PON 是一種無源光網路，它使用稱為光線路終端 （OLT） 的核心交換機和分光器將資料從單個傳輸點傳送到多個終端裝置，稱為光網路單元 （ONU）。
光纖的低衰減和出色的頻寬使其成為典型網路骨幹網段的理想選擇。
光纖最初部署在園區骨幹網中，但由於資料速率的提高，現已成為構建骨幹網布線的主要媒體選擇。而且，隨著連線裝置的頻寬需求增加，光纖也被部署在專用網路的水平部分。一種使光纖能夠深入網路的解決方案是混合光纖電纜。
從電話到現代網路
當我們審視混合電纜在當今企業環境中所扮演的角色時，我們需要回顧連線裝置的歷史以及銅纜的歷史優勢。等等，你可能會說。這是一篇關於光纖佈線使用的文章。但是當我們檢視連線裝置的資料和供電時，銅仍然是相關的。
自 19 世紀發明電話的“網路”開始以來，挑戰一直是平衡電力輸送、頻寬和距離。不同地點的電話透過裝置之間的專用電線對連線。如果使用者想要與另一個位置通訊，則安裝了單獨的電話以連線到該位置。網路的下一個演變是引入了中央交換機，它允許手動更改特定電話的路由以連線到不同的遠端電話。
有趣的是，最初的電話是由裝置中的電池供電的。隨著電話越來越廣泛地被大眾使用，這些電池很快就成為了一個令人頭疼的維護問題。因此，在 1930 年代，電話交換機開始透過佈線為裝置遠端供電。
在 1980 年代後期，第一個結構化佈線出現了 StarLAN-1 （IEEE 802。3e） 定義了今天仍在使用的分層星形拓撲，以及基於 3 類電纜 （TIA-568-B） 的 10Base-T （IEEE 802。3i）。這些原始網路協議僅解決資料連線問題，因為連線的計算裝置是獨立供電的。
關於語音通訊，電源和訊號的分離出現在 1991 年，當時第一個 IP 語音 （VoIP） 網路作為桌面到桌面應用被引入。在早期的 VoIP 網路中，如果本地電源中斷，VoIP 應用就會停止執行。
遠端供電的 VoIP 電話於 1999 年推出，使用專有的資料電纜供電。這是標準化乙太網供電 （PoE） 傳輸的前身。2003 年，IEEE 802。3af 釋出，為受電裝置 （PD） 提供 12。95 瓦的功率。 IEEE 802。3 的最新更新涵蓋了 PD 處的 71 瓦 PoE。
雖然交換機、伺服器和工作站目前沒有透過網路電纜供電，但許多其他裝置正在利用 PoE 功能。當今的網路包括 PoE PD，例如攝像機、無線接入點 （WAP） 和電話。此外，還有新的操作技術 （OT） 裝置，包括訪問控制、溫度和運動感測器，以及用於樓宇自動化系統的監控系統。
銅纜佈線的最佳應用
隨著更新的 IT 和 OT 裝置加入網路，電源可用性成為主要考慮因素。銅擅長為這些裝置提供電力和資料。此外，當今的企業網路設計有多層分配器 （FD），因此所有連線的裝置都位於 TIA-568 標準中定義的 100 米通道限制範圍內。換句話說，銅纜在網路的水平段中提供了頻寬、功率和距離的非常好的平衡。
當頻寬要求超過 10 Gbits/sec 時，銅線就變得不那麼理想了。符合最新 802。11 標準的 WAP 僅需要高達 10 Gbits/sec 的連線速度。然而，這可能成為下一代標準的問題。目前，大多數連線的裝置都充分覆蓋了銅線頻寬功能。但是，WAP 在不久的將來可能需要光纖連線。
使用銅線的另一個好處是連線的可用性和簡單性。終端裝置通常具有 RJ-45 埠，這些埠非常常見，而且通常比光纖介面便宜。將聯結器或插頭連線到電纜上比端接光纖聯結器簡單。
雖然銅纜通常更容易端接，但光纖端接技術已經取得了很多進步。例如，熔接可提供低損耗的高質量連線。此外，熔接機比以往任何時候都更實惠。熔接聯結器等新產品正變得越來越普遍，為熔接接頭提供更好的保護，因為它包含在聯結器的主體中。
