工業互聯網產業聯盟：工業PON 2.0白皮書（征求意見稿）(38頁).pdf

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1、 工業 PON 2.0 白皮書 (征求意見稿) 工業互聯網產業聯盟(AII) 2019 年 10 月 聲聲 明明 本報告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數據、觀本報告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數據、觀 點、建議，不構成法律建議，也不應替代律師意見。本報告所有材料點、建議，不構成法律建議，也不應替代律師意見。本報告所有材料 或內容的知識產權歸工業互聯網產業聯盟所有 （注明是引自其他或內容的知識產權歸工業互聯網產業聯盟所有 （注明是引自其他文獻文獻 的內容除外），并受法律保護。如需轉載，需聯系本聯盟并獲得授權的內容除外），并受法律保護。如需轉載，需聯系本聯盟并獲得授權 許

2、可。未經授權許可，任何人不得將報告的全部或部分內容以發布、許可。未經授權許可，任何人不得將報告的全部或部分內容以發布、 轉載、匯編、轉讓、出售等方式使用，不得將報告的全部或部分內容轉載、匯編、轉讓、出售等方式使用，不得將報告的全部或部分內容 通過網絡方式傳播， 不得在任何公開場合使用報告內相關描述及相關通過網絡方式傳播， 不得在任何公開場合使用報告內相關描述及相關 數據圖表。違反上述聲明者，本聯盟將追究其相關法律責任。數據圖表。違反上述聲明者，本聯盟將追究其相關法律責任。 工業互聯網產業聯盟工業互聯網產業聯盟 聯系電話：聯系電話：010-62305887 郵箱： 目 錄 第一章 工業 PON

3、2.0 總體架構 . 1 1.1 工業 PON 2.0 整體思路 . 1 1.1.1. 背景介紹 . 1 1.1.2. 工業 PON 1.0 架構和面臨的主要問題 . 2 1.1.3. 工業 PON 2.0 的定義以及解決的問題 . 3 1.2 工業 PON 2.0 總體架構 . 4 1.2.1. 工業 PON 2.0 系統架構 . 4 1.2.2. 工業 PON 2.0 在工業互聯網體系中的位置 . 5 1.2.3. 工業 PON 2.0 與工業 PON 1.0 之間的關系 . 6 第二章 集成數據采集功能的工業 PON 2.0 網關 . 7 2.1 背景介紹 . 7 2.2 需求分析 .

4、7 2.3 技術要求 . 8 2.4 系統架構解析 . 9 2.5 關鍵技術 . 10 2.5.1. 工業現場協議轉換和兼容 . 10 2.5.2. 開放軟件平臺技術 . 12 第三章 網絡可用性保障 . 12 3.1 保護倒換 . 12 3.2 流氓 ONU 檢測與隔離 . 15 第四章工業 PON 2.0 智能管理平臺 . 16 4.1 技術現狀和背景介紹 . 16 4.2 技術方案 . 17 4.3 系統架構解析 . 19 4.4 關鍵技術 . 20 第五章 典型部署應用場景 . 21 5.1 離散制造行業應用場景 . 21 5.1.1. 場景特點 . 21 5.1.2. 案例介紹 .

5、22 5.2 不同網絡規模的部署應用場景及案例展示 . 25 第六章 演進思路 . 30 前前 言言 推動互聯網與工業融合創新，驅動工業網絡化、數字化、智能化發展，是我 國制造行業未來發展的主流方向，是應對當前發達國家“高端制造回流”與發展 中國家“中低端制造分流”對我國制造行業發展影響的有效方案。 工業互聯網目前已上升為我國“制造強國”的國家戰略， 國務院關于積極 推進“互聯網+”行動的指導意見 、 工業和信息化部關于貫徹落實的行動計劃（2015-2018 年） 等一系 列指導性文件提出要堅持以供給側結構性改革為主線，加快發展數字經濟，推動 實體經濟和數字經濟融合發展，推動互聯網、大數據、人

6、工智能同實體經濟深度 融合，做好信息化和工業化深度融合這篇大文章，推動制造業加速向數字化、網 絡化、智能化發展。旨在推動互聯網與工業融合創新，形成多重優勢疊加，驅動 工業數字化網絡化智能化發展，走具有中國特色的新型工業化道路，建設制造強 國和網絡強國。 無源光網絡（PON）技術目前在公眾客戶接入網中得到了廣泛部署，實現了 我國光纖到戶（FTTH）覆蓋范圍達到世界領先水平，助力公眾客戶的平均接入 帶寬從 100Mbps 向 1Gbps 及更高帶寬邁進?；?PON 技術，結合工業場景業務 和技術特點，工業 PON 是一套全新的安全、可靠、融合、先進的工業網絡綜合 解決方案，是工廠內車間數據采集組

