FTTB/C+塑料光纖局域網實現FTTH

2019-11-05 03:12:03

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供稿：網友

　　一、前言
　　隨著網絡技術的飛速發展，信息社會的來臨，Internet、可視電話、遠程教育、高清楚度電視以及交互式有線電視（視頻點播，電視購物等）等對通信業務的發展提出更高的要求，進一步要求實現網絡高速化、寬帶化，解決網絡瓶頸問題。大容量高速傳輸網技術（ip Over SDH、IP Over WDM）發展迅猛，技術日漸成熟，其傳輸速率和容量每年都在成倍增長，這無疑對最后100/1000m接入技術和方案也提出更嚴重的考驗。
　　
　　目前，較成熟的接入技術有PSTN接入、ISDN接入、以太網接入、ADSL接入、HFC接入、DDN接入等。對于城域寬帶IP光纖網來說，應該根據具體情況采用多種接入方式相結合，為用戶提供經濟實用、方便快捷的網絡接入。從現狀來看，采用以太網、快速以太網和千兆以太網混合構造一個城域寬帶IP光纖網的分支網絡，是一種具有高帶寬、低成本，擁有最佳性價比的選擇，和其他網絡（如ATM網、SDH、Token-Ring網等）相比較，以太網具有良好的擴充性能、廣大的用戶基礎和價格低廉等優勢，因此我們采用快速以太網和千兆以太網混合構造城域寬帶IP光纖網的末梢網絡，即用戶最后100/1000m接入。
　　
　　石英光纖由于其極低的損耗和色散特性，理所當然是長距離、高速率、大容量傳輸網的最佳選擇。但在連接密集的用戶接入網中，其復雜昂貴的連接工藝增加了網絡成本。于是一種新型的傳輸介質——塑料光纖（POF）擁有了強大的市場基礎，并得到了飛速發展。與石英光纖相比，塑料光纖由于其價格便宜、接續快捷、柔韌性好、抗輻射等優點，成為短距離寬帶通信網的理想選擇。并有望取代金屬電纜而成為短距離高速率的傳輸介質的核心。
　　
　　目前，光纖城域網已將石英光纖延伸到路邊（FTTB）和大樓（FTTC），因此，實現光纖到戶（FTTH）只有一步之遙。利用塑料光纖組建計算機局域網可以很好的解決最后100/1000米的用戶接入問題，從而真正實現光纖到戶（FTTH）。塑料光纖局域網作為解決最后100/1000m問題的建設方案雖然才剛剛起步，但是其未來發展空間極大，因此國內外正投入大量人力物力研發完善此項目，這項工作目前已成為眾多網絡工程師及網絡設備商的研究重點。
　　
　　二、網絡設計目標和原則
　　利用塑料光纖組建計算機局域網是利用塑料光纖這種傳輸介質將各臺計算機連接起來，從而達到共享軟、硬件資源，提高工作效率的目的。由于此網絡主要應用于高數據吞吐量的用戶，因此還要求滿足高帶寬、高可靠性的現代數據傳輸要求。因此塑料光纖局域網應遵循以下原則：
　　
　　1、先進性
　　
　　以先進的、成熟的網絡通信技術進行組網，支持數據、語音、視頻等多媒體應用，采用高新材料作為傳輸介質，并選用先進的接口技術和編碼方式，使整個通信網絡具有先進性。
　　
　　2、實用性和經濟性
　　
　　從實用性和經濟性出發，著眼近期目標和遠期發展，選用性價比高的網絡組件，進行最佳組合，利用有限的投資組建一個高性能的網絡。
　　
　　3、性和保密性
　　
　　當今網絡的一大難題和重點就是網絡的安全性。選用高可靠網絡產品和技術,充分考慮系統在程序運行時的容錯能力和抗干擾能力，保證數據傳輸的可靠性和保密性。
　　
　　4、兼容性
　　
　　選用符合國際發展潮流的國際標準軟件（協議），采用符合國際標準的接口技術及相關網絡設備，使系統能方便接入各種異種網絡，兼容多種軟硬件設備。
