光纤通讯七大趋势
Joshua Israelsohn
最近举行的钻研会和商展上的信息批注，光纤通讯的种种趋势展现了导致市场重大关系的手艺相互依赖性。
要点
● 没有一种生长趋势能恰如其分地形貌目今光纤通讯手艺的生长，近期生长重点将仍然主要是MAN手艺。
● 数据通讯营业量继续急剧增添。可是通讯营业量漫衍模子显着地不匀称，从而导致某些地区通讯营业密度很大的名堂。这种名堂会随着无线局域网和公众热门的普及而变得更显着。
● 差别种类的装备汇聚于10Gbps节点。抵达这个数据速率的与协议无关的手艺可能敌手艺开发者、营业提供者和终端用户都有益处。
● 只管市场的恒久低迷，供应商却一直起劲地开发重大的光纤新手艺，其中包括新的VCSEL器件和MOEMS信号处置惩罚器。这些领域的生产工艺均已成熟，器件也逐渐展现出稳固的性能。
履历我们行业历史上整整两年最严重低迷之后，今年举行的一系列钻研会和商展的加入者稀稀拉拉，无论是供应商、客户、院�Ｕ站缮桃得教�，人们都有一个配合的特点：就像口干舌燥的沙漠中的失路者一样，与会者都盼愿这个久不景气的市场能泛起哪怕是一点点好新闻。他们以混杂着乐观和嫌疑的心情看待种种正面新闻，由于他们试图把行业即将苏醒的迹象与纯粹的理想区别开来。
在这种情形下，朴陋而无伤细腻的问题饰演着毫无凭证的主要角色。已往几年，商贸活动的加入者总是问"有没有重大事务爆发 ？"，业外的朋侪则以同样的口吻问"希望怎么样了 ？"，这只是简朴的程式化外交和最先通俗谈话的话茬，而并非真正的质询。相比之下，今年有许多人曾讨教我一些实诘责题，并且看来他们是在很认真地寻找谜底。
不过，我简直思量过七种趋势，并且也想到七种趋势配合描绘出我们行业的一幅有趣情形。
若是你希望你的天下被形貌得一清二楚，而形貌主题又按相互正交的影片盒安排，那么这一市场就不适合你。无能否定，很少有那样安排的。大大都的光纤通讯生长趋势都基于种种手艺影响、地区影响、标准影响、规章影响、服务和通讯营业种类等相互关联的因素，并且哪一个因素也不是静止稳固的。关于我们中心那些宁愿关注手艺的人来说（这就像是在馅饼上咬了足以知足食欲的一大口），没有对相关问题的最少相识，简直就不可能明确使产品和手艺生长的动力。
那么接下来，就绝非是一个Dave Letterman气概的前10名的排行榜。这个行业内没有什么工具只涉及一个方面（但这并不料味着Letterman自己就是只涉及一个方面的）。不过，我曾试图先列出那些似乎能最普遍推下手艺生长及其被接纳速率的趋势。然而，组织这些显着趋势及其相互关系的多次实验，迫近一个循环的模子，其中，手艺基础设施是证实其投资合理的一连通讯营业量水平的先决条件；通讯营业量水平取决于客户方装备的普及水平；这又取决于硬件和软件的价钱和适用性、具有吸引力的收费标准和通讯营业量的天生因素；而这些又需要基础设施与手艺以合理的期待时间处置惩罚通讯营业。
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势获取可靠数据的任何妄想落空。虽然趣闻轶事般的证据不可能取代可靠的统计数据，有关的时间常数--那些行业动态的时间常数和有关网络、剖析和呈送统计数据的时间常数--也并非总能带来实时的新数据。另一方面，舆论的评价虽然可能较为模糊，但能给出实时而又公认的定性形貌。别的，虽然商业中心能容易地较量销售数字，但这种统计数字不可直接说明两种取代手艺间的竞争情形以及新兴标准带来的影响。手艺中心也许会遇到同样的竞争情形，但必需面临这样一个事实：许多竞争者以差别的时间表举行开发，犹如涨落阶段差别的潮汐。例如，揭晓的数字如不思量如下情形，就会爆发误导：某个给定功效的本钱可能会相差一个数目级以上，相差水平视许多应用细节和实现细节而定。
作者网络了以下趋势，这是2002年11月慕尼黑电子聚会、2003年2月旧金山ISSCC（国际固态电路聚会）、特殊是2003年5月至6月亚特兰大OFC（光纤通讯聚会）和Supercomm聚会的效果。作者还加入了许多聚会，与物理层及相关手艺主要供应商举行了一系列交流。
