POL无源光局域网方案在建筑智能化中的应用

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POL无源光局域网方案在建筑智能化中的应用

一、什么是无源光纤局域网POL
无源光纤局域网POL（Passive Optical LAN）是基于PON/10G PON的技术，依托无源光纤ODN(Optical Distribution Network)网络，实现光纤到末端的解决方案。
POL继承了PON网络大带宽、高可靠性、扁平化、易部署、易管理等优点。
PON是一种新兴的宽带接入技术，它通过单一的光纤接入系统，实现数据、语音及视频的综合业务接入，并具有良好的性价比。
二、PON及FTTX的应用发展
无源光网络（PON）从2005年起开始在FTTH中广泛应用。
住房城乡建设部于2012年发布国家标准《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范》GB 50846-2012，要求新建住宅建筑必须采用光纤到户方式建设。
《综合布线系统工程设计规范》GB 50311-2016中明确了光纤到用户单元的做法。
2017年《国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的引导意见》中明确指出，支撑工业企业采用无源光网络（PON）等技术实施工业企业内网改造，加快工业互联网在工业现场的应用。
2017年山东省建筑电气与智能化学会举办的《智能建筑行业新标准新技术发展论坛》中，HUAWEI和诺基亚贝尔先容了POL无源光网络解决方案和建筑智能化中的应用。
在所有已知的FTTx实现技术中，无源光网络（Passive Optical Network，PON）技术以光纤为传输媒质，具备高接入带宽、全程无源分光传输的特点，在管理运维、带宽性能、综合业务提供、带宽分配策略、组网灵活性、建设成本等方面，相比其他光接入技术具有明显的优势。近几年POL解决方案应用在校园、酒店、办公、大型企业园区等的案例越来越多。
三、POL方案是网络流量模型改变的需要
在网络规划过程中，需要根据业务需求和应用需求来计算各个信息流量的大小，并根据通信模式、通信边界的分析，确定不同信息流在网络的不同区域和区域边界上的分布情况。
对于较为简单的网络，不需要进行复杂的通信流量分析，仅采用一些简单的方法就可以确定通信流量，例如80/20规则等。但是对于复杂的网络，仍必须进行复杂的通信流量分布分析。
80/20规则是一种设计思路，通过这种方式可以限制用户的不合理需求，是最优化地使用网络骨干和使用昂贵的广域网连接的一种行之有效的方法。80/20规则适用于内部交流较多、外部访问相对较少、网络较为简单、不存在特殊应用的网络或网段。
随着互联网络的发展，出现了另外一种通信情况，即网段内部用户之间相互访问较少，大多数通信都是对网段外部资源的访问。例如小区内计算机用户形成的局域网络，大型企业用于实现远程协同工作的工作组网络等。对于这种情况，可以采用20/80规则。20/80规则根据用户和应用需求的统计数据产生网段内的通信总量大小，并认为总量的20%是在网段内部的流量，而80%是网段外部的流量。
POL方案将传统的核心-汇聚-接入三层架构变为二层架构，取消了汇聚层，使网络架构更加简单、扁平化，适应了当前网络流量模型变化的需要。
四、如何部署POL方案
1、PON设备的网络规划- OLT的部署。xPON建设初期，宜采用集中设置，在传输汇聚节点设置OLT节点覆盖一定区域内的零散用户。在xPON应用成熟期，宜采用分散设置的原则，将OLT设置在条件较好的有线接入或无线接入点机房，逐步向接入网接入和无线接入点相统一进行过渡，充分实现基础资源的综合利用。采用大容量的OLT设备，充分利用光接入的距离优势，减少局所，降低维护成本。
2、PON设备的网络规划-分光器的部署。分光器分光：目前PON可以采取两级分光方式来保证部署的灵活和端口的充分利用；当用户渗透率提高时，将二级分光调整为一级分光；就目前接入PON网络宜采用一级分光，尽量不超过两级分光。用户规模较小时，分光器应集中设置；用户规模较大时，分光器可适当分散设置，以便尽量靠近用户。分光器布放位置：分光器可以根据工程的实际情况布放在交接箱、小区机房、楼道和弱电井等地方。
3、PON设备的网络规划- ONU的部署。建设PON网络实现接入网/FTTB时，宜尽量选用内置语音模块的设备实现综合业务接入。ONU应根据FTTx网络的应用模式、业务需求进行设置。对于办公应用，可将ONU设置在用户终端智能盒内提供保护，或者放置于桌面(采用光纤信息插座)。对于FTTB应用，可选择将ONU设置在弱电间机柜、走廊壁挂机柜、室外光交接箱等不同位置集中放置。
