全光园区网络架构与实现

"（1）5G是天上一张网，F5G是地上一张网，共同支撑着我国新型基础设施发展、助力数字经济发展及各行业数字化转型。“第五代固定网络（F5G）全光网技术丛书”向读者介绍了F5G全光网的网络架构、热门技术以及在千行百业的应用场景和实践案例。 （2）本书为其中的一个分册，书中内容揭秘全光园区网络架构与技术，助力千行百业实现全光园区应用。书中循序渐进地从园区网络的现状与挑战引出无源全光园区网络，继而介绍了无源全光园区网络关键技术的原理与应用，然后用大篇幅介绍无源全光园区网络的网络规划和行业应用实践，将理论和实践有机结合，通过大量行业应用实践加深读者对所学知识的理解。 （3）本书由行业领域的技术专家和华为公司专家共同编写，华中科技大学副校长张新亮和华为公司常务董事汪涛作序推荐，中国工程院院士范滇元、中国工程院院士张平、中国城市轨道交通协会李中浩、华为技术有限公司Fellow崔秀国联袂推荐！"

第五代固定网络（the Fifth Generation Fixed Networks,F5G）全光园区是一个创新的园区网络解决方案，其关键创新点就是采用POL（Passive Optical LAN，无源光局域网）技术建设全光园区网络，业界称为无源全光园区网络。《全光园区网络架构与实现》系统论述了基于POL技术的无源全光园区网络的架构、关键技术、网络规划设计及应用实践等。 《全光园区网络架构与实现》共10章。第1～4章为无源全光园区网络基本概念介绍，主要包括无源全光园区网络的起源、发展历程和关键技术； 第5～7章主要介绍无源全光园区网络的规划原则、产品选型原则、网络部署、网络验收和网络运维； 第8章主要介绍无源全光园区网络在学校、酒店、办公楼、机场、医院等机构的应用实践，通过应用实践帮助读者理解各行业场景方案如何应用； 第9章以华为技术有限公司无源全光园区网络部件为例，介绍无源全光园区网络部件使用情况，便于读者认识部件并清楚在以后的工作中如何选择部件； 第10章主要介绍无源全光园区网络的未来展望，包括产业政策、生态以及全光技术和应用的创新。 《全光园区网络架构与实现》可作为无源全光园区网络规划设计工程师、网络管理工程师以及技术支持工程师的参考用书，也可作为欲从事无源全光园区网络相关工作的大中专院校学生的参考用书。

"李霆，一级注册结构工程师、正高职高级工程师、全国工程勘察设计大师。获评全国劳动模范，享受国务院政府特殊津贴专家，全国优秀科技工作者，全国勘察设计行业科技创新带头人等。中国勘察设计协会建筑设计分会智慧城市和建筑研究推进工作部主任委员。 张军，ONA绿色全光网络技术联盟首席架构师，华为光产品线政企接入首席架构师。致力于10G PON、50G PON等高速无源光网络根技术及无源光局域网的技术/应用创新。主导过多款业界主流光接入产品的规划和架构设计，曾成功申请数十项国内外专利，参与数十篇国际标准/国家标准/行业标准/团体标准等的制定。 万席锋，华为技术有限公司高级技术专家。从事光网络产品和解决方案系统设计20余年，主导了华为多款宽带接入、光接入和光终端产品的架构设计，先后申请发明专利15项。目前担任华为光产品线政企领域首席架构师，负责企业光领域解决方案规划和架构设计。 "

