作者：KevinPaschal，光纤技术联盟，康普光纤技术联盟PON是一种无源光网络，它使用称为光线路终端(OLT)的核心交换机和分光器从单点传送到多个终端设备，称为光网络单元(ONU)。光纤的低衰减和出色的带宽使其成为典型网络骨干网段的理想选择。(FiberOpticsTechnologyConsortium)光纤最初部署在校园骨干网中，但由于数据速率的提高，它已成为构建骨干网布线的主要介质选择。并且，随着连接设备的带宽需求增加，光纤也被部署在专用网络的水平部分。使光纤能够深入网络的一种解决方案是混合光纤电缆。从电话到现代网络当我们审视混合电缆在当今企业环境中扮演的角色时，我们需要回顾连接设备的历史和铜缆的历史优势。等等，你可能会说。这是一篇关于光纤布线使用的文章。但是，当我们查看连接设备的数据和电源时，铜仍然很重要。自19世纪随着电话的发明而出现“互联网”以来，挑战一直是平衡功率传输、带宽和距离。不同位置的电话通过设备之间的专用线对连接。如果用户想要与另一个位置通信，则安装单独的电话以连接到该位置。网络的下一个发展是中央交换机的引入，它允许手动重新路由特定电话以连接到不同的远端电话。有趣的是，最初的电话是由设备中的电池供电的。随着电话越来越普及，这些电池很快就成了令人头疼的维护问题。因此，在1930年代，电话交换机开始为设备接线以远程为其供电。在80年代后期，出现了第一个结构化布线，其中StarLAN-1(IEEE802.3e)定义了今天仍在使用的分层星形拓扑，以及10Base-ToverCategory3电缆(TIA-568-B)(IEEE802.3i)。这些原始的网络协议只解决了数据连接问题，因为连接的计算设备是独立供电的。关于语音通信，电源和信号的分离出现在1991年，当时第一个IP语音(VoIP)网络作为桌面到桌面应用程序被引入。在早期的VoIP网络中，如果本地电源中断，VoIP应用程序将停止运行。远程供电的VoIP电话于1999年推出，使用专用数据线供电。这是标准化以太网供电(PoE)传输的前身。2003年，IEEE802.3af发布，为用电设备(PD)提供12.95瓦的功率。IEEE802.3的最新更新涵盖PD的71瓦PoE。虽然交换机、服务器和工作站目前不使用网络电缆供电，但许多其他设备正在利用PoE功能。今天的网络包括PoEPD，例如相机、无线接入点(WAP)和电话。此外，还有新的操作技术(OT)设备，包括访问控制、温度和运动传感器以及楼宇自动化系统的监控系统。铜缆布线的最佳应用随着更新的IT和OT设备加入网络，电源可用性成为主要考虑因素。铜擅长为这些设备提供电源和数据。此外，当今的企业网络设计有多层分配器(FD)，因此所有连接的设备都在TIA-568标准定义的100米通道限制内。换句话说，铜缆在网络的水平网段中提供了带宽、功率和距离的非常好的平衡。当带宽要求超过10Gbits/sec时，铜线变得不太理想。符合最新802.11标准的WAP只需要高达10Gbits/秒的连接速度。然而，这可能成为下一代标准的问题。铜线带宽功能已被当今大多数连接设备充分覆盖。但是，WAP在不久的将来可能需要光纤连接。使用铜线的另一个好处是连接的可用性和简单性。终端设备通常有RJ-45端口，这种端口很常见，而且通常比光纤接口便宜。将连接器或插头连接到电缆比端接光纤连接器更简单。虽然铜缆通常更容易端接，但光纤端接技术已经取得了许多进步。例如，熔接可提供低损耗的高质量连接。此外，熔接机比以往任何时候都更实惠。熔接连接器等新产品变得越来越普遍，因为熔接包含在连接器主体内，因此可以为熔接提供更好的保护。光纤电缆在网络中的什么位置？光纤通常用于校园和建筑网络的骨干网段。校园主干是校园配线架(CD)的一部分，它连接到校园内的各个建筑配线架(BD)。建筑物主干将建筑物内的BD连接到FD。这些距离通常比网络的水平段长。一般来说，骨干网是网络中汇集上行和下行通信流量的部分。因此，该部分的带宽要求增加了。您应该部署哪种类型的光纤？您应该在网络中使用多模还是单模光纤？简单的答案是尽可能使用多模光纤，必要时使用单模光纤。让我们探讨一下这句话背后的想法。从成本的角度来看，为了提高数据速率，多模收发器仍然比单模收发器具有成本优势。多模光纤在连接成本及其抗灰尘和碎屑方面也可能具有优势。在构建骨干网时，重要的是要考虑距离要求。多模光纤可支持高达100Gbits/秒的速度，长度可达300米。这种在相对较长的距离上支持非常高的数据速率的能力延长了多模光纤的使用寿命，因为它仍然可以满足许多骨干网建设要求。