光纤通讯七大趋向
Joshua Israelsohn
最近进行的钻研会和商展上的信息批注 ，光纤通讯的各类趋向揭示了导致市场复杂关系的技术相互依赖性。
重点
● 没有一种发展趋向能恰如其分地描述当前光纤通讯技术的发展 ，近期发展沉点将依然重要是MAN技术。
● 数据通讯业务量持续急剧增长。但是通讯业务量散布模型显著地不均匀 ，从而导致某些地域通讯业务密度很大的格局。这种格局会随着无线局域网和公家热点的遍及而变得更显著。
● 分歧种类的设备汇聚于10Gbps节点。达到这个数据速度的与和谈无关的技术可能对技术开发者、业务提供者和终端用户都有益处。
● 只管市场的持久低迷 ，供给商却一向积极地开发复杂的光纤新技术 ，其中蕴含新的VCSEL器件和MOEMS信号处置器。这些领域的出产工艺均已成熟 ，器件也逐步显露出不变的机能。
经历我们行衣氟史上整整两年最严沉低迷之后 ，今年进行的一系列钻研会和商展的参与者稀稀拉拉 ，无论是供给商、客户、院；故敲骋酌教 ，人们都有一个共同的特点：就像口干舌燥的戈壁中的迷途者一样 ，与会者都巴望这个久不景气的市场能出现哪怕是一点点好新闻。他们以混合着乐观和猜忌的表情对待各类正面新闻 ，由于他们试图把行业即将复苏的迹象与纯正的空想区别开来。
在这种环境下 ，浮泛而无伤大雅的问题表演着毫无凭据的沉要角色。从前几年 ，商贸活动的参加者总是问"有没有沉大事务产生 ？" ，业表的伴侣则以同样的口气问"进展怎么样了 ？" ，这只是单一的程式化酬酢和起头通常发言的话茬 ，而并非真正的质询。相比之下 ，今年有很多人曾叨教我一些内容问题 ，并且看来他们是在很当真地寻找答案。
不外 ，我简直思考过七种趋向 ，并且也想到七种趋向共同描述出我们行业的一幅有趣景象。
若是你但愿你的世界被描述得一清二楚 ，而描述主题又按相互正交的影片盒铺排 ，那么这一市场就不适合你。无可否定 ，很少有那样铺排的。大无数的光纤通讯发展趋向都基于各类技术影响、地域影响、尺度影响、规章影响、服务和通讯业务种类等互有关联的成分 ，并且哪一个成分也不是静止不变的。对于我们中央那些甘心关注技术的人来说（这就像是在馅饼上咬了足以满足食欲的一大口） ，没有对有关问题的至少相识 ，险些就不成能理解使产品和技术发展的动力。
那么接下来 ，就绝非是一个Dave Letterman风格的前10名的排行榜。这个行业内没有什么器材只涉及一个方面（但这并不料味着Letterman自身就是只涉及一个方面的）。不外 ，我曾试图先列出那些似乎能最宽泛推动技术发展及其被选取速度的趋向。然而 ，组织这些显著趋向及其互有关系的屡次尝试 ，逼近一个循环的模型 ，其中 ，技术基础设施是证明其投资合理的持续通讯业务量水平的先决前提；通讯业务量水平取决于客户方设备的遍及水平；这又取决于硬件和软件的价值和实用性、拥有吸引力的收费尺度和通讯业务量的天生成分；而这些又必要基础设施与技术以合理的期待功夫处置通讯业务。
这也许会把你搞糊涂了。
这也许还会使为某些可能最有影响力的趋向获取靠得住数据的任何贪图落空。固然趣闻轶事般的证据不成能取代靠得住的统计数据 ，有关的功夫常数--那些行业动态的功夫常数和有关网络、分析和呈送统计数据的功夫常数--也并非总能带来实时的新数据。另一方面 ，舆论的评价固然可能较为吞吐 ，但能给出实时而又公认的定性描述。此表 ，固然贸易中心能等闲地比力销售数字 ，但这种统计数字不能直接注明两种包办技术间的竞争情况以及新兴尺度带来的影响。技术中心也许会遇到同样的竞争情况 ，但必须面对这样一个事实：很多竞争者以分歧的功夫表进行开发 ，犹如涨落阶段分歧的潮汐。例如 ，颁发的数字如不思考如下情况 ，就会产生误导：某个给定职能的成本可能会相差一个数量级以上 ，相差水平视很多利用细节和实现细节而定。
