基于PON技术的智慧化工厂网络解决方案

基于PON技术的智慧化工厂网络解决方案

许海博

中国广电新疆网络股份有限公司

摘要：近十年来，中国流程制造业持续快速发展，总体规模大幅提升，综合实力不断增强，生产工艺、装备和自动化水平都得到了大幅度的提升，中国己成为世界上门类最齐全、规模最庞大的制造业大国。但从制造业增长率、劳动生产率、创新能力等各方面衡量，中国制造业大而不强、发展质量不够高的问题十分突出。为进一步增强制造业核心竞争力，早成为制造业强国，智能制造上升为国家战略。智能工厂建设的重点是智能工厂设计、智能工厂交付、智能生产和集成优化等标准，主要用于规定智能工厂设计、建造和交付等建设过程和工厂内设计、生产、管理、物流及其系统集成等业务活动的要求，确保智能工厂建设过程规范化、系统集成规范化、产品制造过程智能化。基于此，本篇文章对基于PON技术的智慧化工厂网络解决方案进行研究，以供参考。

关键词：基于PON技术；智慧化工厂；网络解决方案

引言

随着工业数字经济的加速发展，工业生产正朝着数字化、网络化、智能化的方向不断前进，互联网应用领域也逐步从面向个体用户的消费互联网向面向行业用户的产业互联网扩展。这必将在工业场景下引发传统业务应用的优化升级，并形成一批新型业务应用。工业互联网致力于通过人机物全面互联实现智能化生产、网络化协同、个性化定制和服务化延伸新型生产模式。本文分析了基于PON技术的智慧化工厂，梳理了工业确定性网络关键技术，并针对工业确定性网络架构及演进策略给出了初步判断。

1PON技术概述

PON技术以P2MP拓扑为基础，最大的优势是实现了点到多点的光纤接入。PON系统组网较简单，由用户侧的光网络单元（ONU）、无源光分配网（ODN）、局端的光线路终端（OLT）组成。所有网络信号的整合，只需局端OLT、用户端ONU即可，无需借助其他有源设施。PON系统下行方向数据流采用组播方式，由用户端ONU完成自鉴，依据信息数据精确获取重要信息数据。而上行方向数据流，则利用TDMA技术在OLT设备上完成ONU信息分离工作，经WDM技术把上行、下行数据流信息分别获取，自动完成信号分类工作，并在相应的频段上，高效率、高质量地完成相同纤芯不同信号的传输任务。PON系统的下行接入物理距离能够最大能达到40km（XGPON），使得PON接入网能根据IP业务实施要求，扩大其应用范畴与网络信号传播区域。局端单根光纤经分光器（ODN）分光后引出多路到户光纤，节省光纤资源。在XGPON下，单PON口的带宽能力达到了下行10Gbps，上行2.5Gbps。PON系统单纤双向传输、较长的接入距离、点到多点、高带宽的特性为网络运营商业务拓展及实施提供有利条件。

2数字化工厂概述

建设基于物联网的能源管控平台，利用传感器网络、短距离无线通信等在内的物联网技术实时在线监测和控制能耗设施，并能根据实时的能耗信息，实现优化控制和集约化生产。将智能传感器技术、工业无线传感网技术、国际开放现场总线和控制网络的有线/无线异构智能集成技术、信息融合与智能处理技术等融入到生产各环节，与现有的企业信息化技术融合，实现复杂工业现场的数据采集、过程监控、设备运维与诊断、产品质量跟踪追溯、优化排产与在线调度、用能优化及污染源实时监测等应用。建立数字化工厂应具备以下核心内容:(1)产前准备数字化:将设计图纸信息模块化，提取特征保存到服务器中，在进行产品图纸设计时，通过特征分析选取最佳模块，提升设计效率;工艺部门依据产品特点，提前给出生产所需工具设备，工艺工装等;检查部门给出检测方法以及相关检测器具等。将这些信息全部提交至服务器，以便于生产部门进行整体规划调度。(2)生产能力数字化:将设备状态和参数、工位信息、关键岗位人员等数据上传至服务器。(3)生产过程数字化:将各工位运行情况，工艺执行情况，检查检测情况均实时在线上传至服务器，使得生产部门可以根据实际情况指挥生产。(4)物料控制数字化:将物流信息、库存信息、半成品信息、成品信息等上传至服务器，可根据物料信息，合理安排生产任务。(5)车间环境安全数字化:将现场的等光、温度、湿度、烟尘、废气等信息通过传感器上传至服务器，安全管理部门可实时监控现场的环境，可有效预防危害的发生。

3工业互联网发展现状

工业互联网的网络体系通过构建工业环境下人、设备、车间等主体的全面互联，实现工业制造链各生产要素的泛在互联以及数据的顺畅流通。中国工业互联网专项工作组在2021年印发《工业互联网创新发展行动计划（2021年—2023年）》，对我国未来3年内工业互联网发展提出了“3+3”行动发展目标，即实施供给质量提升三大行动、产业集群培养三大行动。

4网络可行性分析

4.1传输设备分析

根据PON网络的设备组成，可以很直观地发现，在整个网络架构中，OLT和ONU作为整个网络中仅有的两个有源设备，承担了整个网络数据的交换和转发工作。随着PON设备的发展，几大PON技术设备厂商所提供的OLT和ONU设备已实现了从民用到商用，从企业级到工业级的全系列产品覆盖。作为用户端承载数据传输核心工作的ONU设备，其最高可支持的网络带宽已达到了10Gbps，真正意义上实现了万兆传输。而在当下的PON网络中，OLT已经不仅仅只是一台用于连接光纤干线的终端设备，几大PON技术设备厂商已将OLT设备与交换机和路由器有机地整合在一起。各品牌的主流OLT设备已经具备了数据交换、路由，以及划分VLAN等传统核心交换机的功能，其背板带宽和包转发率也与当下主流核心交换机相当。

4.2建设投资分析

在未进行多网合一前，企业需要为办公网络、综合安防网络和物联网分别建立3张物理上相对独立的交换网络，在不考虑核心交换机冗余的情况下，分别需要3台核心交换机来支撑网络运行。而多网合一后，1台带核心交换机功能的OLT设备取代了原本需要3台核心交换机来完成的工作，降低了企业核心层交换设备的数量，同时节省了设备安装空间，有效地降低了企业机房建设成本。在核心设备端口数量和厂区干线光缆数量上，因为ODN的1∶N的分光比特性，可有效地减少核心设备端口数量，降低中心机房出线光缆数量，从而直接降低了网络线路的建设成本，间接降低了厂区通信管网的建设成本。

结束语

通过上述内容分析，能对PON技术优势与系统功能等全面掌握，也是其应用在智慧化工厂网络工作中的主要原因之一，可提高网络接入能力的同时，增强网络信号传输稳定性、安全性，整体效率与技术水平均显著提升。再加上各运营商在此方面的研发与创新，使PON技术能增强智慧化工厂网络的网管功能，成为必不可少的支撑技术，考虑各项IP业务实施要求，在接入手段、形式等方面呈现多样化、个性化特点，能为我国宽带业务稳步发展起到促进作用，提高网络联水平。

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