工业光网ODN建网白皮书（2022年）

工业光网ODN建网白皮书 （2022年） 工业互联网产业联盟（AII） 2023年6月 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有 （注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 工业互联网产业联盟联系电话：010-62305887 邮箱：aii@caict.ac.cn 前言 2021年工业互联网产业联盟（AII）正式发布了 《工业光网白皮书》，首次提出了工业光网的技术体系、网络架构和关键技术。工业光网的提出正逢工业企业进行生产智能化，企业数字化转型的关键时期，白皮书的发布推动了业界对工业光网概念、定位和功能的理解，同时明确了工业光网作为工业互联网支撑企业数字化转型和智能化升级的关键网络技术体系的发展方向，有力的推动了工业互联网的发展。2021年的全球工业互联网大会中，工业光网中基于全光连接的工业PON技术被评为近年来全球工业互联网中最具成长性的技术，基于全光连接的工业网络得到了行业的高度关注。此外随着国家制造强国战略的提出，部委和地方政府也相继出台相关政策，2021年工业和信息化部发布的《“十四五”信息通信行业发展规划》中，明确指出推动全光接入网进一步向用户终端延伸，推广实施光纤到房间、到桌面、到机器，按需开展用户侧接入设备升级，从政策层面对光网络的应用给予了方向性指导。几年间工业光网已进入从技术体系确立到政策引导到规模化部署的快速发展阶段。 本白皮书在AII2021年发布的《工业光网白皮书》基础上，进一步向业界介绍工业光网中ODN（光分配网络）的高效、快速的建网方案和产品形态等。ODN作为工业光网的光纤连接网络，它采用光纤介质和无源器件等提供了工业光网设备间的全光互联，是工业光网的骨架。采用面向工业现场的便捷化的ODN产品和建网方案，可以大幅降低建网时间，提高网络灵活性，同时降低部署成本。本白皮书通过介绍工业光网ODN的建网关键点和关键建网产品，指导工业光网的高效、快速的落地部署。 牵头编写单位： 中国信息通信研究院 参与编写单位： 华为技术有限公司 中国电信集团有限公司上海飞机制造有限公司 中国汽车工业工程有限公司长飞光纤光缆股份有限公司中国寰球工程有限公司 中通服咨询设计研究院有限公司 工业互联网产业联盟公众号 编写组成员（排名不分先后）： 曹小波、刘谦、张恒升、李汉国、陈智勇、马志刚、张彦兵、廖远才、黄琨、周俊君、冯义、杜喆、孙慧、王筱、董志飞、刘栋、赖昊翔、林一雄、张敦峰、汪祥、鲁伟亮、秦尚云、柯刚、魏毅、徐梅香、相森 目录 一、工业光网ODN概述1 （一）工业光网ODN建网位置和部署优势1 （二）ODN的网络结构和拓扑3 （三）不同网络拓扑在工业中的典型应用场景6 二、实现工业光网ODN高效建网的典型技术和产品8 （一）应用于工业场景的高效ODN建网技术8 （二）典型的ODN建网产品11 三、在工厂、车间级建设高效、可靠的ODN网络15 （一）工厂、车间级ODN建网前的规划关键点15 （二）可选择的ODN建网方案16 （三）典型工业场景特点和ODN部署示例18 （四）工厂、车间级ODN建网注意事项22 四、在工业现场建设高效、可靠的工业光总线ODN网络23 （一）工业光总线ODN概述23 （二）工业光总线ODN建网前的规划关注点24 （三）可选择的工业光总线ODN建网方案25 （四）工业光总线ODN建网注意事项29 五、为工业企业提供“自服务”能力的ODN运维平台30 （一）通过ODN自服务平台实现可视化运维31 （二）通过ODN自服务平台实现智慧化管理32 （三）ODN自服务平台的安全性保障35 六、总结与展望35 附录1、相关网络技术简介37 附录2、文中提到的缩略语40 附录3、ODN建网相关表格41 附录4、ODN部署典型范例43 一、工业光网ODN概述 （一）工业光网ODN建网位置和部署优势 工业光网是光网络技术在工业领域应用的技术总称。