2023高性能工業(yè)PON白皮書

聲明有材料或內(nèi)容的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟所有(注明是本聯(lián)盟并獲得授權(quán)許可。未經(jīng)授權(quán)許可，任何人不得將報(bào)告的不得將報(bào)告的全部或部分內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)方式傳播，不得在任何公開場合使用報(bào)告內(nèi)相關(guān)描述及相關(guān)數(shù)據(jù)圖表。違反上述聲明關(guān)法律責(zé)任。05887前言前言線接入網(wǎng)絡(luò)的性能提出了更高的要求，主要包括更好的確定性(確定性時(shí)延和抖動(dòng))以及更高的傳輸帶寬能力，為工業(yè)客戶提供一整套普適化、高性能、自主本白皮書介紹了工業(yè)場景對于接入網(wǎng)絡(luò)能力的需求，對工業(yè)PON技術(shù)支持確定性和高帶寬能力的業(yè)慧、李玉峰公眾號(hào) —1—于網(wǎng)絡(luò)的需求工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)建工業(yè)環(huán)境下人、機(jī)、物全面互聯(lián)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、管理、服務(wù)等產(chǎn)業(yè)全要素的泛在互聯(lián)，促進(jìn)各種類型工業(yè)數(shù)據(jù)的開放流動(dòng)和深度融合，推動(dòng)工業(yè)資源的優(yōu)化集成和高效配置，加速制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，有力推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和提質(zhì)增效。工廠內(nèi)網(wǎng)指在工廠或園區(qū)內(nèi)部，滿足工廠內(nèi)部生產(chǎn)、辦公、管理、安防等連接需求，用于生產(chǎn)要素互聯(lián)以及企業(yè)IT管理系統(tǒng)之間連接的網(wǎng)絡(luò)。例如工業(yè)現(xiàn)場用于連接生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)，用于連接企業(yè)工業(yè)制造管理系統(tǒng)等的企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)，以及用于能源、安防等監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)都屬于工廠內(nèi)網(wǎng)范疇。網(wǎng)絡(luò)作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了重要的網(wǎng)絡(luò)連接基座。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與邊/云能力共同構(gòu)筑了基礎(chǔ)設(shè)施層，提供大帶寬、低時(shí)延、高可靠的網(wǎng)絡(luò)入口和高速管道，滿足各新基建領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)連接需要，支持豐富的行業(yè)數(shù)字化應(yīng)用。為了滿足工業(yè)企業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求，工廠內(nèi)網(wǎng)承載方案的確定性網(wǎng)絡(luò)能力，包括確定性時(shí)延和抖動(dòng)能力，是工業(yè)客戶對于工業(yè)內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能力的一個(gè)重點(diǎn)需求。確定性網(wǎng)絡(luò)能力可以提供穩(wěn)定確定的網(wǎng)絡(luò)傳輸保證，是承載各類現(xiàn)場總線業(yè)務(wù)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的必要業(yè)務(wù)保證。同時(shí)，為了解決工業(yè)場景中數(shù)據(jù)源爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)不暢、數(shù)據(jù)處理不及時(shí)制約工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)智能等創(chuàng)新應(yīng)用的發(fā)展問題，需要—2—進(jìn)一步提升現(xiàn)有工業(yè)內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的帶寬，保證端到端網(wǎng)絡(luò)帶寬，滿足產(chǎn)線機(jī)器視覺、跨域工業(yè)遠(yuǎn)程控制、AR/VR實(shí)時(shí)輔助、產(chǎn)線協(xié)同等新業(yè)務(wù)的高精準(zhǔn)、高可靠、高可控，滿足行業(yè)應(yīng)用對于網(wǎng)絡(luò)帶寬的爆炸性增長需求趨勢。工業(yè)PON技術(shù)采用先進(jìn)的無源光纖通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)與工廠自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)融合，是構(gòu)建未來工廠智能化的基礎(chǔ)，可以有效解決智能工廠和數(shù)字車間的通信交流，構(gòu)造安全可靠的工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，完成智能制造基礎(chǔ)設(shè)備、工藝、物流、人員等各方面基礎(chǔ)信息采集和互通，解決困擾企業(yè)的工業(yè)協(xié)議繁多和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場協(xié)議的靈活轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一格式，同時(shí)為企業(yè)上云做好基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)服務(wù)，與現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合。