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H3C全光网络技术白皮书
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本文中的内容为通用性技术信息，某些信息可能不适用于您所购买的产品。
网络技术的进步推动着数字经济的发展，目前全光网络已逐渐普及。全光网络使用光信号完成网络通信的所有功能，在网络内部没有光电转换的障碍，且无须面对电子器件处理信息速率难以提高的困难，因而和传统的铜缆网络相比，全光网络性能可以得到明显的提高。此外，铜缆还有传输性能弱、成本高、布线复杂等缺点，铜缆网络已逐渐不能承载各种新型网络应用（例如物联网、云服务、Wi-Fi 6等）带来的业务流量。
过去十多年来，“光进铜退”工程在逐步推动铜缆网络的淘汰。各级部门对全光网络建设的支持力度在不断加大。工业和信息化部在印发的《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》中，明确提出用三年时间，基本建成全面覆盖城市地区和有条件乡镇的“双千兆”网络基础设施，实现固定和移动网络普遍具备“千兆到户”能力。“双千兆”即千兆光网和5G网络，全光网络是其重要组成部分。
全光网络应用场景较为广泛，可用于智慧校园、智慧医院、酒店、以及通用园区等业务。
· 智慧校园：科研业务、教学业务。
· 智慧医院：支撑HIS、EMR、LIS、PACS、RIS、远程医疗等医疗业务系统。
· 智慧酒店：一房多业务，宽带、WIFI、电视、电话多网合一。
· 通用园区应用：整网漫游、安全隔离、Portal认证、运营计费等。
全光网络使用光纤作为传输介质，光纤有传输距离远、速率高、衰减少、抗干扰能力强、生命周期长等特点，是提高网速的理想材质。
· 光纤传输距离远，可以轻松覆盖较大的范围。五类网线和六类网线的传输距离一般为100米以内，而万兆光模块铺设单模光纤可以达到80km的传输距离。
· 光纤的传输损耗非常低，被广泛用于较长距离和远程骨干网。例如，当距离为100米时，光纤信号损耗仅为原始信号强度的3%，而相同距离6A类铜缆网线的信号损耗大约为其原始信号强度的94%。铜缆的传输损耗也会随着信号频率的提高而迅速增加。
· 光纤传输速率高，单波传输速率可达1Tbps以上，是六类网线（1Gbps）的1000倍以上。
· 光纤的抗干扰能力强，安全性更高。而普通的网线受电磁干扰的影响较大。
· 光纤的生命周期长，一般可以使用30年无需更换，使用寿命是普通网线的3-4倍。
传统网络结构复杂，往往存在多张网并存的情况。普通的铜缆传输性能差，每百米就要增加网络设备，同时还需要增加弱电机房、空调等，这导致网络结构复杂、后期难管理。
全光网络结构简单，光纤可以传输不同速率和协议的数据，轻松实现多网合一，同时承载视频、数据、无线、语音等多种业务。光纤传输距离远、覆盖范围大，可以减少中继设备、弱电机房、空调的使用。在后期维护时，全光网络支持统一管理和监控，故障排查简单，故障设备支持一键替换。支持光链路、光模块故障诊断和光模块生命周期预测，可及时预测和处理光模块故障，方便后期管理和维护。
传统网络部署复杂、上线周期长。各种厂家、型号、有线和无线设备，以及不同粗细、重量、传输距离的线缆导致部署和维护的成本都很高。随着网络流量的增长，部分线缆可能会因为带宽不足而需要频繁升级换代。
全光网络部署简单，所有设备即插即用，可以实现全自动化上线。光纤的传输带宽大、价格低廉、单位体积仅为网线的五分之一，部署成本低。光纤的使用周期长，一次线路改造即可承载未来近30年的网络带宽需求。未来网络升级可以尽可能的减少线缆的更换，可能只需要更换更高接口速率的板卡，甚至只需要更换光模块就可以实现网络升级。
面对全光网络的发展趋势，H3C有四种解决方案，分别是以太全光组网方案、基于EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络）技术的POL（Passive Optical LAN，无源光局域网）全光组网方案、PON+以太全光网组合方案、和基于GPON（Gigabit-Capable Passive Optical Networks，吉比特无源光网络）技术的POL全光组网方案。这些方案均提供高带宽、低时延、易维护、易扩展的全光网络，以简单的组网架构提升用户的使用体验，并支持未来网络的进一步升级。
以太全光组网方案和POL全光组网方案各有优势，而PON+以太全光网组合方案则实现了以太网交换机和PON设备的融合组网，可根据实际需要在不同的使用场景下灵活地部署。以上四种解决方案均能够为客户带来巨大的价值，满足各种业务对高带宽、高安全性和高可靠性的要求。
全光口交换机典型组网如图1所示，针对教室、办公室、宿舍酒店房间、厂房车间等使用场景，该方案提供高带宽、低时延的网络接入服务。在该组网中：
· 通过部署SDN一体机实现全光网络的统一管理。在汇聚以太网全光设备上旁挂鹰视扫描插卡，可以通过信息中心统一查看网络运维情况和终端接入情况，实现统一运维。通过统一运维，可以智能诊断故障、分析链路质量、预测光模块生命周期等，有效地提升网络质量。