光纖電纜適合網路的什麼位置？
光纖通常用於網路的園區和建築骨幹網段。園區骨幹網是園區分發器 （CD） 連線到校園內各個建築物分發器 （BD） 的部分。建築物主幹將 BD 連線到建築物內的 FD。這些距離通常比網路的水平段長。
一般而言，骨幹網是網路中匯聚流量以進行上行和下行通訊的部分。因此，該細分市場的頻寬需求有所增加。
您應該部署什麼型別的光纖？
您應該在網路中使用多模還是單模光纖？簡單的答案是儘可能使用多模光纖，必要時使用單模光纖。
讓我們來探討一下這句話背後的想法。從成本角度來看，為了提高資料速率，與單模收發器相比，多模收發器仍然具有成本優勢。多模光纖在連線成本及其對灰塵和碎屑的耐受性方面也可能具有優勢。
在建築骨幹網中，考慮距離要求很重要。對於長達 300 米的長度，多模光纖可支援高達 100 Gbits/sec 的速度。這種在相對長距離上支援非常高的資料速率的能力延長了多模光纖的壽命，因為它仍然可以滿足許多主幹建設要求。園區骨幹網通常會帶來更多的距離挑戰。如果長度超過 300 米，則可能需要選擇單模以達到超過 1 Gbit/sec 的速度。
最終，媒體選擇取決於建築物的大小。一棟或兩層樓的小型建築物可能能夠在建築物主幹中容納銅。非常大的建築物或園區環境可能需要多模或單模光纖。
光纖提供的不僅僅是距離和資料速率
從銅纜過渡到光纖的另一個優勢是更低的維護成本。光纖電纜非常堅固，可防止物理應力，如拉伸、壓縮和擠壓；和環境壓力，例如加熱、冷凍或溼氣侵入。光纖也得到了改進，以適應更緊的彎曲，而不會造成明顯的訊號損失。因此，即使電纜護套被破壞並且一些水分進入電纜內部，光纖的效能也不應受到影響。
光纖還不受電磁干擾 （EMI） 的影響。網路運營商不必擔心靠近其他 EMI 源，例如電力傳輸、點火系統、蜂窩網路或環境問題，例如閃電或太陽耀斑。
光纜可以更有效地利用路徑中的可用空間，佔用的空間比銅纜少得多。
最後，光纜比銅纜具有顯著的安全優勢。在不被檢測到的情況下竊聽光纜中的訊號更加困難。
從骨幹移動到水平
如果光纜提供更低的維護成本、更高的可靠性、更好的 EMI 抗擾度和更高的安全性，為什麼銅纜仍然在水平線上佔據主導地位？
到目前為止，使光纖更接近建築物內使用者的努力未能實現。
1996 年，TIA-TSB-72 引入了一個稱為集中光纖佈線的概念。這種方法消除了網路中的水平段，將所有裝置集中在主機房。光纖將直接執行到所有裝置位置。請記住，1996 年的網路由電話和工作站組成，電話在單獨的 POTS 網路上執行。因此，工作站連線意味著執行有限數量的光纖到裝置位置。這種設計成本並不高，但它的可擴充套件性不是很強，因為這意味著需要將額外的電纜連接回主機房以支援新裝置。
2003 年，提出的下一個將光纖深入網路的架構是光纖到機箱 （FTTE）。這與集中式光纖佈線的不同之處在於，電信機房將被電信機櫃取代，該機櫃將位於更靠近終端裝置的位置。 FTTE 與傳統網路類似，只是將骨幹網向水平過渡移到更靠近終端使用者的位置。就初始安裝成本而言，FTTE 成本中性或相對於銅略有溢價。從總擁有成本來看，光纖提供了面向未來的能力，因為它的頻寬比銅線高得多。因此，隨著網路速度的提高，它們可以更容易地適應 FTTE 型別的部署。然而，FTTE 架構的實施並沒有起飛。
將光纖深入網路的最新架構採用了服務提供商使用的模型，使光纖更接近使用者：無源光網路 （PON）。 PON 建立了一個基礎設施，可將訊號傳送到數千個位置，同時最大限度地減少部署的光纖數量。