4、PON设备的网络规划-网管。通过网管系统，可以对整个网络进行集中管理。
五、POL遇到的阻力
POL网络的推广并不是一帆风顺，一大难点就是企业的惯性思维，已经习惯了传统网络的企业，在没有更多业务诉求的情况下，缺乏主动求变的动力。
甚至于，某些集成商对POL组网与交换机组网的进行比较，罗列了一些的所谓的优缺点，见下表：
项目        GPON组网        交换机组网        实际
1、用户带宽        GPON（下行带宽2.5G、上行带宽1.25G），考虑到其共享带宽资源的特性，使得平均下行、上行带宽进一步降低，以1:32分光计算，平均带宽分别仅有78Mbps和29Mbps。        交换机组网独占带宽的特性，可轻松实现用户对于平均下行、上行带宽达到1Gbps的要求。        这个计算出的最小保障带宽，实际上GPON采用DBA（动态带宽分配）策略，可以提高PON端口的上行线路带宽利用率。
2、技术演进        10G PON（下行10G，上行2.5G）：初期
40G PON（下行40G，上行10G）：还未成熟
        10GE接入交换机：已成熟部署
单端口40G、100G已成熟部署
        目前，10GPON技术已开始商业应用。40G速率代表的TWDM-PON技术已基本具备标准系列的制高点，为人们日益增长的带宽需求做好了现阶段适配和未来的技术储备。
3、灵活性        GPON组网（同一个分光器）下每个ONU将分配到相同的最大带宽，但在企业园区的实际应用中，不同用户的带宽需求通常是不一样的，而且经常需要灵活调整。        交换机组网中用户之间是相互独立，因此可以通过动态下发规则，对用户分配不同的带宽及权限。        GPON采用DBA（动态带宽分配）策略，可以提高PON端口的上行线路带宽利用率；低端交换机不支撑带宽分配。
4、扩展性        GPON部署时，对每一个用户的距离和带宽都要做好预测，预测过度则造成浪费（直接导致每用户成本增加）；预测太少，后期扩容成本很高。比如一旦决定采用1:4和1:8级分光后，如果用户超过32，则需要重新分光，还需要考虑光损耗等等因素，网络规划非常复杂。
        交换机端口不够时，可以通过级联或者堆叠方式进行方便扩容。        GPON可以提高光纤的利用率，分光器是无源的，部署时会考虑一定的容量，不会增加很多成本，反而更加灵活。
5、可靠性        GPON的网络拓扑通常为星型拓扑，一旦其中某个核心组件（OLT、ODN等）出现问题，就会导致整个网络瘫痪。虽然目前GPON也有冗余组网技术，但需要购置两台OLT设备，成本就会显著提升        基于以太网的交换机组网可方便的进行环形或者双归组网来提升网络的可靠性；也可采用堆叠技术，既方便了管理，又提高了业务可靠性和可扩展性。        中间的弱电井或弱电柜中放无源分光器即可，故障概率降低很多，相比较在楼道设置弱电间放交换机，分光器可靠性高很多
6、维护性        GPON的分光器由于是无源设备，远程故障检测和定位比较困难，并且只能派遣人员到现场进行维护。        而交换机组网不仅支撑Ethernet OAM、MPLS OAM、NQA等多种OAM故障检测和故障定位手段。        GPON主要采用光时域反射仪（opticaltime-domainreflectometer;OTDR），前有外置OTDR、内置OTDR板卡及光模块内置OTDR三种实现技术，
7、网络管理        PON组网中，PON设备有一套网管，其他网络设备有一套网管，很难实现统一管理；        相比之下，交换机组网则可轻松实现网络设备的统一管理。        GPON设备支撑网管，运营商大量的GPON设备都是统一网管进行管理的。
8、互通性        不同品牌的OLT和ONU/ONT基本不能实现对接        而交换机组网则有着成熟的标准协议，不同品牌的交换机可以实现较完美的对接。        通信行业标准《接入网技术要求 吉比特的无源光网络（GPON）系统互通性》YD/T2157-2010早已实施。品牌交换机也有自己的私有协议。