· 通过部署全光汇聚以太网交换机，上行带宽可达到10G/40G/100G，满足教学等场景对上行带宽的要求。
· 接入侧可以部署全光设备和光口AP，实现无线网络接入。
· 用户可以根据实际需求同时部署以太网电交换机，实现光电终端混合接入。
· 接入层交换机和AP集中供电，安全可靠，在宿舍等场景下可实现断电不断网。
如图2所示，在某校园宿舍楼中，针对人员密集、网络资源不足的现状，需要部署全光网络，而宿舍楼存在弱电井空间有限、供电功率有限、部分楼体超长、桥架空间紧张等问题。通过部署一台集中供电设备，可以为一栋楼的全光交换机和AP供电，实现全光AP入室，集中供电。
图3 基于EPON的POL网络典型组网
基于EPON的POL网络典型组网如图3所示，该方案中的分光器无需供电，设备间无需空调，适用于弱电间空间小、改造困难，以及供电困难的部署环境。该方案优势如下：
· POL方案不需要为汇聚层和接入层设备集中供电，不占用楼层汇聚机房空间，安全性高、相比全光以太网交换机方案，部署更简单。
· 光纤入室，终端EPON ONU和AP本地取电，不需单独部署集中供电线缆。用户可以根据实际需求同时部署带PoE供电功能的EPON ONU，可以为摄像头、AP等PoE受电设备供电，实现光电终端混合接入。
· 部署EPON-AP（ONU融合AP），实现有线无线一体化。
· 核心层交换机安装单板实现OLT功能，实现以太网和POL网络的融合。
如图4所示，在某校园宿舍楼中，针对人员密集、网络资源不足的现状，而宿舍楼弱电改造较为困难，无法实现终端网络设备的集中供电，可以部署无需集中供电的POL全光网络。在该组网中实现了光纤入室，每个房间部署一台EPON-AP设备，实现有线无线一体化。分光器部署在弱电井，不需单独的机房空间，后期不需管理维护。
图4 POL网络终端典型部署
图5 PON+以太全光网组合方案典型组网
基于PON+以太全光网组合方案的典型组网如图5所示。在该方案中，核心交换机通过安装PON OLT单板，将以太网和POL网络深度融合，并且深度集成安全、SDN、物联网等特性，适用于智慧校园、智慧医院、酒店等园区应用场景。该方案具有如下优势：
· 高网络带宽，通过全光互联，轻松实现超宽组网。
· 智能运维，光链路智能诊断，实时保障链路质量；光模块诊断分析，生命周期预测；网络自愈，无线可视保障；可以及时查看设备状态和一键替换故障设备
· 部署简单，所有设备即插即用，自动化上线。
· 融合组网，集中管控。以太全光网络和POL网络融合，由SDN统一管理。PON以OLT板卡的形式和leaf交换机进行整合，无需再使用单独的OLT设备。
· 有线网络架构双核心冗余设计，核心交换机支持IRF虚拟化技术，单台设备故障支持毫秒级切换。
· 极致体验，通过光纤入室满足高带宽的接入需求。在教学、宿舍等场景下可以部署多速率静音交换机、静音ONU，满足用户的网络使用体验。
图6 基于GPON的POL网络典型组网
基于GPON的POL网络典型组网如图6所示。该方案和基于EPON的POL全光组网方案类似，都可以提供高性能的全光网络。汇聚层分光器无源，不占用楼层汇聚机房空间，不需要为汇聚层和接入层设备集中供电，安全性高，部署更简单。GPON OLT侧重于PON到以太的转换，以太转发交换功能弱。而在基于EPON的POL方案中，EPON OLT的以太转发交换功能更加强大和丰富。
我司全光以太网交换机和PON网络产品款型丰富，从核心到接入都覆盖了全光网络设备款型，客户可以根据网络需求规划全光网络设备的部署。
图7 全光网络方案控制平台和部分设备
下表是目前支持全光网络的设备型号，后续会有更多的产品支持全光网络。
表1 全光网络方案产品型号
|
产品\部署位置 |
接入层 |
汇聚层 |
核心层 |
|
以太网全光交换机 |
S5130S-28F-SI S5130S-28F-EI S5130S-52F-EI S5560S-28F-EI S5560S-52F-EI S5170-36F-EI S5570S-36F-EI S5570S-54F-EI E500C-F（其中E552C-X-PS-F具有集中供电功能） |
S5560X-30F-EI S5560X-54F-EI S5560X-30F-HI S5560X-54F-HI S6520X-SI/EI/HI系列 |
S10500X核心交换机 S7500X系列 |
|
EPON |
ET304-A ET304-C-A ET354-A ET354-P ET358-P ET358-POTS ET904-IW ET904-A ET904-H ET904-H-P ET916-A ET916-H-A ET908-H-P ET908-H-PQ ET908-H-PD ET908-H-P-W ET924-H-POE WA6320H-XEPON（PON与AP融合） |
12口10G EPON OLT单板 24口 EPON OLT单板 8口 EPON OLT单板 盒式OLTS3210-16 盒式OLTS3210-08 |
- |