工業(yè)PON解決方案已在國務(wù)院及工信部的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展相關(guān)文件和要求中作為高質(zhì)量工廠網(wǎng)絡(luò)的重要方式予以采納。業(yè)互聯(lián)網(wǎng)用全光網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，采用開放軟硬件平臺(tái)架構(gòu)、SDN管控模型和能力開放接口，提供工業(yè)數(shù)據(jù)采集解析、確定性傳輸、邊云協(xié)同、網(wǎng)絡(luò)切片、智能化運(yùn)維等關(guān)鍵能力，實(shí)現(xiàn)“人、機(jī)、物”全面互聯(lián)。該技術(shù)可構(gòu)建抗干擾能力強(qiáng)、傳輸帶寬高、異構(gòu)協(xié)議互轉(zhuǎn)、連接自愈能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)安全性高、部署經(jīng)濟(jì)性好的工廠網(wǎng)絡(luò)，可應(yīng)用于企業(yè)信息網(wǎng)、車間級(jí)生產(chǎn)網(wǎng)以及現(xiàn)場級(jí)工業(yè)閉環(huán)控制網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)DICT融合，實(shí)—3—PON系統(tǒng)由局端OLT(光線路終端)、用戶端ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)、及連接局端和用戶端設(shè)備的ODN(光分配網(wǎng)絡(luò))組成，具體架構(gòu)可見圖1，數(shù)據(jù)發(fā)送進(jìn)行調(diào)度。ODN由光纖和一個(gè)或者多個(gè)無源光分路器等無源光工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)適用的典型場景有：一是固定生產(chǎn)設(shè)備高可靠連接，—4—二是辦公設(shè)備有線無線統(tǒng)一承載，三是設(shè)備協(xié)同高效工作，四是機(jī)器視覺監(jiān)測、環(huán)境和設(shè)備檢測。我國的運(yùn)營商和PON設(shè)備廠商，率先在行業(yè)推廣工業(yè)PON解決方案，已達(dá)到全國規(guī)模推廣的程度，被廣泛應(yīng)用在工廠網(wǎng)絡(luò)改造和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，其中包括汽車零配件制造業(yè)、家電制造業(yè)、裝備制造業(yè)、3C制造業(yè)等行業(yè)的知名企業(yè)。工業(yè)PON系統(tǒng)，可以為工業(yè)內(nèi)網(wǎng)提供確定性傳輸和高帶寬的網(wǎng)絡(luò)能力，滿足工業(yè)場景各類業(yè)務(wù)的典型需求。同時(shí)具備高可靠、低成本、廣適用、易推廣等特點(diǎn)，有效解決企業(yè)數(shù)字化改造中對多協(xié)議數(shù)據(jù)采集、安全穩(wěn)定傳輸、工業(yè)應(yīng)用端邊云協(xié)同和低成本網(wǎng)絡(luò)改造等問題，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)效率和設(shè)備使用率的提升，同時(shí)降低生產(chǎn)成本、生產(chǎn)設(shè)備故障率和資源消耗。確定性網(wǎng)絡(luò)能力，目前不同的行業(yè)協(xié)會(huì)以及標(biāo)準(zhǔn)化組織，對于確定—5—性網(wǎng)絡(luò)的定義和側(cè)重點(diǎn)有所不同，其中確定性(有界)的時(shí)延和抖動(dòng)是大家所共同關(guān)心的。同時(shí)，對于確定性帶寬、確定性安全隔離能力、網(wǎng)絡(luò)可靠性等方面，也會(huì)有相應(yīng)的需求。高性能工業(yè)PON主要在數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性(確定性時(shí)延和抖動(dòng))，以及網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬方面，相比現(xiàn)有工業(yè)PON有了針對性提升，可以進(jìn)一步滿足工業(yè)領(lǐng)域大部分應(yīng)用場景對于網(wǎng)絡(luò)確定性和高帶寬的需求(具體見的網(wǎng)絡(luò)可靠性能力。網(wǎng)融合的底層網(wǎng)絡(luò)基座。按照不同的業(yè)務(wù)承載需求和場景，以及能力演進(jìn)方向，可以歸納為以下三個(gè)階段。工業(yè)PON1.0：目標(biāo)為滿足中小企業(yè)一般性網(wǎng)絡(luò)承載需求，包含了網(wǎng)關(guān)，可滿足企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)、室內(nèi)WiFi覆蓋承載、室內(nèi)視頻監(jiān)控、無特殊時(shí)延需求的車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)承載需求。