7、網的全新方案。本白皮書將對工業 PON 的總 體架構、與數據采集功能的集成、網絡可用性保障、智能管理平臺、典型應用場 景和演進思路等方面進行闡述。 本文檔由中國電信集團有限公司牽頭， 工業互聯網產業聯盟多家成員單位參 加編寫完成。主要參與單位有：中國信息通信研究院、中興通訊股份有限公司、 華為技術有限公司。目前，已經形成了白皮書的征求意見稿，文中肯定還存在諸 多不足之處，歡迎各位專家學者提出意見，共同促進本白皮書的完善，共謀工業 PON 技術新發展。 工業 PON 2.0 白皮書 1 第一章第一章 工業工業 PON 2.0 總體架構總體架構 1.11.1 工業工業 PONPON 2.02.0

8、整體思路整體思路 1.1.1. 背景介紹背景介紹 中國制造業經過近幾十年的飛速發展，規模已經躍居世界第一。隨著制造業 規模的日趨壯大，傳統的工廠內網絡性能、穩定性、維護成本、業務改造升級等 方面已經逐漸無法跟上制造業本身的發展步伐。同時，工業設備種類繁雜、工業 通信協議格式各異，協議承載和分析的成本巨大，工業企業急需靈活、智能的協 議分析解決方案。隨著智能制造云化、邊緣計算等新興技術方案的興起，如何搭 建一張實現從現場總線到云端平臺的端到端網絡， 實現智能制造所涉及的各類生 產元素之間的互聯互通，是實現智能化的基礎條件。 為實現生產過程中的設備聯網以及全流程的數據采集、流動及智能化生產， 工業

9、互聯網領域的 PON 技術已成為工廠內網絡的一種主要方向。 工業 PON 技術是 采用先進的無源光纖通信技術和工廠自動化融合而構建的一個新興的網絡平臺， 是構建未來工廠智能化的基礎。 工業互聯網 PON 技術可以有效解決智能工廠和數 字車間的通信交流， 構造安全可靠的工廠內網絡， 完成智能制造基礎設備、 工藝、 物流、 人員等各方面基礎信息采集，解決困擾企業的工業協議繁多和異構網絡互 聯問題，實現工業現場協議的靈活轉換和統一格式，同時為企業上云做好基礎網 絡和數據服務。 工業 PON 技術相比傳統以太網交換機技術， 是一套全新的安全、 可靠、 融合、 先進的工業網絡綜合解決方案，是工廠內車間數

10、據采集組網的全新方案。但目前 工業 PON 技術大多數實現方式沿用民用通信的現有成熟技術， 僅僅滿足民用通信 領域的相關技術指標要求， 對于工業場景中高可靠性、 倒換保護、 工業協議轉換、 工業環境指標支持能力等方面特有需求的支持程度仍存在較大差距。 同時，在工業協議轉換方面，工業中各種生產線的協議多達上百種，這些協 議不可能都提前預裝到設備上，工業數據采集網關須以靈活的方式按需升級/安 裝支持各類協議轉換，才能適應各種生產線的快速安裝上線需求。 工業 PON 2.0 白皮書 2 以上背景下，基于現有已在公眾客戶接入網中廣泛應的 PON 技術，本白皮書 文檔將探討研究如何將其應用在工業/制造業

11、，利用廣泛覆蓋的 PON 網絡，為工 業企業提供一張高質量/高可靠/高安全性的通信網絡， 提供各種工業接口和工業 協議對接支持，實現工廠各種工業設備的互聯，以及工廠辦公及和監控網絡的融 合承載，打通工廠生產管理網絡到生產車間/現場網絡之間的屏障，提升全流程 生產效率、 提高質量、 降低成本， 提高生產管理的效率和生產制造的智能化水平， 達到改進行業各環節生產質量、提升行業全流程生產效率、提高全產業鏈協作效 能的戰略目標。 1.1.2. 工業工業 PON 1.0 架構和面臨的主要問題架構和面臨的主要問題 現有的工業 PON1.0 系統，技術方案基于現有公眾接入網的 PON 系統，關鍵 技術指標和

