POL 全光網絡加速智慧園區信息化網絡升級

艾 煒

(上海郵電設計咨詢研究院有限公司，上海 200092)

0 引 言

在傳統網絡中，早期主要采用軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）技術，核心思想是將邊緣管理和控制功能上移，集中到集中式設備或軟件。無源光局域網（Passive Optical LAN，POL）全光網絡的設計就符合這種架構。從設計服務提供商的角度來看，已有多個行業和客戶成功部署POL 的案例，表明POL 正處于快速發展階段。

近年來，越來越多的企業開始追求信息化轉型，園區也開始利用信息化和機械化相結合的方式來實現生產力的新突破。這不僅有助于提高效率，提升用戶體驗，還能降低成本。在這樣的背景下，企業就需要全新的數字化基礎設施，而POL 全光網絡能夠在網絡層面為用戶提供解決方案。

1 POL 與LAN 網絡架構的對比分析

POL 繼承了無源光網絡（Passive Optical Network，PON）大帶寬、高可靠性、扁平化升級以及部署簡單等優點，不僅優化了網絡布線，而且網絡架構更加扁平、簡潔。在POL 組網架構的匯聚層，光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）替代了傳統局域網中的匯聚交換機。在接入層中，接入交換機被分光器替代，光纖替換了銅線。光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）具有2 層功能，可以訪問用戶的數據、語音及視頻等業務。

相比之下，LAN 網絡對不同系統都采用3 級交換機的方式進行組網，由于系統和設備繁多，無法統一管理。每個系統都要單獨建設網絡，導致傳統LAN 網絡建設成本高。

POL 可滿足帶寬的平滑升級，支持千兆位的吉比特無源光網絡（Gigabit-Capable Passive Optical Networks，GPON）等。未來可以在同一張網絡上共存和無縫升級，無須更換網絡。POL 的靈活、彈性擴展能力可以保護現有網絡的投資，并實現多種不同業務承載，包括高速數據、語音、視頻監控、云網絡等業務。在POL 網絡中，網絡具備容納各種用戶終端的良好特點。

POL 優化了局域網的基礎布線和網絡結構，優化后的網絡結構更加清晰和簡潔。在這樣的網絡架構下，各種不同的業務都可以通過一張POL 網絡進行接入。通過POL 網絡，用戶可以繼續使用核心交換機、路由器、防火墻等設備來實現3 層網絡和路由能力以及安全防火墻能力。

2 POL 全光網絡優勢分析

2.1 更高的用戶帶寬

隨著園區辦公的信息化和智能化程度不斷加深，業務不斷云化，導致端到云的流量激增。在園區流量結構轉變的驅使下，云端、物聯網、數據分析等新興架構和應用對帶寬都有著更高的要求。全光網絡光纖可以提供更高的帶寬和速率進行平滑升級，延長園區網絡的使用壽命，在保證網絡可用性的同時，也保持了網絡的前瞻性。

2.2 更高的網絡可靠性

隨著園區的業務越來越豐富，園區業務模型和流量逐漸變化，異構網絡種類也隨之增多，整個網絡需要根據業務變化做到靈活分配網絡資源。POL 技術采用在家庭寬帶領域已經廣泛應用的PON 網絡，業務流量集中在OLT 轉發和控制，由ONU 負責末端各類終端接入。同時POL 采用分光器代替交換機，無須配置園區網絡的匯聚節點，使得整張網絡更簡潔，并節省了網絡建設投資，具有更高的網絡可靠性。

2.3 更高的網絡安全性

在POL 全光網絡架構中，OLT 與ONU 設備之間的數據傳輸會采用高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）[1]。每臺ONU 都會向OLT 提供各自的加密密鑰，借助密鑰的實時動態更新和同步，保障園區網絡上下行的數據通信安全。

在POL全光網絡中，如果光纖或者設備出現問題，會自動觸發網絡保護，無須人工干預。這種保護機制支持從OLT 到ONU 全鏈路、全設備的不同層級保護，支持電信級50 ms 倒換。

2.4 更低的升級成本

POL 全光網絡部署簡單，所有設備可即插即用，實現全自動化上線。網絡升級可最大限度地減少線纜的調整，只需在末端增加少量網線，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現網絡升級，大大節省了升級成本。