作者网络了以下趋向 ，这是2002年11月慕尼黑电子会议、2003年2月旧金山ISSCC（国际固态电路会议）、出格是2003年5月至6月亚特兰大OFC（光纤通讯会议）和Supercomm会议的成就。作者还参与了很多会议 ，与物理层及有关技术重要供给商进行了一系列互换。
趋向1－数据的供求
从20世纪90年代初以来 ，全球向信息密集的工作方式和生涯方式的转变 ，推动了光纤行业的发展。在此之前 ，数据处置资源的机能起头有可能实现各类各样的利用 ，而所需成本对公共市场很有吸引力。在很大水平上能使现代大规模数字通讯网络得以实现并产生对其需要的散布式推算资源这一概想并没有促成数据传输技术方面直接并行的构建。因而 ，除了一些值妥贴心的特例之表 ，与其说各类利用可能受推算资源不足的限度 ，倒不如说受输入输出的约束。这个显著特点与以前几十年推算资源的速度缓慢和价值昂贵形成了鲜明对比。以前几十年的数据密度比力稀少 ，利用领域也在很大水平上局限于由一个或仅仅几个CPU和数据存储器支持的LAN（局域网）。
在近10年内 ，数据客户的数量急速增长。从仿照方式到占主流通讯模式的数字传输方式的转变将从来孤立而又不有关的系统转变为可能共享统一网络的"服务"。因而 ，譬如说 ，有线电视服务提供商能够通过传统的线路结尾的电器 ，如电视机、电脑、手机提供视频服务、互联网服务和电话服务。这些电器在某种水平上起着专用数据终端设备的作用。甚至各类终端设备之间的差距也起头变得吞吐不清 ，由于任何人都可用当今一代手机读电子邮件、拍照和打电话。最终用户此刻可能在职何功夫 ，从险些任何处所使用各类服务。在用户只接见的数据只有一部门来自PAN（幼我网）或LAN数据存储器的情况下 ，越来越大的数据流必须经由基于光纤的公用网。
到1998年底 ，公用网中的数据通讯业务量超过了电话通讯业务量（参考文件1）。从此 ，互联网通讯业务量的增长率从每年45％上升到100％。这种增长率与报刊上神话般夸大的每季度甚至每100天通讯业务量翻一番的报路（参考文件2）--这些报路甚至使最虔诚的Mooresian也汗颜--形成对比。
固然声名狼藉的"网络"泡沫对金融市场产生了短暂影响 ，但数据通讯业务量却出现出一种不变得多的趋向。然而 ，正如单一的均匀散布模型所批注的 ，通讯业务总量的增长并没有直接带来相应的主干网带宽需要的扩大。相反 ，超过半数的万维网要求都只以估计总共20亿个网站中的头1000个为指标。大型互联网服务提供商都保留万维网缓存服务器来处置他们所接管的数量重大的数据要求。这种服务战术现实上产生了很多分歧地域的镜象网站 ，导致相当部门的互联网通讯业务量不通过主干网 ，而是通讯业务量的产生和终止都在统一网络之内（参考文件3）。
图1 若是目前的增长趋向持续下去 ，则到2005年底 ，长距通讯业务量将达到10×1018字节/月。
这种格局对于光纤接口技术来说有几种寓意。远程通讯业务量现实一向在增长 ，约莫每年翻一番 ，2002年12月估计达到每月100×1015字节（图1）。即便如此大量的通讯业务量也没有反映出MAN（城域网）环路必须包容的总通讯业务量。所以 ，固然均匀散布模型预测出主干网带宽远不能满足需要 ，但现实上瓶颈更可能呈此刻城域网环路上（参考文件4）。
趋向2－接入到接入