趋势1－数据的供求
从20世纪90年月初以来，全球向信息麋集的事情方法和生涯方法的转变，推动了光纤行业的生长。在此之前，数据处置惩罚资源的性能最先有可能实现种种各样的应用，而所需本钱对公共市场很有吸引力。在很洪流平上能使现代大规模数字通讯网络得以实现并爆发对其需求的漫衍式盘算资源这一看法并没有促成数据传输手艺方面直接并行的构建。因此，除了一些值得注重的特例之外，与其说种种应用可能受盘算资源缺乏的限制，倒不如说受输入输出的约束。这个显著特点与以前几十年盘算资源的速率缓慢和价钱腾贵形成了鲜明比照。以前几十年的数据密度较量希罕，应用领域也在很洪流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，数据客户的数目急速增添。从模拟方法到占主流通讯模式的数字传输方法的转变将向来伶仃而又不相关的系统转变为可能共享统一网络的"服务"。因此，譬如说，有线电视服务提供商可以通过古板的线路最后的电器，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装备的作用。甚至种种终端装备之间的差别也最先变得模糊不清，由于任何人都可用当今一代手机读电子邮件、照相和打电话。最终用户现在能够在任何时间，从险些任何地方使用种种服务。在用户只会见的数据只有一部分来自PAN（小我私家网）或LAN数据存储器的情形下，越来越大的数据流必需经由基于光纤的公用网。
到1998年底，公用网中的数据通讯营业量凌驾了电话通讯营业量（参考文献1）。以后，互联网通讯营业量的增添率从每年45％上升到100％。这种增添率与报刊上神话般强调的每季度甚至每100天通讯营业量翻一番的报道（参考文献2）--这些报道甚至使最虔敬的Mooresian也汗颜--形成比照。
虽然声名散乱的"网络"泡沫对金融市场爆发了短暂影响，但数据通讯营业量却泛起出一种稳固得多的趋势。然而，正如简朴的匀称漫衍模子所批注的，通讯营业总量的增添并没有直接带来响应的主干网带宽需求的扩大。相反，凌驾半数的万维网请求都只以预计总共20亿个网站中的头1000个为目的。大型互联网服务提供商都保存万维网缓存服务器来处置惩罚他们所吸收的数目重大的数据请求。这种服务战略现实上爆发了许多差别地区的镜象网站，导致相当部分的互联网通讯营业量欠亨过主干网，而是通讯营业量的爆发和终止都在统一网络之内（参考文献3）。
图1 若是现在的增添趋势继续下去，则到2005年底，长距通讯营业量将抵达10×1018字节/月。
这种名堂关于光纤接口手艺来说有几种寄义。远程通讯营业量现实一直在增添，约莫每年翻一番，2002年12月预计抵达每月100×1015字节（图1）。纵然云云大宗的通讯营业量也没有反应出MAN（城域网）环路必需容纳的总通讯营业量。以是，虽然匀称漫衍模子展望出主干网带宽远不可知足需求，但现实上瓶颈更可能泛起在城域网环路上（参考文献4）。
趋势2－接入到接入
若是凭证以美国或欧洲为中心的视角来看，则对光纤接口装备的需求似乎并不很紧迫。事实上，我所采访的所有物理层供应商都说中国正在举行的基础设施建设是他们最主要的增添时机�；诽窖笄蚱渌胤浇尤胱氨傅母略谕ㄑ对钠溆嘞鄱钤鎏碇姓己艽蟊戎�。一个说明接入需求增添的例子证实远东地区网络遭受着种种压力。几个加入近期商展的芯片制造商将他们所有的VDSL销售活动都归功于远东市场。单简单家供应商报导说，VDSL在韩国以每月10万件的一连速率替换ADSL调制解调器。以生齿比例盘算，谁人供应商用VDSL替换ADSL手艺的速率比在美国接纳ADSL和基于电缆的数据营业的总速率还要快（参考文献5）。虽然ADSL和电缆营业都不直接接纳光纤链路，他们却有助于指明趋势，由于基于铜线的"最后一英里"手艺所增进的通讯营业要使用光纤手艺主宰的MAN中的网络容量。