國際電信聯盟 （ITU） PON 標準於 2003 年制定，以支援光纖到戶 （FTTH） 部署。最初的千兆位無源光網路 （GPON） 標準 ITU G。984 是一種非對稱協議，可實現 2。5 Gbps 下載速度和 1。25 Gbps 上傳速度。這種不對稱的下載速度比上傳速度快，當訂閱者主要下載內容時效果很好。但是企業網路也需要能夠快速上傳大檔案。在企業環境中，許多網路具有未本地儲存在工作站上的重要內容。這使得對稱性更加重要。 2004 年，IEEE 制定了 802。3ah 標準，該標準解決了 1。25 Gbps 的對稱網路速度。
ITU 和 IEEE PON 標準之間的差異對終端使用者來說相對較小。 ITU 標準使用不同的封裝方法來傳輸乙太網資料包。這也允許傳輸不同型別的資料包，例如語音和影片。 IEEE 是一種原生乙太網格式。使用 IEEE PON 時，語音和影片必須轉換為或封裝在乙太網訊號中。
IEEE 和 ITU 繼續為更高的網路速度制定標準。 2018 年，IEEE 釋出了 802。3ca，它解決了對稱的 25 Gbps 能力。當前的 ITU 標準 G。9807。1：XGS-PON 於 2016 年釋出，提供對稱的 10 Gbps 通訊。
PON 在建築設計中提供的優勢之一是能夠消除各個樓層的 TR。 建築物中的空間非常寶貴，建築師將從消除這些空間中受益，因為它們需要電源調節、備用電源和空調。 考慮到所有這些，TR 的初始建造成本約為 25，000 美元。 這是部署 PON 時很容易實現的明顯成本降低。
然而，PON 中存在的一項挑戰是電源可用性。 在大多數 PON 部署中，位於使用者工作區的 ONU/ONT 由本地供電。 因此，當本地電源中斷時，除非使用電池作為後備電源，否則使用者將失去電話服務。
實施光纖深度架構的障礙
到目前為止，本文已經討論了光纖深層架構的優勢，例如更高的頻寬、更好的抗擾度、更好的安全性以及比銅纜更堅固的機械結構。
那麼為什麼光纖還沒有佔領世界呢？有一些實際和經濟原因需要考慮。例如，光纖介面通常只能在更高頻寬的裝置上找到，例如交換機和伺服器。但這並不代表已部署的大多數裝置，它們仍然具有銅介面。
更微妙的障礙之一是“抵制變革”。銅和分層星形拓撲是熟悉的。改變是困難的。一般而言，網路設計人員對骨幹中的光纖感到滿意，但在考慮更改水平設計或完全消除水平段時，他們更加保守。
也許光纖的最大實施障礙是需要電力的新資訊科技 （IT） 和運營技術 （OT） 裝置的激增。建築經理不想為這些裝置維護單獨的電源和資料網格。雖然這些裝置中有許多可以由電池供電，但這並不是一個理想的解決方案。儘管有些電池可以使用很長時間，但當建築物部署了數千臺 IT 和 OT 裝置時，保持這些電池工作的維護計劃將是一場噩夢。因此，乙太網供電 （PoE） 是保持銅線水平的主要因素之一。
混合電纜是解決方案嗎？
在混合電纜中，光纖傳輸資料，而銅線則適合低壓電力傳輸。光纖可以是單模或多模，具體取決於應用。這些混合電纜中的導體尺寸範圍從 20 AWG 到 12 AWG。
透過銅導體提供直流電源，消除了典型的 AC-DC 轉換效率低下的問題。此外，如果直流電源僅限於 NEC 2 類電源，這些電纜可以與資料電纜共享相同的路徑，從而在某些情況下無需導管。此外，不需要有執照的電工來安裝 2 類電路。
使用由交流電源供電的模組化、可擴充套件 SPS 大容量整流器架，從主裝置室向這些混合電纜提供 2 類電源。 Power Express 配電架提供多達 32 個通道來為混合電纜供電，每個輸出電路都單獨控制以確保在 NEC 2 類限制內執行。在機房中加入電源單元，簡化了對終端裝置的後備電源。
