POL 全光网络加速智慧园区信息化网络升级

艾 炜

(上海邮电设计咨询研究院有限公司，上海 200092)

0 引 言

在传统网络中，早期主要采用软件定义网络（Software Defined Network，SDN）技术，核心思想是将边缘管理和控制功能上移，集中到集中式设备或软件。无源光局域网（Passive Optical LAN，POL）全光网络的设计就符合这种架构。从设计服务提供商的角度来看，已有多个行业和客户成功部署POL 的案例，表明POL 正处于快速发展阶段。

近年来，越来越多的企业开始追求信息化转型，园区也开始利用信息化和机械化相结合的方式来实现生产力的新突破。这不仅有助于提高效率，提升用户体验，还能降低成本。在这样的背景下，企业就需要全新的数字化基础设施，而POL 全光网络能够在网络层面为用户提供解决方案。

1 POL 与LAN 网络架构的对比分析

POL 继承了无源光网络（Passive Optical Network，PON）大带宽、高可靠性、扁平化升级以及部署简单等优点，不仅优化了网络布线，而且网络架构更加扁平、简洁。在POL 组网架构的汇聚层，光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）替代了传统局域网中的汇聚交换机。在接入层中，接入交换机被分光器替代，光纤替换了铜线。光网络单元（Optical Network Unit，ONU）具有2 层功能，可以访问用户的数据、语音及视频等业务。

相比之下，LAN 网络对不同系统都采用3 级交换机的方式进行组网，由于系统和设备繁多，无法统一管理。每个系统都要单独建设网络，导致传统LAN 网络建设成本高。

POL 可满足带宽的平滑升级，支持千兆位的吉比特无源光网络（Gigabit-Capable Passive Optical Networks，GPON）等。未来可以在同一张网络上共存和无缝升级，无须更换网络。POL 的灵活、弹性扩展能力可以保护现有网络的投资，并实现多种不同业务承载，包括高速数据、语音、视频监控、云网络等业务。在POL 网络中，网络具备容纳各种用户终端的良好特点。

POL 优化了局域网的基础布线和网络结构，优化后的网络结构更加清晰和简洁。在这样的网络架构下，各种不同的业务都可以通过一张POL 网络进行接入。通过POL 网络，用户可以继续使用核心交换机、路由器、防火墙等设备来实现3 层网络和路由能力以及安全防火墙能力。

2 POL 全光网络优势分析

2.1 更高的用户带宽

随着园区办公的信息化和智能化程度不断加深，业务不断云化，导致端到云的流量激增。在园区流量结构转变的驱使下，云端、物联网、数据分析等新兴架构和应用对带宽都有着更高的要求。全光网络光纤可以提供更高的带宽和速率进行平滑升级，延长园区网络的使用寿命，在保证网络可用性的同时，也保持了网络的前瞻性。

2.2 更高的网络可靠性

随着园区的业务越来越丰富，园区业务模型和流量逐渐变化，异构网络种类也随之增多，整个网络需要根据业务变化做到灵活分配网络资源。POL 技术采用在家庭宽带领域已经广泛应用的PON 网络，业务流量集中在OLT 转发和控制，由ONU 负责末端各类终端接入。同时POL 采用分光器代替交换机，无须配置园区网络的汇聚节点，使得整张网络更简洁，并节省了网络建设投资，具有更高的网络可靠性。

2.3 更高的网络安全性

在POL 全光网络架构中，OLT 与ONU 设备之间的数据传输会采用高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）[1]。每台ONU 都会向OLT 提供各自的加密密钥，借助密钥的实时动态更新和同步，保障园区网络上下行的数据通信安全。

在POL全光网络中，如果光纤或者设备出现问题，会自动触发网络保护，无须人工干预。这种保护机制支持从OLT 到ONU 全链路、全设备的不同层级保护，支持电信级50 ms 倒换。

2.4 更低的升级成本

POL 全光网络部署简单，所有设备可即插即用，实现全自动化上线。网络升级可最大限度地减少线缆的调整，只需在末端增加少量网线，按需更换更高接口速率的OLT 板卡，甚至只需要更换光模块就可以实现网络升级，大大节省了升级成本。