来自eMarketer公司的有关10个国家和地区上网手艺安排率的数据被一份美国商务部报告所引用，该报告凭证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（参考文献6和7，表1）。有意思的是，虽然在报告中居前六位的国家和地区的上网率相差不大--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"手艺，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。不管这两个市场的相对规模怎样，看来在没有迹象批注美国宽带安排名堂爆发悬而未决的转变情形下，美国市场无法推下手艺公司的战略妄想。对提供光纤接口供应商和最后一公里铜线手艺供应商的采访加深了这个印象；他们中没有人相信这种转变即未来临。各个供应商，从半导体制造商到大系统集成商，现实上都以为目今美国的管理情形是非同轴电缆"最后一英里"宽带手艺应用的主要障碍。商务部的数据证实美国宽带手艺的低接纳率并不是由于缺少需求。
除了几条线路之外，虽然现在升级至MAN成了公共网增强事情中值得注重的二部分，可是在美国，这样的活动大多是为了降低运营本钱，而不是为了大大提高容量。MAN环路正在扩展地区并随之扩大单程服务长度的需求，这是一种为全天下通讯公司的目的服务的趋势。例如一年前，为MAN营业提供光纤� ？榈拇蟠蠖脊┯ι�，他们所报出的最大单程服务长度为40公里。2003年3月在亚特兰放纵行的光纤聚会上，光纤� ？楣┯ι桃谎匠６急ǔ�80公里单程服务长度；能抵达100到120公里并因此作废中继器成了供应商吹捧的资源。
趋势3－位速率的汇聚
10Gbps节点作为一种最有用的节点在继续生长，由于在这种节点上，许多在其他方面基础差别的高速通讯装备的要求都搜集在一起。OC-48节点与非电信中心营业，如千兆以太网和光纤信道，险些没有什么通用性。可是，城域网焦点及边沿、企业主干网和大型SAN均可使用标记着主要手艺里程碑的收发器芯片组：芯片厂商已开发出能知足SONET颤抖要求的、使用CMOS工艺的低本钱和重大生产能力的10G营业的电路和设计规则。增强信号捕获功效的计划，例如自顺应CDR（时钟和数据恢复），有利于赔偿非协议特定的信号劣化，如色散和衰减（参考文献8）。
10Gbps收发器的TAM（总体可用市�。┖苄�，不可形成采购和� ？樯墓婺＞�。可是，将通例手艺用于数种装备的能力确实能使� ？楹托酒楣┯ι淘诘缏飞杓乒こ毯蜕ひ湛⒎矫媸迪掷嗨频睦�。10Gbps市场的这个方面临于设计和开发组织而言是双赢。他们不必管理多个开发项目，就能够获取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腾贵投资装备的使用率，来更好地管理其支出。
与协议无关的收发器芯片组还可使用汇聚于10Gbps的信令传送速率。这些器件为网络运营商提供一种差别的安排和谋划模子。运营商不是在装置收发器时就把光纤或波长分派给特定通讯营业类型，而是可在传输历程中举行这种分派，从而使他们能够处置惩罚混淆营业和动态需求，并将运营本钱降至最低。与协议无关的收发器还可以通过镌汰运营商在客栈中必需生涯的种种备件来降低网络本钱。
近两年市场低迷已经延缓了40Gbps节点的安排。目今舆论以为汇聚于10Gbps手艺的种种利益会使OC－768的大规模安排再推迟3~5年，凌驾供应商预计的18个月。上一代手艺，如千兆以太网，会继续增添。现实上，10Gbps节点的乐成应会推动使用光纤或铜线的LAN客户节点使用吉位以太网。同样，大型数据中心均可综合使用传输速率为1Gbps、2Gbps和10Gbps的光纤信道手艺。
趋势4－跟踪占用面积巨细
知情者向我断言MSA（多源协议）并非兔子，但思量到其数目的增添速率，嫌疑是理所虽然的。现有的� ？檎加妹婊⒛ ？楸渲趾湍 ？楣┯ι叹杓萑魏稳说男枰�。这种情形往往会带来合并，尤其是思量到10Gbps节点的汇聚时。诀窍是猜出哪些MSA可能会乐成，而哪些MSA会被镌汰（参考文献9）。