　　
　　5、展性和升級能力
　　
　　網絡應具有很好的擴展性和升級能力，選用具有良好升級能力和擴展能力的網絡設備和技術，在設計中充分考慮今后升級時能充分利用現有產品，以節約升級投資。
　　
　　三、網絡硬件的選擇
　　塑料光纖局域網硬件主要包括服務器、用戶計算機、塑料光纖光網卡、塑料光纖交換機、POF-RJ45光纖收發器（可選）和塑料光纖光纜。
　　
　　1、服務器
　　
　　中小型局域網服務器可選用小型機、工作站或PC Server。
　　
　　小型機和工作站的性能較好，總線速度快，吞吐量大，能很好也響應多用戶服務請求，一般使用UNIX系統，當然也有使用Windows NT的情況。PC Server在性能上不如小型機或工作站，但它比較便宜，而且對于不是非凡大的企事業內部局域網，PC Server也能滿足其需求。PC Server一般使用Windows NT系統。
　　
　　在本方案中，我們選用2臺DELL PowerEdgetm 650作為服務器。并在服務器上插上千兆塑料光纖網卡，與中心交換機的千兆口相連，使服務器的傳輸速度達到千兆。
　　
　　2、用戶機算機
　　
　　選用目前公司部門配備的兼容機或品牌機。
　　
　　3、塑料光纖網卡
　　
　　計算機塑料光纖網卡具有以太網塑料光纖接口的PCI網卡，采用標準SC接口，支持即插即用、全雙工1000Mbps傳輸速率，符合IEEE802.3 1000Base-FX標準。
　　
　　4、塑料光纖全光交換機
　　
　　考慮到要求聯網的機算計數量，我們選用的交換機帶12個以太網塑料光纖下行接口，符合IEEE802.3 1000base-FX標準，支持1000Mbps的傳輸速率，可在工作組之間或不同網絡之間提供高帶寬、高性能的光纖連接，讓用戶能快速存取整個網絡資源，解決計算機與工作組交換機之間的網絡帶寬瓶頸。
　　
　　5、塑料光纖光纜
　　
　　塑料光纖光纜采用日本旭硝子生產的LUCINA塑料光纖光纜。
其光纖直徑為0.5mm，數值孔徑（NA）約為0.185，衰減小于50dB/km，應用波長為850nm，帶寬可達200Mhz·km。
　　
　　四、建網方案
　　1、網絡選型
　　
　　網絡方案的選擇會極大地影響網絡的傳輸能力。我們選擇網絡方案的原則是：先進性、成熟性和安全性。目前使用最為廣泛的局域網是基于IEEE802.3標準的以太網，由于本方案目標定在光纖到戶（FTTH），實現高帶寬、高速率，因此我們選擇千兆以太網技術來進行組網。千兆以太網是相當成功的10Mbps以太網和100Mbps快速以太網連接標準的擴展。IEEE已批準千兆位以太網工程IEEE 802E Task Force。
　　
　　千兆位以太網和已充分建立的以太網與快速以太網的節點完全匹配。最初的以太網規范由分組格式定義，且支持CSMD/CD（帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問）協議、全雙工、流控制和由IEEE802.3標準定義的治理項目，千兆位以太網將使用所有這些規范。
　　
　　總之，千兆位以太網和治理員以前使用和了解的以太網相同，所不同的僅僅是比快速以太網快十倍與當前的高帶寬需求應用程序相協調的額外特性，而且和日益增強的服務器和臺式計算機的功能相匹配。
　　
　　2、網絡物理拓撲結構
　　
　　由于網絡采用以太網，故采用易于維護治理的星型網，星型網絡采用一個交換機負責數據的轉發存儲，這種網絡重新配置方便靈活，故障檢測也比較輕易，是以太網普遍采用的物理拓撲結構。其拓撲結構如圖一所示：
　　