工业光网ODN （光纤分配网络）提供了工业光网OLT和ONU设备之间的光纤连接，它采用光纤介质和无源器件等为工业光网设备提供全光互联，是工业光网的骨架。图1是工业光网的ODN建网部署位置示意图。 图1典型的工业光网ODN建网位置示意图 工业光网ODN可以部署在无特殊环境要求的常规工业企业网络中，也可以根据工业行业的不同场景应用特点部署在环境差异性较大的流程、离散行业的工业企业内。采用工业光网建网，部署ODN网络可以为工业企业带来以下的建网优势： （1）建网速度快 采用了P2MP（点到多点）的汇聚状的网络拓扑结构，在进行网络的设计施工时，主干光纤/线缆对比传统的点到点网络从原来的多条变为 一条，可以大幅节省布线空间和布线放线工作量，缩短建网时间，适合对于快速投产和灵活调整的网络应用场景。 （2）网络使用寿命长 工业光网ODN由无源器件和光纤组成，无需系统供电，而且通信介质光纤的抗老化性能非常出色，在网络建设完成之后可以支持长寿命的使用。另一方面，由于光纤的业务承载量大，因此在网络扩容和升级改造过程中只需要对接入设备进行调整，而无需对光基础网络器件和光纤进行更换，保证了一套ODN网络的长时间运行。 （3）支持多工业场景部署 在工业诸多的应用场景中，对于网络的要求不尽相同。在离散制造加工行业中，由于网络接入设备的业务点位多、总带宽需求大，ODN网络结构可以满足生产设备多接入、业务访问量大的需求；对于部分流程行业中存在的通信距离远，供电复杂，环境要求高的特点，工业光网的无源、长距、抗干扰特性可以满足业务承载的要求。 （4）建网成本具备优势 工业光网ODN采用光纤连接，光纤介质价格低廉，稳定性好，且采用点到多点的拓扑结构，相比于传统网络点到点的网络布线方式，更加节省端口和通信线缆的用量。且在前期对ODN网络进行合理规划设计后，后期的升级扩容无需对ODN网络进行更换。可以进一步节省综合建网成本。 （5）提供用户自维护方案 工业光网的运维体系支持对ODN网络进行可视化运维保障，并可以向用户提供自运维平台和管理接口，支持对ODN光纤网络的故障告警上报，并支持对ODN的光纤网络中的光纤中断（如有）位置进行定位，从 而方便用户查障和排障。 （二）ODN的网络结构和拓扑 1.工业光网ODN网络结构 工业光网ODN由光纤/光缆和配套的无源器件组成。其结构按照功 能段划分可以分为主干光缆段、接入光缆段、终端接入段以及现场总线接入段，图2是工业光网ODN建网逻辑结构图。 图2工业光网ODN建网逻辑结构图 根据图2所示，主干光缆段负责连接工业光网的OLT设备与分光 器，分光器主要部署在工业内网的汇聚设备网络柜，如车间级网络设备 柜中；接入光缆段连接分光器与工业ONU设备，作为一级分光点和二级分光点的连接系统；工业设备和终端按需部署于生产现场或靠近工业ONU设备的位置，如设备具备光接口，可以通过光纤接入工业ONU设备。不同的行业和差异化应用场景根据实际建网环境和位置进行部署。光总线接入段也采用一主多从的网络结构，通过光纤和无源器件连接控制系统的主站与从站，主站与从站内集成式部署光收发单元，通过光通信技术传输数据，从而构建低时延、高可靠的工业光总线网络。 2.工业光网ODN建网拓扑 为满足各类工业应用要求，工业光网的ODN网络拓扑主要采用两种方式组网，分别为树形拓扑和链形拓扑，如图3和图4所示： 图3采用二级分光的ODN网络树形拓扑结构示意图 图4采用链式结构的ODN网络拓扑 网络中OLT（光线路终端）为工业光网汇聚侧的网络单元，ONU（光网络单元）为连接工业终端的接入侧网络单元，ONU与OLT设备通过ODN网络连接，将端侧数据通过ONU接入并经过ODN网络承载汇聚至OLT设备，传输至上层网络。 