工业PON中确定性网络传输技术研究(特邀)

无源光网络(PON)凭借其大带宽、低成本和抗电磁干扰等优势,被认为是下一代工业互联网的重要组网技术之一。然而,以“带宽提升”为主要技术发展思路的常规PON,其传输控制机制难以满足以“时间敏感”为特征的高品质工业业务传输需求,对常规PON的网络传输能力提出了重要挑战,迫使其融入新的特性,即确定性。文章以时分复用(TDM)-PON为主要研究对象,首先阐述了工业互联网的业务特征及传输需求,分析了工业互联场景下常规TDM-PON面临的两大技术挑战:一是传统带宽分配方案引起的时延不确定性;二是队列调度机制僵化引起的时延不确定性。围绕上述挑战,文章介绍了提升TDM-PON确定性网络传输能力的关键技术,如协作传输接口、单帧多突发和确定性带宽分配(DetBA)等。其次,文章介绍了一种基于网络演算的时延边界建模思路作为确定性工业PON系统设计与性能评估的理论模型。最后,文章从业务层、媒质接入控制(MAC)层、物理层及控制管理平面等多个角度探讨了确定性工业PON的潜在技术及发展方向。

下一代相干PON关键技术研究进展与展望(特邀)

相比于传统的强度调制/直接检测(IM/DD)系统,相干系统具有更高的容量和功率预算,能更好地满足高容量无源光网络(PON)的需求。近年来,如何将相干应用于PON场景以更好地支撑未来高带宽业务已成为研究热点。文章从系统架构、相干简化、上行突发模式检测以及灵活PON 4个方面对相干PON关键技术研究现状进行了总结,并展望提出了激光共享上下行滤波器组多载波(FBMC)-PON和半导体光放大器(SOA)电流调控灵活PON方案。

基于PON的超低时延技术方案探讨

【目的】随着各种互联网新兴业务的崛起以及无源光网络(PON)在行业应用场景的延伸,作为第五代固定网络(F5G)代表技术的PON,需要不断演进升级才能满足未来网络的需求。其中,PON的时延是迫切要改善的关键网络性能指标,故文章对PON的低时延技术进行了深入研究。【方法】文章首先总结了当下PON在低时延方面所面临的挑战,分析了导致PON时延较高的主要原因有两个,分别是因光网络单元(ONU)带宽分配机制引入的上行固有时延和因ONU注册/测距机制引入的上行随机时延。因此,文章提出了基于单帧多突发技术和独立注册通道技术的两种超低时延技术方案,并进行实验验证分析。【结果】通过验证分析,对于单帧多突发技术的低时延技术方案,结合时延和带宽利用率两个性能指标综合来看,1/4调度周期表现最优,但会牺牲小部分带宽,比较适合传输对时延敏感而带宽不敏感的业务;对于独立注册通道技术的低时延技术方案,由于引入了额外的波长用于ONU注册/测距通道,可以完全消除正常业务通道因注册/测距的静默窗口引入的额外时延和抖动。【结论】综合而言,文章所探讨的基于PON的超低时延技术方案,可以有效降低PON的时延,有助于促进虚拟现实(VR)类等新兴业务的规模商用和工业互联网的快速发展。

50 Gbit/s PON高性能接收技术的研究

【目的】为了应对不断增长的超千兆需求,从千兆走向万兆,从第五代固定网络(F5G)走向高级第五代固定网络(F5.5G),50 Gbit/s无源光网络(PON)被认为是F5.5G的重要组成部分。故文章针对当前接入网络发展状况,对50 Gbit/s PON技术进行了深入研究。【方法】文章首先介绍了实现50 Gbit/s PON高灵敏度面临的困难,并提出了解决方案。方案中,50 Gbit/s的非归零(NRZ)信号通过雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)探测器,在强电场的作用下形成可被检测到的宏观电流,该电流通过跨阻放大器(TIA)放大并转换成电压输出。对其进行均衡处理,采用光数字信号处理(oDSP)芯片的前馈均衡器(FFE)和判决反馈均衡器(DFE)对脉冲信号的拖尾现象进行补偿后,再通过DFE将码间干扰的影响降到最低。接着重点分析了APD、TIA和oDSP等关键技术,并采用25与50 Gbit/s APD对接收性能进行比较。【结果】两组实验测试结果显示,第1组实验25 Gbit/s APD在测试时间4 min内接收信号无误码,接收光功率为-8.48 dBm,当误码率(BER)为2.78e-2时,接收光功率达-26.61 dBm;在使用50 Gbit/s APD的情况下,4 min内接收信号无误码时,接收光功率为-8.97 dBm。当BER为2.78e-2时,接收光功率达到-27.05 dBm,第2组数据50 Gbit/s APD-2也达到了同样的实验效果。【结论】50 Gbit/s APD接收灵敏度更高,性能更好,更适合使用在50 Gbit/s PON光模块中实现高性能接收。最后文章针对未来降成本方案在均衡技术与APD上的应用提出了可行性分析。

