全光局域网(POL)及其应用展望

前言:

目前大部分企业网采用的是传统的铜线局域网,这种网络在当下表现出越来越多的弊端。随着云计算、大数据、4K视频的快速发展,越来越多的的业务逐渐向云数据中心迁移。随之而来是流量和架构的变化,绝大部分流量从本地交换为主向云交换为主的架构转变。另外一方面,视频、物联网、互联网的爆炸式发展,这些应用对高带宽和低时延的要求越来越高。处于数字化转型时代,企业迫切需要一张网络能够承载所有的“物”接入,而全光纤POL网络是最好的选择。

一. POL方案介绍

1.1 POL概述

POL(Passive Optical LAN)是一种基于PON技术的企业局域网络,通过光纤为用户提供融合的数据、语音、视频及其他弱电类业务。它并不算是一种新技术,而是将在运营商网络中已经得到过长期验证的PON网络技术应用到了企业网中。POL 能为客户带来巨大的价值同时,不会改变现有业务规划和用户终端网络连接方式,并能提供传统 LAN 网络提供的所有功能。

1.2 POL网络架构

POL 提供一个二层传输网络,采用 PON 技术,提供千兆接入到用户终端,以一根光纤融合承载视频、数据、无线、语音等业务。

POL网络架构图:

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1.3 POL与传统局域网对比

在POL组网中,传统LAN中的汇聚交换机将被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,通过有线或者无线方式接入用户的数据、语音及视频等业务。
PON网络下行采用广播方式:通过分光器将OLT发出的光信号分成多份带有相同信息的光信号,传送到每个ONU,ONU根据报文中所带的标记,选择性接收属于自己的报文,对标记不符的进行丢弃处理。

PON网络上行方向:OLT侧统一分配给各个ONU一个时间片,ONU严格按照这一时间片窗口进行信号发送,不属于自己的时间片对光口进行关断操作,上行时间窗口调度机制高度依赖PON的测距技术来实现。
对PON技术原理的理解,有助于我们在网络设计中更熟练的应用这一技术,尤其是其光分配网的无源(无需供电)特性,和传统交换机的差别所带来的点位配电规划设计尤其需要注意。为保证在一芯光纤上转发两个方向的流量报文,PON采用波分方式同时处理双向信号传输,上、下行信号分别用不同的波长,但在同一根光纤中传送。OLT 到 ONU/ONT 的方向为下行方向, 反之为上行方向。下行方向采用 1490nm,上行方向采用 1310nm。
线路架构比较:

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设备选型比较:

子系统名称 传统方案设备与产品 POL方案设备约产品
1 设备间/机房子系统 ODF、语音配线架 ODF、分光器(集中放置)
2 主干布线/垂直布线子系统 大多数铜缆或者室内多模光缆 室内单模光缆
3 楼层管理/楼层机房子系统 机架/机柜、铜缆配线架、光缆配线架 楼层配线箱、光纤连接器、分光器(分散装置)
4 水平布线子系统 双绞线、室内多模光缆 蝶形光缆
5 工作区子系统 铜缆模块、铜缆面板、铜缆跳线 光纤连接器、光纤跳线

 

二. POL优势分析

通过上一节POL和传统局域网的比较,可以发现传统局域网存在的挑战和POL体现出来的独特优势。

传统局域网存在的挑战:

  1. 大量交换机占用机房空间,功耗大,散热难
  2. 汇聚路由器之间连接复杂,而且占用管道空间,走线和维护难度大
  3. 交换机位置分散,管理复杂,需要庞大的维护团队
  4. 传输距离的限制
  5. 网络新增设备操作复杂
  6. 升级和扩容难

 

无论是传输距离、网络平滑升级、高可靠性,还是灵活组网、易部署、简捷运维等方面,传统综合布线系统已经全面落后于POL。全光网POL把传统综合布线的传输和光纤到桌面、光纤到用户单元、光纤到公共区域进行整体的融合;并把原有的L3网络变成扁平的L2架构。企业可将数据,语音、视频安防以及无线等不同的系统融合在一张光纤网络中,具有传统综合布线不可比拟的优势。