12、業務功能方面，與公眾接入網 PON 系統的相應指標保持基本一致。 工業 PON1.0 系統，主要針對工業場景的需求，在 PON 終端設備用戶側接口 方面提供了對于工業常用接口的支持（例如 RS485 等接口） ；在 PON 設備所能支 持的環境指標參數，例如高低溫范圍、濕度、防塵、供電方式等方面進行了相應 的加強和改進；同時針對工業組網特點，提供了類環形手拉手保護等組網方式。 但是，原有的工業 PON1.0 系統技術方案基本沿用運營商大網的 PON 系統設 計，關鍵技術指標和業務功能基本一致；雖然針對工業場景，增加了一些常用接 口， 優化了環境參數和保護方式，但與主流數據采集和協議轉換設備仍然

13、相互獨 立，基本上還是兩套獨立的系統：PON 系統提供底層網絡承載，數據采集和協議 轉換設備提供工業數據采集/協議網關。示意如下： 工業 PON 2.0 白皮書 3 圖 1.1 工業 PON 1.0 的組網示意圖 1.1.3. 工業工業 PON 2.0 的定義以及解決的問題的定義以及解決的問題 針對現有工業 PON1.0 系統存在的不足， 中國電信聯合國內主流 PON 設備廠 商，面向工業制造業企業網絡升級演進的實際需求，提出了工業 PON2.0 的概念 和整體系統架構。 工業 PON2.0 的核心理念，是提供一套滿足工業場景指標需求、提供工業協 議采集轉換開放平臺的工廠內網絡連接綜合解決方案

14、，滿足各種行業、各類規模 企業的網絡應用需求。 在工業 PON 局端設備 OLT 側，提供完備的保護倒換功能，提供高可靠性的 業務能力。 在工業 PON 終端側，提升環境指標、保護倒換、工業協議靈活轉換等工業 場景下特有的性能，滿足工業場景性能需求。研制開放性的協議轉換網關平臺， 整合現有協議轉換和處理技術，實現協議靈活轉換功能，和現有車間數據采集網 關實現融合，減少網絡層級和復雜度，降低協議轉換的實現成本。 工業 PON 2.0 白皮書 4 云平臺側，配合相應的工業云平臺，實現工業 PON 數采終端與工業云平臺 的有效整合，在平臺測實現對工業數據的解析計算和協議轉換等功能。 圖 1.2 工業

15、 PON 1.0 向工業 PON 2.0 的演進和能力提升 1.21.2 工業工業 PONPON 2.02.0 總體架構總體架構 1.2.1. 工業工業 PON 2.0 系統架構系統架構 工業 PON 接入網關(ONU)實現多種工業設備、傳感器的接入,通過工業 PON 網絡實現多種設備通信數據和協議的接入和傳輸， 匯聚設備 OLT 將工業數據匯聚 并傳送到云平臺應用層。 工業 PON2.0 網關采用配置/腳本/非標協議學習三種方式，通過兩類 ONU 實 現對數百種標準/非標準工業協議和信號的隨需加載/轉換，減少了網絡層級和復 雜度，降低了協議轉換成本；能更好匹配各行業數據采集/流程生產/離散生

16、產的 快速需求。 工業 PON 2.0 白皮書 5 圖 1.3 工業 PON2.0 架構圖 1.2.2. 工業工業 PON 2.0 在工業互聯網體系中的位置在工業互聯網體系中的位置 工業 PON 2.0 設備在工業互聯網體系架構中處于車間級網絡位置， 通過工業 級接入網關（ONU）設備實現光網絡到設備層的連接，通過光分配網絡實現工業 設備數據、生產數據等到匯聚網關（OLT）的集中，最終通過匯聚網關（OLT）與 企業IT網絡的對接， 從而實現企業OT和IT融合組網及工業數據的可靠有效傳輸。 工業 PON 2.0 白皮書 6 圖 1.4 工業 PON2.0 在工業互聯網體系中的位置 1.2.3.