若是依照以美国或欧洲为中心的视角来看 ，则对光纤接口设备的需要似乎并不很紧迫。事实上 ，我所采访的所有物理层供给商都说中国在进行的基础设施建设是他们最沉要的增长机遇；诽窖笄蚱渌λ尤肷璞傅母略谕ㄑ对的其余销售额增长中占很大比沉。一个注明接入需要增长的例子证明远东地域网络接受着各种压力。几个参加近期商展的芯片造作商将他们所有的VDSL销售活动都归功于远东市场。单单一家供给商报导说 ，VDSL在韩国以每月10万件的持续速度代替ADSL调造解调器。以人丁比例推算 ，那个供给商用VDSL代替ADSL技术的速度比在美国选取ADSL和基于电缆的数据业务的总速度还要快（参考文件5）。固然ADSL和电缆业务都不直接选取光纤链路 ，他们却有助于指明趋向 ，由于基于铜线的"最后一英里"技术所推进的通讯业务要使用光纤技术主宰的MAN中的网络容量。
来自eMarketer公司的有关10个国度和地域上网技术部署率的数据被一份美国商务部汇报所引用 ，该汇报依照上网家庭和宽带上网家庭所占的百分比将美国排在第六位（参考文件6和7 ，表1）。有意思的是 ，固然在汇报中居前六位的国度和地域的上网率相差不大--为52% ~ 62% ，但宽带上网率却相差很大：韩国是52%（排名第一） ，而美国是10%；痪浠八 ，91%的韩国上网家庭都使用宽带"最后一英里"技术 ，而美国上网家庭中只有20%这样做。韩国的家庭比美国少1/3。不论这两个市场的相对规模若何 ，看来在没有迹象批注美国宽带部署格局产生悬而未决的变动情况下 ，美国市场无法推动技术公司的战术打算。对提供光纤接供词给商和最后一公里铜线技术供给商的采访加深了这个印象；他们中没有人相信这种变动即将来临。各个供给商 ，从半导体造作商到大系统集成商 ，现实上都以为当前美国的治理环境长短同轴电缆"最后一英里"宽带技术利用的重要阻碍。商务部的数据证实美国宽带技术的低选取率并不是由于短缺需要。
除了几条线路之表 ，固然目前升级至MAN成了公共网加强工作中值妥贴心的二部门 ，但是在美国 ，这样的活动大多是为了降低运营成本 ，而不是为了大大提高容量。MAN环路在扩大地域并随之扩大单程服务长度的需要 ，这是一种为全世界通讯公司的主张服务的趋向。例如一年前 ，为MAN业务提供光纤 ？榈拇笪奘└ ，他们所报出的最大单程服务长度为40公里。2003年3月在亚特兰猛进行的光纤会议上 ，光纤 ？楣└掏ǔ６急ǔ80公里单程服务长度；能达到100到120公里并因而取缔中继器成了供给商夸口的本钱。
趋向3－位速度的汇聚
10Gbps节点作为一种最有效的节点在持续发展 ，由于在这种节点上 ，很多在其他方面底子分歧的高速通讯设备的要求都汇集在一路。OC-48节点与非电信中心业务 ，如千兆以太网和光纤信路 ，险些没有什么通用性。但是 ，城域网主题及边缘、企业主干网和大型SAN均可利用标志取沉要技术里程碑的收发器芯片组：芯片厂商已开发出能满足SONET抖动要求的、利用CMOS工艺的低成本和巨大出产能力的10G业务的电路和设计规定。加强信号捕获职能的规划 ，例如自适应CDR（时钟和数据复原） ，有利于赔偿非和谈特定的信号劣化 ，如色散和衰减（参考文件8）。
10Gbps收发器的TAM（总体可用市。┖苡 ，不能形成采购和 ？槌霾墓婺＞。但是 ，将通例技术用于数种设备的能力的确能使 ？楹托酒楣└淘诘缏飞杓乒こ毯统霾ひ湛⒎矫媸迪掷嗨频睦。10Gbps市场的这个方面对于设计和开发组织而言是双赢。他们不用治理多个开发项目 ，就可能获取TAM中的更大份额。他们可通过提高诸如测试系统和组装工具等昂贵投资设备的利用率 ，来更好地治理其支出。