第1章认识无源全光园区网络00 1.1园区网络的现状与挑战00 1.2无源全光园区网络定义与架构00 1.2.1无源全光园区网络定义00 1.2.2无源全光园区网络架构00 1.3无源全光园区网络特点00 第2章无源全光园区网络发展历程00 2.1起源和早期实践阶段00 2.2规模发展阶段00 2.3广泛应用阶段0 2.4相关标准规范0 第3章选择无源全光园区网络的原因0 3.1无源全光园区网络的优势0 3.1.1光纤介质性能优于以太网线0 3.1.2无源汇聚节省弱电机房0 3.1.3带宽升级无须更换光纤0 3.1.4简化运维一人一园区0 3.2无源全光园区网络与其他网络方案的对比0 3.2.1与传统园区方案的对比0 3.2.2与FTTH方案的对比0 第4章无源全光园区网络关键技术0 4.1PON技术0 4.1.1PON技术起源0 4.1.2PON网络架构与部件0 4.1.3PON工作原理0 4.1.4PON带宽分配0 4.1.5PON多ONU处理技术0 4.1.6PON安全保障技术0 4.1.7PON技术演进0 4.1.8PON技术标准0 全光园区网络架构与实现 目录 4.2PoE供电技术0 4.2.1什么是PoE供电0 4.2.2PoE供电应用场景0 4.2.3PoE供电原理0 4.2.4PoE供电指标0 4.2.5PoE标准发展0 4.3PoF供电技术0 4.3.1什么是PoF供电0 4.3.2PoF供电应用场景0 4.3.3PoF供电原理0 4.3.4PoF供电指标0 4.3.5PoF标准发展0 4.4安全认证技术0 4.4.1802.1x认证0 4.4.2Portal认证0 4.4.3MAC认证0 4.5网络可靠性技术0 4.5.1挑战与方案0 4.5.2PON Type B单归属保护0 4.5.3PON Type B双归属保护0 4.5.4PON Type C单归属保护0 4.5.5PON Type C双归属保护0 4.5.6PON双链路负荷分担保护0 4.5.7方案应用推荐0 第5章无源全光园区网络规划指导0 5.1网络规划原则0 5.2网络规划设计0 5.3ONU规划0 5.3.1ONU产品介绍0 5.3.2ONU选型原则0 5.3.3ONU选型指导0 5.3.4ONU部署位置0 5.4ODN规划0 5.4.1ODN产品介绍0 5.4.2ODN规划指导 5.4.3确认网络覆盖要求 5.4.4确认综合布线要求 5.4.5确认安全备份要求 5.4.6确认安装运营要求 5.4.7确认分光比 5.4.8确认分光方式 5.4.9确认光纤路由 5.4.10确认链路光衰 5.4.11ODN选型指导 5.5OLT规划 5.5.1OLT产品介绍 5.5.2OLT选型原则 5.5.3OLT选型指导 5.5.4OLT位置部署 5.6业务规划 5.6.1业务承载规划 5.6.2带宽规划 5.6.3VLAN规划 5.6.4IP地址规划 5.6.5QoS规划 5.6.6可靠性规划 5.6.7安全规划 5.6.8设备名称规划 第6章无源全光园区网络验收指导 6.1综合布线验收 6.2光路验收 6.3可靠性验收 6.4业务验收 6.5设备性能验收 6.6设备管理验收 6.7竣工文档清单 第7章无源全光园区网络运维管理 7.1网络基础运维 7.2网络智能化管理 7.3网络数字化管理 第8章无源全光园区网络应用实践 8.1全光校园园区网络 8.1.1挑战与诉求 8.1.2全光校园园区解决方案 8.1.3智慧教室 8.1.4现代化宿舍 8.1.5办公区 8.1.6平安校园 8.1.7无线校园 8.2全光企业园区网络 8.2.1挑战与诉求 8.2.2全光企业园区解决方案 8.2.3会议室和独立办公室 8.2.4开放办公区 8.2.5公共区域 8.2.6应用案例 8.3全光酒店园区网络 8.3.1挑战与诉求 8.3.2全光酒店园区解决方案 8.3.3客房 8.3.4宴会厅 8.3.5公共区域 8.4全光医院园区网络 8.4.1挑战与诉求 8.4.2全光医院园区解决方案 8.4.3诊室和办公室 8.4.4病房 8.4.5护士站 8.4.6公共区域 8.5全光机场园区网络 8.5.1挑战与诉求 8.5.2全光机场园区解决方案 8.5.3办公网络 8.5.4商铺 8.5.5助航灯 8.5.6无线覆盖 8.5.7视频回传 8.6平安城市视频回传 8.6.1挑战与诉求 8.6.2全光视频回传解决方案 8.6.3道路安防 8.6.4社区安防 第9章无源全光园区网络部件介绍 9.1部件概览 9.2OLT系列 9.3ODN系列 9.4ONU系列 第10章无源全光园区网络未来展望 10.1产业政策持续推广 10.2全光生态持续扩大 10.3技术应用持续创新 附录专业术语