17、工業工業 PON 2.0 與工業與工業 PON 1.0 之間的關系之間的關系 工業 PON2.0 相比工業 PON1.0，在系統組成、功能實現等方面有了長足的改 進和提高，更加契合廣大制造業企業對于工廠內有線網絡的應用需求。 但是，上述兩者之間并不是產品取代和替換的關系，由于工業行業眾多，應 用場景和功能實現需求繁多，同時企業規模和信息化需求存在較大差異，目前沒 有一種單獨的工業 PON 解決方案可以滿足所有工業企業的需求。因此，工業 PON2.0 和工業 PON1.0 的產品，在未來很長一段時間內，都是共存和按需部署的 關系。 工業 PON 2.0 白皮書 7 第第二章二章 集成數據采集功能

18、的工業集成數據采集功能的工業 PON 2.0 網關網關 2.12.1 背景介紹背景介紹 當前，工業 PON 接入網關（ONU）設備與現有的工業數據采集網關為獨立 的兩套系統，造成數據采集和網絡承載分離。同時，由于工業現場總線的國際標 準繁多，協議互不兼容，工業領域缺乏一套能夠兼容、轉換多種協議和數據建模 分析的綜合性解決方案，無法低成本靈活實現對傳統工業設備的信息化改造。 因此，有必要研究一套基于開放式平臺的，支持多種工業協議，同時與工廠 內網絡系統實現有效整合的工業數據采集和轉換系統。 工業 PON2.0 系統中，接入網關（ONU）作為開放平臺，配置多種嵌入式數 據采集功能，包括 OPC 數

19、據采集、數據處理等，支持網關與 PLC、生產管理系 統、生產裝備的通信。同時，ONU 支持集成開源或者客戶開定制的工業應用， 進行個性化工業數據采集和轉換處理，并與工業云平臺進行交互。 2.22.2 需求分析需求分析 集成工業數據采集網關的工業 PON2.0 ONU 應用在工業場景，需要解決以 下問題： i.i. 連接性需求連接性需求 連接是工業網關的基礎。所連接物理對象的多樣性及應用場景的多 樣性， 需要工業網關具備豐富的連接功能， 如各種網絡接口、 網絡協議、 網絡拓撲、網絡部署與配置、網絡管理與維護功能。 ii.ii. 多種工業協互聯議兼容多種工業協互聯議兼容 需要提供對多種工業協議的支

20、持和兼容，工業軟硬件系統本身具有 較強的封閉性和復雜性，不同設備或系統的數據格式、接口協議都不相 同，甚至同一設備同一型號的不同時間出廠的產品所包含的字段數量與 名稱也會有所差異，數據無法相互共享。工業數據采集領域存在 Profibus、Modbus、CAN、LonWorks、HART、Profinet、EthernetIP、 工業 PON 2.0 白皮書 8 Modbus/TCP、EtherCAT 等多種工業協議標準，各種協議標準不統一。 iii.iii. 實時性需求實時性需求 生產線的高速運轉、精密生產和運動控制等場景對數據采集的實時 性要求不斷提高，重要信息需要實時采集和上傳，以滿足生產

21、過程的實 時監控需求。 工業系統不僅要求數據采集速度快，而且要求數據處理速度快，特 別是針對傳感器產生的海量時間序列數據，數據寫入速度達到了百萬數 據點/秒-千萬數據點/秒。而且數據采集模塊還要將實時數據通過有線、 無線網絡實時傳送至系統集成模塊，實現企業業務決策的實時性，也就 是工業 4.0 所強調的基于 “縱向、 橫向、 端到端” 信息集成的快速反應。 2.32.3 技術要求技術要求 基于前文的需求分析，工業 PON 數據采集網關需具備如下能力：工業級的 環境適應能力、強大的工業接口接入能力、多種工業協議處理、本地智能的網關 設備，同時還要支持傳統的路由器功能，用以滿足更多的應用場景，提供

22、靈活、 智能化的管理手段。 i. 工業級的環境適應能力，可在惡劣的工業環境下長期穩定工作，具 備自然散熱式，寬溫域、低功耗、靜音設計、高防護等級等特點， 并應符合工業相關標準。 ii. 強大的工業接口接入能力。支持多種工業標準的物理接口，如 GE/FE/RS232/RS485/DI/DO/CAN 等。 iii. 開放平臺能力，設備支持集成開源或者客戶開發的應用，以擴展設 備功能。即工業數采網關設備作為一個開放平臺，支持客戶開發和 部署自己的應用。 iv. 具備二次開發能力，用戶可以根據場景選擇對應的款型，開發部署 自己的應用，采集終端數據進行處理，并與業務平臺進行交互。 v. 具備對下(自動化