　　圖一塑料光纖局域網用戶接入系統拓撲圖
　　
　　3、方案說明
　　
　　對于一個大型光纖城域網來說，用戶接入部分為網絡結構的末梢，直接面向最終用戶，這一部分也正是寬帶網絡的瓶頸所在。目前石英光纖已經成功的鋪設到路邊或大樓（FTTB/C），因此，我們可以采用塑料光纖局域網方便的接入。
　　
　　本方案采用千兆路由交換機作塑料光纖局域網系統的中心交換機（1個1310nm SX上行口，12個 850nm SX 下行口，還可擴展其它模塊）以千兆交換的速度構建局域網的主干，為整個網絡的應用提供了較充裕的帶寬。大樓每一層及每個部門放置一臺千兆塑料光纖交換機，這樣就能與高速千兆主干很好的匹配。（其實，假如用戶要求不是非凡高的話，其他節點交換機可采用百兆塑料光纖交換機，由于主干帶寬較高，在各主干節點可以用堆疊技術將主干節點端口數擴展至幾十個而不至于對主干造成太大的壓力。）選用旭硝子全氟化GI型塑料光纖作為傳輸介質，最終計算機用戶采用千兆（百兆可選）塑料光纖網卡接入，從而實現光纖到用戶（FTTH）。由于整個用戶接入系統采用塑料光纖作為傳輸介質，所以系統成本低于石英光纖用戶接入系統，相對于其他接入系統來說，塑料光纖用戶接入系統有較高的性價比，隨著塑料光纖光器件的普及和推廣，相信，此系統會有更高的性價比。
　　
　　五、網絡性能分析
　　1、傳輸速率及帶寬分析
　　
　　該局域網采用光交換機和光網卡，無需進行多次電/光、光/電交換，避免了電/光、光/電交換時的瓶頸效應，為網絡的高速率和高帶寬提供了保證。因為所有網絡設備均采用1000M以太網設備，傳輸速率最高可達1000Mbps，傳輸介質采用低損耗GI-POF，帶寬可達200Mhz·km以上。同時采用1000base-FX快速以太網的組網方式，因此網絡輸率可高達1000Mbps。
　　
　　2、可靠性和穩定性
　　
　　計算機網絡作為整個系統應用的基礎，其可靠性和穩定性直接關系到應用的好壞，網絡的故障可能直接給應用帶來災難性的損失。
　　
　　首先，我們采用的專用塑料光纖交換機和塑料光線網卡，轉發存儲功能全在集成線路中完成，在出廠時經過了生產公司的嚴格測試，有極高的可靠性、穩定性。同時由于傳輸介質采用塑料光纖，而塑料光纖傳輸數據的誤碼率也極小，并且它不受電磁干擾，因此在數據傳輸的過程中，有非常高的可靠性和穩定性。最后，我們采用了星型網絡拓撲結構，出現網絡故障的概率小得多。另外，由于網絡采用以太網協議，以太網的幀校驗序列（FCS）采用32位循環冗余效驗（CRC），能檢測出：
　　
　　1）所有單個比特差錯；
　　
　　2）所有雙比特差錯；
　　
　　3）任意奇數差錯；
　　
　　4）任意突發差錯，當突發差錯長度小于多項式除數長度。
　　
　　5）大多數較長的差錯。
　　
　　從以上幾個方面看出，不論是硬件還是軟件，我們的這個網絡都具有很高的可靠性和穩定性。
　　
　　3、經濟性
　　
　　塑料光纖由高分子聚合物組成，價格比較便宜，基本和石英光纖持平。目前塑料光纖網絡設備的價格雖然較高，但是隨著生產和銷售規模的增加，會有較大的降價空間。假如從建設整個光纖系統來考慮，塑料光纖局域網系統具有很高的性價比，很輕易被高要求用戶接受，同時也有向廣大普通用戶推廣的可能。
　　
　　4、安全性和保密性
　　
　　目前，五類雙絞線一旦碰到強電磁干擾，很輕易引起網絡癱瘓，從而造成不可估量的損失，塑料光纖網絡，由于傳輸介質采用塑料光纖，所以具有很強的抗電磁干擾能力，即便在最惡劣的電磁環境里，也能正常工作。另外，普通的電纜在傳輸數據時會向外輻射電磁波，有可能會造成泄密，給數據通信帶來一定的安全隱患。而塑料光纖傳輸的是光波，不會有電磁輻射所以具有很好的安全性和保密性。
　　
　　5、網絡的先進性和開放性
　　
　　網絡協議采用了國際標準化組織（ISO） IEEE802委員會規定的千兆以太網協議。由于整個光纖以太網采用了先進的千兆以太網媒體訪問技術，其協議和物理設備均符合國際標準，所以確保了網絡的先進性和開放性。有效地提高了網絡的性價比。
　　
　　6、網絡的可擴展性和升級能力
　　
　　網絡選用以太網協議，具有良好的開放性、擴充和升級能力。網絡操作系統采用windows操作系統，適合于多種媒體訪問技術并支持多種高層協議。
采用星型網絡拓撲結構和結構化布線，可以方便地通過交換機端口級聯、堆疊等方式增加網絡工作站，因此，此網絡可以方便地擴充和升級。

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