淺析智慧園區(qū)全光局域網(wǎng)POL系統(tǒng)解決方案

吳芳毅

天津生態(tài)城投資開發(fā)有限公司 天津市 300467

1 引 言

隨著我國經(jīng)濟高速轉型發(fā)展，各地園區(qū)通過產(chǎn)業(yè)結構升級和服務升級，向著綜合性、智慧化園區(qū)轉變，園區(qū)的局域網(wǎng)絡面臨著重重挑戰(zhàn)。園區(qū)是人們工作和生活的公共載體，為打造一個社會服務聚集、多產(chǎn)業(yè)融合的智慧園區(qū)，滿足用戶對高效辦公、綜合安防、物業(yè)管理、綠色能效、智能交通等各項管理需求，搭建一個高速互聯(lián)、運行穩(wěn)定、安全可靠、成本可控、實現(xiàn)多業(yè)務融合的園區(qū)局域網(wǎng)絡是當前所有園區(qū)管理人員迫切關注和需要的。

2 智慧園區(qū)網(wǎng)絡面臨的主要挑戰(zhàn)

當前正處于快速的數(shù)字化轉型時代，隨著企業(yè)辦公的信息化與智能化的不斷深入，園區(qū)網(wǎng)絡的流量結構發(fā)生了根本性轉變?；阢~線的電信號傳輸距離較短，帶寬受限，面對萬物互聯(lián)帶來的業(yè)務數(shù)據(jù)量爆炸性發(fā)展，傳統(tǒng)的以太局域網(wǎng)逐漸呈現(xiàn)出疲態(tài)。

2.1 業(yè)務類型更趨多樣化，急需多業(yè)務融合的接入網(wǎng)絡

隨著園區(qū)業(yè)務發(fā)展，基于語音、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體接入及基礎設施增值業(yè)務需求更加豐富，接入形式的要求更加多樣化，越來越多的辦公終端、業(yè)務終端都依靠無線來接入網(wǎng)絡，要求園區(qū)網(wǎng)絡具備支持Wi-Fi技術的無線辦公能力，同時隨著IPv6 的逐步部署，網(wǎng)絡需要能支持IPv6 業(yè)務開發(fā)、測試的能力和多出口鏈路場景下的靈活選路需求，傳統(tǒng)的園區(qū)網(wǎng)絡缺乏有效滿足這些增值業(yè)務需求的統(tǒng)一解決方案，面對靈活多變的數(shù)字化業(yè)務，網(wǎng)絡需要能主動適配業(yè)務變化，實現(xiàn)按需分配資源。

2.2 業(yè)務數(shù)據(jù)量爆發(fā)，數(shù)字化進程需要低時延網(wǎng)絡

園區(qū)網(wǎng)絡的數(shù)字化轉型迫在眉睫，對園區(qū)網(wǎng)絡低時延和安全可靠性要求越來越高。隨著智慧園區(qū)的建設發(fā)展，視頻監(jiān)控點位也快速增長，覆蓋廣、距離長，監(jiān)控的高清化需要大帶寬保障，對時延要求更高。隨處可見的數(shù)字化感應設備的應用帶來了巨大的數(shù)據(jù)流量，實時的數(shù)字化協(xié)同辦公，以及隨著人工智能的普及應用，越來越多的企業(yè)開始引入實時智能決策類應用，高速增長的數(shù)據(jù)互聯(lián)和對數(shù)據(jù)價值的充分挖掘需求，都急需一個低時延、高可靠性的網(wǎng)絡。

2.3 網(wǎng)絡結構愈趨復雜，升級擴容難

傳統(tǒng)局域網(wǎng)網(wǎng)絡結構復雜、網(wǎng)絡層級多、投入資金高、建設周期長、部署難度大，需要在機房布置大量的匯聚交換機，占用機房空間，且因交換機功率大，機房散熱也是個難題。匯聚路由器之間連接復雜，而且占用管道空間，走線和維護難度大，網(wǎng)絡新增設備操作復雜，升級和擴容困難。

2.4 網(wǎng)絡故障頻發(fā)，管理壓力大

因網(wǎng)絡層級多，交換機位置分散，網(wǎng)絡橫向之間缺乏隔離和管控措施，存在重復嵌套部署，極易造成網(wǎng)絡風暴和引發(fā)ARP攻擊，使得管理難度增大；復雜的網(wǎng)絡結構也導致網(wǎng)絡故障率高，故障定位難，給日常維護帶來巨大的壓力。