POL优势分析:

架构先进:POL网络采用单模光纤,带宽潜力近乎无限,宽带随需平滑升级。

安全可靠:全光纤传输,防探测,防电磁干扰,PON设备提供极强的DoS防御能力,减少网络攻击。

融合承载:POL方案可一网承载数据、语音、视频等业务,综合布线与弱电网络完美融合。

节省空间:POL方案超强汇聚,园区只需要提供一个核心机房即可,无需楼层机房。

覆盖广泛:覆盖距离20km,满足超高楼宇、超大园区的覆盖需求。

绿色节能:POL方案用无源分光器替代传统网络的汇聚设备,且设备间无需空调,更节能。

维护方便:PON技术原生采用集中管理方式,避免传统方案分散管理弊端,降低了运维难度。

成本优势: 根据以往经验,以1000点位作为样本,选择POL的FTTD(Fiber To The Desktop)方式将比传统交换机网络节省15%的成本,选择FTTO(Fiber To The Office)方式将比交换机网络节省58%的成本。

三. POL发展展望

POL目前处于发展初期,目前使用率不高,但是未来五年将会发生显著改变。企业用户对POL方案的选用程度不够高,但厂商和社会团体已经在大力宣传这项技术,物联网需求将成为推动POL的重要驱动力。

谈到POL适用场景,可能大多数人想到的是企业办公、教育园区、酒店这些地方。不能否认这些地方是目前使用最广泛的地方,但是从POL的独特优势我们可以看出POL有助于降低能耗和运营成本,物联网才是真正促进企业采用POL技术的关键。物联网应用方案中,分散在各个地方的海量终端设备需要连入网络,传统LAN无法满足这样一需求,而POL可以作为桥梁,消除这一需求的鸿沟。因此POL将会在城市基础服务设施、制造业、加工业、太阳能、风能、智慧能源领域获得更大的应用。之所以这么说,是因为目前这些行业设施内电缆线路通常延伸数英里,而POL可以延伸很长的距离,且可以通过多纤同缆、光分路器在沿线布放节点。以制造业为例,无论是涉及流量计、过滤器还是温度等传感器,这些设备都需要联网,而传统局域网较难满足其联网需求,需要的是能够在这些传感器设备的工作环境中能稳定运行且不产生电磁干扰或辐射的技术。POL正是一项这样的技术,传输距离远、可通过光分路器树形组网、不产生电磁干扰和辐射,可以用于大部分设备的连接,在制造业、加工业这类需要大面积、广覆盖的应用场景中发挥作用。

POL是一项了不起的技术,因为它基于光纤传输,网络结构简单,易于管理,而且无论建设成本和运维成本都有一定优势。随着企业的不断发展,用户对带宽提出更高的要求,光纤的使用将会越来越普遍,从园区网、骨干网,并扩展到接入领域。IT用户慢慢的试着接纳他,好的技术一定会通过时间来证明他的价值。但是也不得不承认,POL的推动还存在巨大阻力,在传统的局域网上投入巨资的企业,可能不会改为POL,至少不会立即改变。对于小型组织来说,POL解决方案可能有点大材小用,与基于双绞线铜缆的网络相比,它们可能根本不会使用它所能提供的所有容量,并且解决方案可能变得非常昂贵。因此未来可能是两种技术共存,POL会用来弥补传统LAN无法实现的功能。而且,对于熟悉传统网络技术人员,也需要时间逐渐学习、适应、掌握和应用POL技术。

 结语:

随着城市智慧化,云计算大数据的应用,IoT的普及,未来越来越多的企业应用将会云化。对于企业网来说,企业数字化转型势在必行,这就需要需要一张简单的网络,而POL凭借其一网多业务、经济高效、简单灵活、安全可靠等特点,高效支撑企业数字化。成为教育,酒店,电力,交通、智能安防,工业等领域数字化转型的最佳选择,并且随着客户认可度逐步提升,生态也在壮大,相信在未来时间里,全光园区产业将继续快速增长。