工業(yè)PON2.0：包含1.0版本特性，提供基于網(wǎng)絡(luò)切片的多業(yè)務(wù)差異化承載和安全隔離、工業(yè)數(shù)據(jù)采集接口、ODN網(wǎng)絡(luò)高可靠、網(wǎng)關(guān)工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性等能力和特性，支持在室外/嚴(yán)酷工業(yè)環(huán)境工作，提出基于容器技術(shù)的ONU，集成數(shù)采功能，可靈活加載第三方插件，可自適應(yīng)工業(yè)協(xié)議。工業(yè)PON3.0：在2.0基礎(chǔ)上，提出PONOLT設(shè)備新型架構(gòu)，融合通用計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，支持分布式計(jì)算存儲(chǔ)等云邊協(xié)同能力，提供確定N—6—安全特性、智簡運(yùn)維能力等特性，提升工業(yè)PON方案對前瞻工業(yè)升級(jí)技術(shù)的支持及其適用范圍，拓展工業(yè)PON從中小企業(yè)向大型企業(yè)、傳統(tǒng)制造業(yè)向先進(jìn)制造業(yè)的全范圍覆蓋。PON1.0、2.0和3.0是項(xiàng)目組針對成本敏感型、業(yè)務(wù)穩(wěn)定性、先進(jìn)技術(shù)能力型等不同類型企業(yè)的差異化需求所提出的解決方案，三個(gè)階段非升級(jí)替代關(guān)系，而是按照不同工業(yè)行業(yè)客戶的場景和需求按需部高性能工業(yè)PON，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)PON3.0在確定性、高帶寬方面的能階段的技術(shù)能力。能力需求調(diào)研及分析1.5.1低時(shí)延低抖動(dòng)能力需求實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，工業(yè)閉環(huán)控制場景對時(shí)延/抖動(dòng)的要求較高，否則—7—會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)工序無法按計(jì)劃執(zhí)行，對產(chǎn)品合格率帶來不利影響。離散制造業(yè)場景中，產(chǎn)品制造往往由多個(gè)零件經(jīng)過一系列并不連續(xù)的工序加工裝配而成，涉及生產(chǎn)終端類型多，數(shù)據(jù)通常包括物料、加工設(shè)備、工裝、加工過程、質(zhì)量等，網(wǎng)絡(luò)傳輸如果出現(xiàn)過大的時(shí)延或抖動(dòng)，將導(dǎo)致制品情況，生產(chǎn)設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)未能按需送達(dá)到上層管理平臺(tái)，影響整體生產(chǎn)流程的進(jìn)行。智慧礦山行業(yè)場景中，較大的傳輸時(shí)延將提高作業(yè)操作難度和施工危險(xiǎn)性；同時(shí)廠景涉及地面和井下各區(qū)域生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集上傳到地面調(diào)度機(jī)房，網(wǎng)絡(luò)高抖動(dòng)可能對生產(chǎn)安全帶來無法彌補(bǔ)的損失。工業(yè)場景中，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)主要包括控制類業(yè)務(wù)、采集類業(yè)務(wù)、連接類業(yè)務(wù)等多種類型。其中控制類業(yè)務(wù)包括遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場產(chǎn)線控制兩種應(yīng)用場景。遠(yuǎn)程控制對于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)帶寬存在一定的要求，例如視頻遠(yuǎn)程控制類業(yè)務(wù)要求時(shí)延一般不大于20ms，同時(shí)應(yīng)能根據(jù)具體遠(yuǎn)程控制視頻清晰度，提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬保障?，F(xiàn)場產(chǎn)線控制，主要包括對產(chǎn)線PLC、產(chǎn)線I/O、設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制，其網(wǎng)絡(luò)流量一般具備周期性特征，根據(jù)不同的控制對象，其網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和丟包等關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)存在差異化的需求。求典型的網(wǎng)絡(luò)能力需求如表1所示。表1現(xiàn)場產(chǎn)線控制類業(yè)務(wù)典型網(wǎng)絡(luò)能力需求工業(yè)RT產(chǎn)線級(jí)I/O控制 (閥島/變頻器/機(jī)器人控制器機(jī)器內(nèi)部I/O控制(焊槍抓手—8—msRT(RealTimeCommunication)：實(shí)時(shí)通信，適合周期性數(shù)據(jù)交換的場合IRT(IsochronousRealTimeCommunication)：等時(shí)同步通信，對于時(shí)間要求嚴(yán)格同步的通信采集類業(yè)務(wù)包括傳感器信息采集、視頻檢測與采集等，其典型的網(wǎng)絡(luò)能力需求如表2所示。表2采集類業(yè)務(wù)場景及典型網(wǎng)絡(luò)能力需求NRT上行速率：1080P：>10Mbps4K：>40Mbps連接類業(yè)務(wù)包括設(shè)備自動(dòng)化程序下載、生產(chǎn)加工程序下載、基于無線網(wǎng)絡(luò)的AGV導(dǎo)航、遠(yuǎn)程診斷維修指導(dǎo)等業(yè)務(wù)。