智能光分配网络中电子标签技术的探究

中国电信广州研究院|任艳 欧月华

智能光分配网络中电子标签技术的探究

中国电信广州研究院|任艳 欧月华

智能光分配网络电子标签的实现方案多种多样，还需要捆绑同一厂商的智能化ODN设施，未形成产业化，这给运行维护带来一定难度，因此，需要尽快将电子标签标准化，降低建设成本和运营成本，促进产业链发展。

随着“宽带中国”战略的大力实施，光纤到户规模建设，基于铜缆的宽带技术已经不能满足用户需求，光分配网络变得越来越庞大，越来越复杂。

接入网光纤纸质标签管理问题众多

光分配网络具有无源的特性，相对于铜缆技术，故障大幅度降低，但是管理上存在很多困难，尤其是仍通过纸质标签管理，存在问题众多。

无源设施管理难：无源设施无法进行远程管理，比如光纤的端口连接状态、设施端口的状态、设施的状态等均无法读取和管理。

业务开通校验无：施工人员在业务开通过程中，光纤端口的查找、光纤端口的连接、纸质标签的制作和标记、资源的录入等工作均无校验过程，很难保证准确性，返工率高，同时很可能导致资源数据的错误，事后也很难排查。

业务开通时间长：资源数据的不准确导致业务开放平台很难进行自动路由计算，通常需要先排查资源情况，然后再分配光纤路由，或者派单无法执行时退单，导致二次上门，使业务开通时间无法保证，人工成本提高。

光纤资源浪费多：资源数据的不准确导致大量端口无法开通业务，只能闲置，光纤资源无法有效利用。

人工管理成本高：在光纤资源的录入、管理、维护等阶段，需要大量的人工操作，例如资源的录入、线路的巡检等，工作量大、效率低，且容易出错。

因此，需要构建一个新的接入网光纤管理体系，满足大规模光网建设后面临的光纤管理需求，实现无源设施的可管理、快速业务开通且自动校验、光纤资源的自动录入和管理、充分利用光纤资源等。

采用电子标签实现智能光纤管理

智能ODN解决方案采用电子标签可以实现自动采集与同步光纤连接的资源数据，精确管理和控制光纤连接，支持自动调度和快速提供服务。智能ODN还可以提供光纤网络端到端的视图，从而支持远程自动化监测、检测和定位故障等。

智能ODN系统包括下面几个模块。

电子标签：可以采用接触式ID标签或非接触式ID标签（如RFID），这些标签是用来识别和连接光纤。电子标签提供了惟一的标识信息，包括惟一的序列号、厂商、在光分路器或者是光缆中的位置等。电子标签把ODN基础设施如ODF、OCC等转化为智能设施，可以远程控制和监视。

智能化ODN设施：在传统ODN设施的基础上，增加主控和端口的监控能力，实现标签信息采集、端口状态监控以及端口定位指引等功能。智能化ODN设施是有源的，在机房环境中可长时供电状态，在室外环境或者供电不便的场景可由智能便携工具在施工时向其短时供电。

智能管理终端及北向接口：在施工中，智能管理终端可以辅助安装和维护，减少纸质工单的使用，减少人工错误，并提高工作效率、减少施工时间，同时施工人员也可以通过智能管理终端获得每个光纤端口和连接的详细信息、路由和维护历史等，辅助施工。智能管理终端的北向接口与OSS系统对接，包括资源管理系统和装维调度系统等。

智能便携工具：智能化的ODN设施无需实时供电，在施工中，通过智能便携工具为智能化的ODN设施提供电源，并支持智能化ODN设施和智能管理终端之间通信转发功能。

智能ODN网管及北向接口：智能ODN网管对智能ODN设施进行管理，并实现配置管理、故障管理、安全管理、拓扑管理、系统管理等功能。智能ODN网管的北向接口和OSS系统对接，包括资源管理系统、装维调度系统、集中告警系统以及在线预处理系统等。

本文重点研究电子标签技术。

电子标签形态多种多样

电子标签技术是智能ODN的核心技术，目前实现的技术和产品形态多种多样。在实现技术中有接触式：一线寄存器、I2C，还有非接触式：IEC15693 13.56M（采用TI、飞利浦、Broadcom的芯片等）。

产品形态有框套式、光缆式、内嵌式等几种。

框套式：2引脚金手指方式、4引脚金手指方式、2引脚弹簧片方式、4引脚弹簧片方式、耳机插孔式等。

光缆式：2引脚金手指方式、2引脚弹簧片方式、TF卡方式、micro USB方式、mini USB方式、插针方式等。

内嵌式：由于光纤连接器可用寿命至少是25年，而电子标签无法保证，如采用内嵌式，将来可能需要中断业务更换，因此内嵌式不适合在智能ODN系统中使用。

电子标签的不规范和多样化导致成本一直无法降低，并带来运营商施工和运营不便，运营成本也居高不下，因此亟需规范电子标签。电子标签的标准化包括功能和性能的规范化、编码的统一、实现技术和结构尺寸的标准化。

