智慧工厂F5G全光网设计指南总结
核心内容概述
智慧工厂F5G全光网是一种基于第五代固定网络技术构建的园区网络，采用单模光纤和10GGPON技术，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、语音通话数据等多业务，具备简架构、易演进、智运维和高可靠等特性。
本指南重点阐述了智慧工厂F5G全光网的定义、设计原则、组网架构、PON技术选择、保护方式选择、分光比设计以及场景详细设计等内容，为制造工厂的网络设计者、工程师和决策者提供设计与部署的关键技术和方法。
主要观点与关键信息
1.1 智慧工厂F5G全光网定义
- F5G是第五代固定网络，由GPON、XGS-PON等技术组成，具备大带宽、多连接和好体验三大特征。
- 智慧工厂F5G全光网采用POL技术，主要设备包括OLT、ODN、ONU，支持多业务统一承载。
- ONU尽可能靠近终端安装，以减少线缆长度，提升带宽利用率和网络可靠性。
1.2 与传统网络的差异
- 网络架构：传统网络采用三层架构（核心、汇聚、接入），F5G采用扁平化二层架构（核心、接入），使用分光器代替汇聚层设备，简化架构并提升可靠性。
- 综合布线：传统网络使用网线进行水平布线，F5G使用光纤进行水平布线，支持更远距离和更高带宽需求。
1.3 关键技术
- 可靠性保障技术：采用Type B和Type C保护方案，Type C提供全链路双冗余保护，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，保障关键业务的实时性。
- 固定带宽保障技术：为关键业务提供稳定的带宽资源，避免突发流量影响。
- 专网切片技术：实现不同业务的隔离，提升网络资源利用率和安全性。
- 智能运维技术：支持网络状态实时监控和自动故障检测，降低运维复杂度和成本。
- 远程供电技术：通过光电复合缆为ONU远程供电，解决现场供电困难问题。
设计原则与关键要素
2.1 设计原则
- 建设单位需求优先：基于建设单位正式需求进行设计。
- 可靠性：确保网络和设备具备冗余备份。
- 可扩展性：预留扩展资源，方便未来业务接入和网络升级。
- 经济性：统筹设备、工程和维护成本，优化整体投入。
- 易实施性：减少线缆和节点，确保布线合理，便于施工和维护。
- 易维护性：选择通用型设备，便于备件替换。
- 易管理性：配置网络管理单元，支持线路管理系统。
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
组网架构设计
2.3.1 生产网独立建网，安防网和办公网融合建网
- 生产网物理隔离，安防和办公网通过专网切片实现业务隔离。
- 推荐用于大型制造企业，节省投资。
2.3.2 生产网、安防网、办公网独立建网
2.3.3 生产网、安防网、办公网融合建网
- 通过专网切片隔离流量，提升资源利用率，适用于中小型制造企业。
2.3.4 推荐参考表
| 组网架构 |
安全、隔离 |
建网成本 |
推荐场景 |
| 生产网独立建网，安防网和办公网融合建网 |
生产网物理隔离，安防网和办公网专网切片隔离 |
中 |
大型企业 |
| 生产网、安防网、办公网独立建网 |
生产网、安防网、办公网物理隔离 |
高 |
需要高隔离性 |
| 生产网、安防网、办公网融合建网 |
专网切片隔离 |
低 |
中小型企业 |
PON技术选择
2.4.1 生产网PON技术选择
| 业务类型 |
带宽需求 |
推荐PON技术 |
| 高清质检 |
200Mbps ~ 500Mbps |
XGS-PON |
| 普通质检、MES、数采、无线AP |
<100Mbps |
GPON |
2.4.2 办公网PON技术选择
| 业务类型 |
带宽需求 |
推荐PON技术 |
| 办公有线接入 |
40Mbps～100Mbps |
GPON |
| 办公无线AP接入 |
200Mbps～1000Mbps |
XGS-PON |
2.4.3 安防网PON技术选择
- 推荐采用GPON技术，满足视频监控和传感设备的带宽需求。
2.4.4 推荐表
| 场景 |
推荐PON技术 |
ONU款型 |
| 生产网 |
XGS-PON & GPON Combo PON |
普通流量：GPON，高流量：XGS-PON |
| 办公网 |
XGS-PON & GPON Combo PON |
有线接入：GPON，无线AP接入：XGS-PON |
| 安防网 |
GPON |
GPON |
保护方式选择
2.5.1 Type B 保护
- 保护范围：OLT设备、PON端口、主干光纤。
- 推荐用于生产网、办公网、安防网。
2.5.2 Type C 保护
- 保护范围：OLT、PON端口、主干光纤、分光器、配线光纤、ONU。
- 推荐用于生产网，可靠性更高。
2.5.3 推荐参考表
| 保护方式 |
保护范围 |
推荐场景 |
| Type B双归属 |
OLT、PON端口、主干光纤 |