校园骨干网通常会带来更多距离挑战。对于超过300米的长度，您可能需要选择单模式以实现超过1Gbit/秒的速度。最终，媒体选择取决于建筑物的大小。一层或两层的小型建筑物可能能够在建筑物的主干中容纳铜。非常大的建筑物或校园环境可能需要多模或单模光纤。光纤提供的不仅仅是距离和数据速率，从铜缆过渡到光纤的另一个优势是维护成本更低。光纤电缆非常坚固，可以防止物理应力，例如拉伸、压缩和挤压；和环境压力，例如热、冷冻或湿气侵入。光纤也得到了改进，可以适应更紧的弯曲而不会造成明显的信号损失。因此，即使光缆护套破损，部分水分进入光缆内部，也不会影响光纤的性能。光纤也不受电磁干扰(EMI)的影响。网络运营商不必担心靠近其他EMI源，例如电力传输、点火系统、蜂窝网络或闪电或太阳耀斑等环境问题。光纤电缆可以更有效地利用路径中的可用空间，比铜缆占用的空间要少得多。最后，与铜缆相比，光纤电缆具有显着的安全优势。在不被发现的情况下窃听光纤电缆中的信号要困难得多。从骨干网转向地平线如果光缆可以提供更低的维护成本、更高的可靠性、更好的EMI抗扰度和更高的安全性，为什么铜缆仍然在地平线上占据主导地位？迄今为止，使光纤更接近建筑物用户的努力未能实现。1996年，TIA-TSB-72引入了集中式光纤布线的概念。这种方法消除了网络中的水平网段，并将所有设备集中在主计算机房中。光纤将直接运行到所有设备位置。请记住，1996年的网络由电话和工作站组成，电话在单独的POTS网络上运行。因此，工作站连接意味着运行有限数量的光纤到设备位置。这种设计不是很昂贵，但可扩展性不是很好，因为这意味着需要将额外的电缆跑回主机房以支持新设备。2003年，提出将光纤深入网络的下一个架构是光纤到盒(FTTE)。这与集中式光纤布线的不同之处在于，电信机房将被电信机柜取代，其位置将更靠近终端设备。FTTE类似于传统网络，不同之处在于它将主干网水平移动到更靠近最终用户的位置。就初始安装成本而言，FTTE成本中性或略高于铜缆。就总拥有成本而言，光纤具有前瞻性，因为它的带宽比铜缆高得多。因此，随着网络速度的提高，它们可以更轻松地适应FTTE类型的部署。然而，FTTE架构的实施并未取得成功。使光纤更深入网络的最新架构采用了服务提供商用来使光纤更靠近用户的模型：无源光网络(PON)。PON创建了一个基础设施，可以将信号传送到数千个位置，同时最大限度地减少部署的光纤数量。国际电信联盟(ITU)PON标准于2003年制定，用于支持光纤到户(FTTH)部署。最初的千兆无源光网络(GPON)标准ITUG.984是一种非对称协议，可实现2.5Gbps的下载速度和1.25Gbps的上传速度。这种非对称下载速度比上传速度快，这在订阅者主要下载内容时效果很好。但企业网络也需要能够快速上传大文件。在企业环境中，许多网络都有重要的内容，这些内容并未本地存储在工作站上。这使得对称性更加重要。2004年，IEEE创建了802.3ah标准，该标准解决了1.25Gbps的对称网络速度。ITU和IEEEPON标准之间的差异对最终用户来说相对较小。ITU标准使用不同的封装方法来传输以太网数据包。这也允许传输不同类型的数据包，例如语音和视频。IEEE是一种本地以太网格式。使用IEEEPON时，语音和视频必须转换或封装在以太网信号中。IEEE和ITU继续制定更高网络速度的标准。2018年，IEEE发布了802.3ca，它解决了对称的25Gbps能力。当前的ITU标准G.9807.1：XGS-PON于2016年发布，提供对称10Gbps通信。PON在建筑设计中提供的优势之一是能够消除各个楼层的TR。建筑物中的空间非常宝贵，建筑师将从消除这些需要电源调节、备用电源和空调的空间中受益。考虑到所有这些因素，TR的初始建造成本约为25,000美元。这是部署PON时很容易实现的显着成本降低。然而，PON中的一个挑战是电源可用性。在大多数PON部署中，位于用户工作区的ONU/ONT由本地供电。因此，当本地电源中断时，除非使用电池作为备用电源，否则用户将失去电话服务。实施深度光纤架构的障碍到目前为止，本文已经讨论了深度光纤架构的优势，例如比铜缆更高的带宽、更好的抗噪性、更好的安全性以及机械强度更高的结构。那么，为什么光纤还没有占领世界呢？有一些实际和经济原因需要考虑。例如，光纤接口通常只出现在更高带宽的设备上，例如交换机和服务器。但这并不代表大多数已部署的设备，它们仍然具有铜接口。更微妙的障碍之一是“抗拒改变”。铜和分层星形拓扑很熟悉。改变是困难的。