2.5 更高效的運維管理

相比傳統園區方案，POL 架構簡單。POL 全光網絡為大二層架構，且光纖可傳輸不同速率和協議的數據，輕松實現多網合一。整網只需管理單臺OLT設備，減少中繼設備、弱電機房、空調的使用。在維護方面，終端設備在故障發生后即換即通，有效減輕了運維負擔。此外，無源的分光器替代了大量的有源匯聚層設備，降低了故障產生的可能性。

3 園區場景中2 種組網方式的對比

針對園區場景，文章從施工、運維、技術3 個層面對POL 全光網絡與傳統LAN 組網進行對比[2]。對于不同類型、規模的園區，要根據具體項目的需求來靈活選擇組網方案。

3.1 施工層面

3.1.1 弱電間

在POL 網絡中，只需在弱電間放置一個分光器，大大節省了弱電間的空間。而LAN 組網中，除了需要放置匯聚交換機和接入交換機，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

在POL 網絡下，每個車間、辦公室必須放置弱電箱并配備有源ONU。如果有以太網供電（Power over Ethernet，POE）需求，必須從配電間布放到ONU 設備配電線纜，導致電線纜敷設較長。

3.1.3 組網設計

針對占地面積較大的園區，采用POL 組網方式時設計難度會變大，需要根據園區內部房間數、用戶數、業務類型綜合挑選ONU、光分配網（Optical Distribution Network，ODN）、電源線纜走線路由及方式。而采用LAN 組網的設計難度較小，可以按需設計合適的交換機和數量，并集中在弱電間供電，使整張網絡下的布線設計更加直觀、簡潔[3]。

3.2 運維層面

3.2.1 線纜的維護

LAN 網絡主要采用銅線敷設方式，銅線的敷設和連接更簡單，無須專業人員操作。相比之下，POL組網使用光纖，光纖的敷設和連接必須由專業人員進行。

3.2.2 信息點拓展

在LAN 網絡中，由于主要使用銅線，需要將銅線從弱電間拉到信息點。如果需要擴展更長的距離，則要依據相關設計質量標準規范文件進行操作。而在POL 網絡中，從ONU 引出銅線的工作量較小，操作相對便捷。

3.2.3 設備數量與型號

在LAN 網絡中，交換機和備件較少，管理起來相對方便。而在POL 組網方式下，ONU 負責接入所有種類的終端，因此其數量較多，需要管理的ONU設備和備件也較多，需要投入更多的精力進行管理。從設備的管理投入方面來看，LAN 組網相對節省。

3.2.4 設備配置與維護

在LAN 網絡下，通常可以使用管理軟件來管理整個網絡。這些軟件大多是免費的，同時對操作維護相關人員的要求不高。而在POL 網絡下，為了管理整個網絡，需要使用專用的網絡管理軟件。這些管理軟件需要自行購買，同時對操作維護相關人員的要求較高，需要投入一定的學習成本。

3.2.5 網絡的可靠性

LAN 組網中的網元層次較多且需要提供電源，故障點較多且相對集中。一旦出現故障，對整個網絡的影響會非常大。而POL 組網下的分光器無須提供電源，因此可靠性較高。此外，POL 組網下的ONU設備散布在每個房間和園區的各個區域，物理環境相對復雜，容易出現丟失和損壞的情況。故障和隱患也分散在各個點位，但相對來說影響面較小[4]。

3.3 技術層面

3.3.1 技術來源

LAN 網絡來源于IP 數據業務管理需求多樣化、本地數據交換流量大的園區局域網市場。而POL 網絡則源于運營商接入網市場，面臨著需要管理的用戶數龐大、網絡覆蓋面廣、業務類型繁雜等業務管理需求。

3.3.2 市場生態

由于LAN 網絡存在的時間長遠，銷售渠道成熟，商業模式也比較豐富，匯聚交換機和接入交換機可以多品牌混搭組網。而POL 組網還處于高速發展階段，尚未全面普及，如今的銷售渠道主要是運營商，整體商業模式較為封閉。此外，可選擇的OLT 和ONU廠家數量少，不同廠家的產品混用后網絡性能表現較差。