生产网、办公网、安防网 |
| Type C双归属 |
OLT、PON端口、主干光纤、分光器、配线光纤、ONU |
生产网 |
分光比设计
2.6.1 分光比推荐原则
| ONU口数 |
推荐分光比 |
GPON场景单口保证带宽 |
XGS-PON场景单口保证带宽 |
| 4口ONU |
1:16 |
16Mbps |
160Mbps |
| 8口ONU |
1:8 |
16Mbps |
160Mbps |
| 24口ONU |
1:4 |
10Mbps |
100Mbps |
2.6.2 分光器选型推荐原则
- 推荐采用机架式分光器，接口类型为SC/UPC。
- 推荐使用2:N分光器，适用于Type B和Type C保护方式。
- 1:16分光比推荐2:16分光器。
- 1:8分光比推荐2:8分光器。
- 1:4分光比推荐2:8分光器。
场景详细设计
3.1 生产网络设计
- 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：
- 高密场景：ONU安装于机台内或附近，使用蝶形光缆连接。
- 低密场景：ONU安装于信息箱内，使用光纤跳纤连接。
- 保护方式：推荐Type C双归属保护，确保网络可靠性。
- 供电方案：支持集中供电或ONU就近取电。
3.2 办公网络设计
- 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：
- 推荐全光网络模式，减少布线复杂度。
- 公共区域推荐部署86面板或信息箱，便于接入和维护。
- ONU选型：支持不同业务需求，如POE供电、Wi-Fi接入等。
3.3 安防网络设计
- 网络架构：核心层为OLT和交换机，汇聚层为分光器，接入层为POE ONU。
- 综合布线：
- 室内场景：ONU部署于信息箱，支持PoE供电。
- 室外场景：ONU部署于远端信息箱，支持PoE供电。
- 保护方式：推荐Type B双归属保护，满足安防网络需求。
3.4 ONU选型建议
- 生产网：支持DIN导轨安装、工业级宽温、PoE供电等。
- 办公网：支持信息箱安装、PoE供电、Wi-Fi接入等。
- 安防网：支持PoE供电、IP视频、门禁接入等。
业务配置规划设计
4.1 业务功能配置规划建议
- VLAN规划：根据业务类型划分VLAN，确保业务隔离。
- 二层互通规划：通过相同VLAN实现业务互通。
- QoS配置规划：基于业务优先级，设置严格优先级调度，保障关键业务体验。
- 带宽配置规划：根据业务需求选择固定、保证或最大带宽类型，提升带宽利用率。
4.1.1 VLAN规划
| 网络分类 |
业务类型 |
终端类型 |
VLAN范围 |
| 生产网 |
MES |
工控机/PC/扫码终端 |
100~199 |
| 生产网 |
高清质检 |
高清工业相机 |
200~299 |
| 生产网 |
质检 |
工业相机 |
300~399 |
| 生产网 |
数采 |
工控机/机器接口/数采网关 |
400~499 |
| 生产网 |
无线AP |
PDA终端/手机/PAD/PC/AGV |
500~699 |
| 办公网 |
桌面办公 |
电脑 |
700~799 |
| 办公网 |
打印机 |
打印机 |
800~899 |
| 办公网 |
会议系统 |
视频会议终端 |
900~999 |
| 办公网 |
无线AP |
PDA终端/手机/PAD/PC/AGV |
1000~1299 |
| 安防网 |
安防 |
摄像机 |
1300~1399 |
| 安防网 |
门禁/传感 |
门禁、传感器等 |
1400~1499 |
4.1.2 二层互通规划
- 同一VLAN下的业务可实现二层互通，不同VLAN间需三层互通。
4.1.3 QoS配置规划
- QoS优先级调度策略支持严格优先级调度（PQ），保障高优先级业务。
- 可基于报文的VLAN优先级或IP优先级进行标记。
4.1.4 带宽配置规划
- 固定带宽：保障关键业务的稳定性。
- 保证带宽：在带宽充足时，可共享多余带宽。
- 最大带宽：在非并发场景中，提升带宽利用率。
设备选型与部署建议
3.4.1 OLT设备选型建议
- 根据PON技术选择OLT（GPON或XGS-PON）。
- 支持GPON和XGS-PON板卡混插，便于扩展。
- 推荐采用双主控板卡备份，提升可靠性。
- OLT建议集中部署在工厂中心机房。
3.4.2 ONU设备选型建议
- 根据业务类型选择ONU，如生产网、办公网、安防网。
- 支持不同安装方式，如DIN导轨、信息箱、机柜等。
- 需考虑供电方式（220V或PoE）和环境适应性（工业级宽温）。
总结
本设计指南为智慧工厂F5G全光网的构建提供了全面的技术指导，涵盖网络架构、PON技术选择、保护方式、分光比设计、综合布线及设备选型等方面。通过合理设计，F5G全光网能够满足智慧工厂对大带宽、低时延、高可靠性和智能化运维的需求，助力制造业实现数字化转型，提高生产效率和网络管理水平。