其典型業(yè)務(wù)需求如下表3所示。表3連接類業(yè)務(wù)場景及典型網(wǎng)絡(luò)能力需求NRT(無線網(wǎng)絡(luò)場500ms設(shè)備程序下載容量<5@100平數(shù)據(jù)包大小~100MBNRT遠(yuǎn)程診斷維修容量<5@100平數(shù)據(jù)包大小<1500B帶寬>100Mbps—9—1.5.2高帶寬能力需求當(dāng)前現(xiàn)場級(jí)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)帶寬需求呈現(xiàn)出逐步增加的趨勢。工業(yè)產(chǎn)線的機(jī)器視覺與AI新興技術(shù)應(yīng)用和普及，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬需求迅速增加，單路高清晰度視覺檢測業(yè)務(wù)便峰值帶寬可高達(dá)2Gbit/s，如果多路疊加，現(xiàn)有產(chǎn)線接入網(wǎng)系統(tǒng)的帶寬將無法滿足需求。表4典型VR視頻應(yīng)用對于網(wǎng)絡(luò)帶寬能力的需求CloudVRPhase1CloudVRPhase2CloudVRPhase3CloudVRPhase4PONPON與其他技術(shù)區(qū)別與聯(lián)系-6-6同時(shí)，跨域的遠(yuǎn)程工業(yè)遠(yuǎn)程控制、多地團(tuán)隊(duì)聯(lián)動(dòng)合作、AR/VR實(shí)時(shí)輔助產(chǎn)線搭建及故障維修、產(chǎn)線協(xié)同等新業(yè)務(wù)成為常態(tài)化需求，其高精準(zhǔn)、高可靠、高可控的業(yè)務(wù)能力需求也對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出來更高的要求。1.5.3工業(yè)PON與TSN、Detnet的網(wǎng)絡(luò)層次對比如下表所示，可見工業(yè)PON與TSN技術(shù)，主要聚焦于L2網(wǎng)絡(luò)。—10—工業(yè)PON與TSN，均具備相應(yīng)的技術(shù)方案，以實(shí)現(xiàn)確定性的網(wǎng)絡(luò)能力。目前工業(yè)PON的相應(yīng)技術(shù)還在進(jìn)一步完善過程中，尚無法完全對標(biāo)實(shí)現(xiàn)TSN的相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)功能，但在關(guān)鍵確定性網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)(參見本白皮書第二章內(nèi)容)方面，已經(jīng)可以承載大部分工業(yè)確定性應(yīng)用場景的業(yè)務(wù)。SyncEvIEEE802.1AS等技術(shù)期性burst注冊善相比TSN和Detnet，工業(yè)PON技術(shù)依托國內(nèi)成熟的PON產(chǎn)業(yè)鏈，可實(shí)現(xiàn)更高的技術(shù)和產(chǎn)品自主可控能力，同時(shí)在綜合成本等方面也具備優(yōu)同時(shí)，工業(yè)PON目前可支持10G網(wǎng)絡(luò)帶寬，未來可提供高達(dá)50G帶寬的能力，相比現(xiàn)有TSN解決方案1G的網(wǎng)絡(luò)帶寬有了數(shù)量級(jí)的提升，可以滿足更多高帶寬業(yè)務(wù)的需求。11—業(yè)PON系統(tǒng)，上行方向采用時(shí)分多址接入(TDMA)方式對各ONU的數(shù)據(jù)發(fā)送進(jìn)行調(diào)度。PON方向采用時(shí)分多址接入(TDMA)，下行方向采用廣播復(fù)用的機(jī)制，使得目前工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)的上下行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和抖動(dòng)性能有所不同，上行方向由于采用時(shí)分多址接入技術(shù)，ONU側(cè)的上行數(shù)據(jù)報(bào)文需要OLT側(cè)提前進(jìn)行帶寬分配，相比下行方向，會(huì)引入更多的傳輸時(shí)延。工業(yè)PON系統(tǒng)中，在各網(wǎng)絡(luò)層級(jí)均會(huì)引入一定程度的時(shí)延和抖動(dòng)。例如在物理介質(zhì)層面，光纖光纜存在一定的固有傳輸時(shí)延(約5us/km)；解密以及FEC(前向糾錯(cuò))處理也會(huì)引入一定程度的時(shí)延和抖動(dòng)(時(shí)延為—12—同時(shí)，面向工業(yè)場景所承載的業(yè)務(wù)，其網(wǎng)絡(luò)傳輸特征一般具備周期性，如果業(yè)務(wù)的周期性和PON系統(tǒng)自身上行DBA調(diào)度的周期不匹配，或者業(yè)務(wù)傳輸被PON系統(tǒng)本身固有的上行方向注冊開窗所影響，就會(huì)帶來一定的傳輸時(shí)延和抖動(dòng)劣化，對整體業(yè)務(wù)傳輸?shù)拇_定性帶來影響。因此，如何通過各類技術(shù)優(yōu)化上述各類變量和因素對于網(wǎng)絡(luò)確定性的影響，是高性能工業(yè)PON亟待解決的問題。2.2.1現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)化ONU業(yè)務(wù)的帶寬、帶寬分配等具備非常靈活和精細(xì)的配置，可以通過優(yōu)化現(xiàn)有業(yè)務(wù)配置，在一定程度上實(shí)現(xiàn)低時(shí)延低抖動(dòng)的能力。