但应记着，差别的MSA并不争相用于统一种装备，以是有富足的理由保存多种� ？檎加妹婊�，但从恒久来看不会许多。300脚MSA可用作为OC192营业优化的可插入� ？榈氖率瞪系哪 ？檎加妹婊曜�。切合300脚MSA的� ？槎继峁┮惶跸低骋徊嗟氖萃�，数据通路包括有映射到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个品级。SR主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。收发器可接纳带有波长锁定装置的可调谐激光器和具有长距传输所需高消光比的调制器。
Xenpak MSA 试图将300脚� ？榈拇蟛糠肿叭氲娇占涓 ⒔涌诟蚱拥姆庾袄�，从而将300脚� ？榈�16条622Mbps线路镌汰至4条3.25Gbps线路。Xenpak� ？槟芄挥胨堑南呗房ㄆ叫械夭灏�，以是不必拔出线路卡就可替换� ？�。这种立异可缩短磨练时间，提高组装密度。
关于不需要长距离光纤子系统的应用来说，Xenpak� ？榈奶寤匀槐刃矶郞EM要求的要大。为缩小� ？檎加每占�，Xpak、X2和XFP三种MSA正在竞相用于相同装备中，只管它们并不共用统一系统接口。Xpak和X2险些是相同的，都共用Xenpak电接口，但主要在机械细节上有所差别。XFP的占用面积在端插入� ？橄盗兄惺亲钚〉�，XFD的与单线路XF1（10Gbps串行）接口的电接口也是最小的。
仅仅几个月前， OEM似乎抵制过XFP，由于他们需要增添SERDES（串行器/解串行器）并需要在印刷电路板上排列全速10Gbps线路。SERDES问题在于在系统采购和应用时代可插入� ？槭欠袷视茫鹤钪湛突Э赡苁褂媒鼋鼍哂兴撬枘 ？槭康南呗房ɡ粗阊矍暗男枨�。当他们的需求增添时，他们可以热插入另外的� ？槔粗阈枰�，而不需把整个线路卡卸下。另外，具有差别传输特征的� ？榭刹迦胂嗤牟遄�。以是这样可以减小� ？楹拖呖ǖ谋讣獯�，长距离通讯用的1550nm� ？楹臀叹嘤呕�1310nm� ？榭梢允褂猛骋恢窒呗房�。但XFP的功效支解却使SERDES装置在线路卡上，因而岂论是否连忙需要，OEM必需在每个� ？榈奈恢米爸靡桓鯯ERDES--总共有32个位置。虽然XFP� ？榈谋厩岬陀赬en类� ？�，但由于功效支解的差别，尤其是SERDES具有更粗的收罗颗粒度，使XFP的信道平均本钱更高。
若是听起来似乎XFP没有乐成的希望，则要思量今年春节商展上随便算算就可看出宣称生产XFP的产品的供应商要比声称生产任何别的MSA� ？榈墓┯ι潭�。Xenpak、Xpak和X2三种� ？樵谑谐《ㄏ蚝蜕な仆飞系脑勇易刺坪跻盐猉FP的乐成大开利便之门。大都生产Xen类� ？榈墓┯ι桃蔡峁FP，由此来�；て涠淖⒂锌赡芾殖傻哪 ？�。虽然还没有迹象批注X2同盟单独觉生他们的MSA来撤换Xpak，但Xen类的第三种名堂还基本没有人完成。现在为止，宣布生产切合X2 MSA的� ？榈闹圃焐塘热舫啃�--值得注重的是Sumitomo公司和Merge Optics公司。
并非只有� ？槌Ъ胰φ糥FP市场。几家通讯系统至公司已在他们的线路卡上设计了XFP，从而使用它特殊的组装密度并将Xen类型� ？槭游强梢蕴墓刹泛投唐谔婊黄�。若是XFP的近期市场接受水平一连增添，所有三种Xen类MSA会发明他们受到了倾轧，最坏情形就是完全被挤出市场，最好情形也执偾进入XFP的小型封装所不可支持的更远程的应用。
关于"Xs的争取"的讨论很少涉及在SAN和LAN中盛行的SFF（小形状系数）MSA和SFP（小形状系数可插入）MSA。这些小� ？榈幕瞪杓�，都不思量热插拔，以是，虽然它们的界说是与SONET兼容的，但却不太可能成为需要最高事情性能的线路卡的竞争者。新增添的MSA扩展产品，即eSFF和eSFP，已经在大大逾越SAN和LAN的应用中带来了引人瞩目的功效。要么这些功效会移植到其它的MSA上，要么eSFF和eSFP MSA像10Gbps节点汇聚的其他寄义一样成为市场未知数。