在混合電纜應用中，光纖承載資料，而銅線承載低壓直流電源。 電源被引入機房中的混合電纜。
在裝置連線方面，電纜可以端接到表面安裝盒或直接到終端裝置。某些裝置可以接受 48 伏電源連線以及透過 SFP 收發器的光纖連線。或者，PoE 電路可用於透過媒體轉換器或 PoE 擴充套件器連線到更傳統的裝置。
PoE 擴充套件器的示例如圖所示。該裝置的防護等級為 IP-68，專為在外部工廠環境中使用而設計。它具有強大的電源調節和電氣保護功能，可解決在戶外執行電源時的固有問題。 PoE 擴充套件器還包括一個 DC-DC 電壓轉換器，以促進擴充套件範圍的支援。
在室外裝置具有 SFP 輸入的情況下，功率擴充套件器可用於滿足擴充套件範圍的功率要求，而光纖則用於裝置連線。
擴充套件範圍是由裝置電源要求驅動的。例如，需要 802。3af 功率（PSE 時為 15W）的裝置可能具有 3000 米的通道長度。使用 802。3at 功率（PSE 時為 30W），裝置覆蓋範圍超過 1500 米。而且，對於 802。3bt，Type 3 功率（PSE 為 60W），距離可以超過 800 米。對於不需要電壓調節的室內部署，802。3bt Type 3 供電裝置的覆蓋範圍可能超過 450 米。
混合電纜在行動
以下是混合電纜如何高效、經濟地支援不同應用的幾個示例。
示例 1：
一個大學專案涉及在公共室外區域部署 2000 個 WAP 和安全攝像頭。混合電纜和 PoE 擴充套件器解決方案能夠從最少數量的電信機房支援這些裝置。透過為機房的電源提供備用電源，這些單個裝置無需本地備用電源。在此示例中，使用的直流電源具有遠端管理功能。因此，網路運營商可以重新啟動單個輸出以潛在地糾正網路連線問題，而無需派遣技術人員。
示例 2：
一個機場專案涉及在機場航站樓屋頂部署 32 個安全攝像頭，以確保停機坪的安全。由於該系統的主要使用者不是機場，因此需要將網路與機場資產分離。最初的設計涉及屋頂上的多個空調外殼。取而代之的是，使用延長的混合電纜，所有攝像機都連線到機場內數量有限的 IDF 位置。同樣，混合光纜解決方案提供的延長距離使這成為可能。
示例 3：
一個新的棒球場需要在場地外部部署 52 個安全攝像頭和 WAP。利用混合電纜解決方案的距離能力，體育場能夠支援來自五個電信機房的所有這些裝置。
示例 4：
酒店的 PON 部署涉及部署 Ruckus H-510 接入點/交換機。混合電纜連線到 H-510 光纖backpack，提供資料和電源，緩解了傳統的 PON 電源可用性問題。
未來是…銅和光纖
當頻寬和距離是驅動因素時，光纖通常被認為是明顯的贏家。 當終端裝置也需要電力時，混合電纜可以經濟高效地支援各種應用。
現代網路很可能是 PON 和有源乙太網的組合。 光纖將發揮越來越大的作用，但銅線，尤其是單對乙太網，仍將佔有一席之地。
然而，網路也有越來越多的低頻寬裝置仍然需要電力。 雖然 4 對電纜可以支援這些裝置，但一種新的銅纜解決方案正在出現。 單對乙太網 （SPE） 將在很長的距離內傳輸低頻寬資料，可能長達 1000 米。 這些 SPE 系統還將透過資料線供電 （PoDL） 供電。 這將使設計人員能夠最大限度地減少專用於這些 OT 裝置的電信空間數量，反映光纖的一些擴充套件距離功能。
在未來的網路中，混合光纜可用於連線高頻寬裝置，傳統的 4 對和 SPE 銅纜可用於連線低頻寬裝置。
很明顯，新的混合電纜使光纖能夠深入網路，為連線需要高頻寬、功率和距離的裝置提供額外的基礎設施選擇。