与和谈无关的收发器芯片组还可利用汇聚于10Gbps的信令传送速度。这些器件为网络运营商提供一种分歧的部署和经营模型。运营商不是在装置收发器时就把光纤或波长分配给特定通讯业务类型 ，而是可在传输过程中进行这种分配 ，从而使他们可能处置混合业务和动态需要 ，并将运营成本降至最低。与和谈无关的收发器还能够通过削减运营商在仓库中必须保留的各类备件来降低网络成本。
近两年市场低迷已经延缓了40Gbps节点的部署。当前舆论以为汇聚于10Gbps技术的各种益处会使OC－768的大规模部署再推迟3~5年 ，超过供给商预计的18个月。上一代技术 ，如千兆以太网 ，会持续增长。现实上 ，10Gbps节点的成功应会推动使用光纤或铜线的LAN客户节点利用吉位以太网。同样 ，大型数据中心均可综合利用传输速度为1Gbps、2Gbps和10Gbps的光纤信路技术。
趋向4－跟踪占用面积大幼
知情者向我断言MSA（多源和谈）并非兔子 ，但思考到其数量的增长速度 ，疑惑是天经地义的。现有的 ？檎加妹婊⒛ ？楸渲趾湍 ？楣└叹魏稳说谋匾。这种情况往往会带来归并 ，尤其是思考到10Gbps节点的汇聚时。窍门是猜出哪些MSA可能会成功 ，而哪些MSA会被裁减（参考文件9）。
但应记住 ，分歧的MSA并不争相用于统一种设备 ，所以有充足的理由存在多种 ？檎加妹婊 ，但从持久来看不会好多。300脚MSA可用作为OC192业务优化的可插入 ？榈氖率瞪系哪 ？檎加妹婊叨。切合300脚MSA的 ？槎继峁┮惶跸低骋徊嗟氖萃 ，数据通路蕴含有映射到10Gbps光纤馈线的16条622Mbps线路。收发器可分为SR（短距离）、IR（中距离）和LR（长距离）3个等级。SR重要用于某一设施内部的链路；IR适合于40公里的距离；LR用于80公里或更长间距的点对点传输。收发器可选取带有波长锁定装置的可调谐激光器和拥有长距传输所需高消光比的调造器。
Xenpak MSA 试图将300脚 ？榈拇蟛棵抛叭氲娇占涓住⒔涌诟ヒ坏姆庾袄 ，从而将300脚 ？榈16条622Mbps线路削减至4条3.25Gbps线路。Xenpak ？榭赡苡胨堑南呗房ㄆ叫械夭灏 ，所以不用拔出线路卡就可更换 ？。这种创新可缩短检建功夫 ，提高组装密度。
对于不必要长距离光纤子系统的利用来说 ，Xenpak ？榈奶寤廊槐群芏郞EM要求的要大。为缩幼 ？檎加每占 ，Xpak、X2和XFP三种MSA在竞相用于一样设备中 ，只管它们并不共用统一系统接口。Xpak和X2险些是一样的 ，都共用Xenpak电接口 ，但重要在机械细节上有所分歧。XFP的占用面积在端插入 ？橄盗兄惺亲钣椎 ，XFD的与单线路XF1（10Gbps串行）接口的电接口也是最幼的。
仅仅几个月前 ， OEM如同抵造过XFP ，由于他们必要增长SERDES（串行器/解串行器）并必要在印刷电路板上分列全速10Gbps线路。SERDES问题在于在系统采购和利用期间可插入 ？槭欠窈嫌茫鹤钪湛突Э赡苁褂媒鼋鲇涤兴撬枘 ？槭康南呗房ɡ绰忝媲暗男枰。当他们的需要增长时 ，他们能够热插入另表的 ？槔绰惚匾 ，而不需把整个线路卡卸下。另表 ，拥有分歧传输个性的 ？榭刹迦胍谎牟遄。所以这样能够减幼 ？楹拖呖ǖ谋讣库存 ，长距离通讯誉的1550nm ？楹臀叹嘤呕1310nm ？槟芄皇褂猛骋恢窒呗房。但XFP的职能宰割却使SERDES装置在线路卡上 ，因而不论是否立即必要 ，OEM必须在每个 ？榈牡匚蛔爸靡桓鯯ERDES--总共有32个地位。固然XFP ？榈某杀净岬陀赬en类 ？ ，但由于职能宰割的分歧 ，尤其是SERDES拥有更粗的采集颗粒度 ，使XFP的信路均匀成本更高。
