POL 全光網(wǎng)絡(luò)加速智慧園區(qū)信息化網(wǎng)絡(luò)升級(jí)

艾 煒

(上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司，上海 200092)

0 引 言

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，早期主要采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）技術(shù)，核心思想是將邊緣管理和控制功能上移，集中到集中式設(shè)備或軟件。無(wú)源光局域網(wǎng)（Passive Optical LAN，POL）全光網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)就符合這種架構(gòu)。從設(shè)計(jì)服務(wù)提供商的角度來(lái)看，已有多個(gè)行業(yè)和客戶成功部署POL 的案例，表明POL 正處于快速發(fā)展階段。

近年來(lái)，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始追求信息化轉(zhuǎn)型，園區(qū)也開(kāi)始利用信息化和機(jī)械化相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的新突破。這不僅有助于提高效率，提升用戶體驗(yàn)，還能降低成本。在這樣的背景下，企業(yè)就需要全新的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，而POL 全光網(wǎng)絡(luò)能夠在網(wǎng)絡(luò)層面為用戶提供解決方案。

1 POL 與LAN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的對(duì)比分析

POL 繼承了無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）大帶寬、高可靠性、扁平化升級(jí)以及部署簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，不僅優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)布線，而且網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平、簡(jiǎn)潔。在POL 組網(wǎng)架構(gòu)的匯聚層，光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）替代了傳統(tǒng)局域網(wǎng)中的匯聚交換機(jī)。在接入層中，接入交換機(jī)被分光器替代，光纖替換了銅線。光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）具有2 層功能，可以訪問(wèn)用戶的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音及視頻等業(yè)務(wù)。

相比之下，LAN 網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同系統(tǒng)都采用3 級(jí)交換機(jī)的方式進(jìn)行組網(wǎng)，由于系統(tǒng)和設(shè)備繁多，無(wú)法統(tǒng)一管理。每個(gè)系統(tǒng)都要單獨(dú)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致傳統(tǒng)LAN 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本高。

POL 可滿足帶寬的平滑升級(jí)，支持千兆位的吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（Gigabit-Capable Passive Optical Networks，GPON）等。未來(lái)可以在同一張網(wǎng)絡(luò)上共存和無(wú)縫升級(jí)，無(wú)須更換網(wǎng)絡(luò)。POL 的靈活、彈性擴(kuò)展能力可以保護(hù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的投資，并實(shí)現(xiàn)多種不同業(yè)務(wù)承載，包括高速數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻監(jiān)控、云網(wǎng)絡(luò)等業(yè)務(wù)。在POL 網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)具備容納各種用戶終端的良好特點(diǎn)。

POL 優(yōu)化了局域網(wǎng)的基礎(chǔ)布線和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加清晰和簡(jiǎn)潔。在這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，各種不同的業(yè)務(wù)都可以通過(guò)一張POL 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入。通過(guò)POL 網(wǎng)絡(luò)，用戶可以繼續(xù)使用核心交換機(jī)、路由器、防火墻等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)3 層網(wǎng)絡(luò)和路由能力以及安全防火墻能力。

2 POL 全光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)分析

2.1 更高的用戶帶寬

隨著園區(qū)辦公的信息化和智能化程度不斷加深，業(yè)務(wù)不斷云化，導(dǎo)致端到云的流量激增。在園區(qū)流量結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的驅(qū)使下，云端、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析等新興架構(gòu)和應(yīng)用對(duì)帶寬都有著更高的要求。全光網(wǎng)絡(luò)光纖可以提供更高的帶寬和速率進(jìn)行平滑升級(jí)，延長(zhǎng)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命，在保證網(wǎng)絡(luò)可用性的同時(shí)，也保持了網(wǎng)絡(luò)的前瞻性。

2.2 更高的網(wǎng)絡(luò)可靠性

隨著園區(qū)的業(yè)務(wù)越來(lái)越豐富，園區(qū)業(yè)務(wù)模型和流量逐漸變化，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)種類也隨之增多，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)業(yè)務(wù)變化做到靈活分配網(wǎng)絡(luò)資源。POL 技術(shù)采用在家庭寬帶領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用的PON 網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)流量集中在OLT 轉(zhuǎn)發(fā)和控制，由ONU 負(fù)責(zé)末端各類終端接入。同時(shí)POL 采用分光器代替交換機(jī)，無(wú)須配置園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn)，使得整張網(wǎng)絡(luò)更簡(jiǎn)潔，并節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，具有更高的網(wǎng)絡(luò)可靠性。