3 POL系統(tǒng)搭建方案

為滿足全方位支持用戶不同網(wǎng)絡需求，實現(xiàn)全面精細化管理，智慧園區(qū)需要一個更簡單、更穩(wěn)定、更具備可擴展性、多業(yè)務融合的接入網(wǎng)絡方案。POL（Passive Optical LAN）無源光局域網(wǎng)以其特有的優(yōu)勢能滿足新型智慧園區(qū)發(fā)展的各種需求。

POL 無源光局域網(wǎng)是一種基于PON 技術的新型局域網(wǎng)組網(wǎng)方案，能提供一種點到多點（P2MP）結構的全光網(wǎng)接入，通過一張光纖網(wǎng)絡為用戶提供高速融合的數(shù)據(jù)、語音、視頻、無線接入及其他各類弱電類業(yè)務，實現(xiàn)多場景和全業(yè)務的統(tǒng)一承載。POL 無源光局域網(wǎng)采用光線路終端（OLT）+光網(wǎng)絡單元（ONU）的二層傳輸網(wǎng)絡，中間由光分配網(wǎng)（ODN）進行連接（圖1）。

3.1 OLT設備部署

在POL 組網(wǎng)中OLT 與傳統(tǒng)LAN 中的匯聚交換機相對應，OLT 上聯(lián)核心交換機，基于以太網(wǎng)/IP轉發(fā)，對業(yè)務流量進行集中的分發(fā)和控制。

圖1 POL 無源光局域網(wǎng)網(wǎng)絡結構

OLT 的部署應遵循大容量、少局所的原則，充分利用光纖傳輸優(yōu)勢，減少機房占用，降低成本。在用戶規(guī)模較小、點位相對集中時，OLT 宜采用集中設置方式；在用戶規(guī)模增大時，應考慮采用分散設置，可將OLT 設置在條件較好的接入機房。

OLT 的業(yè)務配置要結合數(shù)據(jù)規(guī)劃（VLAN規(guī)劃、IP規(guī)劃），對不同業(yè)務類型通過不同的上聯(lián)端口以區(qū)分，或通過不同的VLAN劃分等方式區(qū)分。

3.2 ONU設備部署

ONU位于客戶端，為用戶提供各種業(yè)務接口。ONU設備選型時應考慮為不同的應用場合靈活配置合適的用戶接口，實現(xiàn)全業(yè)務互聯(lián)。ONU設備需支持基于域名或目的IP 地址識別HIS、OTT、IPTV 業(yè)務，轉發(fā)不同的WLAN 口或標識不同的優(yōu)先級，同時需支持SSID，可同時提供用戶Wi-Fi 和公眾Wi-Fi，可為每個SSID設置各自獨立的認證方式和帶寬，滿足不同業(yè)務不同的QOS 保障。ONU 為即插即用設備，通過OLT 下發(fā)自動進行配置，無需現(xiàn)場調(diào)測。ONU應盡量采用本地供電方式，原則上不采用遠端供電，同時應具備斷電保護，以保證語音業(yè)務的正常開展。

3.3 ODN網(wǎng)絡部署

光分配網(wǎng)ODN由光纖、一個或多個無源分光器POS 組成，為OLT 和ONU 提供傳輸通道。POS無需供電，無需配置即可正常工作，也不對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)做任何處理，大大降低了設備故障率。OLT至ONU的傳輸系統(tǒng)指標(L)將影響分光器比以及網(wǎng)絡結構的選擇。

傳輸系統(tǒng)指標計算公式為：

L=（T-P-M-S-0.5*N）/r

ODN網(wǎng)絡一般采用樹形結構部署，根據(jù)用戶場景靈活采取不同網(wǎng)絡結構。分光器設置盡量不要超過兩級分光，應根據(jù)業(yè)務帶寬選擇合適的分光比，針對用戶規(guī)模選擇分光器位置。

表1 參數(shù)含義及取值

表2 分光器損耗

（1）高層用戶場景

對于用戶點位相對密集、數(shù)量較多的高層用戶場景，如政府機構、國企辦公樓，每層的信息點位數(shù)量約50-60 個，或以高檔酒店、高檔寫字樓為代表的用戶場景，每層的信息點位數(shù)量達100 個以上。分光器應采取分散放置，宜將每2-3 層劃為一個分區(qū)，每個分區(qū)部署一個分光器，放置點可選在樓層豎井或弱電機房。從OLT 敷設饋線光纜至每棟樓接入機房，從接入機房布放配線光纜至每個分區(qū)的各個分纖點，從分纖點引出水平皮線光纜至各用戶ONU終端。

