【绿色全光网络技术联盟（ONA）】2024智慧工厂F5G全光网设计指南报告_84页_5mb

智慧工厂F5G全光网设计指南总结

核心内容概述

本设计指南聚焦于智慧工厂F5G全光网的定义、关键技术、设计原则与关键要素、场景详细设计及业务配置规划，旨在为制造工厂的网络设计者、工程师和决策者提供全面的设计指导，推动制造业数字化转型。

主要观点

• F5G（第五代固定网络）具备大带宽、多连接和好体验三大特征，适用于智慧工厂的多种业务场景。
• 智慧工厂F5G全光网采用无源光局域网（POL）技术，通过OLT和ONU设备构建网络，具备简架构、易演进、智运维和高可靠等特性。
• 与传统以太网交换机网络相比，F5G全光网采用扁平化二层架构，简化网络结构，降低故障率和运维成本。
• 智慧工厂F5G全光网支持生产网、办公网、安防网的独立建网或融合建网，推荐根据安全隔离性要求和建网成本选择合适的组网架构。
• PON技术（GPON、XGS-PON、Combo PON）的选择需根据业务流量和带宽需求进行配置，以实现资源优化和成本控制。
• 保护方式分为Type B和Type C，Type C保护提供全链路双冗余，适用于对可靠性要求高的生产网，Type B适用于办公网和安防网。
• 分光比设计需结合ONU接口数量和业务带宽需求，推荐1:16、1:8、1:4等不同分光比，以实现带宽的合理分配。

关键信息

1.1 智慧工厂F5G全光网定义

• F5G全光网是基于单模光纤和10GGPON技术构建的园区网络，能够统一承载工业生产控制数据、生产现场感知数据、安防数据、办公数据、语音通话数据等。
• 与传统以太网相比，F5G全光网采用无源分光器代替汇聚交换机，实现网络扁平化。

1.2 与传统网络差异

• 网络架构：F5G全光网采用扁平化二层架构，减少设备层级，提高可靠性。
• 综合布线：F5G全光网主干和水平布线均采用光纤，而传统网络水平布线采用网线（Cat5e/Cat6等）。
• 带宽与延时：F5G全光网具备固定带宽保障、确定性低时延和智能运维能力，满足工业生产对高带宽、低时延、高可靠性的需求。

1.3 关键技术

• 可靠性保障技术：采用Type B和Type C保护方案，其中Type C提供全链路双冗余，适用于生产网。
• 确定性低时延技术：通过固定带宽分配和Multi-burst技术降低时延和抖动。
• 固定带宽保障技术：保障关键业务（如MES、AI质检）的端到端带宽，避免流量干扰。
• 专网切片技术：实现不同业务（如生产网、安防网、办公网）的隔离，提升网络利用率和安全性。
• 智能运维技术：实现网络状态实时监测、故障自动检测和预测，提升运维效率。
• 远程供电技术：通过光电复合缆为ONU设备远程供电，解决复杂现场供电问题。

2.1 设计原则

• 建设单位需求优先：设计需基于建设单位需求文件进行。
• 可靠性：确保设备和链路冗余备份。
• 可扩展性：网络设备和ODN基础设施需具备扩展能力。
• 经济性：统筹设备、工程、维护成本，实现综合成本最优。
• 易实施与维护：减少线缆和节点，合理布线，便于维护和管理。

2.2 关键要素

• 组网架构设计、PON技术选择、保护方式选择、分光比设计是设计的关键要素。

2.3 组网架构设计

• 模式1：生产网独立建网，安防网和办公网融合建网。
• 模式2：生产网、安防网、办公网独立建网。
• 模式3：生产网、安防网、办公网融合建网。
• 推荐根据项目需求选择合适的组网架构，以平衡安全性和成本。

2.4 PON技术选择

• 生产网：高流量业务推荐XGS-PON，普通业务推荐GPON。
• 办公网：有线接入推荐GPON，无线AP接入推荐XGS-PON。
• 安防网：推荐GPON，满足低带宽需求。
• 推荐采用XGS-PON & GPON Combo技术，实现多业务共存。

2.5 保护方式选择

• Type B：保护OLT、主干光纤，适用于办公网和安防网。
• Type C：保护OLT、主干光纤、分光器、配线光纤、ONU，适用于生产网。
• 推荐根据业务可靠性需求选择保护方式，Type C适用于对可靠性要求高的场景。

2.6 分光比设计

• 分光比设计需结合业务带宽需求，推荐1:16、1:8、1:4等。
• ONU ETH口的保证带宽和分光比相关，需合理规划以满足业务需求。
• 分光器选型需预留扩展端口，支持不同分光比，如2:16、2:8等。

3.1 生产网络设计

• 网络架构：核心层为OLT和生产交换机，汇聚层为分光器，接入层为ONU。
• 综合布线：分为高密和低密场景，高密场景适合半导体、新能源等，低密场景适合车辆、重工等。
• ONU安装：生产网ONU宜靠近终端，支持DIN导轨或信息箱安装，需考虑环境因素。

3.2 办公网设计

• 网络架构：核心层为OLT和交换机，汇聚层为分光器，接入层为ONU。
• 综合布线：推荐全光网络，光纤部署到办公间或桌面，支持Wi-Fi AP和POE供电。
• ONU安装：信息箱安装或86面板安装，需考虑美观和预留安装空间。

3.3 安防网络设计

• 网络架构：核心层为安防交换机和OLT，汇聚层为分光器，接入层为POE ONU。
• 综合布线：室内和室外场景分别采用不同部署方式，支持POE供电和光纤回传。
• ONU安装：信息箱或室外一体化信息箱，支持摄像机、门禁等设备接入。

3.4 设备选型建议

• OLT选型：根据PON端口数量和业务需求选择大、中、小规格OLT，推荐采用双主控板卡备份。
• ONU选型：根据业务类型、接口需求、安装方式和供电方式选择不同ONU款型，如支持DIN导轨、POE供电、Wi-Fi功能等。

4.1 业务功能配置规划建议

• VLAN规划：按业务区域和类型划分VLAN，建议连续分配，预留扩展空间。
• 二层互通规划：通过相同VLAN实现OLT下业务互通，ONU本地端口配置相同VLAN也可互通。
• QoS配置规划：根据业务重要性和敏感性配置优先级，支持严格优先级调度（PQ）和基于业务类型重新标记优先级。
• 带宽配置规划：支持固定带宽、保证带宽和最大带宽，合理分配带宽资源，提升带宽利用率。

结论

智慧工厂F5G全光网设计指南为制造业提供了全面的网络设计指导，涵盖网络架构、PON技术选择、保护方式、分光比设计、设备选型和业务配置等多个方面。通过合理规划，F5G全光网可满足智慧工厂对大带宽、低时延、高可靠性的需求，同时降低运维成本，提升网络效率和安全性。