2.5 更高效的运维管理

相比传统园区方案，POL 架构简单。POL 全光网络为大二层架构，且光纤可传输不同速率和协议的数据，轻松实现多网合一。整网只需管理单台OLT设备，减少中继设备、弱电机房、空调的使用。在维护方面，终端设备在故障发生后即换即通，有效减轻了运维负担。此外，无源的分光器替代了大量的有源汇聚层设备，降低了故障产生的可能性。

3 园区场景中2 种组网方式的对比

针对园区场景，文章从施工、运维、技术3 个层面对POL 全光网络与传统LAN 组网进行对比[2]。对于不同类型、规模的园区，要根据具体项目的需求来灵活选择组网方案。

3.1 施工层面

3.1.1 弱电间

在POL 网络中，只需在弱电间放置一个分光器，大大节省了弱电间的空间。而LAN 组网中，除了需要放置汇聚交换机和接入交换机，还要配备电源，每层都需要较大的楼宇弱电间。

3.1.2 用户侧

在POL 网络下，每个车间、办公室必须放置弱电箱并配备有源ONU。如果有以太网供电（Power over Ethernet，POE）需求，必须从配电间布放到ONU 设备配电线缆，导致电线缆敷设较长。

3.1.3 组网设计

针对占地面积较大的园区，采用POL 组网方式时设计难度会变大，需要根据园区内部房间数、用户数、业务类型综合挑选ONU、光分配网（Optical Distribution Network，ODN）、电源线缆走线路由及方式。而采用LAN 组网的设计难度较小，可以按需设计合适的交换机和数量，并集中在弱电间供电，使整张网络下的布线设计更加直观、简洁[3]。

3.2 运维层面

3.2.1 线缆的维护

LAN 网络主要采用铜线敷设方式，铜线的敷设和连接更简单，无须专业人员操作。相比之下，POL组网使用光纤，光纤的敷设和连接必须由专业人员进行。

3.2.2 信息点拓展

在LAN 网络中，由于主要使用铜线，需要将铜线从弱电间拉到信息点。如果需要扩展更长的距离，则要依据相关设计质量标准规范文件进行操作。而在POL 网络中，从ONU 引出铜线的工作量较小，操作相对便捷。

3.2.3 设备数量与型号

在LAN 网络中，交换机和备件较少，管理起来相对方便。而在POL 组网方式下，ONU 负责接入所有种类的终端，因此其数量较多，需要管理的ONU设备和备件也较多，需要投入更多的精力进行管理。从设备的管理投入方面来看，LAN 组网相对节省。

3.2.4 设备配置与维护

在LAN 网络下，通常可以使用管理软件来管理整个网络。这些软件大多是免费的，同时对操作维护相关人员的要求不高。而在POL 网络下，为了管理整个网络，需要使用专用的网络管理软件。这些管理软件需要自行购买，同时对操作维护相关人员的要求较高，需要投入一定的学习成本。

3.2.5 网络的可靠性

LAN 组网中的网元层次较多且需要提供电源，故障点较多且相对集中。一旦出现故障，对整个网络的影响会非常大。而POL 组网下的分光器无须提供电源，因此可靠性较高。此外，POL 组网下的ONU设备散布在每个房间和园区的各个区域，物理环境相对复杂，容易出现丢失和损坏的情况。故障和隐患也分散在各个点位，但相对来说影响面较小[4]。

3.3 技术层面

3.3.1 技术来源

LAN 网络来源于IP 数据业务管理需求多样化、本地数据交换流量大的园区局域网市场。而POL 网络则源于运营商接入网市场，面临着需要管理的用户数庞大、网络覆盖面广、业务类型繁杂等业务管理需求。

3.3.2 市场生态

由于LAN 网络存在的时间长远，销售渠道成熟，商业模式也比较丰富，汇聚交换机和接入交换机可以多品牌混搭组网。而POL 组网还处于高速发展阶段，尚未全面普及，如今的销售渠道主要是运营商，整体商业模式较为封闭。此外，可选择的OLT 和ONU厂家数量少，不同厂家的产品混用后网络性能表现较差。