一般来说，网络设计人员对骨干中的光纤感到满意，但在考虑改变水平设计或完全消除水平网段时，他们会更加保守。也许光纤的最大实施障碍是需要电力的新信息技术(IT)和运营技术(OT)设备的激增。建筑经理不想为这些设备维护单独的电源和数据网格。虽然这些设备中有许多可以由电池供电，但这并不是理想的解决方案。虽然有些电池可以使用很长时间，但当建筑物部署了数以千计的IT和OT设备时，维持维护计划以保持这些电池正常工作可能是一场噩梦。因此，以太网供电(PoE)是维持铜缆水平的主要因素之一。混合电缆是解决方案吗？在混合电缆中，光纤承载数据，而铜线则适用于低压电力传输。光纤可以是单模或多模，具体取决于应用。这些混合电缆中的导体尺寸范围为20AWG至12AWG。直流电源通过铜导体提供，消除了典型的AC-DC转换低效问题。此外，如果直流电源仅限于NEC2类电源，则这些电缆可以与数据电缆共享相同的路径，从而在某些情况下无需导管。此外，无需持证电工即可安装2类电路。使用由交流电源供电的模块化、可扩展SPS大容量整流器机架，从主设备室向这些混合电缆提供2类电源。PowerExpress配电架提供多达32个通道来为混合电缆供电，每个输出电路单独控制以确保在NEC2类限制范围内运行。在机房增加电源单元，简化了终端设备的后备电源。在混合电缆应用中，光纤承载数据，而铜线承载低压直流电源。电力被引入机房的混合电缆中。（光纤技术联盟）在设备连接方面，电缆可以端接到表面安装盒或直接连接到终端设备。一些装置可以接受48伏电源连接以及通过SFP收发器的光纤连接。或者，PoE电路可用于通过媒体转换器或PoE扩展器连接到更传统的设备。PoE扩展器的示例如图所示。该设备的防护等级为IP-68，专为在外部工厂环境中使用而设计。它具有强大的电源调节和电气保护功能，可解决户外运行电源的固有问题。PoE扩展器还包括一个DC-DC电压转换器，以促进扩展范围支持。对于带SFP输入的室外设备，可以使用功率扩展器来满足扩展范围的功率需求，而光纤则用于设备连接。扩展范围是由设备电源要求驱动的。例如，需要802.3af功率（PSE为15W）的设备可能具有3000米的信道长度。使用802.3at功率（30W带PSE），该设备的范围超过1500米。而且，对于802.3bt，Type3电源（PSE为60W），距离可以超过800米。对于不需要电压调节的室内部署，802.3bt类型3供电设备的范围可能超过450米。混合电缆的实际应用以下是混合电缆如何高效且经济地支持不同应用的几个示例。示例1：一个大学项目涉及在公共室外区域部署2000个WAP和安全摄像头。混合电缆和PoE延长器解决方案能够从最少数量的电信机房支持这些设备。通过为机房的电源提供备用电源，这些单独的设备消除了对本地备用电源的需求。在本例中，使用的直流电源具有远程管理功能。因此，网络运营商无需派遣技术人员即可重新启动各个输出，以潜在地纠正网络连接问题。示例2：一个机场项目涉及在机场航站楼的屋顶部署32个安全摄像头以保护停机坪。由于系统的主要用户不是机场，因此需要将网络与机场资产分开。最初的设计涉及屋顶上的多个空调外壳。相反，使用延长的混合电缆，所有摄像机都连接到机场内有限数量的IDF位置。同样，混合光纤解决方案提供的扩展距离使这成为可能。示例3：一个新的棒球场需要在场外部署52个安全摄像头和WAP。利用混合电缆解决方案的远距离功能，体育场能够从五个电信机房支持所有这些设备。示例4：酒店中的PON部署涉及部署RuckusH-510接入点/交换机。混合电缆连接到H-510光纤背包，提供数据和电源，缓解传统PON电源可用性问题。未来是……铜缆和光纤当带宽和距离成为驱动因素时，光纤通常被视为明显的赢家。当终端设备也需要电源时，混合电缆可以经济高效地支持各种应用。现代网络很可能是PON和有源以太网的组合。光纤将发挥越来越大的作用，但铜缆，尤其是单对以太网，仍将占有一席之地。（光纤技术联盟）然而，网络也有越来越多的低带宽设备仍然需要电力。虽然4对电缆可以支持这些设备，但一种新的铜缆解决方案正在出现。单对以太网(SPE)将在很长的距离内传输低带宽数据，可能长达1000米。这些SPE系统也将通过数据线供电(PoDL)供电。这将使设计人员能够最大限度地减少专用于这些OT设备的电信空间量，从而反映出光纤的一些扩展距离能力。在未来的网络中，可以使用混合光缆连接高带宽设备，使用传统的4对和SPE铜缆连接低带宽设备。显然，新的混合电缆使光纤能够更深入地渗透到网络中，为连接需要高带宽、功率和距离的设备提供额外的基础设施选项。（文/千家网编译）
