住宅區(qū)光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用探究

龐 曄

（中國(guó)電信山西分公司，山西 太原 030006）

隨著科技的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯闹匾ぞ?，而光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也成為了當(dāng)前的發(fā)展方向。在我國(guó)，住宅區(qū)的光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)尤其受到廣泛關(guān)注，因?yàn)檫@不僅能提高居民的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)，還有利于推進(jìn)數(shù)字化城市建設(shè)。其中，通過無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，可以提高居民用網(wǎng)的便利性，因此如何在住宅區(qū)光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中應(yīng)用無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)便具有重要的研究?jī)r(jià)值。

1 無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)是一種基于光纖傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，是一種被動(dòng)式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要是通過光耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸。它主要通過纖芯中光信號(hào)的自發(fā)耦合傳輸信號(hào)，不需要其他額外能量的輸入，從而避免了設(shè)計(jì)和使用過程中頻繁地對(duì)電源開關(guān)和電子元器件的維護(hù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。PON（無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)）通常由一個(gè)光線路終端（OLT）和多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）組成。在PON中，數(shù)據(jù)從OLT發(fā)送到ONU，然后從ONU發(fā)送到終端用戶設(shè)備。這個(gè)過程是通過光纖傳輸?shù)?，因此可以?shí)現(xiàn)高速、長(zhǎng)距離傳輸以及大容量的帶寬。由于PON技術(shù)不需要額外的電力或信號(hào)放大器，所以被稱為無(wú)源技術(shù)[1]。在PON中，光纖是被多個(gè)終端設(shè)備所共享的，這意味著潛在的安全隱患以及數(shù)據(jù)隱私問題需要得到充分考慮和保障。對(duì)此，當(dāng)前的PON通常采用各種技術(shù)來(lái)保障數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，如加密技術(shù)和認(rèn)證技術(shù)。

2 住宅區(qū)光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）提高網(wǎng)絡(luò)速度。無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以提供更高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，在住宅區(qū)網(wǎng)絡(luò)使用中，可以更好地滿足居民對(duì)網(wǎng)絡(luò)的高速率要求，提升用戶體驗(yàn)。這是因?yàn)闊o(wú)源光纖傳輸沒有電子器件存在，信號(hào)傳輸過程中不會(huì)受到電磁干擾和損耗，因此可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離、更高速的數(shù)據(jù)傳輸，比傳統(tǒng)的銅纜線以及有源光纖等其他網(wǎng)絡(luò)方式具備更高的帶寬和傳輸速率。所以，在需要高速、大容量、長(zhǎng)距離傳輸?shù)纳鐓^(qū)場(chǎng)合，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有良好的應(yīng)用價(jià)值，可以滿足社區(qū)住戶日益增長(zhǎng)的信息通信需求[2]。

（2）提高網(wǎng)絡(luò)部署效率。無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以減少設(shè)備的數(shù)量和維護(hù)成本，有利于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的部署和安裝，從而縮短了工期，提高了網(wǎng)絡(luò)的部署效率。由于無(wú)源光纖傳輸不需要使用電子放大器等主動(dòng)設(shè)備進(jìn)行信號(hào)放大，而是直接通過光纖進(jìn)行被動(dòng)傳輸，因此相比于其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以省去一些關(guān)鍵的控制設(shè)備，降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)部署和升級(jí)時(shí)，也因?yàn)樵O(shè)備數(shù)量和規(guī)模變得更小，使得現(xiàn)場(chǎng)工作的復(fù)雜度下降，工期和成本都能夠得到有效的節(jié)約和控制。因此，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適合用于住宅區(qū)這種多建筑、多用戶的場(chǎng)所[3]。

（3）提高安全性。無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不受干擾，也不會(huì)發(fā)射任何電磁波，保證了網(wǎng)絡(luò)的安全性，同時(shí)也有利于提高用戶的隱私保護(hù)能力。由于無(wú)源光纖傳輸過程中完全沒有電子器件的參與，它的信號(hào)傳輸是以光脈沖的形式進(jìn)行的，在傳播過程中幾乎不受到電磁干擾和截獲的影響，無(wú)法被竊聽和盜取。因此，相比其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具備更可靠的安全性保障，可以有效避免黑客攻擊和信息泄露等網(wǎng)絡(luò)安全問題。同時(shí)，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在信號(hào)傳輸中也不會(huì)產(chǎn)生任何電磁輻射，這對(duì)于信號(hào)傳輸質(zhì)量的穩(wěn)定維持具有積極的作用。

2.2 無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的性能優(yōu)勢(shì)

（1）節(jié)能環(huán)保。無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在接收端和發(fā)射端都不需要使用電源，不僅節(jié)能環(huán)保，而且避免了由于設(shè)備過熱或電源故障等原因造成的網(wǎng)絡(luò)故障。由于無(wú)源光纖傳輸采用被動(dòng)的光學(xué)轉(zhuǎn)換，可以直接將發(fā)出的光脈沖信號(hào)通過光纖傳輸?shù)浇邮斩?，而接收端則通過光纖的物理特性進(jìn)行解碼和處理，因此在整個(gè)傳輸過程中都不需要任何外部電力驅(qū)動(dòng)[4]。這不僅避免了電源損耗和設(shè)備過熱等諸多問題，更為重要的是提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，從而可以最大程度地保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)捻槙澈驼＿\(yùn)行。同時(shí)，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還具備很好的節(jié)能型和環(huán)保型特點(diǎn)，符合未來(lái)科技環(huán)境友好型的發(fā)展趨勢(shì)。