例如對于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化的PON系統(tǒng)業(yè)務(wù)配置選項(xiàng)，可以從SLA模板、DBA配置、業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)等方面，針對具體業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行優(yōu)化配置。例如，可以根據(jù)具體業(yè)務(wù)承載中，工業(yè)PON下掛對接的具體網(wǎng)元，其對于時(shí)延抖動(dòng)、以及帶寬的具體能力需求，對于工業(yè)PON系統(tǒng)中OLT上聯(lián)口帶寬能力等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行針對性優(yōu)化，可以有效提升現(xiàn)有技術(shù)條件下的網(wǎng)絡(luò)能力，在大部分場景中可以滿足所承載的工業(yè)業(yè)務(wù)對于時(shí)延抖動(dòng)和帶寬能力的需求。2.2.2新型優(yōu)化技術(shù)現(xiàn)有10GPON標(biāo)準(zhǔn)基本已經(jīng)穩(wěn)定，針對低時(shí)延低抖動(dòng)的能力進(jìn)行針對性補(bǔ)充，主要側(cè)重在下一代單波長50GPON標(biāo)準(zhǔn)。該50GPON在提供更高帶寬的同時(shí)，也針對家庭、政企、工業(yè)、無線承—13—載等業(yè)務(wù)和場景的新需求，針對低時(shí)延低抖動(dòng)的性能也進(jìn)行了考慮(低時(shí)延是ITU-T50GPON相關(guān)的G.HSP系列標(biāo)準(zhǔn)的需求之一，在發(fā)布的G.9804.1中提出需要支持低時(shí)延業(yè)務(wù)，比如交互類VR、5G前傳數(shù)據(jù)承同時(shí)，針對現(xiàn)有的GPON以及EPON技術(shù)體系，設(shè)備廠商也已經(jīng)將下面部分新型技術(shù)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)和功能集成。但是由于標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)凍結(jié)的原因，尚未進(jìn)行整體的標(biāo)準(zhǔn)化工作，大部分以個(gè)性化的解決方案形式，提供給需要的工業(yè)客戶。單幀多突發(fā)技術(shù)度ONU的上行發(fā)送時(shí)隙窗，ONU只能在OLT分配的時(shí)隙之內(nèi)發(fā)送上行數(shù)據(jù)。據(jù)這段時(shí)間內(nèi)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，將在ONU本地緩存，等待下一個(gè)時(shí)隙到來再發(fā)送。因此，ONU的上行時(shí)延，無法優(yōu)于現(xiàn)有的上行時(shí)隙間隔參數(shù)。在ITU體系的TDMPON系統(tǒng)中，ONU的上行時(shí)隙分配報(bào)文位于每個(gè)下行幀幀頭固定開銷的BWmap中，目前標(biāo)準(zhǔn)定義的每個(gè)上行時(shí)隙分配幀如果要減少該上行時(shí)延，我們可以考慮加大上行時(shí)隙的分配頻率，例如的幀中，ONU1只有1個(gè)上行發(fā)送時(shí)隙時(shí)，其發(fā)送間隔可以達(dá)125微秒，隙時(shí)，那各個(gè)時(shí)隙之間的間隔是125/4=31.25微秒，上行時(shí)延可以—14—4。但是在TDMPON系統(tǒng)中，為了保證OLT突發(fā)接收的正常，ONU發(fā)送的每個(gè)突發(fā)包都需要有一定的前導(dǎo)碼型，該前導(dǎo)碼將會(huì)占用部分上行時(shí)隙，引入一定的開銷。在每幀內(nèi)，突發(fā)的個(gè)數(shù)越多，每個(gè)突發(fā)前導(dǎo)碼部分引入的總開銷也越大。上述方案可以顯著優(yōu)化最大時(shí)延，由于多次分配上行時(shí)隙資源，引入了額外的突發(fā)包頭文件開銷，導(dǎo)致總體的上行帶寬變小。對于工業(yè)控制等場景而言，確定性傳輸能力的優(yōu)先級(jí)高于傳輸帶寬的優(yōu)先級(jí)，因此，突發(fā)之間的最小實(shí)現(xiàn)可以達(dá)到125/16=7.8125微秒，這可以滿足絕大部分低時(shí)延應(yīng)用場景的需求，同時(shí)兼顧上行帶寬的能力要求。獨(dú)立注冊通道方案TDMPON系統(tǒng)中引入時(shí)延和抖動(dòng)的另外一個(gè)因素是新ONU的注冊和測距過程。為了保證能夠允許新ONU的接入，OLT會(huì)定期開啟上行傳輸靜默窗口，在此期間，已上線的ONU不允許發(fā)送上行數(shù)據(jù)，只有未注冊—15—的考慮。由于注冊/測距窗口是不允許正常ONU發(fā)送上行數(shù)據(jù)的，而如果微秒。為了避免注冊開窗引入的額外時(shí)延和抖動(dòng)，一種有效的方法是加入一個(gè)額外的波長通道，專門用于ONU注冊和測距等功能，同時(shí)該波長通道也可以用于發(fā)送上行業(yè)務(wù)。這樣可以有效避免注冊開窗的250微秒靜默窗口對上行業(yè)務(wù)帶來的影響。注冊開窗調(diào)整方案PON系統(tǒng)中，常規(guī)的靜默窗口大小為250微秒，其最關(guān)鍵的因素是考慮到系統(tǒng)中可能出現(xiàn)最遠(yuǎn)和最近的ONU距離差為20km。然而實(shí)際的工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)部署中，工廠的規(guī)模以及ONU之間的距離差距一般不會(huì)達(dá)到—16—ONU分支光纖差別是可控的。以單PON口下，分支光纖最大距離差1km為例，其在光纖上傳輸?shù)倪^這種開小窗的方式，在不增加硬件資源的情況下，可以將原來250微此外，如果在某個(gè)特定的PON口，如果OLT能夠識(shí)別到系統(tǒng)中已滿配或者接近滿配，OLT可以減少上行開窗的頻率甚至關(guān)閉開窗。