23、系統)協議解析能力(通訊協議： Modbus、 PPI、 MPI、 CNC 等;總線協議： CAN、 Profibus 等;工業無線協議： WirelessHart、 433 等)。 工業 PON 2.0 白皮書 9 vi. 通過工業 PON 具備對上(工業云平臺或應用系統)的協議對接能力和 網絡通訊能力。 2. 2.4 4 系統架構解析系統架構解析 集成數據采集功能的工業 PON2.0 網關，其特征為，硬件層面平臺化和模塊 化，提供豐富的物理接口支持；軟件層面采用開放式平臺架構，業務功能容器化 和 APP 化，按照業務功能將軟件劃分為多個業務 APP，實現快速迭代和部署， 并通過容器技術，將

24、業務軟件與操作系統隔離，提升系統的安全性。 開放平臺的架構如下： 圖 2.1 開放平臺架構示意圖 軟件架構抽象為雙系統：PON 網絡 OS 系統、數據采集功能的容器系統。雙 系統運行在同一個 Linux 內核上，如上圖所示。 PON 網絡 OS 系統實現工業 PON 設備管理、 維護， 各種網絡服務協議支持， 實現路由器網關功能；容器系統提供輕量級的虛擬化，根據客戶需求運行第三方 工業應用程序。 PON 網絡 OS 系統一般基于 PON 設備廠商成熟穩定的 PON OS 系統平臺， 可以實現 PON 層面的所有網絡業務功能，并可以根據工業場景的應用需求，進 行網絡功能定制和擴展。 容器技術，例

25、如 Linux Container（簡稱 LXC） ，是一種內核輕量級的操作系 工業 PON 2.0 白皮書 10 統層虛擬化技術， 主要由 Namespace 和 Cgroup 兩大機制來保證實現。 Namespace 提供隔離機制，保證容器獨立運行；Cgroup 就負責資源管理控制作用，比如進 程組使用 CPU、內存的限制，進程組的優先級控制，進程組的掛起和恢復等。 工業 PON2.0 網關，基于容器技術的開放平臺，運營商和設備廠商提供完善 的開發工具，實現第三方工業應用 APP 的開發以及在容器系統中的運行，具備 業務功能快速開發和迭代的能力。 2. 2.5 5 關鍵技術關鍵技術 2.5

26、.1. 工業現場協議轉換和兼容工業現場協議轉換和兼容 工業現場常用的總線協議包括 Profinet、 Profibus、 CClink、 EthernetIP、 Modbus、 FOCAS 等，需要研究實現協議兼容技術（協議轉換、數據轉換、地址空間重映 射等） ，通過在工業 PON 網絡中實現協議兼容，將不同的網絡和通信協議統一映 射成統一協議，各種網絡和協議之間通過統一協議實現信息的交互, 實現設備和 信息系統的互聯互通。 工業 PON2.0 數據采集網關終端，支持內置 OPC-UA 服務器，MQTT client/server,支持 HTTP 通信及 web server，解析現場總線及實

27、時以太網協議實現 數據采集；最終實現通過協議轉換實現異構通信協議到統一協議的映射，實現工 業現場通信協議的統一，降低設備組網的難度，實現訪問統一性。 工業現場設備種類繁多，接口和總線協議不統一，多數工業現場設備是非標 總線接口和非標總線協議。為了實現設備的互聯互通，實現設備數據采集，通過 協議兼容將不同的網絡和通信協議統一映射成統一協議， 各種網絡和協議之間通 過統一協議實現信息的交互。 協議兼容的過程就是講異種通信協議通過協議轉換、 數據轉換、地址空間重映射等技術手段轉換成統一協議。工業現場常用的總線協 議包括 Profinet、Profibus、CClink、EthernetIP、Modb

28、us、FOCAS 等，后續可以 考慮以統一協議實現承載（OPC-UA 協議或者 FDT 等協議） 。 工業 PON 2.0 白皮書 11 圖 2.2 工業現場協議兼容性 協議兼容技術由協議轉換、數據轉換、地址空間重映射等技術組成，可以支 持工業現場常用的總線協議， 適應各種工業設備信息傳送和交互以及各種專用控 制系統應用場合的要求。 協議兼容技術具有以下優點： 通過協議轉換實現了通信協議到統一協議的映 射，實現了工業現場通信協議的統一，降低了設備組網的難度，實現了訪問的統 一性。 采用 FDT/ DTM 技術，通過主機系統訪問設備時，類似于現在通過操作系 統訪問辦公室的打印機的原理，需要通過在

