1. 技術背景

工業 PON 系統由局端 OLT(光線路終端)、用戶端 ONU(光網絡單元)、連接局端和用戶端設備的 ODN(光分配網絡)組成，具體架構可見下圖 10，采用單纖雙向、點到多點的網絡結構。下行方向（OLT 到ONU）為廣播選收，上行方向（ONU 到 OLT）采用時分多址接入（TDMA）方式對各 ONU 的數據發送進行調度。ODN 由光纖和一個或者多個無源光分路器等無源光器件組成，在 OLT 和 ONU 之間采用光纖連接。

工業 PON 系統參考架構

相較于傳統銅纜以太網技術，PON 技術具有以下優點：通過無源器件組網，受電磁幹擾和雷電影響較小；采用自愈形網絡支持并聯，切換時間短、抵抗失效能力強；點到多點傳輸架構，終端并行接入，部署靈活；僅需單根光纖傳輸，最遠可覆蓋 20 公裡範圍。在工業 PON 系統中，除具有傳統 PON 系統的功能外，接入網關（ONU）還可以作為開放平台，配置多種嵌入式數據采集功能，包括OPC 數據采集、數據處理等，支持網關與 PLC、生産管理系統、生産裝備的通信。同時，ONU 支持集成開源或者客戶定制化的工業應用，進行個性化工業數據采集和轉換處理，并與工業雲平台進行交互。在部署工業 PON 系統時，OLT 設備提供集中化的數據處理、交換和控制功能。ONU 設備處于終端側，可以提供以太網 RJ45、Wi-Fi 等多種常規網絡用戶側接口，以及 RS485/RS232、CAN 等多種工業類型的業務接口。ONU 設備采集的工業生産數據經過 ODN 網絡彙聚到 OLT設備側，由 OLT 設備北向接口傳輸給企業信息網絡的上層實體（如雲平台服務器、MES 系統等），以實現數據采集、生産指令下達等功能。

2. 在工業互聯網網絡體系架構中的位置

工業 PON 在工業互聯網網絡體系架構中的位置

工業 PON 在工業互聯網網絡體系架構中的位置見上圖，參考工業互聯網産業聯盟發布的《工業互聯網體系架構（版本 2.0）》白皮書和《工業 PON2.0》白皮書。工業 PON 技術在工業互聯網體系架 構中主要應用在工業生産網絡中的車間級網絡位置。即通過工業級接入網關（ONU）設備實現光網絡到設備層的連接，通過光分配網絡實現工業設備數據、生産數據等到彙聚網關（OLT）的集中，最終通過彙聚網關（OLT）與企業 IT 網絡的對接，從而實現企業 OT 和 IT融合組網及工業數據的可靠有效傳輸。此外，工業 PON 也可應用在 工廠級網絡的企業辦公網中，用于承載企業的管理信息數據，并按需将數據上傳至工業網絡的骨幹節點。

3. 針對工業網絡需求的相關技術應用

1）低時延技術

工業PON系統下行采用廣播選收機制，可以保證穩定的傳輸時延，一般可達100μs量級；上行方向的TDMA機制經過優化以後，也可達到200μs量級的時延能力；未來通過進一步的傳輸機制優化，将具備更低時延的性能。

2） 數據安全機制

工業PON的ONU終端接入需要網管系統進行統一認證注冊，避免了仿冒終端接入的安全隐患；數據傳輸支持多種加密算法（國密、AES等），具備成熟可靠的網絡傳輸安全傳輸機制。

3） 網絡切片

工業PON具備網絡切片能力，一台物理OLT設備可以虛拟化為多個邏輯OLT設備切片，每個切片之間的網絡資源分配、系統管理權限相互獨立，在用戶角度來看等同于多立的物理設備，這種網絡切片可以用于對工業企業多種業務子網的融合承載。

4） 邊緣計算

工業PON設備可支持基于通用硬件架構和軟件平台的邊緣計算能力，将工業産線的數據計算處理能力轉移到邊緣側，并通過結合特有的深度學習算法，在邊緣測進行模型推理，可有效降低傳輸時延。針對一些機器視覺類業務，還可以降低視頻類數據傳輸帶寬，提升計算效率。

5 開放平台技術

工業PON提供開放的軟硬件平台架構，通過容器和應用分離技術賦能多廠商協同實現工業協議轉換，實現工業現場協議轉換功能，完成異構通信協議到統一協議的映射。工業PON ONU設備開放平台的架構下圖。

ONU 側開放平台的架構

接入網關(ONU)軟件由平台軟件和應用軟件組成。平台軟件支持容器功能和應用軟件管理功能。平台容器提供軟件支撐環境，應用軟件（插件）實現協議轉換及其它工業數據處理及分析功能，支持多個廠家協同實現特定協議到統一協議的轉換或多種協議互轉。開放軟件平台基于容器技術為第三方應用提供運行空間和所需的運行資源，并提供統一的 API 接口，屏蔽不同硬件的差異，保證第三方應用的跨硬件可用性。

4. 為用戶實現的價值

1)滿足車間級應用的帶寬承載需求

工業PON網絡中的ONU設備支持上下行最大10Gbit/s的傳輸速率可滿足車間級應用的多業務承載；未來還具備向50Gbit/s速率演進的能力。

2)支持複雜的工業場景應用

工業PON網絡采用無源器件組網，不會受到電磁幹擾和雷電影響；網絡部署時支持采用自愈環形網絡部署，切換時間短、抵抗失效能力強。

3)網絡部署便捷

采用點到多點傳輸架構，支持終端設備并行接入，最遠可覆蓋20公裡範圍，并且工業PON采用的預置連接頭、光電混合纜等技術使施工現場無需熔纖，布線和施工簡便快捷。此外工業PON具有無源光網絡的設備特點，光分配網絡無需取電，降低了網絡的部署難度和要求。

4)提供網絡保障策略

為保障工業生産網絡安全可靠，工業PON技術具備多種等級的保護倒換方案，可以在一路ODN網絡或者PON設備端口發生故障導緻網絡中斷時，快速進行主備鍊路切換和業務恢複，保證工業場景對于系統高可靠性的要求。

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