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GPON |
EGT354 EGT354-P EGT302 EGT358-P EGT358-POTS |
框式OLT P3500 16口 GPON OLT单板 盒式8口 GPON OLT P3108 盒式16口 GPON OLT P3116 |
- |
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无线产品 |
WIFI6 AP WA6320H-XEPON |
- |
- |
图8 高校宿舍PON+以太全光网络部署组网图
某高校学生宿舍等区域承载网络建设时间早，网络桥架和线槽基本已经满载，无法承载新业务的扩展和高带宽的接入。并且多家运营商在宿舍网络中分别部署自家网络，学生宿舍上网数据不经过校园网，导致认证流程复杂、运维管理困难，给网络信息安全也带来了一定的威胁。
通过部署PON+以太全光网络，实现了客户对提升网络带宽、简化运维、节省投资等方面的需求。
· 简化运维：网络结构简单，ONU即插即用，零配置上线，减轻了客户运维压力。
· 有线无线一体化：核心交换机集成AC功能，支持最新的WIFI6 AP，提供更高的速率和并发数，完成有线无线一体化组网。
· 节省投资：分光器无源，汇聚层和接入层设备无需专门的安装环境，无需汇聚机房，大量节省机房、供电和布线成本。
· 超宽互联：项目改造采用10G PON对等模式建设（FTTH)，上行可达10G/40G/100G以太网接口带宽，转发无瓶颈；下行支持千兆万兆ONU按需灵活组网。
· 统一认证：各区域的网络集中管控，统一认证，保证网络信息安全。
图9 智慧教室以太全光网络部署组网图
随着教育信息化深层次的推进，智慧教室作为教育改革的支撑势在必行，本项目力图打造一套高速、可靠、融合的智慧教室网络，满足学校各类应用发展的需要。客户原有网络面临着多网并存、管理复杂、线路杂乱、故障难排查、带宽扩容升级困难等问题。
本项目采用以太全光交换机组网，满足了学校对网络接入、运维和统一管理方面的需要，保证了智慧教室的使用体验。通过光纤入室，实现了终端设备的高带宽接入。室内交换机采用24口无风扇静音设计，保障师生的良好互动体验。多个校区的网络在统一管理平台上实现集中管控，实时查看网络运行状态。
图10 智慧医院以太全光网络部署组网图
随着各大医院的电子病例系统、医嘱系统和PACS系统的应用，医生移动查房和护士移动床边护理等临床应用不再停留在“纸上谈兵”层面，建设数字化医疗系统，提高医院数字化应用水平，优化医疗护理质量，保障医疗安全，从而更好地服务于患者是医疗场景网络发展趋势，也是本次项目的建设目标。全光网络具备高可用、高可靠、高性能的属性，实现了医院HIS、PACS、LIS系统等高速连接和访问，从而满足医院多项业务开展需求。
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缩略语 |
英文全称 |
中文全称 |
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PON |
Passive Optical Network |
无源光网络 |
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POL |
Passive Optical LAN |
无源光局域网 |
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SDN |
Software Defined Network |
软件定义网络 |
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PoE |
Power over Ethernet |
以太网供电 |
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ONU |
Optical Network Unit |
光网络单元 |
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AP |
Access Point |
无线接入点 |
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OLT |
Optical Line Terminal |
光线路终端 |
|
FTTH |
Fibre (Fiber) To The Home |
光纤到户 |
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EPON |
Ethernet Passive Optical Network |
以太网无源光网络 |
|
GPON |
Gigabit-Capable Passive Optical Networks |
吉比特无源光网络 |
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