29、操作系統(FDT)上安裝打印機驅動 (DTM)的方式 進行訪問， 這種訪問不受打印機接口(各種現場總線通訊協議)的限 制。FDT 的核心特點是它不依賴于任何通訊協議以及主機系統或現場設備的軟 件環境。FDT 使得主機系統通過協議來訪問設備時，對主機，協議和設備的類 型都沒有限制。 通過 OPC UA 提供了一致、完整的地址空間和服務模型，解決了過去同一 系統的信息不能以統一方式被訪問的問題。 較高的通信性能， 統一協議基于 OPC UA 消息的編碼格式可以是 XML 文本格式或二進制格式，也可使用多種傳輸協 議進行傳輸，比如：TCP 和通過 HTTP 的網絡服務。較高的可靠性、冗余性，統 一協

30、議基于 OPC UA 的調試的逾時設置，錯誤發現和自動糾正等特征，同時基 于標準冗余模型的應用也使得來自不同廠商的軟件應用可以彼此兼容。 較高的安 全性，統一協議基于 OPC UA 的標準安全模型，應用程序之間傳遞消息的底層 通信技術提供了加密功能和標記技術， 保證了消息的完整性， 也防止信息的泄漏。 平臺無關性， 基于 Internet 的 WebService 服務架構 (SOA) 和非常靈活的數據交 換系統，保障軟件的開發不依靠和局限于任何特定的操作平臺。 參考工業互聯網體系架構： 協議兼容技術在工業互聯網體系架構中處于產業 協 議 兼 容 通信協議通信協議: :（Profinet/Pr

31、ofibus/CClink/EthernetIP/Modbus/FOCAS等） 統一協議統一協議: :（符合OPC UA統一規范或者FDT規范） 協議轉換，數據轉換，地址空間重映射 工業 PON 2.0 白皮書 12 數據采集交換位置，通過總線協議將設備數據、生產信息和環境數據等采集，然 后通過統一協議為數據集成處理提供接口，通過協議兼容技術的應用，實現設備 和信息系統的互聯互通。 2.5.2. 開放軟件平臺技術開放軟件平臺技術 工業 PON2.0 提供開放的軟硬件平臺架構，通過容器和應用分離技術賦能多 廠商協同實現工業協議轉換，實現工業現場協議轉換功能，完成異構通信協議到 統一協議的映射 接

32、入網關(ONU)軟件由平臺軟件和應用軟件組成。 平臺軟件支持容器功能和 應用軟件管理功能。平臺容器提供軟件支撐環境，應用軟件（插件）實現協議轉 換及其它工業數據處理及分析功能， 支持多個廠家協同實現特定協議到統一協議 的轉換或多種協議互轉。 開放軟件平臺可為第三方應用提供運行空間和所需的運行資源， 并提供統一 的 API 接口，屏蔽不同硬件的差異，保證第三方應用的跨硬件可用性。 開放軟件平臺的主要實現技術為容器技術，可提供一個盡可能接近標準 Linux 安裝環境但不需要單獨內核，相比單獨虛擬機開銷極低，同時又能提供容 器(及容器內的應用)與主機之間的隔離、進程隔離、資源約束，約束運營于容器 中

33、的第三方應用的資源使用情況，監控其異常資源占用情況，提升開放平臺的高 可靠性。 第三第三章章 網絡可用性保障網絡可用性保障 為滿足工業應用場景中的高業務可用性要求，工業 PON2.0 系統在 ODN 保 護倒換，以及流氓 ONU 檢測隔離等方面進行了針對性功能增強和提升。 3.1 3.1 保護倒換保護倒換 PON 技術具備多種等級的保護倒換方案，可以在一路 ODN 網絡或者 PON 設備端口發生故障導致網絡中斷時，快速進行主備鏈路切換和業務恢復，保證工 工業 PON 2.0 白皮書 13 業場景對于系統高可靠性的要求。 工業場景中， PON 光鏈路保護的典型解決方案可以采用 TYPE D 方式

34、 （OLT 雙 PON 口，ONU 雙 PON 口，主干光纖、光分路器和配線光纖均雙路冗余） 。具 體實現方式包括 OLT 同一 PON 板內同一 PON MAC 芯片 （一個 PON MAC 芯片 支持多個 PON 口的情況下） 、 同一 PON 板內不同 PON MAC 芯片和 PON 板間的 PON 口保護等三種。這種方式支持不同的 ONU 分別工作于 OLT 的主用和備用 PON 接口。 對于 PON 的局端 OLT 設備，主、備用的 OLT PON 端口均處于工作狀態。 OLT 應保證主用 PON 端口的業務信息能夠同步備份到備用 PON 端口， 使得保護 倒換過程中，備用 PON

