無源 POL 網絡在科研園區的應用

田 苗 （上海市建設工程設計文件審查管理事務中心， 上海 200032）

隨著國內外環境的變化，高新技術的發展變成了各國綜合國力競爭的重要一環。為了實現“科教興國、科技強國”的戰略，國家采取了多種措施，比如建設以大學群體和高新企業的研究部門為依托的科研園區，利用其高素質人才、前沿技術和高端試驗設備等優勢資源，結合園區的資源整合能力，建設數字化、集成化、智慧化的高新技術孵化基地。科研園區的這個特性，使得決策者需要以全新的戰略思維來規劃園區的網絡建設。這就對科研園區網絡提出了更高的要求，如高寬帶、少延時、多業務、低能耗和帶寬靈活配置等，而這正與近幾年從行業應用下沉到樓宇的 POL （無源全光網）的特點相匹配。結合具體科研園區案例，分享 POL無源光網絡的應用。

1 項目概況

本項目為落實“能源革命國家戰略”的指導，由中科院多家研究院所合作投建的科研辦公園區，由多棟單體共 5 個組團構成，功能分為開放式辦公、各類試驗室、展廳、共享空間、地庫、后勤設備樓等。園區設置集中控制中心 1 處、集中數據中心機房 1 處，各單體樓分設匯聚機房。

目前國外發達國家的大型公共建筑的內部網絡正逐步采用無源光網，國內運營商家庭和企業寬帶業務已經全部采用無源全光網架構，無源全光網的應用也正逐步從行業轉移到樓宇內。本項目正是基于行業應用的轉向，采用 POL 無源全光網（Passive Optical Network）的應用架構。

2 POL 簡介

POL 采用 PON 技術，是一種點到多點結構的無源光網絡，其組成涵蓋 3 部分：OLT（光線路終端）、 ODN（光分配網）、ONU（光網絡單元）。在 POL 組網中傳統 LAN的匯聚交換機被 OLT 替代，水平銅纜被光纖替代，接入交換機由無源的分光器替代，ONU 提供二/三層功能，通過有線或無線接入用戶的數據、語音及視頻等業務。

POL 相較于傳統光電混合網，具有如下特性。

（1）先進性與開放性。采用基于 GPON （千兆無源光網絡）的架構，提供多業務融合的功能，在無須改造網絡的前提下可以平滑升級到 10 G、40 G ，甚至更高，滿足未來帶寬不斷增長的需求。

（2）服務與效率特性。1 根光纖滿足多業務需求。采用分光架構，1 根光纖滿足多用戶端口擴展的要求，ONU提供多端口組合，適應用戶各種使用場景。

（3）穩定與安全特性。使用光纖，避免了電磁干擾和雷電影響，鏈路冗余確保了網絡層次的安全性。

（4）創新性。高度契合國家網絡強國發展戰略，引導“光進銅退”的技術發展方向。

（5）綠色、節能的經濟性。節約銅耗材，一網多業務避免了多網并行，降低網絡能耗。匯聚層交換設備的替換，節約了電力能耗。同時，平滑升級也避免了傳統網絡升級需要更新基礎網絡的不必要浪費。

3 項目需求

3.1 業務需求

作為科研型辦公園區，使用方對整個項目的需求提出了幾點原則性的要求，以打造扁平、便捷、靈活、安全同時極具持續擴展性的園區網絡架構。

（1）綜合采用光纖到樓（FTTB）、光纖到房間（FTTO）和光纖到桌面（FTTD）3 種組合部署方式。

（2）滿足可持續拓展和高兼容性，可以根據新增需求靈活開通業務和配置帶寬。

（3）無線及物聯網設施遍及園區，需要網絡全覆蓋。

（4）科研園區的數據資源極其珍貴，大量的業務接入帶來更高的安全需求。

（5）數據類型眾多，涵蓋視頻、語音、數據、圖像、IPTV（交互式網絡電視）、一卡通、物聯網等多種業務。

（6）高帶寬、高速率。在可以預見的將來，科研園區內海量的 IOT （物聯網）應用數據會持續推高對網絡帶寬的需求。

3.2 帶寬需求

園區內網絡設備終端可以歸納為有線數據上網、IP 語音、遠程視頻會議、無線 WiFi、IPTV、視頻監控、門禁、能源計量系統、樓宇設備控制器 、數字試驗室設備、環境監測、計算機試驗室錄播等類型。相應的 IT 終端對網絡帶寬的要求如表 1 所示。