3.ODN建网冗余保护拓扑 在工业场景中，采用传统的以太网交换机部署时可以采用环形组网方式对链路进行保护。对于ODN网络来说，同样可以采用对ODN光缆段部署保护链路的方式实现网络的冗余保护，提供不大于50ms的保护倒换能力，以满足工业场景所需的可用性要求。其中典型的链路保护方案拓扑组网图如下方图5、6、7、8所示： 图5TypeB组网 TypeB保护：在OLT的下行接口、主干段光纤采用双路冗余的保护。 采用的分光器一般为2:N的分光器，保护的链路为主干段光纤链路。当主干段的主链路出现断纤，设备会自动切换到备用链路上从而保障网络通信的连续性，如图7所示。 图6TypeC组网 TypeC保护：在OLT的下行口、ONU的上行口、主干段光纤、光分 路器和接入段光纤均采用双路冗余的保护。采用的分光器一般为1:N的分光器。保护的链路为整个链路。当主链路的任何一个节点出现断纤，设备会自动切换到备用链路上，如图8所示。 当接入终端的位置呈长距离带状分布时，还可以采用不等比分光的方案实现TYPEC保护组网（也称为手拉手保护），如图7所示： 图7具有TYPEC增强保护的不等比分光方案拓扑 工业光网的拓扑支持灵活调整，例如TYPEC保护组网模式的拓扑可以构建成环形拓扑，不仅提供双冗余链路保障光路的备份，而且还可以防止多点失效引起的整个网络的故障，环形的TYPEC组网模式见如下图8所示： 图8具有TYPEC增强保护的环形不等比分光方案拓扑 综合考虑部署成本、便捷性等因素，在常规场景下，通常推荐采用TypeB保护组网；对可靠性要求更高的专用场景，可以采用TypeC保护组网，实现全光纤光缆保护。 （三）不同网络拓扑在工业中的典型应用场景 在工业场景中，众多终端设备需要通过ODN网络进行连接数据承载， 例如工业生产现场的机器、办公网络场景中的计算机、传感监控场景中的摄像头等。当承载传统企业办公区域的网络数据时，ODN可以采用树形拓扑结构，便于覆盖区域内的终端接入和扩展，其逻辑结构如图9所示： 图9ODN部署于工业办公网络示意图 在工业生产网络中，接入的工业终端的位置取决于工厂生产线的数据采集点分布或实际制造生产的工作流程。某些场景下，工业生产线在纵向上的跨度可以达到上百米的规模，因此树形拓扑可能不是连接这些机器的好选择，采用ODN链式拓扑为该场景提供了更好的解决方案，如图10所示。链式拓扑中的ONU以级联方式连接，使用不等比光功率分配器代替等比光功率分配器，可以接入更多的数据采集点。 图10工业场景中的链式拓扑应用场景示意图 二、实现工业光网ODN高效建网的典型技术和产品 （一）应用于工业场景的高效ODN建网技术 1.光纤机械连接技术 （1）光纤预成端技术 ODN网络中的光缆布放涉及到光纤的现场熔纤接续和测试工作，而经过充分的前期网络规划设计，可以将光缆的熔纤接续、成端和测试等工作在供应商工厂的特定环境下完成。在企业现场部署施工时，仅需要将已成端的光缆进行现场组装，即插即用，降低部署时间，提高部署效率。预连接技术可以实现工程现场的快速布线，适用于工业环境复杂，对、高可靠性布线需求高的工业企业，是一种新型的高效ODN部署方案。 （2）光纤快速连接器 光纤/光缆在用户现场进行布线和成端/接续也是网络现场部署施工时常见的工作之一。传统光纤布线和接续一般分为光纤热熔和采用快速连接器两种方式。采用光纤热熔进行光纤现场接续操作较为复杂，多用于铺设长距离传输光纤。对于工厂内快速布线来说，采用快速连接器进行接续操作更为简便，光纤快速连接器内部由经过了预抛光的插针和机械头组成，端接时不需要熔接机和研磨，可以适应多种工业布线环境。 2.分光技术 ODN通过分光器实现P2MP（点到多点）的数据传输。分光器是将光信号功率进行耦合及分配的光无源器件。按照功率分配的形式可以分