3.3.3 业务的特性

LAN 网络以信息点为最小管理单元，业务管理能力强大，网络开放性好，创新业务支持快，但业务类型单一。相比之下，POL 网络可以满足多种类型的业务接入，以客户为最小管理单元，但在业务管理能力方面稍逊于LAN 网络。

3.3.4 拓扑结构

LAN 网络的逻辑拓扑和物理结构具有良好的适应性与拓扑性，网络整体简洁又清晰。相比之下，POL 网络在小型园区的组网方面略占优势，但在处理大型园区的网络拓扑时则显得不够友好，其网络物理拓扑和逻辑拓扑的交互性较差。

3.3.5 数据的传输

在LAN 网络下，上下行速率比较对称，能够很好地支持横向数据交互、3 层路由交换传输以及2 层单播转发。而在POL网络中，上下行速率无法实现对称。OLT 使用广播方式发送下行信号，而上行信号则采用时分多址技术。

3.3.6 用户带宽

LAN 网络的每个端口独享带宽，利用主干万兆和桌面千兆的配置，可以轻松满足用户千兆的带宽需求。相比之下，POL 网络通过分光器将带宽分配给ONU，支持多种分光比例。在POL 网络中，ONU 共享带宽，这意味着随着分光比例的增大，每个用户端口分配到的带宽资源会相应减少。为确保网络性能的优化，通常需要根据全网的实际运行情况动态调整光路拓扑。

通过结构层面、技术层面以及运维层面的对比，两种方案各有优劣。智慧园区要综合考虑业主用户园区的规模、楼宇内部布局诉求、业务种类与需求以及投资成本等实际情况，结合不同组网方式的优劣对比，选择更合适自身的组网方案[5]。

4 多场景下的全光网络解决方案探讨

4.1 普教全光网络

宽带网络校校通需要实现智能化全面普及和提速，确保所有校园都能接入互联网，且带宽满足信息化、智能化教学的需求。同时，无线校园和智能化教学设备的应用也需要逐步普及。普教POL 网络解决方案可以通过一张光纤网络满足校园的有线、无线网络需求。

4.2 政务全光网络

政务全光网络解决方案是一种新的办公、管理和为社会提供公共服务的模式。该方案实现了电子政务内网、外网的两网全光化，并采用物理隔离方式来提高网络安全性。

4.3 智能制造全光网络

随着互联网与先进制造业的融合推进，工业企业正在向智能制造产业升级。工业连接作为智能制造的网络基础，对于网络的稳定和安全有着重要的要求。智能制造全光网络解决方案在继承PON 大宽带、扁平架构、业务融合等技术优势的同时，在安全性、可靠性、环境适应性等方面有所增强，全面适配工业制造现场的连接需求。

4.4 酒店全光网络

随着整体酒店行业正加速向提升用户入住体验的智慧化酒店转型计划迈进，传统酒店网络的多网并存问题导致管理复杂，网络扩展困难，整体网络建设经费和后期运维成本也较高。为解决这些问题，酒店全光网络解决方案应运而生。该方案通过一张光接入网实现有线和无线统一覆盖，可以满足酒店的高速上网、高清电视、客房控制以及视频监控等全业务接入需求，提高用户体验和管理效率。

4.5 医院全光网络

在数据融合和人工智能技术驱动的趋势下，数字化医院发展迅速。由于医院网络更新周期短，每次网络更新和楼宇改造项目建设等烦琐的工程都会直接影响医院大楼的正常工作。为解决这些问题，医院可以借助POL 全光网络来实现整张网络低成本扩容，大幅降低医院网络运维的工作量。

5 结 论

在人才聚集的园区，如果资金和规模允许，应积极应用新技术。POL 使用光纤重构传统园区网络，可以满足高度匹配部署、维护及平滑演进的需求。凭借其一网多业务、绿色环保、经济高效、简单灵活以及安全可靠等优势，高效支撑企业数字化转型。