（2）高速傳輸。無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用纖芯中光信號(hào)的自發(fā)耦合功能，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中減少了信號(hào)失真和衰減，因此具備更高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。相比于其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無(wú)源光纖傳輸?shù)墓ぷ髟硎抢霉鈱W(xué)纖芯中自發(fā)產(chǎn)生的模式耦合，通過調(diào)節(jié)纖芯中的折射率等參數(shù)來(lái)控制不同波長(zhǎng)的光信號(hào)傳輸。這種無(wú)源耦合技術(shù)被認(rèn)為是一種有效的光譜多路復(fù)用技術(shù)，因?yàn)樗梢詫⒍喾N不同波長(zhǎng)的光信號(hào)同時(shí)壓縮到一個(gè)光纖管道中進(jìn)行傳輸，從而加快了數(shù)據(jù)傳輸速率，提供更高速、更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。

（3）成本低廉。無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不需要其他額外能量的輸入，在設(shè)計(jì)和使用過程中幾乎不需要頻繁地啟動(dòng)電源開關(guān)或維護(hù)電子元器件，因此可以大大降低相關(guān)成本。相比于其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無(wú)源光纖傳輸只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的光學(xué)連接和網(wǎng)絡(luò)調(diào)試即可實(shí)現(xiàn)高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸功能，不需要頻繁地更換和維修設(shè)備，也不會(huì)受到外部環(huán)境和溫度變化的影響。這也意味著無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在長(zhǎng)期的應(yīng)用和運(yùn)營(yíng)中具有更低的總擁有成本，能夠?yàn)槲飿I(yè)公司及小區(qū)業(yè)主提供更經(jīng)濟(jì)、更可靠、更高效的網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)[5]。

3 住宅區(qū)光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用思路

3.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

架構(gòu)采用光纖接入網(wǎng)（FTTx）作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過光纖將高速寬帶接入到住宅區(qū)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為三層，即用戶接入層、匯聚層和核心層，具體如圖1所示。

圖1 架構(gòu)示意圖

其中，用戶接入層主要完成用戶的接入和數(shù)據(jù)傳輸；匯聚層負(fù)責(zé)對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚；核心層則承載整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心傳輸功能。

在無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)中，用戶接入層負(fù)責(zé)將光纖網(wǎng)絡(luò)接入到用戶的家庭中。每個(gè)用戶家庭都配備一個(gè)ONU（Optical Network Unit）終端用戶設(shè)備。ONU作為終端用戶設(shè)備，通過光纖將信號(hào)從ONT（Optical Network Terminal）設(shè)備傳輸?shù)接脩舻脑O(shè)備上，并提供不同的接口，如以太網(wǎng)口、無(wú)線路由器接口等，以滿足用戶的不同需求。在實(shí)際應(yīng)用中，ONU設(shè)備的性能和配置方案可根據(jù)用戶的帶寬需求、家庭覆蓋范圍、設(shè)備數(shù)量等因素進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。因?yàn)槊嫦驅(qū)ο笫切^(qū)業(yè)主，所以用戶接入層也可能涉及對(duì)用戶身份識(shí)別和信息采集等相關(guān)問題，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守網(wǎng)絡(luò)安全法律法規(guī)和政策要求，確保業(yè)主在使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)的個(gè)人數(shù)據(jù)和隱私權(quán)利得到保護(hù)。

匯聚層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮R聚點(diǎn)，通常由一組位于網(wǎng)絡(luò)核心區(qū)域的交換機(jī)組成，其主要作用是將來(lái)自用戶接入層的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵膶印R聚層中的交換機(jī)通常配備OLT設(shè)備（Optical Line Terminal），用于將用戶數(shù)據(jù)匯聚到核心層。匯聚層的數(shù)據(jù)傳輸功能并不僅限于將數(shù)據(jù)匯聚到核心層，它還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的優(yōu)化和篩選等多種功能，以保證小區(qū)內(nèi)部的流量高效地傳輸。此外，匯聚層還支持?jǐn)?shù)據(jù)負(fù)載均衡和多級(jí)緩存等技術(shù)，以確保網(wǎng)絡(luò)的高可靠性和高可用性。需要注意的是，匯聚層的具體功能與設(shè)計(jì)方案取決于實(shí)際需求，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、用戶數(shù)量、帶寬需求以及其他相關(guān)因素進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