3.3.3 業務的特性

LAN 網絡以信息點為最小管理單元，業務管理能力強大，網絡開放性好，創新業務支持快，但業務類型單一。相比之下，POL 網絡可以滿足多種類型的業務接入，以客戶為最小管理單元，但在業務管理能力方面稍遜于LAN 網絡。

3.3.4 拓撲結構

LAN 網絡的邏輯拓撲和物理結構具有良好的適應性與拓撲性，網絡整體簡潔又清晰。相比之下，POL 網絡在小型園區的組網方面略占優勢，但在處理大型園區的網絡拓撲時則顯得不夠友好，其網絡物理拓撲和邏輯拓撲的交互性較差。

3.3.5 數據的傳輸

在LAN 網絡下，上下行速率比較對稱，能夠很好地支持橫向數據交互、3 層路由交換傳輸以及2 層單播轉發。而在POL網絡中，上下行速率無法實現對稱。OLT 使用廣播方式發送下行信號，而上行信號則采用時分多址技術。

3.3.6 用戶帶寬

LAN 網絡的每個端口獨享帶寬，利用主干萬兆和桌面千兆的配置，可以輕松滿足用戶千兆的帶寬需求。相比之下，POL 網絡通過分光器將帶寬分配給ONU，支持多種分光比例。在POL 網絡中，ONU 共享帶寬，這意味著隨著分光比例的增大，每個用戶端口分配到的帶寬資源會相應減少。為確保網絡性能的優化，通常需要根據全網的實際運行情況動態調整光路拓撲。

通過結構層面、技術層面以及運維層面的對比，兩種方案各有優劣。智慧園區要綜合考慮業主用戶園區的規模、樓宇內部布局訴求、業務種類與需求以及投資成本等實際情況，結合不同組網方式的優劣對比，選擇更合適自身的組網方案[5]。

4 多場景下的全光網絡解決方案探討

4.1 普教全光網絡

寬帶網絡校校通需要實現智能化全面普及和提速，確保所有校園都能接入互聯網，且帶寬滿足信息化、智能化教學的需求。同時，無線校園和智能化教學設備的應用也需要逐步普及。普教POL 網絡解決方案可以通過一張光纖網絡滿足校園的有線、無線網絡需求。

4.2 政務全光網絡

政務全光網絡解決方案是一種新的辦公、管理和為社會提供公共服務的模式。該方案實現了電子政務內網、外網的兩網全光化，并采用物理隔離方式來提高網絡安全性。

4.3 智能制造全光網絡

隨著互聯網與先進制造業的融合推進，工業企業正在向智能制造產業升級。工業連接作為智能制造的網絡基礎，對于網絡的穩定和安全有著重要的要求。智能制造全光網絡解決方案在繼承PON 大寬帶、扁平架構、業務融合等技術優勢的同時，在安全性、可靠性、環境適應性等方面有所增強，全面適配工業制造現場的連接需求。

4.4 酒店全光網絡

隨著整體酒店行業正加速向提升用戶入住體驗的智慧化酒店轉型計劃邁進，傳統酒店網絡的多網并存問題導致管理復雜，網絡擴展困難，整體網絡建設經費和后期運維成本也較高。為解決這些問題，酒店全光網絡解決方案應運而生。該方案通過一張光接入網實現有線和無線統一覆蓋，可以滿足酒店的高速上網、高清電視、客房控制以及視頻監控等全業務接入需求，提高用戶體驗和管理效率。

4.5 醫院全光網絡

在數據融合和人工智能技術驅動的趨勢下，數字化醫院發展迅速。由于醫院網絡更新周期短，每次網絡更新和樓宇改造項目建設等煩瑣的工程都會直接影響醫院大樓的正常工作。為解決這些問題，醫院可以借助POL 全光網絡來實現整張網絡低成本擴容，大幅降低醫院網絡運維的工作量。

5 結 論

在人才聚集的園區，如果資金和規模允許，應積極應用新技術。POL 使用光纖重構傳統園區網絡，可以滿足高度匹配部署、維護及平滑演進的需求。憑借其一網多業務、綠色環保、經濟高效、簡單靈活以及安全可靠等優勢，高效支撐企業數字化轉型。