2.3 更高的網(wǎng)絡(luò)安全性

在POL 全光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，OLT 與ONU 設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸會(huì)采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（Advanced Encryption Standard，AES）[1]。每臺(tái)ONU 都會(huì)向OLT 提供各自的加密密鑰，借助密鑰的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新和同步，保障園區(qū)網(wǎng)絡(luò)上下行的數(shù)據(jù)通信安全。

在POL全光網(wǎng)絡(luò)中，如果光纖或者設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，無(wú)須人工干預(yù)。這種保護(hù)機(jī)制支持從OLT 到ONU 全鏈路、全設(shè)備的不同層級(jí)保護(hù)，支持電信級(jí)50 ms 倒換。

2.4 更低的升級(jí)成本

POL 全光網(wǎng)絡(luò)部署簡(jiǎn)單，所有設(shè)備可即插即用，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化上線。網(wǎng)絡(luò)升級(jí)可最大限度地減少線纜的調(diào)整，只需在末端增加少量網(wǎng)線，按需更換更高接口速率的OLT 板卡，甚至只需要更換光模塊就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，大大節(jié)省了升級(jí)成本。

2.5 更高效的運(yùn)維管理

相比傳統(tǒng)園區(qū)方案，POL 架構(gòu)簡(jiǎn)單。POL 全光網(wǎng)絡(luò)為大二層架構(gòu)，且光纖可傳輸不同速率和協(xié)議的數(shù)據(jù)，輕松實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一。整網(wǎng)只需管理單臺(tái)OLT設(shè)備，減少中繼設(shè)備、弱電機(jī)房、空調(diào)的使用。在維護(hù)方面，終端設(shè)備在故障發(fā)生后即換即通，有效減輕了運(yùn)維負(fù)擔(dān)。此外，無(wú)源的分光器替代了大量的有源匯聚層設(shè)備，降低了故障產(chǎn)生的可能性。

3 園區(qū)場(chǎng)景中2 種組網(wǎng)方式的對(duì)比

針對(duì)園區(qū)場(chǎng)景，文章從施工、運(yùn)維、技術(shù)3 個(gè)層面對(duì)POL 全光網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)LAN 組網(wǎng)進(jìn)行對(duì)比[2]。對(duì)于不同類型、規(guī)模的園區(qū)，要根據(jù)具體項(xiàng)目的需求來(lái)靈活選擇組網(wǎng)方案。

3.1 施工層面

3.1.1 弱電間

在POL 網(wǎng)絡(luò)中，只需在弱電間放置一個(gè)分光器，大大節(jié)省了弱電間的空間。而LAN 組網(wǎng)中，除了需要放置匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)，還要配備電源，每層都需要較大的樓宇弱電間。

3.1.2 用戶側(cè)

在POL 網(wǎng)絡(luò)下，每個(gè)車間、辦公室必須放置弱電箱并配備有源ONU。如果有以太網(wǎng)供電（Power over Ethernet，POE）需求，必須從配電間布放到ONU 設(shè)備配電線纜，導(dǎo)致電線纜敷設(shè)較長(zhǎng)。

3.1.3 組網(wǎng)設(shè)計(jì)

針對(duì)占地面積較大的園區(qū)，采用POL 組網(wǎng)方式時(shí)設(shè)計(jì)難度會(huì)變大，需要根據(jù)園區(qū)內(nèi)部房間數(shù)、用戶數(shù)、業(yè)務(wù)類型綜合挑選ONU、光分配網(wǎng)（Optical Distribution Network，ODN）、電源線纜走線路由及方式。而采用LAN 組網(wǎng)的設(shè)計(jì)難度較小，可以按需設(shè)計(jì)合適的交換機(jī)和數(shù)量，并集中在弱電間供電，使整張網(wǎng)絡(luò)下的布線設(shè)計(jì)更加直觀、簡(jiǎn)潔[3]。

3.2 運(yùn)維層面

3.2.1 線纜的維護(hù)

LAN 網(wǎng)絡(luò)主要采用銅線敷設(shè)方式，銅線的敷設(shè)和連接更簡(jiǎn)單，無(wú)須專業(yè)人員操作。相比之下，POL組網(wǎng)使用光纖，光纖的敷設(shè)和連接必須由專業(yè)人員進(jìn)行。

3.2.2 信息點(diǎn)拓展

在LAN 網(wǎng)絡(luò)中，由于主要使用銅線，需要將銅線從弱電間拉到信息點(diǎn)。如果需要擴(kuò)展更長(zhǎng)的距離，則要依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件進(jìn)行操作。而在POL 網(wǎng)絡(luò)中，從ONU 引出銅線的工作量較小，操作相對(duì)便捷。

3.2.3 設(shè)備數(shù)量與型號(hào)