還可以通過減少ONU的隨機(jī)時(shí)延值，進(jìn)一步的縮減窗口大小，有效減低系統(tǒng)的上行額外時(shí)延和抖動(dòng)。掛以及上聯(lián)的網(wǎng)元之間的額外交互聯(lián)動(dòng)，提前分配和預(yù)留上行資源，而期的上行資源。從而減少常規(guī)調(diào)度所需的時(shí)間，降低上行方向的傳輸時(shí)例如針對移動(dòng)前傳業(yè)務(wù)，在DU中的調(diào)度模塊可以根據(jù)自己為不同的UE在即將到來的移動(dòng)時(shí)隙分配的上行帶寬，預(yù)估上行移動(dòng)前傳負(fù)載流量，這使得PON能夠優(yōu)化承載移動(dòng)前傳業(yè)務(wù)。CODBA可以使緩沖時(shí)延時(shí)—17—硬管道等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)確定性全光網(wǎng)絡(luò)的能力。工業(yè)PON設(shè)備可通過改進(jìn)支持類OTN的硬管道功能，實(shí)現(xiàn)對于工業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的接近透明傳輸，進(jìn)一步降低時(shí)延和抖動(dòng)。同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)帶寬隔離和帶寬預(yù)留保證能力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸指標(biāo)的確定性。確確定性全光接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)—18—確定性業(yè)務(wù)切片工業(yè)PON系統(tǒng)本身支持多顆粒度的PON切片功能。針對確定性業(yè)務(wù)需求，后續(xù)可針對切片功能進(jìn)行進(jìn)一步完善，實(shí)現(xiàn)確定性業(yè)務(wù)的獨(dú)立切片，以及支持確定性業(yè)務(wù)與普通非確定性業(yè)務(wù)共享同一個(gè)物理資源(OLT更好的性能。確定性工業(yè)PON的全景視圖如下所示，通過引入單幀多burst等時(shí)延抖動(dòng)優(yōu)化技術(shù)，有效降低現(xiàn)有工業(yè)PON系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制對于網(wǎng)絡(luò)確定性的影響。同時(shí)，針對確定性網(wǎng)絡(luò)的能力度量，需要研發(fā)并標(biāo)準(zhǔn)化配套的時(shí)延測量方法，包括隨流測量和帶外測量等各種機(jī)制，在不過度消耗系統(tǒng)資源的前提下提供準(zhǔn)確的時(shí)延度量能力。此外，在網(wǎng)絡(luò)管理層面引入時(shí)延感知和時(shí)延參數(shù)端到端配置能力，根據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量請求，結(jié)合反饋的網(wǎng)絡(luò)特性進(jìn)行計(jì)算并下發(fā)端到端配置。實(shí)現(xiàn)確定性網(wǎng)絡(luò)能力的智能化按需配置，滿足各類應(yīng)用場景對于網(wǎng)絡(luò)性能的差異化需求?！?9—N現(xiàn)有的10GPON技術(shù)，主要有兩種技術(shù)路線，分別是基于IEEE10G-EPON分為對稱模式和非對稱模式，對稱10G-EPON上下行速率9.95328Gbit/s。XGS-PON系統(tǒng)，其上下行速率均為9.95328Gbit/s。3.1.2WDMPON技術(shù)T中進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化工作。景，相比TDMPON，其優(yōu)點(diǎn)在于獨(dú)享帶寬、上下行時(shí)延低對稱、安全性更—20—好；但是其成本較高，目前產(chǎn)業(yè)成熟度和規(guī)模尚無法和TDMPON系統(tǒng)相3.1.3TWDMPON技術(shù)TWDMPON技術(shù)是一種波分復(fù)用時(shí)分復(fù)用的混合PON系統(tǒng)，將4路波可調(diào)發(fā)射技術(shù)，ONU接收則采用4波可調(diào)接收技術(shù)，即ONU的光收發(fā)器可以根據(jù)具體業(yè)務(wù)和系統(tǒng)要求工作在任意一個(gè)OLT端口下。TWDMPON系統(tǒng)由于引入了可調(diào)諧激光器，其成本相比TDMPON系統(tǒng)無優(yōu)勢，同時(shí)，其帶寬提升能力有限，通過堆疊四路10GPON系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案在國內(nèi)并無部署和應(yīng)用。在2018年，為實(shí)現(xiàn)百兆到千兆的跨越，順應(yīng)新興千兆接入業(yè)務(wù)的發(fā)展，10GPON網(wǎng)絡(luò)開始進(jìn)行了大規(guī)模的部署。近年來，隨著數(shù)字化工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，用戶對帶寬的需求不斷增大、對時(shí)延和抖動(dòng)的要—21—求更加嚴(yán)格，已規(guī)模部署的10GPON網(wǎng)絡(luò)在未來將逐漸無法滿足所有工業(yè)用戶和業(yè)務(wù)的需求，更高速的下一代PON技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定越發(fā)關(guān)鍵。等不同的選項(xiàng)?？