表1 IT 終端帶寬需求

4 無源 POL 網的架構

4.1 土建弱電設備用房

本園區數據中心機房設置于 C 組團后勤管理樓，物理位置居于園區的中心，中心機房面積為 200 m2，各組團單體設置匯聚機房，各樓層設置弱電間。選用 POL 網絡后，對數據中心機房的設置幾乎沒有影響，但對匯聚機房和樓層弱電間的土建空間要求減少較多。最終匯聚機房與弱電間的設備布置，較常規光電混網系統所需空間減少 50% 以上，主要節約的設備空間是集中設置的光電匯聚設備、接入交換機及相應的銅纜配線架、配電箱。

4.2 網絡架構

就 POL 的多業務共網的特性而言，“一個園區一張網”是最適合的架構方式。結合本項目的“網絡高安全性”的立項要求，最終將科研內網獨立拆分設置，其他 IT 設施系統并網，形成兩套獨立的 POL 網絡體系。① 科研內網：雙核心+雙 OLT+ 一級分光 ODN。② 設備專網：單核心+單OLT+ 一級分光 ODN。

兩套網絡的交換和傳輸設備設置區域梳理如表 2、表 3所示。

表2 科研內網設備設置區域

表3 設備專網設備設置區域

4.3 網絡需求點表

根據本項目的建筑功能布局和智能化系統的設計需求，整理科研內網和設備專網 IT 點位需求表如表 4、表 5 所示。

表4 科研內網 IT 點位需求表（以C組團為例） 單位：個

表5 設備專網 IT 點位需求表 單位：個

4.4 POL 系統圖

根據上文的描述，最終形成 POL 系統圖整合如下：

（1）核心機房設備配置。接入網絡安全設備：路由器、防火墻；管理設備：服務器、維護工作站；主機設備：IP程控電話主機、無線AC控制器；核心交換層設備：熱備雙核心交換機，機框式多業務板卡，雙電源冗余。上行配置4 個萬兆光口，下行配置 12 個萬兆光口+24 個千兆電口。

（2）OLT 配置：雙OLT，每臺上行配置 8×10GE 光口，下行配置 3×16 端口三模 Combo PON 用戶板。光配線架：6 臺 16 口光配架。主干傳輸層：20 組多芯單模萬兆光纖。

（3）匯聚層設備配置：20 臺 16 口光配架。接入層設備配置：6 kVA 區域型 UPS 及配電箱、2:8 分光器和 2:16 分光器組。

（4）終端設備配置：多種類型光終端設備，包含有ONU（8 口千兆數據+4 口電話）、ONU（4 口千兆+2 口電話）ONU（24 口百兆+24 口電話）。

5 預算對比

POL 光網在推行過程中，其中一個重要亮點是經濟性。為簡單驗證經濟性，在本項目設計完成后，為 2 套網絡系統單獨配置光電混合網的設備清單和造價概算，與 POL架構做一對比。單就本項目而言，在參照同一品牌的產品情況下，全光網與傳統光電混網概算比約為 4∶5，即造價減少約 20%，不包含節約土建空間和減少人工施工費用帶來的經濟性。全光網設備配置如表 6 所示，光電混合網設備配置如表 7 所示。

表6 POL方案配置（以 C 組團為例） 單位：個

表7 傳統光電混網方案配置 單位：個

6 結 語

本文通過對一科研辦公園區的項目梳理，總結了 POL無源全光網的設計過程，并從土建配套、造價方面和傳統的光電混合網進行了對比。本項目由于科研院所的固有制度，限制了全光網優勢之一的多業務融合的應用。即便如此，全光網的構建也體現出其應用優勢，隨著無源全光應用的逐漸下沉，樓宇行業的無源光網絡也會越來越普及。目前可見的是園區、校區、酒店、醫療等領域網絡系統的新建或改建；設計也需要結合項目的具體情況嘗試更新的替代方案。