在LAN 網(wǎng)絡(luò)中，交換機(jī)和備件較少，管理起來(lái)相對(duì)方便。而在POL 組網(wǎng)方式下，ONU 負(fù)責(zé)接入所有種類的終端，因此其數(shù)量較多，需要管理的ONU設(shè)備和備件也較多，需要投入更多的精力進(jìn)行管理。從設(shè)備的管理投入方面來(lái)看，LAN 組網(wǎng)相對(duì)節(jié)省。

3.2.4 設(shè)備配置與維護(hù)

在LAN 網(wǎng)絡(luò)下，通?？梢允褂霉芾碥浖?lái)管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這些軟件大多是免費(fèi)的，同時(shí)對(duì)操作維護(hù)相關(guān)人員的要求不高。而在POL 網(wǎng)絡(luò)下，為了管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，需要使用專用的網(wǎng)絡(luò)管理軟件。這些管理軟件需要自行購(gòu)買(mǎi)，同時(shí)對(duì)操作維護(hù)相關(guān)人員的要求較高，需要投入一定的學(xué)習(xí)成本。

3.2.5 網(wǎng)絡(luò)的可靠性

LAN 組網(wǎng)中的網(wǎng)元層次較多且需要提供電源，故障點(diǎn)較多且相對(duì)集中。一旦出現(xiàn)故障，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的影響會(huì)非常大。而POL 組網(wǎng)下的分光器無(wú)須提供電源，因此可靠性較高。此外，POL 組網(wǎng)下的ONU設(shè)備散布在每個(gè)房間和園區(qū)的各個(gè)區(qū)域，物理環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，容易出現(xiàn)丟失和損壞的情況。故障和隱患也分散在各個(gè)點(diǎn)位，但相對(duì)來(lái)說(shuō)影響面較小[4]。

3.3 技術(shù)層面

3.3.1 技術(shù)來(lái)源

LAN 網(wǎng)絡(luò)來(lái)源于IP 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理需求多樣化、本地?cái)?shù)據(jù)交換流量大的園區(qū)局域網(wǎng)市場(chǎng)。而POL 網(wǎng)絡(luò)則源于運(yùn)營(yíng)商接入網(wǎng)市場(chǎng)，面臨著需要管理的用戶數(shù)龐大、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、業(yè)務(wù)類型繁雜等業(yè)務(wù)管理需求。

3.3.2 市場(chǎng)生態(tài)

由于LAN 網(wǎng)絡(luò)存在的時(shí)間長(zhǎng)遠(yuǎn)，銷售渠道成熟，商業(yè)模式也比較豐富，匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)可以多品牌混搭組網(wǎng)。而POL 組網(wǎng)還處于高速發(fā)展階段，尚未全面普及，如今的銷售渠道主要是運(yùn)營(yíng)商，整體商業(yè)模式較為封閉。此外，可選擇的OLT 和ONU廠家數(shù)量少，不同廠家的產(chǎn)品混用后網(wǎng)絡(luò)性能表現(xiàn)較差。

3.3.3 業(yè)務(wù)的特性

LAN 網(wǎng)絡(luò)以信息點(diǎn)為最小管理單元，業(yè)務(wù)管理能力強(qiáng)大，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放性好，創(chuàng)新業(yè)務(wù)支持快，但業(yè)務(wù)類型單一。相比之下，POL 網(wǎng)絡(luò)可以滿足多種類型的業(yè)務(wù)接入，以客戶為最小管理單元，但在業(yè)務(wù)管理能力方面稍遜于LAN 網(wǎng)絡(luò)。

3.3.4 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

LAN 網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)浜臀锢斫Y(jié)構(gòu)具有良好的適應(yīng)性與拓?fù)湫裕W(wǎng)絡(luò)整體簡(jiǎn)潔又清晰。相比之下，POL 網(wǎng)絡(luò)在小型園區(qū)的組網(wǎng)方面略占優(yōu)勢(shì)，但在處理大型園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r(shí)則顯得不夠友好，其網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)涞慕换バ暂^差。

3.3.5 數(shù)據(jù)的傳輸

在LAN 網(wǎng)絡(luò)下，上下行速率比較對(duì)稱，能夠很好地支持橫向數(shù)據(jù)交互、3 層路由交換傳輸以及2 層單播轉(zhuǎn)發(fā)。而在POL網(wǎng)絡(luò)中，上下行速率無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)稱。OLT 使用廣播方式發(fā)送下行信號(hào)，而上行信號(hào)則采用時(shí)分多址技術(shù)。