超100 Gbit/s相干PON系统关键技术研究

50 Gbit/s无源光网络(PON)标准已趋于完善,后50 Gbit/s PON时代的技术标准尚属空白,亟待开展相关研究以推动整个产业链从系统、模块和芯片等方面提前进行布局。文章判断单波长200 Gbit/s速率和相干技术将会是继50 Gbit/s PON之后下一代PON系统的两大关键特征。单波长200 Gbit/s速率对运营商具备更大的吸引力,而强度调制/直接检测(IM/DD)技术难以持续满足200 Gbit/s速率下系统对Class C+等级功率预算的要求,需要采用灵敏度更高的相干技术。然而PON系统是一种典型的点对多点(P2MP)拓扑架构,将相干技术下沉到PON还有许多关键技术需要攻克,其中,涉及PON系统设备和媒体访问控制(MAC)芯片的架构重构、相干PON光模块的单纤双向(Bi-Di)技术改造、突发模式的相干发送与接收技术以及相干PON系统的波长管控技术。时分复用(TDM)仍然是实现P2MP传输的推荐方式,在TDM基础之上可以叠加新的复用维度,例如子载波复用(SCM)。新复用维度的引入给PON系统带来了灵活性,但同时也增加了设计的复杂度,将会颠覆当前的PON系统架构。叠加了SCM的相干PON系统将不再采用数字化接口方式与光模块进行连接,光模块本身需要具备高度线性驱动和调制能力。此外,用户侧光模块需要具备瞬时开关能力,以避免对其他用户造成干扰,因此需要开发新型的支持突发控制功能的相干光芯片。考虑到上行P2MP的突发相干接收环境,需要从系统层面实现对多个用户激光器的波长管控,避免上行方向因多用户波长快速切换造成的局端频偏估算偏差问题。综上,将相干技术应用于PON将会是一个全新的复杂系统工程,难以直接继承现有相干系统架构,需要匹配P2MP的应用需求,从芯片、模块和设备多个方面实现技术创新。

兼容50G PON的多模统一平台架构及实现方法

目前网络中多种PON模式共存,而传统的OLT软件处理多种PON模式时存在兼容能力差、开发繁琐、重复等问题。本文提出了一种兼容多模OLT的统一平台架构,支持现存多种PON模式,并具有优秀的向后兼容能力。该架构通过不同的速率组合对应SerDes通道实现了速率兼容,并对ONU进行统一管理和带宽分配,在软件上实现了多模协议栈兼容和多芯片适配。本文采用不同OLT业务板卡搭载统一平台,对注册和打流业务功能进行测试。结果表明,该平台架构兼容包括50G PON在内的6种PON模式,并支持在不同板卡上的模式切换。同时,能降低OLT产品的管理难度,缩短项目周期,降低研发成本,对50G PON和未来PON网络新技术的兼容和平滑升级具有重要意义。

超100 Gbit/s PON:灵活速率和相干架构(特邀)

2021年国际电联电信标准化部门(ITU-T)完成50 Gbit/s无源光网络(PON)的标准制定,当前设备商和运营商已经完成样机验证,ITU-T成立Beyond 50 Gbit/s PON讨论组开始研讨未来PON相关技术方案,因此Beyond 50 Gbit/s PON成为当前光通信领域的研究热点。根据前几代PON标准的速率演进规律推测,Beyond 50 Gbit/s PON的速率预计将超过100 Gbit/s。文章将分析超100 Gbit/s PON面临的问题和挑战,重点介绍灵活速率PON和相干PON架构这两个潜在技术路径及其关键技术方案,为未来超100 Gbit/s PON的研究和标准制定提供参考。

工业PON时间确定网络及智能控制融合系统

当前,生产智能化已成趋势,因而生产要素的全连接成为必由路径。为实现生产要素连接,需打破“信息孤岛”实现不同厂商互联互通,并在工业现场实现智能决策和控制。为此,中国电信提出时间确定网络及智能控制融合系统架构,以工业无源光网络时间确定网络开放融合自动化控制系统与人工智能系统,实现了网络、数据、控制、业务和人工智能5个方面的闭环管理。

基于I-PON的广电FTTH网络设计与施工规范研究

针对基于I-PON的广电光纤到户(Fiber To The Home,FTTH)网络设计与施工过程中存在的问题,重点分析了FTTH网络技术方案、场景分类、实施标准以及工作要点,并围绕不同场景下设计与施工的特点,归纳出基于I-PON的广电FTTH网络设计与施工规范。

