无源 POL 网络在科研园区的应用

田 苗 （上海市建设工程设计文件审查管理事务中心， 上海 200032）

随着国内外环境的变化，高新技术的发展变成了各国综合国力竞争的重要一环。为了实现“科教兴国、科技强国”的战略，国家采取了多种措施，比如建设以大学群体和高新企业的研究部门为依托的科研园区，利用其高素质人才、前沿技术和高端试验设备等优势资源，结合园区的资源整合能力，建设数字化、集成化、智慧化的高新技术孵化基地。科研园区的这个特性，使得决策者需要以全新的战略思维来规划园区的网络建设。这就对科研园区网络提出了更高的要求，如高宽带、少延时、多业务、低能耗和带宽灵活配置等，而这正与近几年从行业应用下沉到楼宇的 POL （无源全光网）的特点相匹配。结合具体科研园区案例，分享 POL无源光网络的应用。

1 项目概况

本项目为落实“能源革命国家战略”的指导，由中科院多家研究院所合作投建的科研办公园区，由多栋单体共 5 个组团构成，功能分为开放式办公、各类试验室、展厅、共享空间、地库、后勤设备楼等。园区设置集中控制中心 1 处、集中数据中心机房 1 处，各单体楼分设汇聚机房。

目前国外发达国家的大型公共建筑的内部网络正逐步采用无源光网，国内运营商家庭和企业宽带业务已经全部采用无源全光网架构，无源全光网的应用也正逐步从行业转移到楼宇内。本项目正是基于行业应用的转向，采用 POL 无源全光网（Passive Optical Network）的应用架构。

2 POL 简介

POL 采用 PON 技术，是一种点到多点结构的无源光网络，其组成涵盖 3 部分：OLT（光线路终端）、 ODN（光分配网）、ONU（光网络单元）。在 POL 组网中传统 LAN的汇聚交换机被 OLT 替代，水平铜缆被光纤替代，接入交换机由无源的分光器替代，ONU 提供二/三层功能，通过有线或无线接入用户的数据、语音及视频等业务。

POL 相较于传统光电混合网，具有如下特性。

（1）先进性与开放性。采用基于 GPON （千兆无源光网络）的架构，提供多业务融合的功能，在无须改造网络的前提下可以平滑升级到 10 G、40 G ，甚至更高，满足未来带宽不断增长的需求。

（2）服务与效率特性。1 根光纤满足多业务需求。采用分光架构，1 根光纤满足多用户端口扩展的要求，ONU提供多端口组合，适应用户各种使用场景。

（3）稳定与安全特性。使用光纤，避免了电磁干扰和雷电影响，链路冗余确保了网络层次的安全性。

（4）创新性。高度契合国家网络强国发展战略，引导“光进铜退”的技术发展方向。

（5）绿色、节能的经济性。节约铜耗材，一网多业务避免了多网并行，降低网络能耗。汇聚层交换设备的替换，节约了电力能耗。同时，平滑升级也避免了传统网络升级需要更新基础网络的不必要浪费。

3 项目需求

3.1 业务需求

作为科研型办公园区，使用方对整个项目的需求提出了几点原则性的要求，以打造扁平、便捷、灵活、安全同时极具持续扩展性的园区网络架构。

（1）综合采用光纤到楼（FTTB）、光纤到房间（FTTO）和光纤到桌面（FTTD）3 种组合部署方式。

（2）满足可持续拓展和高兼容性，可以根据新增需求灵活开通业务和配置带宽。

（3）无线及物联网设施遍及园区，需要网络全覆盖。

（4）科研园区的数据资源极其珍贵，大量的业务接入带来更高的安全需求。

（5）数据类型众多，涵盖视频、语音、数据、图像、IPTV（交互式网络电视）、一卡通、物联网等多种业务。

（6）高带宽、高速率。在可以预见的将来，科研园区内海量的 IOT （物联网）应用数据会持续推高对网络带宽的需求。

3.2 带宽需求

园区内网络设备终端可以归纳为有线数据上网、IP 语音、远程视频会议、无线 WiFi、IPTV、视频监控、门禁、能源计量系统、楼宇设备控制器 、数字试验室设备、环境监测、计算机试验室录播等类型。相应的 IT 终端对网络带宽的要求如表 1 所示。