若是听起来如同XFP没有成功的但愿 ，则要思考今年春节商展上轻易算算就可看出宣称出产XFP的产品的供给商要比宣称出产任何此外MSA ？榈墓└潭。Xenpak、Xpak和X2三种 ？樵谑谐《ㄏ蚝头⒄故仆飞系幕炻易刺坪跻盐猉FP的成功大开方便之门。无数出产Xen类 ？榈墓└桃蔡峁FP ，由此来；て涠淖⒂锌赡艹晒Φ哪 ？。固然还没有迹象批注X2联盟单独产生他们的MSA来撤换Xpak ，但Xen类的第三种体式还根基没有人实现。目前为止 ，颁发出产切合X2 MSA的 ？榈脑熳魃塘热舫啃--值妥贴心的是Sumitomo公司和Merge Optics公司。
并非只有 ？槌Ъ胰φ糥FP市场。几家通讯系统大公司已在他们的线路卡上设计了XFP ，从而利用它非凡的组装密度并将Xen类型 ？槭游悄芄惶墓刹泛投唐诖嫫。若是XFP的近期市场接受水平持续增长 ，全数三种Xen类MSA会发现他们受到了架空 ，最坏情况就是齐全被挤出市场 ，最好情况也只是进入XFP的幼型封装所不能支持的更远程的利用。
关于"Xs的抢夺"的会商很少涉及在SAN和LAN中盛行的SFF（幼状态系数）MSA和SFP（幼状态系数可插入）MSA。这些幼 ？榈幕瞪杓 ，都不思考热插拔 ，所以 ，固然它们的界说是与SONET兼容的 ，但却不太可能成为必要最高工作机能的线路卡的竞争者。新增长的MSA扩大产品 ，即eSFF和eSFP ，已经在大大超过SAN和LAN的利用中带来了引人瞩主张职能。要么这些职能会移植到其它的MSA上 ，要么eSFF和eSFP MSA像10Gbps节点汇聚的其他寓意一样成为市场未知数。
趋向5 － VCSELS满街都是
与边缘发射激光二极管技术相比 ，VCSEL的加工工艺更便宜 ，制品率更高。VCSEL也可能在发射器和光纤接口提供比边缘发射半导体激光器的光耦合效能更好的光束几何状态。直至最近 ，VCSEL仅能用作工作在850nm的短波长器件。今年春天 ，Picolight公司和英飞凌公司险些同时颁布了新的1310nm的VCSEL器件。波长更长的激光二极管将会把VCSEL技术的利用从短距和超短距业务推动至中距业务。
这两个颁布的其它寓意是各公司在持久市场低迷中并不仅仅在老产品上做表表文章。关键技术的开发仍在持续 ，公司之间也在一如既往地发展强烈竞争。
趋向6－超等物理层
各系统从来都蕴含有信路监督器以有助于保障QOS（服务质量）等级。这些监督器工作于网络层和传输层 ，既是界说OSI模型第三层的路由和排序职能的一部门又是界说第四层的流量节造和纠错职能的一部门。
若是网络节点间存在通明信路 ，若是物理层设备能检测和正确解析比特流 ，则数据链路层和网络层就会确保正常工作 ，除非系统出现故障 ，例如电力不及或冷却系统中断。
然而 ，系统还能在物理层检测大部门信路变动 ，QOS（服务质量）在物理层更意味着"信号质量"。物理层的监督器职能能汇报有关信路情况的诊断数据 ，以驱动路由判决 ，触发守护要求和领导守护工作。物理层的监督器还能作为信路优化规划的一部门阐扬作用 ，以提高容限并将误码率的统计数据降至至少。
Vitesse公司和AMCC公司提供的物理层芯片都是集成了基于伺服的数据眼图优化设备的例子。Cicata半导体公司、BitBlitz公司和Accelerant Networks公司已设计了重要供基于铜缆设备用的自适应技术 ，其中蕴含T3和吉比以太网I/O ，以及高速背板收发器。
直到最近 ，光 ？镸SA险些不利用智能物理层芯片汇报的职能 ，来提高系统对媒质层或接口层情况的相识。SFF和SFP MSA界说的新扩大部门增长了对光纤 ？楣ぷ鞑问氖凳苯蛹 ，其中蕴含温度、供电电压、发射器偏置电流、发射器输出功率和接管信号强度（参考文件10）。每个可丈量参数的可编程高、低忠告门限和报警门限使得 ？榭赡芙收虾凸ぷ髑榭龌蛐藕徘榭霾涣挤直娓衾。