5G与工业PON技术在智慧工厂中的应用研究

工业互联网应用是提升国家工业竞争力的关键环节,而网络体系是工业互联网架构的基础,5G无线网络的高宽带、低时延、高可靠和海量连接为5G全连接工厂提供了有利条件。本文分析了传统工业网络的痛点和工业互联网背景下智慧工厂的网络需求,提出了基地5G+工业PON(PassiveOptical Network,无源光纤网络)智慧工厂解决方案,并通过某新材料公司的智慧工厂的应用案例及实施效果对方案进行了功能验证。该方案促进了5G+工业PON在工业领域的深入和安全应用,丰富了5G+工业PON的应用场景,为工业企业的转型升级和创新发展提供了借鉴。

50G-PON技术发展与应用场景

随着技术的普及和发展,光接入网正向着更高带宽、全业务承载和更强智能化等多个维度持续发展和演进。自2020年起,国内三大电信运营商相继推出“三千兆”业务,即千兆5G、千兆宽带和千兆Wi-Fi,为用户提供全场景、沉浸式千兆体验。文章结合当前EPON/GPON/10GPON网络现状和未来高清视频、工业互联网、行业数字化等新型业务场景对网络接入需求,介绍50G-PON光网的研究前景、发展需求和关键技术。

基于PON技术的接入层通信线路设计

在新时期,我国通信领域的发展质量和效率显著升高,人们对宽带技术和网络技术也提出了更高的要求,在这种背景下,主干网得到了有效的发展,已基本实现光纤化与宽带化,提升了网络传输的质量和效率,但接入网仍在沿用传统单一的接入技术,导致整体接入速率较低。文中详细分析了PON技术与接入网的原理,以中高层住宅区的实际通信需求为导向,重点阐述了基于PON技术的接入层通信线路设计要点,旨在推动我国宽带接入业务的可持续发展。

ANRIL,PON基因及其交互效应对急性缺血性脑卒中后认知损伤的影响

目的探讨ANRIL,PON基因及其交互效应对急性缺血性脑卒中(IS)后认知损伤(PSCI)的影响。方法以17~70岁汉族初发急性IS患者作为研究对象,发病后2周采用简易智能量表(MMSE)进行认知测定,检测ANRIL和PON基因单核苷酸多态性(SNPs),采用多因素回归方法和多因子降维法(MDR)分析IS后认知损伤的传统危险因素和易感基因位点以及它们之间的交互作用。结果共纳入研究对象255例,88例具有程度不同的认知损伤(34.5%)。分析发现,rs10116277 G等位基因携带者认知损伤发病风险更小(OR=0.128,P=0.001),rs1333049 C等位基因(OR=1.472,P=0.038)、rs12026(OR=2.595,P=0.015)和rs7493 GG基因型(OR=2.597,P=0.015)、以及rs3735590 A等位基因(OR=1.731,P=0.034)增加了认知损伤发病风险;交互作用分析发现,携带rs10116277 TT基因型和rs1333049 CC基因型的高hsCRP值患者(OR=5.049,P=0.005)、携带rs10116277 TT基因型和rs1333049 CC基因型的大中面积脑梗死患者(OR=8.322,P=0.001)、携带rs10116277 TT基因型的颈动脉中重度狭窄患者(OR=4.067,P=0.001)、以及携带rs3735590 GG基因型的大中面积梗死患者(OR=5.176,P<0.001)认知损伤发生率显著升高。结论ANRIL,PON基因与PSCI发病风险密切相关。

工业PON关键技术探析

为了推动千兆宽带引入工业领域,对工业PON的基本原理进行了研究,对工业PON技术与传统以太网、工业以太网进行了对比,针对低时延、网络高可靠、高安全等关键技术进行了探析,为工业企业制造转型需求提供了技术参考。

低成本WDM PON关键技术研究与示范应用

针对5G前传网络对光纤资源需求的爆发式增长,提出了一种低成本WDM PON架构和系统,采用WDM和单纤双向技术可节省78%以上的主干和配线光纤资源。同时,低成本WDM PON系统还具备光模块类型少、可维可管、可靠性高等优点。对低成本WDM PON可调光模块和顶调制等关键技术进行了研究,并对低成本WDM PON现网示范应用进行了分析和探讨。