表1 IT 终端带宽需求

4 无源 POL 网的架构

4.1 土建弱电设备用房

本园区数据中心机房设置于 C 组团后勤管理楼，物理位置居于园区的中心，中心机房面积为 200 m2，各组团单体设置汇聚机房，各楼层设置弱电间。选用 POL 网络后，对数据中心机房的设置几乎没有影响，但对汇聚机房和楼层弱电间的土建空间要求减少较多。最终汇聚机房与弱电间的设备布置，较常规光电混网系统所需空间减少 50% 以上，主要节约的设备空间是集中设置的光电汇聚设备、接入交换机及相应的铜缆配线架、配电箱。

4.2 网络架构

就 POL 的多业务共网的特性而言，“一个园区一张网”是最适合的架构方式。结合本项目的“网络高安全性”的立项要求，最终将科研内网独立拆分设置，其他 IT 设施系统并网，形成两套独立的 POL 网络体系。① 科研内网：双核心+双 OLT+ 一级分光 ODN。② 设备专网：单核心+单OLT+ 一级分光 ODN。

两套网络的交换和传输设备设置区域梳理如表 2、表 3所示。

表2 科研内网设备设置区域

表3 设备专网设备设置区域

4.3 网络需求点表

根据本项目的建筑功能布局和智能化系统的设计需求，整理科研内网和设备专网 IT 点位需求表如表 4、表 5 所示。

表4 科研内网 IT 点位需求表（以C组团为例） 单位：个

表5 设备专网 IT 点位需求表 单位：个

4.4 POL 系统图

根据上文的描述，最终形成 POL 系统图整合如下：

（1）核心机房设备配置。接入网络安全设备：路由器、防火墙；管理设备：服务器、维护工作站；主机设备：IP程控电话主机、无线AC控制器；核心交换层设备：热备双核心交换机，机框式多业务板卡，双电源冗余。上行配置4 个万兆光口，下行配置 12 个万兆光口+24 个千兆电口。

（2）OLT 配置：双OLT，每台上行配置 8×10GE 光口，下行配置 3×16 端口三模 Combo PON 用户板。光配线架：6 台 16 口光配架。主干传输层：20 组多芯单模万兆光纤。

（3）汇聚层设备配置：20 台 16 口光配架。接入层设备配置：6 kVA 区域型 UPS 及配电箱、2:8 分光器和 2:16 分光器组。

（4）终端设备配置：多种类型光终端设备，包含有ONU（8 口千兆数据+4 口电话）、ONU（4 口千兆+2 口电话）ONU（24 口百兆+24 口电话）。

5 预算对比

POL 光网在推行过程中，其中一个重要亮点是经济性。为简单验证经济性，在本项目设计完成后，为 2 套网络系统单独配置光电混合网的设备清单和造价概算，与 POL架构做一对比。单就本项目而言，在参照同一品牌的产品情况下，全光网与传统光电混网概算比约为 4∶5，即造价减少约 20%，不包含节约土建空间和减少人工施工费用带来的经济性。全光网设备配置如表 6 所示，光电混合网设备配置如表 7 所示。

表6 POL方案配置（以 C 组团为例） 单位：个

表7 传统光电混网方案配置 单位：个

6 结 语

本文通过对一科研办公园区的项目梳理，总结了 POL无源全光网的设计过程，并从土建配套、造价方面和传统的光电混合网进行了对比。本项目由于科研院所的固有制度，限制了全光网优势之一的多业务融合的应用。即便如此，全光网的构建也体现出其应用优势，随着无源全光应用的逐渐下沉，楼宇行业的无源光网络也会越来越普及。目前可见的是园区、校区、酒店、医疗等领域网络系统的新建或改建；设计也需要结合项目的具体情况尝试更新的替代方案。