电子标签的基本要求

电子标签通过结构固定件固定在光纤活动连接器的插头上，固定方式有两种，分别是固定在连接器的框套上和光缆上，称为框套式和光缆式，示意图如图1所示。

图1 电子标签在光纤连接器上的固定方式

电子标签技术辅助实现光纤的智能管理，ODN的核心功能还是光纤的连接，因此在光纤/光缆/光分路器等电子标签载体上增加电子标签后不能影响载体本身的光学性能、可靠性等。另外，电子标签智能功能和性能包括以下两个方面。

智能功能：存储编码信息、标签读写等。

智能性能：电子标签读取性能，包括读取速度、成功率、正确率、读取次数、写入次数等；电子标准电子元件的可靠性，包括接触式盐雾性能、非接触式增加电磁干扰性能、电磁兼容性等；智能连接器整体的机械性能，包括结构固定件保持力、结构固定件重复开启次数等。

电子标签主要有两种实现技术

按照电子标签的读取方式分类，电子标签的实现技术可分为接触式和非接触式电子标签。

接触式电子标签

接触式电子标签也称为eID，是通过引脚的接触实现标签信息的读写，常见的接触式电子标签产品有：USB-Key、SIM卡、电话IC卡、银行IC卡等。

在智能ODN中，由于电子标签的体积较小，因此通常采用2个或者4个引脚的方式，推荐采用基于一线寄存器的2引脚电子标签，这种标签具有如下优点。

可靠性高：只要2个触点接触即可，可能出错的点比较少，可靠性大幅提高。

兼容性强：体积小使得2脚芯片即可用于SC、FC等普通密度连接器上又可用于LC、MU等高密连接器上。

外围结构简单：触点少而带来外围结构的大幅简化，减小整体体积的同时进一步提高了可靠性。

基于一线寄存器的2个引脚的接触式电子标签读写互通简单，可采用如图2所示的引脚顺序，参数满足如下要求：引脚定义上，应引脚1接地，引脚2数据；电压方面，要求在2.8～5.25V；读取速率上，满足最高125kbit/s，协议要求须为一线寄存器（1-wire）；工作温度应在-40摄氏度～85摄氏度。

图2 2个引脚的接触式电子标签示意图

非接触式电子标签

非接触式电子标签可通过无线电讯号识别特定目标并读写信息，不需要机械或光学接触，主要由存储集成电路芯片和收发天线构成。常见的非接触式电子标签产品有：身份证、火车票、工卡等，相关标准有ISO/IEC 14443A/B、IEC15693等。

非接触式电子标签通常采用遵循国际标准的芯片，产业化较好，读写互操作容易实现，参数满足如下要求：支持标准上，应符合ISO/IEC 15693标准；载波频率在13.56MHz±7 kHz；最大工作距离不小于5毫米；功率>40mW；工作温度在-40摄氏度～85摄氏度。

接触式和非接触式电子标签的比较分析

接触式和非接触式电子标签的比较分析如表1所示。

接触式和非接触式电子标签各有优缺点，都能满足智能ODN的需求，但对于需要便携工具供电的智能ODN而言，由于RFID的功耗是eID的几倍，因此，主要选择接触式电子标签。

电子标签的编码信息十分关键

电子标签的编码作为每个光纤连接器或者光缆的惟一标识，存储在电子标签中，为保证互通和部署，应采用统一的格式，并且同时兼容不同方式，包括接触式和非接触式。

同时考虑到电子标签的存储空间以及读写时间，标签编码定义的最大总长度为1024比特，而对于非接触式电子标签，读取的长度越大端口功耗越大，因此，可以仅读取前256比特的信息。

电子标签的编码信息中包含的信息主要有以下几种。

产品类型：标识电子标签载体的类型，包括双端标签跳纤、单端标签跳纤、跳缆、光分路器等。

输入/输出字段：标识电子标签载体的输入端或输出端。

编号：标号包含两个部分，即厂商标识和序列号，电子标签配对时两个部分都要相同。厂商标识采用SNMP协议中规定的OID，即企业代码，是由Internet Assigned Numbers Authority(IANA)组织统一管理，序列号由厂商生成并保证其惟一性。

端口序号：对于多端口的电子标签载体，标识光纤在载体中所对应的端口号，是从1开始编号。

输入端口数：对于多输入端口的电子标签载体，标识输入端口数量，而单端口电子标签载体输入端口数量为1。

输出端口数：对于多输出端口的电子标签载体，标识输出端口数量，而单端口电子标签载体输出端口数量为1。

表1 接触式和非接触式电子标签的比较

小结

总体而言，面对接入网成海量态势发展的光纤，采用电子标签的智能ODN可以实现以下好处：简单、高效、准确地管理资源；准确、快速地提供服务；不中断业务地快速定位和修复故障；保证光纤网络稳定、可靠。

核心的电子标签技术已逐渐成熟，但是，由于电子标签的实现方案多种多样，目前还需要捆绑同一厂商的智能化ODN设施使用，未形成产业化，给运行维护带来一定的难度，因此，还需要尽快进行标准化，促进产业链发展，降低建设成本和运营成本。