趋势5 － VCSELS满街都是
与边沿发射激光二极管手艺相比，VCSEL的加工工艺更自制，制品率更高。VCSEL也能够在发射器和光纤接口提供比边沿发射半导体激光器的光耦合效率更好的光束几何形状。直至最近，VCSEL仅能用作事情在850nm的短波长器件。今年春天，Picolight公司和英飞凌公司险些同时宣布了新的1310nm的VCSEL器件。波长更长的激光二极管将会把VCSEL手艺的应用从短距和超短距营业推进至中距营业。
这两个宣布的其它寄义是各公司在恒久市场低迷中并不但仅在老产品上做外貌文章。要害手艺的开发仍在继续，公司之间也在一如既往地睁开强烈竞争。
趋势6－超等物理层
各系统向来都包括有信道监视器以有助于包管QOS（服务质量）品级。这些监视器事情于网络层和传输层，既是界说OSI模子第三层的路由和排序功效的一部分又是界说第四层的流量控制和纠错功效的一部分。
若是网络节点间保存透明信道，若是物理层装备能检测和准确剖析比特流，则数据链路层和网络层就会确保正常事情，除非系统泛起故障，例如电力缺乏或冷却系统中止。
然而，系统还能在物理层检测大部分信道转变，QOS（服务质量）在物理层更意味着"信号质量"。物理层的监视器功效能报告有关信道情形的诊断数据，以驱动路由讯断，触发维护请求和指导维护事情。物理层的监视器还能作为信道优化计划的一部分施展作用，以提高容限并将误码率的统计数据降至最少。
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装备的例子。Cicata半导体公司、BitBlitz公司和Accelerant Networks公司已设计了主要供基于铜缆装备用的自顺应手艺，其中包括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险些倒运用智能物理层芯片报告的功效，来提高系统对媒质层或接口层状态的相识。SFF和SFP MSA界说的新扩展部分增添了对光纤� ？槭虑椴问氖凳被峒�，其中包括温度、供电电压、发射器偏置电流、发射器输出功率和吸收信号强度（参考文献10）。每个可丈量参数的可编程高、低忠言门限和报警门限使得� ？槟芄唤收虾褪虑樽刺蛐藕抛刺涣记牙肜�。
趋势7－MOEMS的先兆
自由空间光功效正变得多种多样。虽然众多开发整体已经宣布大规模自由空间2维和3维开关结构的原型，但看来可伸缩性的限制使这些开关结构的商业化远景成为疑问。
另外一方面，MOEMS（微光机电系统）信号调理部件能提高系统的波长捷变能力并改善光纤使用率。这些部件包括DGE（动态增益平衡器），用以赔偿信号功率大的转变。DGE在州波上收支DWDM馈线时举行这种赔偿，因而这些波长行进的距离差别，所遭受的信号消耗相差很大。例如，基于衍射MOEMS结构的DGE可用一个器件对多达100个信道上举行波长平衡，并具有小于0.2dB的输出纹波。这种器件在机械上很牢靠，功耗很小，并且可使用成熟高产的生产工艺。由于他们的信号调理功效完全在光域内实现，以是MOEMS器件自然就是与协议无关的。
衍射结构也能在带宽不中止的光波波段上爆发作用。当DWDM信道数目增添，促使信道宽度从100GHz减小到50GHz，再减小到25GHz时，MOEMS信号处置惩罚器能坚持其特征而没有过大的纹波，并且还能控制由于高传信速率的带宽扩展所爆发的串扰。
参考文献
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.
6. "Understanding broadband demand: a review of critical issues," United States Department of Commerce, Sept 23, 2002.
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.