3.3.6 用戶帶寬

LAN 網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)端口獨(dú)享帶寬，利用主干萬(wàn)兆和桌面千兆的配置，可以輕松滿足用戶千兆的帶寬需求。相比之下，POL 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)分光器將帶寬分配給ONU，支持多種分光比例。在POL 網(wǎng)絡(luò)中，ONU 共享帶寬，這意味著隨著分光比例的增大，每個(gè)用戶端口分配到的帶寬資源會(huì)相應(yīng)減少。為確保網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化，通常需要根據(jù)全網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況動(dòng)態(tài)調(diào)整光路拓?fù)洹?/p>

通過(guò)結(jié)構(gòu)層面、技術(shù)層面以及運(yùn)維層面的對(duì)比，兩種方案各有優(yōu)劣。智慧園區(qū)要綜合考慮業(yè)主用戶園區(qū)的規(guī)模、樓宇內(nèi)部布局訴求、業(yè)務(wù)種類與需求以及投資成本等實(shí)際情況，結(jié)合不同組網(wǎng)方式的優(yōu)劣對(duì)比，選擇更合適自身的組網(wǎng)方案[5]。

4 多場(chǎng)景下的全光網(wǎng)絡(luò)解決方案探討

4.1 普教全光網(wǎng)絡(luò)

寬帶網(wǎng)絡(luò)校校通需要實(shí)現(xiàn)智能化全面普及和提速，確保所有校園都能接入互聯(lián)網(wǎng)，且?guī)挐M足信息化、智能化教學(xué)的需求。同時(shí)，無(wú)線校園和智能化教學(xué)設(shè)備的應(yīng)用也需要逐步普及。普教POL 網(wǎng)絡(luò)解決方案可以通過(guò)一張光纖網(wǎng)絡(luò)滿足校園的有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需求。

4.2 政務(wù)全光網(wǎng)絡(luò)

政務(wù)全光網(wǎng)絡(luò)解決方案是一種新的辦公、管理和為社會(huì)提供公共服務(wù)的模式。該方案實(shí)現(xiàn)了電子政務(wù)內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)的兩網(wǎng)全光化，并采用物理隔離方式來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)安全性。

4.3 智能制造全光網(wǎng)絡(luò)

隨著互聯(lián)網(wǎng)與先進(jìn)制造業(yè)的融合推進(jìn)，工業(yè)企業(yè)正在向智能制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)。工業(yè)連接作為智能制造的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和安全有著重要的要求。智能制造全光網(wǎng)絡(luò)解決方案在繼承PON 大寬帶、扁平架構(gòu)、業(yè)務(wù)融合等技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，在安全性、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性等方面有所增強(qiáng)，全面適配工業(yè)制造現(xiàn)場(chǎng)的連接需求。

4.4 酒店全光網(wǎng)絡(luò)

隨著整體酒店行業(yè)正加速向提升用戶入住體驗(yàn)的智慧化酒店轉(zhuǎn)型計(jì)劃邁進(jìn)，傳統(tǒng)酒店網(wǎng)絡(luò)的多網(wǎng)并存問(wèn)題導(dǎo)致管理復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展困難，整體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)經(jīng)費(fèi)和后期運(yùn)維成本也較高。為解決這些問(wèn)題，酒店全光網(wǎng)絡(luò)解決方案應(yīng)運(yùn)而生。該方案通過(guò)一張光接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有線和無(wú)線統(tǒng)一覆蓋，可以滿足酒店的高速上網(wǎng)、高清電視、客房控制以及視頻監(jiān)控等全業(yè)務(wù)接入需求，提高用戶體驗(yàn)和管理效率。

4.5 醫(yī)院全光網(wǎng)絡(luò)

在數(shù)據(jù)融合和人工智能技術(shù)驅(qū)動(dòng)的趨勢(shì)下，數(shù)字化醫(yī)院發(fā)展迅速。由于醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)更新周期短，每次網(wǎng)絡(luò)更新和樓宇改造項(xiàng)目建設(shè)等煩瑣的工程都會(huì)直接影響醫(yī)院大樓的正常工作。為解決這些問(wèn)題，醫(yī)院可以借助POL 全光網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)整張網(wǎng)絡(luò)低成本擴(kuò)容，大幅降低醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的工作量。

5 結(jié) 論

在人才聚集的園區(qū)，如果資金和規(guī)模允許，應(yīng)積極應(yīng)用新技術(shù)。POL 使用光纖重構(gòu)傳統(tǒng)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，可以滿足高度匹配部署、維護(hù)及平滑演進(jìn)的需求。憑借其一網(wǎng)多業(yè)務(wù)、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效、簡(jiǎn)單靈活以及安全可靠等優(yōu)勢(shì)，高效支撐企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。