（2）多層用戶場景

對于用戶區(qū)域小或點位較松散的多層用戶場景，如學校圖書館、社區(qū)中心、快捷酒店等，每層的信息點位數(shù)量約20-30 個，或以學時宿舍、小型辦公樓為代表的小型場景，點位相對集中但整體區(qū)域不大，宜采用一級分光，且分光器應采取集中放置，可部署在用戶接入機房內(nèi)。從機房分光器布放配線光纜，采用掏接的方式引出水平皮線光纜至各用戶ONU終端。

（3）大平層、低密建筑用戶場景

對于用戶區(qū)域大、信息點位數(shù)量少且分散的用戶場景，如大型商城、工廠廠房、倉庫、別墅區(qū)等，應采用分區(qū)管理方式，每15-20 棟樓劃為一個分區(qū)，每個分區(qū)設置一個光交箱，ODN宜采取一級分光，分光器集中設置在室外光交箱內(nèi)，由OLT 敷設饋線光纜至光交箱，光交箱引出皮線光纜接至所在區(qū)域用戶ONU。

（4）承載類用戶場景

對于點位數(shù)量多、覆蓋范圍廣的承載類用戶場景，如視頻監(jiān)控、智能交通等，可考慮采取二級分光配置，一級分光器放置于附近機房，二級分光器放置于各光交箱，從OLT 放置饋線光纜至一級分光器，一級分光器分出光纜掏接至下屬各二級分光器，由二級分光器引出皮線光纜至每個視頻監(jiān)視器。

4 多業(yè)務融合的POL網(wǎng)絡承載方案

POL 網(wǎng)絡結構具有大帶寬、高可靠性、扁平化、易部署、易管理等優(yōu)點，可以針對不同的用戶類型和規(guī)模，部署可優(yōu)化、易調(diào)整、適配多業(yè)務需求的全光局域網(wǎng)，實現(xiàn)一張光纖傳輸網(wǎng)承載所有用戶業(yè)務，所有用戶能自由選擇業(yè)務提供商。

4.1 VLAN劃分方案

通過雙層VLAN 的規(guī)劃實現(xiàn)POL 接入網(wǎng)的不同用戶和不同業(yè)務之間的區(qū)隔，可規(guī)劃一層VLAN 以區(qū)分用戶，二層VLAN區(qū)分業(yè)務。

方案優(yōu)點：此方案不用區(qū)分用戶業(yè)務，建設一組OLT 系統(tǒng)就能實現(xiàn)不同業(yè)務的接入，各個用戶可以自由選擇不同的業(yè)務提供商；方案缺點：因各業(yè)務提供商的VLAN 規(guī)劃可能不一致，容易導致 VLAN 起沖突， VLAN 劃分方案復雜，OLT 網(wǎng)絡配置和管理難度增大。

4.2 光纖跳接方案

在ODN網(wǎng)規(guī)劃時，在接入機房增設一套ODF，通過光纖人工跳接實現(xiàn)不同用戶對業(yè)務提供商的自由選擇。

方案優(yōu)點：增加設備對ODN 網(wǎng)絡結構無影響，且為無源設備，網(wǎng)絡管理方便，各類型業(yè)務用戶與相應的業(yè)務商一一對應，運維責任清晰；方案缺點：當有新業(yè)務開通或業(yè)務變更時，需通過人工跳纖完成，增加工作量。

以上兩種業(yè)務承載方案，在POL 網(wǎng)絡結構規(guī)劃時可根據(jù)園區(qū)規(guī)模和用戶分布的實際情況進行選擇。

5 結 論

以POL 搭建的智慧園區(qū)全光局域網(wǎng)與傳統(tǒng)組網(wǎng)方式相比，省卻了大量的匯聚層交換機，節(jié)省了機房空間，網(wǎng)絡升級簡單。從核心匯聚到接入層只有兩層，更扁平的網(wǎng)絡也帶來了更好的低時延業(yè)務體驗，保障視頻等數(shù)據(jù)業(yè)務的質(zhì)量，無源分光器的使用使網(wǎng)絡更加安全可靠，故障定位簡單，維護管理方便。光纖網(wǎng)絡帶寬潛力近乎無限，重量輕、傳輸距離遠、使用壽命長、建設成本大幅降低，也有效避免了電磁干擾，且能在一張光纖網(wǎng)上承載多類型業(yè)務，無需為部署新業(yè)務而不斷疊加新的物理網(wǎng)絡。POL 全光局域網(wǎng)實現(xiàn)了智慧園區(qū)網(wǎng)絡的高速互聯(lián)、穩(wěn)定可靠、便捷管理、安全可控的新發(fā)展需求，在不改變現(xiàn)有業(yè)務規(guī)劃和用戶終端網(wǎng)絡連接方式的基礎上，為智慧園區(qū)網(wǎng)絡提供了一個完美的解決方案。