趋向7－MOEMS的预兆
自由空间光职能正变得多种多样。固然多多开发集体已经颁布大规模自由空间2维和3维开关结构的原型 ，但看来可伸缩性的限度使这些开关结构的贸易化远景成为疑难。
另表一方面 ，MOEMS（微光机电系统）信号调节部件能提高系统的波长捷变能力并改善光纤使用率。这些部件蕴含DGE（动态增益平衡器） ，用以赔偿信号功率大的变动。DGE在各类波上进出DWDM馈线时进行这种赔偿 ，因而这些波长前进的距离分歧 ，所遭逢的信号损耗相差很大。例如 ，基于衍射MOEMS结构的DGE可用一个器件对多达100个信路上进行波长平衡 ，并拥有幼于0.2dB的输出纹波。这衷祺件在机械上很牢固 ，功耗很幼 ，并且可使用成熟高产的出产工艺。由于他们的信号调节职能齐全在光域内实现 ，所以MOEMS器件天然就是与和谈无关的。
衍射结构也能在带宽不间断的光波波段上产生作用。当DWDM信路数量增长 ，促使信路宽度从100GHz减幼到50GHz ，再减幼到25GHz时 ，MOEMS信号处置器能维吃熹个性而没有过大的纹波 ，并且还能节造由于高传信速度的带宽扩大所产生的串扰。
参考文件
1. Mukherjee, Biswanath, "WDM optical communication networks: progress and challenges," IEEE Journal on Selected Areas in Communications," October 2000, Volume 18, No. 10, pg 1810.
2. Odlyzko, Andrew, "Internet traffic growth: sources and implications," Proc ITCOM 2003, SPIE, 2003.
3. Mantion, Eric, "Optical modules: building blocks for the future," InStat/MDR, April 2003.
4. Israelsohn, Joshua, "Fiber lights the short haul," EDN, March 21, 2002, pg 61.
5. "Federal Communications Commission releases data on high-speed services for internet access," Federal Communications Commission, June 10, 2003.
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7. "Broadband & dial-up access," eMarketer, August, 2002.
8. Israelsohn, Joshua, "The alchemy of glass," EDN, Dec 26, 2002, pg 37.
9. Israelsohn, Joshua, "The X-modules," EDN, Feb 6, 2003, pg 57.
10. "SFF-8472 specification for digital diagnostic monitoring interface for optical transceivers rev 9.3," SFF Committee, Aug 1, 2002.