矿用PON及其演进技术研究

随着智能矿山的建设和发展,井下各类子系统的信息传输需求不断增加,基于工业以太网的矿井通信网络面临拓扑复杂、多网共存、可靠性不足等问题,导致建设和维护成本居高不下。PON是运营商网络中主流的光纤接入技术,具有极简架构、灵活部署等优势,其应用正在从家庭宽带向工业领域扩展,将在矿井通信网络建设中发挥重要作用。通过梳理PON的底层架构,包括系统组成、设备功能以及传输原理,并从分光比、传输距离等维度对当前的10G PON进行规格分析,构建矿井应用部署的理论基础。针对当前网络的痛点问题,设计了以10G PON为基础的矿井F5G网络应用方案:构建一主一从的井下双链路传输系统,并进行实时状态监测,实现故障链路倒换和网络功能自愈;利用VLAN划分及QoS管理机制,对井下不同业务进行逻辑隔离和统一承载,避免矿井网络的重复建设;引入双向加密传输机制,并加强对ONU的有效管理,保障井下数据传输的安全性和可靠性;搭建统一网管平台,实现业务的灵活部署、资源的统一管理、故障的集中监控以及告警的实时上报。结合智能矿山建设需求,提出了矿井PON技术的演进方向:平滑升级50G PON,利用已有的ODN基础设施进行部署,并通过选取差异化的载波波长实现与10G PON或其他PON系统的共存;构建确定性网络,通过网络资源预留、节点时间同步等操作,将端到端时延控制在微秒级,将时延抖动控制在纳秒级,将可靠性控制在99.999 9%以上;承载井下移动业务,构建统一的“井下-井上”业务传输通道,同时实现井下的高精度定位;实现通感一体、网算融合,提升网络能力、精简网络架构、补强网络功能,为高阶的矿山智能化建设提供全光底座。

Nrf2、PON-1、VILIP-1与急诊脑梗死患者NIHSS评分关系及对溶栓预后预测效能探究

目的探讨核因子E2相关因子2(Nrf2)、对氧磷酯酶-1(PON-1)、视锥蛋白样蛋白-1(VILIP-1)与急诊脑梗死(ACI)患者美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)评分关系及对溶栓预后预测效能。方法选取2019年1月—2022年8月南京市浦口区中医院收治的160例ACI患者,均给予阿替普酶静脉溶栓,根据溶栓后是否获得血管再通分为再通组(121例)、非再通组(39例),比较两组基线资料、溶栓前和溶栓后6 h Nrf2 mRNA、PON-1、VILIP-1,应用皮尔森(Pearson)分析Nrf2 mRNA、PON-1、VILIP-1与NIHSS评分关系,采用多因素Logistic回归分析溶栓预后的相关影响因素,采用受试者工作特征(ROC)曲线分析Nrf2 mRNA、PON-1、VILIP-1及三者联合预测溶栓预后的效能。结果非再通组溶栓前、溶栓后6 h Nrf2 mRNA、PON-1低于再通组,VILIP-1高于再通组(P<0.05);Nrf2 mRNA、PON-1与NIHSS评分呈负相关,VILIP-1与NIHSS评分呈正相关(P<0.05);将混杂因素控制后,Nrf2 mRNA、PON-1、VILIP-1仍与溶栓预后独立相关(P<0.05);Nrf2、PON-1、VILIP-1的ROC下面积(AUC)分别为0.817、0.734、0.708,三者联合为0.919,三者联合的AUC高于单独指标(P<0.05)。结论Nrf2 mRNA、PON-1、VILIP-1表达与ACI患者神经缺损程度、溶栓预后有关,联合检测溶栓前三者水平,可作为预测溶栓预后的一个有效方案,为临床溶栓治疗提供参考。

超高速PON系统关键技术与发展

各类应用与数字化技术的发展与创新逐渐推动PON网络向更高速率发展和演进。50G-PON作为10G PON技术的下一代演进技术,已经基本完成标准制定工作,目前正处于技术与产业突破过程中。50G-PON可通过波分方式,实现与运营商现有PON网络的共存和平滑升级。针对GPON区域和EPON区域,运营商可分别采用基于G/XGS/50G-PON三模光模块、10GE/50G-PON两模光模块的方式,相应实现多代际PON技术在同一个ODN的共存。针对未来超50G PON技术,研究集中在如何实现单波超50G大带宽传输能力,并聚焦于相干和强度调制直接检测方案。

基于PON接入系统的网络质差分析方法的研究

针对现阶段网络中数据流量的数据量大、业务种类多的特点,从提升用户上网体验的目的出发,基于PON(无源光网络)接入系统,通过对网络数据报文进行深度分析,快速将数据流量根据不同的业务种类进行分类并根据分类的数据流量计算出这些流量中出现的丢包、时延、抖动等网络参数,从而定位PON接入系统中出现网络故障的点,并进一步分析出网络中影响用户上网体验的因素。通过对网络中的数据流量进行深度分析,可以有效地提升用户的上网体验与用户满意度。

50G PON承载特性和应用浅析

随着行业数字化转型驱动网络升级、宽带普及率的提高和宽带提速的深入,千兆光网络从消费领域向垂直行业领域延伸,满足千行百业数字化转型对光接入网络的新需求成为现阶段的重点。作为下一代的光接入网系统,50 G PON技术成为当今通信行业中千兆光网演进的热点。文章结合运营商及行业数字化转型发展特征,浅析50 G PON的承载特性和应用,并在此基础上分析50G P ON现网试点情况。