标准将采用睡眠模式以降低功耗。对于下一代PON技术，FSAN的80多个成员（包括20个网络运营商）已就时间和波分复用（TWDM）覆盖扩展达成一致。

另一个有希望的发展是GreenTouch Consortium 4 宣布的比特交错PON（BiPON）。这个有影响力的公司，运营商，研究机构和大学集团的总体目标是在未来十年内将ICT行业的效率提高1000倍。 BiPON协议使用比特交织技术来丢弃不需要的数据并降低处理要求，从而将数据速率与所需的语音，视频或数据服务相匹配。最终结果是功耗大幅降低。阿尔卡特朗讯贝尔实验室和IMEC开发的技术有望将传统XGPON芯片的功耗从2 W降至3 W，降至约100 mW。

除了部署在电信网络中之外，谷歌和亚马逊等公司也在数据中心迅速采用无源有线系统，用于机器对机器，短距离连接，最长可达15米，以降低功耗，热量和成本。

新墨西哥州阿尔伯克基的桑迪亚国家实验室是PON的先驱用户，已经用14个光学局域网元件取代了600个独立管理的数据交换机，使其成为全球最大的光纤局域网。据称，该装置将其网络能耗降低了65％，在五年内节省了2000万美元的能源费用和其他费用。它不仅提供更多容量，而且光纤更长的范围使其能够首次将远程现场设施连接到高速通信网络。它还更安全可靠，节省了大量空间，并减少了维护工作量和成本。

光学收发器

任何光学网络系统的关键组件是光学收发器，它可以进行电光数据转换。根据2013年至2017年的LightCounting市场预测数据库， 5 收入将逐年增加，2017年增长至50亿美元（2012年为30亿美元）。用于DWDM和以太网应用的收发器是增长动力，主要是由于40 Gbps和100 Gbps端口的快速增长。但是，10 Gbps系统在以太网领域占据主导地位，并将在2017年之前实现，届时100 Gbps设备将占据领先地位。客户正在寻求更小的外形尺寸和更低的功耗。

该领域的主要参与者是Avago Technologies，为10，16，40，100 Gbps系统及更高系统提供创新的光纤解决方案。 HFBR-5911LZ光收发器是当前范围内的典型器件。它设计用于短距离（最长500米）多模光纤链路，工作速率为1.0625或1.25 Gbps，是Gbit以太网或光纤通道网络设备的理想选择。

图2：Avago用于Gbit以太网光网络应用的HFBR-5911LZ光收发器。

该器件符合业界标准的小外形尺寸（SFF），需要3.3 V电源。电气接口采用2 x 5格式，光学接口采用LC-Duplex连接器。典型应用包括高速和交换背板互连，大容量存储系统I/O和高速外设接口。

对于运行10 Gbit以太网的企业和城域网，Avago提供AFBR系列光收发器。 AFBR-703SDDZ采用SFP +（小型可插拔）外壳，带有LC-Duplex连接器，用于大多数现代数据中心。它采用了该公司的850 nm VCSEL和PIN探测器技术。采用10.312 Gbd数据速率，典型功耗为600 mW。该设备具有符合10GBASE-SR标准的光学接口规范。

监控性能

Finisar专注于可插拔光学模块，提供广泛的创新设备选择，允许数据通信和电信公司在模块化基础上扩展其运营。该系列包括发射器，转发器和收发器，以适应各种标准，外形和应用。这些模块能够在短距离内操作，以便在数据中心内使用，在中等范围内用于校园和城域应用，以及长途运营商。

许多模块都集成了微处理器和诊断接口，可实现可靠的性能监控。该功能允许用户实时远程监控网络中任何光学设备的发送和接收光功率，激光偏置电流，收发器输入电压和收发器温度。

Finisar的典型光收发器模块是FTLX1412D3BCL小型（XFP）器件，符合10 Gbit以太网10GBASE-LR/LW标准。它支持9.95到10.5 Gbps比特率，最大链路长度为10 km。功耗小于2 W，采用非制冷1310 nm激光器。它仅需3.3 V电源，并采用LC-Duplex连接器。通过2线串行接口提供数字诊断功能。

图3：Finisar的FTLX1412D3BCL光收发器。

对于符合10GBASE-SR/SW标准的SFP + 10 Gbps应用，是FTLX8571D3BCL。它支持9.95至10.5 Gbps位范围，采用3.3 V单电源供电，功耗小于1 W.它采用非制冷850 nm VCSEL激光器，最大链路长度为300 m。该设备具有LC-Duplex连接器，并提供内置诊断功能。

开发人员的另一个有趣选择是Finisar FDB-1027评估板。该板具有单个SFP +边缘连接器和保持架，以及四个50欧姆SMA同轴连接器，可容纳高速差分发送器输入和接收器输出信号，非常适合以数据速率测试和评估短波长和长波长SFP/SFP +光收发器从125 Mbps到10.3 Gbps。

图4：Finisar的FDB-1027 SFP/SFP +评估板。