紤]到實(shí)現(xiàn)價(jià)值、實(shí)現(xiàn)難度、成本、以及前期的速率提升規(guī)律等因素，最終決定將50GPON作為10GPON下一代演進(jìn)的技術(shù)方由于工業(yè)PON網(wǎng)絡(luò)的ODN的生命周期較長，為了保護(hù)投資、降低建設(shè)成本，下一代的PON網(wǎng)絡(luò)需要在已部署的大量現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上共兩代PON系統(tǒng)在同一套體制下共存，系統(tǒng)的容量互不影響，為現(xiàn)有10GPONPON可持續(xù)演進(jìn)升級(jí)能力。PON的技術(shù)由于歷史的原因長期以來同時(shí)存在EPON與GPON兩套標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)的分歧不利于整個(gè)PON產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展。對于下一代PON網(wǎng)絡(luò)來說，PON產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展是一個(gè)業(yè)內(nèi)趨勢，避免標(biāo)準(zhǔn)組織之間相互競爭，產(chǎn)業(yè)鏈的分化也能得到解決，從而也會(huì)減少技術(shù)難度，降低PON產(chǎn)—22—G.9804.3Amd1G.9804.3G.9804.3Amd1G.9804.3(第一版)G.9804.2Amd1G.9804.2(第一版)G.984.5Amd2G.98053.3.1ITU-T50GPON標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展和現(xiàn)狀UTSGQGPON全會(huì)，50GPON系列標(biāo)準(zhǔn)研究項(xiàng)目取得了較大進(jìn)展，系列中多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)完成第一階段研究，并通過會(huì)議審批進(jìn)入發(fā)布流程。2016201720182019202020212022前期技術(shù)預(yù)研GG.Sup64(exG.sup.hsp)50GPON標(biāo)準(zhǔn)系列 (HSP)完成研研究中需求標(biāo)準(zhǔn)50GTDMPON物理層標(biāo)準(zhǔn)50GTWDMPON物理層標(biāo)準(zhǔn)通用協(xié)議層標(biāo)準(zhǔn)共存標(biāo)準(zhǔn)GG.9804.1(2019)G.9804.1Amd1GG.hsp.TWDMpmd(進(jìn)度滯后，完成時(shí)間待定)GG.984.5Amd3ITUTGPON標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)展16個(gè)月，并已通過全會(huì)審批，進(jìn)入AAP程序。50GPON需求標(biāo)準(zhǔn)增補(bǔ)了如刪除上行10G速率支持、增加對上行速率使能多種可選FEC碼型、切片等新需求內(nèi)容，至此已基本穩(wěn)定。50GPON物理層標(biāo)準(zhǔn)涉及50G下行光功率指標(biāo)、TDEC測試方法、眼圖測試方法、jitter指標(biāo)規(guī)格、前導(dǎo)時(shí)間等內(nèi)容，其第一版已通過全會(huì)審核，定為G.9804.3，同時(shí)決定啟動(dòng)G.9804.3Amd1增補(bǔ)研究項(xiàng)目，針對遺留的TDEC測試中的少量細(xì)節(jié)問題、50G上行波長規(guī)劃，50G上行光—23—接口規(guī)格等議題開展持續(xù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。針對通用協(xié)議層的ITU-TG.9804.2(前G.hsp.ComTC)標(biāo)準(zhǔn)涉及上行FEC及其配置方法、上行廣播授權(quán)窗口的搶占及沖突避免機(jī)制、上行最小突發(fā)間隔和最大突發(fā)大小、TC層PLOAM版本支持能力上報(bào)、安全增強(qiáng)等內(nèi)容。該標(biāo)準(zhǔn)在本次全會(huì)中通過consent，獲得標(biāo)準(zhǔn)號(hào)G.9804.2。會(huì)議同時(shí)決定啟動(dòng)G.9804.2Amd1增補(bǔ)研究項(xiàng)目，針對遺留的上行FEC等議題開展持續(xù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。值得一提的是國密SM4機(jī)制首次作針對每一代PON技術(shù)，ITU-T均制定了對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)系列，而PON系統(tǒng)共存機(jī)制及器件研究，因該部分起始于GPON，其內(nèi)容集中在G.984.5項(xiàng)目中。隨著GPON、XG-PON、XGS-PON、TWDM-PON、50GPON等越來越多的PON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，G.984.5標(biāo)準(zhǔn)中共存機(jī)制和共存器件等內(nèi)容逐漸增多，成為標(biāo)準(zhǔn)的主體內(nèi)容，和原項(xiàng)目范圍已不再匹配。目前正在進(jìn)行的G.984.5Amd3項(xiàng)目被分離成G.984.5Revision和G.9805兩個(gè)項(xiàng)容抽取出來并形成一個(gè)穩(wěn)定的修訂版本；G.984.5Amd2中PON系統(tǒng)共存持續(xù)開展標(biāo)準(zhǔn)化制定工作。50GPON標(biāo)準(zhǔn)系列研究取得了階段性的進(jìn)展，需求、物理層和協(xié)議層的關(guān)鍵指標(biāo)和功能都已趨于穩(wěn)定，可用于指導(dǎo)50GPON系統(tǒng)樣機(jī)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。