35、端口能維持 ONU 的業務屬性不變； 對于 ODN 網絡中的光分路器，采用 2 個 1:N 光分路器，可以滿足 TYPE D 保護的部署要求； 對于 PON 的終端 ONU 設備，如果需要提供對 TYPE D 保護的支持，ONU 需要配備 2 個獨立的 PON 口（分別包含 PON MAC 芯片和光模塊等）且分別注 冊到 OLT 的兩個 PON 接口上。ONU 的兩個 PON 口工作于一主一備狀態（熱備 份） 。 PON口 口 1口 PON口 口 2口 . OLT ONU1 ONU N 1:N口 口 口 口 1:N口 口 口 口 口 口 口PON MAC PON口 口 1口 口 口 口PON

36、MAC PON口 口 2口 口 口 口PON MAC PON口 口 1口 口 口 口PON MAC PON口 口 2口 . . 圖 3.1 TYPE D 保護倒換示意圖 在工業場景中，基于非等分分光器架構的手拉手保護倒換方式，也是一種可 選的技術方案，可以滿足大部分場景的可靠性需求。 工業 PON 2.0 白皮書 14 圖 3.2 典型的工業 PON 手拉手雙冗余保護倒換方案 在工業應用中， 一些應用場景要求更高性能的抗單點故障能力， 這種情況下, 通過引入一些新技術，例如基于雙波長組四纖樹的技術，可以提供達到 5 個 9 或更高的運行可靠性，多達三點故障時仍不影響業務正常運行。一種典型的雙波

37、 長組四纖樹組網方案圖如下所示： 圖 3.3 工業雙波長 PON 手拉手保護的鏈型組網示意圖 工業 PON 2.0 白皮書 15 3.23.2 流氓流氓 ONUONU 檢測與隔離檢測與隔離 流氓 ONU 是指光發射機發生故障的 ONU，這種情況下，ONU 的上行信號 不遵從 PON 系統中預先分配的時隙進行發送，干擾其他同一網絡中的 ONU 設 備，導致整個 PON 系統的上行數據傳輸發生故障。 為減少流氓 ONU 對 PON 網絡的影響， 需要從幾方面入手， 首先是提升 ONU 自身在惡劣環境下防護能力，增加流氓 ONU 自律功能，同時在故障發生時通過 冗余設計保證業務不中斷，并利用大數據提

38、供故障預判能力。 i.i. 增強增強 ONUONU 自律功能自律功能 ONU 實時檢測光模塊發光狀態，與 MAC 芯片發光使能信號進行對比，異 常情況下自動關閉光器件發光電源。進一步增強容錯功能。 ii.ii. ONUONU 關鍵器件關鍵器件 IP68IP68 防水等級防水等級 在部分惡劣情況下，如 ONU 進水，或者水汽侵蝕，導致硬件故障觸發流 氓 ONU， 對關鍵器件和模塊實施 IP68 防水等級， 可以有效減少流氓 ONU 故障觸發概率。 iii.iii. 多路徑綁定多路徑綁定 雙波長組四纖樹實現流量以 4 個獨立路徑上行到 1 或 4 個 OLT，當出 現 PON 口流氓 ONU 故障

39、時業務切換到其它的正常路徑， 保證業務高可用 性。 iv.iv. O OLTLT 高效檢測隔離高效檢測隔離 針對各種流氓 ONU 故障模型優化流氓 ONU 檢測功能，支持長發光檢測， 隨機發光檢測，使出現故障快速檢測和排查。 v.v. A AI+I+大數據分析預判與檢測大數據分析預判與檢測 基于 AI+大數據分析預判與檢測隨機發光流氓 ONU，采集 ONU 光模塊關 鍵信息，線路誤碼數據，狀態變化事件等實時狀態信息，通過大數據或 機器學習等方法， 分析終端行為模式和數據相關性， 實現 ONU 故障預判 及流氓 ONU 輔助檢測功能。 工業 PON 2.0 白皮書 16 第第四四章章工業工業 PONPON 2.02.0 智能管理平臺智能管理平臺 4 4.