9、WLAN        单个房间单独管理胖AP模式。无法漫游，所有网络必须配置二层互通才能满足普通上网需求。单一设备各自单一管理，维护成本高。        WLAN，所有房间统一管理瘦AP模式。 各种认证可满足不同场景安全需求。统一管理，维护成本低。
        通过GPON承载WLAN网络热点接入的新技术已成为目前运营商主流选择。
10、安全性        GPON下行采用广播方式，所有的ONU都会收到相互之间的报文。
所有用户共享一个上行的OLT，最糟糕的情况会导致一个ONU用户可能会影响其他63个ONU的业务。
        用户之间互相隔离。
支撑多种认证方式，确保用户接入安全
        相反，接入系统的ONU必须注册，ONU数据传输是加密的。
新生事物出现时总会遇到一些阻力，但是任何阻力也不能阻挡它蓬勃的生机。传统电信业务与商业模式衰落之势已无法扭转，转型成为必然的抉择；随着铜缆价格大幅上涨，继续使用铜原料增加带宽成本太高，而光纤光缆和光收发模块的价格却逐步降低；·普通的上网业务，包括未来的IPTV对带宽都提出了新的要求，因此带宽的提速成为迫切的要求。同时，业务的融合，包括宽带上网、VOIP等业务促使光纤逐渐成为解决用户需求的必然之选。
六、POL方案的优势
先进性、实用性、安全性、易用性、可靠性、经济性等，这些指标往往是相互矛盾的。
一个满足以上所有指标的网络设计方案，是一个充满矛盾的设计。
作为 一个设计师，应当在满足其中少量几个主要指标后，对其他相互矛盾的指标做出折中处理。
作为一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络，PON网络拓扑一般为固定的星型结构，其中包含了光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、光网络单元ONU（Optical Network Unit）和提供光传输通道的ODN（Optical Distribution Network）三大核心组件。而大家较为熟悉的由以太网交换机构建的企业园区网则一般分为核心、汇聚、接入三层架构，与之相比，PON组网可以通过OLT、ONU替换汇聚和接入层的交换机，从而在逻辑上把汇聚和接入层合并成用户接入层，因此从架构层数上来看，管理应该更为简单。
与此同时，PON网络还借助分光器拥有了不错的扩展能力，可为大型企业园区的建设节省设备、机房等方面的成本；而且得益于无源设备无需取电，没有发热的优势，不用考虑配套的空调制冷设备，从而降低了整体能耗。
1) 相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。PON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省很大。
2) 无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷影片响，极适合在自然条件恶劣的地区使用。
3) PON系统对局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高。
4) 提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。GPON则是高达2.5Gb/s的带宽。
5) 服务范围大。PON作为一种点到多点网络，以一种扇形的结构来节省数据中心的资源，服务大量用户。用户共享局端设备和光纤的方式更是节省了用户投资。
6) 带宽分配灵活，服务质量（QoS）有保证。G/EPON系统对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。
七、        POL方案的应用
        虽然各大运营商都有比较成熟的FTTX方案，但PON在企业园区和智能化建筑领域的应用还刚刚起步。POL就像一块石子，打破了传统网络设备子企业园区和智能化领域的主导地位。POL方案在酒店、学校、医院、交通、商业、金融等各行各业都有了很多案例。
在酒店，每间客房设置ONU，房间内网络、电话、电视、客控等统一接入客房ONU；公共区域的监控、无线覆盖等接入弱电间ONU。
在学校，每间教室设置ONU，教室内班班通、监控、广播、网络等集中接入教室内多媒体箱内的ONU；教师办公室采用光纤到房间或桌面；公共区域和酒店一样ONU设置与弱电间。
在医院，每间诊室设置ONU，诊室内网络、电话、排队叫号等设备统一接入ONU；每个病房和酒店客房医院配置ONU。
其它应用不再一一列举。POL方案如雨后春笋，涌现出爆发趋势。