后續(xù)將持續(xù)開展50GPON標(biāo)準(zhǔn)系列第二階段的研究和制定工作，推動(dòng)遺留問題的解決。3.3.2CCSA50GPON標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展和現(xiàn)狀CCSA中，接入網(wǎng)技術(shù)要求50Gbit/s無源光網(wǎng)絡(luò)分為三部分，包括—24—總體技術(shù)要求、物理層要求與TC層要求。其中第一部分的總體技術(shù)要求已進(jìn)入征求意見稿階段，隨著ITU-T的50GPON國際標(biāo)準(zhǔn)的逐漸完成，國內(nèi)行標(biāo)的推進(jìn)將持續(xù)開展，以指導(dǎo)未來相應(yīng)技術(shù)及需求硬件的產(chǎn)業(yè)化。組合，分別能夠滿足家庭客戶、政企客戶、園區(qū)以及回傳等不同場景的光比；采用通用的TC層設(shè)計(jì)以兼容不同種類的50GPON，并支持未來更3.3.3WDMPON標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展和現(xiàn)狀針對5G承載的應(yīng)用場景，在國內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了相應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)和的總體要求和PMC層技術(shù)要求定義了物理層、收發(fā)器指標(biāo)和性能指標(biāo)等要求，對應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在CCSA審查通過并正式發(fā)布?！督尤刖W(wǎng)設(shè)備測—25—術(shù)白皮書研究。針對5G前傳需求，開展高效前傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究，突破高G.Suppl.66規(guī)定了PON應(yīng)用于5G前傳的系統(tǒng)架構(gòu)、傳輸距離、系統(tǒng)代價(jià)、時(shí)延等。包含系統(tǒng)的基本功能等內(nèi)容。對于12/20/40通道的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了定義，可以為企業(yè)客戶、蜂窩無線承載等提供網(wǎng)絡(luò)連接。支持對稱10G、對稱25G的線路速率，并可根據(jù)未來業(yè)務(wù)發(fā)展的需求進(jìn)行速率的升級(jí)。ONU發(fā)射機(jī)可調(diào)，ONU接收機(jī)為寬譜接收方案，可以靈活按需調(diào)諧到與ODNAWG任何端口上的波長信道。3.4.1高帶寬能力與12.5Gbit/s速率接近，而12.5Gbit/s速率的支持會(huì)帶來同比40%的速率與25Gbit/s和50Gbit/s速率呈一定倍數(shù)關(guān)系，利于光模塊和系統(tǒng)te—26—3.4.2共存演進(jìn)能力50GPON具備從現(xiàn)有10GPON平滑演進(jìn)升級(jí)的能力，可以有效保護(hù)現(xiàn)有客戶的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，實(shí)現(xiàn)按需升級(jí)，平滑演進(jìn)的使用需求。高性能工業(yè)PON主要包含確定性和高帶寬兩個(gè)方面。工業(yè)行業(yè)的多樣性，導(dǎo)致工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接對于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、抖動(dòng)以及傳輸可靠性存在碎片化的需求。常規(guī)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，包括新型的工業(yè)PON等技術(shù)，可以滿足大部分企業(yè)的車間網(wǎng)絡(luò)承載需求。但是工業(yè)企業(yè)基于PLC、DCS等工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，未來如果用工業(yè)PON等新型網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行承載，其對于網(wǎng)絡(luò)的確定性提出了更高的要求，工業(yè)PON技術(shù)需要進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，突破傳統(tǒng)時(shí)分復(fù)用上行機(jī)制的固有時(shí)延抖動(dòng)限制，實(shí)現(xiàn)確定性網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。工業(yè)PON實(shí)現(xiàn)確定性網(wǎng)絡(luò)能力，主要涉及到物理層以及協(xié)議層的新技術(shù)研發(fā)工作。重點(diǎn)在于突破現(xiàn)有時(shí)分復(fù)用(TDM)上行機(jī)制，對于上行方向業(yè)務(wù)確定性的影響。技術(shù)突破手段包—27—括單幀多burst、獨(dú)立注冊通道、注冊開窗優(yōu)化等技術(shù)路線。工業(yè)場景中，高帶寬場景應(yīng)用需求主要來源于產(chǎn)線的圖像和視頻處網(wǎng)絡(luò)帶寬可能無法滿足需求，同時(shí)，此類業(yè)務(wù)應(yīng)用往往對于網(wǎng)絡(luò)的上行帶寬提出了更高的要求。單波長50GTDMPON已經(jīng)完成大部分標(biāo)準(zhǔn)化工滑演進(jìn)升級(jí)的能力，實(shí)現(xiàn)單PON口50G對