在無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)中，核心層（也稱為骨干層）是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，承載著網(wǎng)絡(luò)的核心傳輸功能。核心層采用高速寬帶光纖將用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)匯聚點(diǎn)，同時(shí)還需適應(yīng)管理服務(wù)器、用于計(jì)費(fèi)等的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備和安全系統(tǒng)。為了保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行穩(wěn)定，核心層的設(shè)計(jì)和配置至關(guān)重要。合理配置的核心層可以提供足夠的帶寬和容量，以滿足日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求，并確保網(wǎng)絡(luò)的高可靠性和高可用性。同時(shí)，核心層還需要具備良好的管理和控制策略，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的優(yōu)化和篩選，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞和其他不必要的問題。

架構(gòu)中所涉及的設(shè)備包括ONU、ONT、OLT以及管理服務(wù)器、用于計(jì)費(fèi)等的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備和安全系統(tǒng)終端。ONU、ONT、OLT作為光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的三大關(guān)鍵要素，需要保證其性能穩(wěn)定、通信質(zhì)量高、安全可靠、管理簡(jiǎn)單。

最后針對(duì)住宅區(qū)光纖網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的安全需求，需要采取一些安全措施，比如設(shè)置訪問控制賬號(hào)和密碼來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)訪問的安全性，防止惡意攻擊；同時(shí)可以通過安裝物理隔離器等硬件設(shè)備將公共網(wǎng)絡(luò)與私有網(wǎng)絡(luò)分隔，保證數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。

3.2 軟硬件設(shè)計(jì)

無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計(jì)需要考慮選擇合適的光纖、衰減補(bǔ)償、連接方式等因素。同時(shí)需要考慮集線器、交換機(jī)等被動(dòng)設(shè)備的部署位置和數(shù)量，以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性[6]。例如，在光纖選擇上，單模光纖適用于長(zhǎng)距離傳輸，多模光纖則適用于短距離傳輸。因此在住宅區(qū)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)覆蓋中，從所需傳輸距離出發(fā)，選擇單模光纖或多模光纖，同時(shí)光纖的帶寬越高，網(wǎng)絡(luò)速度的上限就越高。據(jù)此，可以根據(jù)住宅區(qū)用戶所要求的綜合傳輸速率來(lái)選取合適的光纖規(guī)格。此外，不同的安裝環(huán)境需要使用不同的光纖規(guī)格。一些狹小的機(jī)房或是水到處的場(chǎng)所，安裝細(xì)度更細(xì)的光纜可能更為適合。如光纖安裝中需要注意的衰減補(bǔ)償問題，在光纖通信中，隨著光信號(hào)傳輸距離的增加，將出現(xiàn)信號(hào)逐漸衰減現(xiàn)象，即光信號(hào)強(qiáng)度下降。為了保證長(zhǎng)距離、高速率的光纖通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中需要考慮光纖損耗和信號(hào)失真問題。住宅區(qū)由于占地范圍較大，在建設(shè)無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要考慮衰減補(bǔ)償?shù)膯栴}。根據(jù)不同地方的具體情況和設(shè)計(jì)要求，選擇不同類型、數(shù)量和位置的放大器和調(diào)制解調(diào)器等器件，以盡可能地降低信號(hào)傳輸質(zhì)量的下降，確保網(wǎng)絡(luò)順暢穩(wěn)定地運(yùn)行。

在軟件設(shè)計(jì)方面，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)通常采用基于協(xié)議棧的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)鏈路層采用標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet、FDDI等協(xié)議，其中，Ethernet協(xié)議是一種基于MAC地址尋址的協(xié)議，采用CSMA/CD技術(shù)訪問傳輸介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)（LAN）和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。Ethernet的速率有10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps甚至更高，常見的以太網(wǎng)有10BASE-T和100BASE-TX，其主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、靈活和可靠。FDDI協(xié)議采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)和雙路備份技術(shù)，支持1.25 Gbps的高速傳輸，主要用于構(gòu)建高性能的局域網(wǎng)（LAN）和廣域網(wǎng)（WAN），其優(yōu)點(diǎn)是高可靠性、高帶寬、高容量和高安全性。

網(wǎng)絡(luò)層采用常見的IP、ICMP、IGMP等協(xié)議，其中，IP是Internet協(xié)議，是Internet上數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕緟f(xié)議，主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從源地址傳輸?shù)侥繕?biāo)地址；ICMP是Internet控制報(bào)文協(xié)議，用于檢測(cè)通信錯(cuò)誤和發(fā)送錯(cuò)誤消息給源主機(jī)；IGMP是Internet組管理協(xié)議，用于在多播網(wǎng)絡(luò)中管理主機(jī)加入和離開組的過程。這些協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)通信中扮演著重要的角色，它們共同構(gòu)成了互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。

需要注意的是，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)對(duì)靈活度、容錯(cuò)率和冗余度要求較高，同時(shí)需要針對(duì)非冗余環(huán)節(jié)的故障和攻擊進(jìn)行預(yù)防和處理，確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在住宅區(qū)光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)，能夠提高網(wǎng)絡(luò)速度、網(wǎng)絡(luò)部署效率和安全性，有著節(jié)能環(huán)保、高速傳輸和低成本等諸多優(yōu)勢(shì)。在住宅區(qū)光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用研究和推廣，有效提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的質(zhì)量和效率?！?/p>