     第3章 选择无源全光园区网络的原因 3.1无源全光园区网络的优势 无源全光园区网络是近几年来高速发展的一种优选的全光园区网络，和传统的以太网园区相比，其具有架构简 洁、传输介质优选、支持平滑演进、管理简单等优势，且支持园区网络未来长期的发展和演进。 3.1.1光纤介质性能优于以太网线 无源全光园区网络主要是采用光纤替代传统方案的以太网线，光纤具有体积小、节省空间、成本低等优势。 无源全光园区网络实现光进铜退，使用光纤作为主要传输介质，替代传统以太网方案中的以太网线。以太网线主要采用铜线线芯，铜属于有色金属，资源有限。光纤的原材料为二氧化硅，二氧化硅来源于沙子，而沙子在地球上取之不尽，用之不竭。 除了资源和成本优势外，如图31所示，和以太网线相比，光纤在典型速率、传输距离、质量、抗干扰能力、生命周期等方面都具有明显的优势。 图31光纤和以太网线的对比 3.1.2无源汇聚节省弱电机房 无源全光园区网络是在成熟的PON技术上进行了增强，中间采用无源的分光器设备替换有源的交换机设备，不需要独立的汇聚和接入弱电机房，节省了空间。 图32传统以太网园区网络与无源全光园区网络机房占用对比 如图32所示，在无源全光园区网络中，使用无源的ODN设备来替换传统网络中的汇聚和接入交换机设备，由于ODN为无源设备，因此不需要考虑ODN的供电，也不用考虑增加空调制冷，节省了大量的电能消耗。并且ODN设备体积较小，不需要单独的弱电机房来安装ODN设备，节省弱电机房。 由于采用无源分光器替代了有源的汇聚交换机，减少了一层的汇聚，故无源全光园区网络的架构更加简洁。 3.1.3带宽升级无须更换光纤 无源全光园区采用无源光网络技术，在成熟的PON技术上进行了增强，带宽升级方便，可以支持面向未来平滑的演进，中间的光纤和无源分光器不需要修改。 如图33所示，无源全光园区网络采用无源光网络技术，采用光纤作为主要传输介质，中间采用无源分光器，除了两端设备(OLT和ONU设备)外，整个ODN网络都是无源设备。带宽升级的时候不需要更改无源设备(光纤网络可以利旧)，只需要升级两端的有源设备即可。 图33无源全光园区网络带宽升级部件变更少 当前光纤的容量可以达到Tbit/s级别，且使用寿命长，一般来讲可以使用30年以上，无源全光园区带宽升级时， 可重复使用光纤基础设施，有成本低且升级快的特点。 例如从WiFi 5升级到WiFi 6时，网络改造仅需把两端有源设备(OLT设备和ONU设备) GPON设备升级为10G PON设备即可，甚至只需要更换光模块即可，相对传统网络重新 更换线缆来讲方便和快捷了很多。 无源全光园区网络和传统以太园区网络相比，在带宽升级时(如从1000Mbit/s升级到10Gbit/s，或者从10Gbit/s升级到25G/50Gbit/s等)，无源全光园区网络更改的部件更少。 3.1.4简化运维一人一园区 无源全光园区采用无源光网络技术，ONU由OLT统一管理，极大减少了管理节点，业务部署和网络维护更加简单高效。 如图34所示，在无源全光园区网络中，接入层的ONU设备并非独立网元，而是由核心层的OLT统一管理，可以理解成ONU设备是OLT设备的一个远端功能模块。因此在业务发放和部署时，仅需要在OLT设备上统一配置即可。 图34无源全光园区网络管理IP节点数优势 无源光网络技术支持多业务接入，可以通过一根光纤支持多种业务接入， 如高速上网、WiFi 6接入、传统电话和有线电视接入等，不需要像传统方案 那样每种业务需要一个单独的网络。 ONU支持即插即用免配置部署，借助网管系统，可以自动地完成设备上线和业务发放，做到业务 快速开通。由于网络架构简单，中间ODN设备无源，所以故障率非常低，众多的终端设备可通过网管系统和OLT统一管理运维。无源全光园区网络的维护比较简单，大多数场景的网络维护可以做到一人一园区。 3.2无源全光园区网络与其他网络方案的对比 园区网络的建设方案有传统园区方案、FTTH方案和无源全光园区网络方案，对比之后就会发现无源全光园区网络方案独特 地使用PON无源光技术来建设园区网络，具备网络架构简单、点到多点更节省光纤资源且接入更多信息点、 无源设备及有源设备节能环保且安全等特点，是面向未来的园区网络建设的很好方案。 3.2.1与传统园区方案的对比 无源全光园区是一种创新的园区解决方案，和传统以太网方案及传统以太网变化方案(全光以太网方案)相比，无论在网络架构、采用的技术，还是在部署安装等方面都进行了创新。 1. 无源全光园区网络与传统以太网园区方案对比 传统以太网方案、极简以太网全光方案以及无源全光园区方案 从网络架构、采用技术和 弱电间是否有源三个维度进行了对比（表31）。 三种方案的 网络架构如图35所示。