2007/6/10

光通訊應用技術與架構

一、光通訊應用變革

在這一波Triple Play趨勢,導致電信公司主導Voice、Data及Video的三機一體集中管理方式將訊號傳輸至家庭,造成頻寬增加,其IP化過程中衍生出VoIP及IPTV兩種新型產業,使Digital Home時代正式來臨。


光傳輸HDTV頻寬需求就需達到25Mbps以上,以目前佔整體寬頻比重達75%的主流ADSL2+最高傳輸速度26Mbps,未來頻寬已呈現不足。


而在根據CacheLogic的全球監控網路顯示,所有網際網路流量之中,P2P檔案共享平台的流量就佔了約60%,其中eDonkey已經取代了 BitTorrent的第一名的地位。BitTorrent就佔去所有網際網路流量的30%,另外沒有使用中央伺服器或追蹤網站的eDonkey系統消耗 了網際網路的頻寬居次。

在美國P2P網路通訊出現復甦的跡象,四種最受歡迎的檔案交換系統(eDonkey、BitTorrent、FastTrack與 Gnutella)所交換的檔案內容中,62%的內容是影片,11%是音樂相關,剩下的則是各類檔案類型,但此種網路下載方式仍需佔用大量頻寬。

然而目前最新在亞洲地區興起的PPStream、Afreeca、PPLive⋯.等一種以P2P共享機制建立的影音播放平台,有別於一 般單向的網路電視總是受限於頻寬與機器的負荷,當收看的人越多時,網路頻寬與伺服器等的需求量就越大,如果遇到如世界盃足球賽這樣的體育盛事,同時觀看的 人數可能數萬、數十萬,若要應付如此龐大的頻寬需求,可能不是一般網路公司或個人的人頻寬可以承受。

然而這種使用圖特的P2P-Streaming技術,透過P2P多人共享的機制,讓看過的人也可將影音內容分享給其他尚未看過的電腦,結 合全世界電腦的頻寬與運算能力,讓更多人可以同時欣賞到精彩的節目內容,頻寬需求較以往少的多了,使全球目前因FTTH的成本太高,而先期採用節省成本的 FTTx變通方案達到30M頻寬,已能夠獲得清晰的IPTV電視內容,滿足一般消費者需求。

二、光通訊技術與架構

光通訊產業自2001年網路泡沫化後,沈寂了一段時間,到了2005年全球光通訊產業已有回溫情況,最主要的推力為各地在寬頻網路建設的開始,以日本在政府推動FTTH(Fiber To The Home)相關建設上最為積極。

網路系統結構由局端設備(OLT)、遠端設備(ONU)所構成,以往光纖通訊設備骨幹網路(Backbone)以SDH/SONET為主, 目前主流的FTTH網路架構,大多的通訊服務業者,在機房的內部設置由OLT、VIDEO、WDM和Splitter等4個大部分,所配合而成的4分支線 路,並且在近旁的光纖接續盒(Fiber Optic Closure),配有了8分支的光訊號分配功能分光器設備。

WDM (Wavelength Division Multiplexing)技術為再一步提高光纖傳輸容量所因應而生產品,WDM為雙向性的被動元件,能在一條光纖內同時傳送數個不同波長的光信號,前端 以多工(Multiplexing)方式將不同波長的光訊號組合入一條光纖中,後端再以解多工(Demultiplexing)方式將不同波長的光訊號分 光,將可大幅提升傳輸容量,也免除了所費不貲的光纖再鋪設工程。

而DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)和WDM的差別在於DWDM必須在1550nm附近的波段(1530.33~1563.86,C Band)盡可能細分波長,每一波長之間約0.8nm、100GHZ。

通常WDM是指波長為4或小於4之系統,而DWDM則指波長數目為8或大於8之系統,目前市場主流為16波長,其次是32波長,8波長的產 品比重不大,市場未來波長數目將會增加至40波長,甚至達100波長以符合頻寬需求,未來只需隨技術發展更換更高階DWDM設備就可使原有的光纖網路頻寬 大幅成長,但由於DWDM設備價格昂貴,一般應用在管道間光纖鋪設使用已滿,需重新開挖道路、配置管線與光纖線路時,電信單位才會考量購置,在目前全球光 纖使用普及率僅日本較高外,其餘各國普及率不高情況下,大量採購機會著實不多。


在僅討論有線網路建置上,為縮短銅線使用距離將光纖進一步向用戶端延伸,光纖網路已從骨幹網路進一步擴充至城域網路,但在Last Mile上,電信公司由於需考量節點的用戶數量、用戶頻寬、管線資源、建置成本、維護成本等,而有了所謂FTTx架構,目前FTTx建置,分為FTTC (Fiber to the curb)、FTTB(Fiber to the building)和FTTH(Fiber to the home)三種。

在前兩種FTTC及FTTB架構下,Last Mile建置主要仍以舊電話線或網路線的銅線為傳輸介質,終端接取設備則包括ADSL、ADSL2+、VDSL、VDSL2和LAN,末端下載頻寬最高由ADSL的8M至VDSL2與LAN的100M。


但在FTTH架構,Last Mile則以光纖為傳輸介質,分為P2P和P2MP兩種架構,P2P以專線方式直接光纖到府,適合使用頻寬較大的高價值用戶,而P2MP則分為G-PON (Gigabit-capable Passive Optical Network)或是GE-PON(Gigabit-eather Passive Optical Network)系統,為控制光纖網路中的光纖數,來達到減少線路成本,所以目前大多都採用多重波長傳送技術,在這樣的技術中,需要將不同波長的光訊號合 耦合成在一條光纖中,以一道光波來傳遞訊息,並採光纖分光器,以TDM (Time Division Multiplexing)的技術來提升光訊號的發射頻率,提高傳輸容量,在TDM系統中,每一通訊站都給予一段存取通道的時間(時槽 Time Slot),這段時間由通道上各站予以平分,輪流使用通道,其最大分支數為64(G-PON)或者是32(GE-PON),下傳(通訊服務業者到加入者) 的光訊號的波長為1,490nm,上傳(加入者到通訊服務業者)的光訊號為1,310nm。在1.25G的GEPON的32分光比與2.5G的GPON在 64分光比下,每個用戶的平均保證頻寬至少可達30M。




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