智慧工廠F5G全光網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)白皮書

PREFACE

前言

習(xí)近平總書記在黨的二十大報(bào)告中指出：“建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系。堅(jiān)持把發(fā)

展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上，推進(jìn)新型工業(yè)化，加快建設(shè)制造強(qiáng)國、質(zhì)量

強(qiáng)國、航天強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國。”

2021年12月28日，中國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、教育

部、科技部、財(cái)政部、人力資源和社會(huì)保障部、國家市場監(jiān)督管理總局、國務(wù)

院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)等八個(gè)部委，聯(lián)合印發(fā)《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)

劃》，明確提出了我國智能制造“兩步走”戰(zhàn)略：到2025年，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級成

效顯著，70%的規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，建成500個(gè)以上引

領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的智能制造示范工廠；到2035年，規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)全面普及數(shù)

字化網(wǎng)絡(luò)化，重點(diǎn)行業(yè)、骨干企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)智能化。隨后，各個(gè)省份也陸續(xù)發(fā)

布了相應(yīng)細(xì)則支撐，智能制造示范工廠已經(jīng)在全國各地如火如荼地開展建設(shè)。

工業(yè)4.0是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，旨在通過信息通信技術(shù)

和信息物理系統(tǒng)相結(jié)合的手段，推動(dòng)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。智能制造在制造過

程中利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)，不僅要采用新型制造技術(shù)

和裝備，還要將快速發(fā)展的信息通信技術(shù)滲透到工廠，在制造領(lǐng)域構(gòu)建信息物

理系統(tǒng)，改變制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式和人際關(guān)系，帶來研發(fā)制造方式和商業(yè)模

式的創(chuàng)新轉(zhuǎn)變。

此白皮書基于當(dāng)前F5G技術(shù)在制造行業(yè)的應(yīng)用和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，闡述了智能制

造F5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、應(yīng)用場景、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、優(yōu)勢、生態(tài)等，目的

為進(jìn)一步加快F5G技術(shù)在智能制造領(lǐng)域的認(rèn)知和應(yīng)用普及，促進(jìn)我國智能制造

的快速發(fā)展。

第一章

智能制造的發(fā)展趨勢

1智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書1

1.1.術(shù)語和縮略語

AAA：Authentication,AuthorizationandAccounting認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)

AC：AccessControl訪問控制

AGV：AutomatedGuidedVehicle自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車

AP：AccessPoint訪問接入點(diǎn)

APS：AdvancedPlanningandScheduling先進(jìn)規(guī)劃排程系統(tǒng)

CRM：CustomerRelationshipManagement客戶關(guān)系管理

DMS：DesktopCloudManagementSystem桌面云管理系統(tǒng)

DMZ：DemilitarizedZone隔離區(qū)

ERP：EnterpriseResourcePlanning企業(yè)資源計(jì)劃

IoT：InternetofThings物聯(lián)網(wǎng)

MES：ManufacturingExecutionSystem制造執(zhí)行系統(tǒng)

MSTP：Multi-serviceTransportPlatform多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)

OLT：OpticalLineTerminal光線路終端

ODN：OpticalDistributionNetwork光分配網(wǎng)絡(luò)

ODF：OpticalDistributionFrame光分配架

ONA：OpticalNetworkAnywhere綠色全光網(wǎng)絡(luò)專業(yè)委員會(huì)

ONT：OpticalNetworkTerminal光網(wǎng)絡(luò)終端

OMCI：ONUManagementandControlInterfaceONU管理和控制接口

ONU：OpticalNetworkUnit光網(wǎng)絡(luò)單元

OSU：OpticalServiceUnit光服務(wù)單元

OTN：OpticalTransmissionNetwork光傳輸網(wǎng)

PDA：PersonalDigitalAssistant個(gè)人數(shù)字助理

2智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書2

PDH：PlesiochronousDigitalHierarchy準(zhǔn)同步數(shù)字體系

PoE：PoweroverEthernet以太網(wǎng)供電

POL：PassiveOpticalLAN無源光局域網(wǎng)

PLM：ProcessLifetimeManagement進(jìn)程周期管理

P2MP：Point-to-Multipoint點(diǎn)到多點(diǎn)

PON：PassiveOpticalNetwork無源光網(wǎng)絡(luò)

POTS：PlainOldTelephoneService傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)

QMS：QualityManagementSystem質(zhì)量管理體系

RFID：RadioFrequencyIdentification射頻識別

SDH：SynchronousDigitalHierarchy同步數(shù)字體系

SFP：SmallForm-factorPluggable小型可插拔

SRM：SupplierRelationshipManagement供應(yīng)商管理

UPS：UninterruptiblePowerSupply不間斷電源

WAC：WirelessAccessController無線接入控制器

WLAN：WirelessLocalAreaNetwork無線局域網(wǎng)

XGS-PON：10Gigabit-capableSymmetricPassiveOpticalNetwork對稱10G比

特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)

1.2.智能制造的發(fā)展趨勢

當(dāng)前，我國智能制造發(fā)展已從初期的理念普及、試點(diǎn)示范階段進(jìn)入到試點(diǎn)示范引

領(lǐng)、供需兩端發(fā)力、多方協(xié)同推進(jìn)的新階段。未來智能制造領(lǐng)域主要有以下幾個(gè)趨勢。

低碳的趨勢：

中國提出了“雙碳”目標(biāo)，力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中

和。作為先進(jìn)生產(chǎn)力代表的智能制造，與“雙碳”關(guān)系密切。未來制造企業(yè)會(huì)利用大數(shù)

據(jù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在智慧園區(qū)內(nèi)建設(shè)基于智能制造核心驅(qū)動(dòng)的能效管理系

3智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書3

統(tǒng)，對設(shè)備能耗信息、環(huán)境信息及運(yùn)營信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，得出與能涌消耗及能滯

效率相關(guān)的決策性數(shù)據(jù)和信息，幫助管理人員了解歷史和當(dāng)前的能涌使用狀況，預(yù)測

未來的能耗趨勢，輔助管理人員做出正確的能滯改善策略，實(shí)現(xiàn)多能涌、多業(yè)態(tài)和多

用戶的綜合管理?！半p碳”對于廠商而言，是一個(gè)發(fā)展契機(jī)，覆蓋產(chǎn)品、技術(shù)、營銷等

諸多方面。

IT和OT融合的趨勢：

制造業(yè)曾經(jīng)的常見應(yīng)用是項(xiàng)目管理、研發(fā)管理和協(xié)同工具等，隨著數(shù)字化時(shí)代的發(fā)

展，實(shí)現(xiàn)了軟件化并產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)分為兩類：IT數(shù)據(jù)與OT數(shù)據(jù)。

基于物理實(shí)體的基本狀態(tài)，將兩類數(shù)據(jù)融合，可以構(gòu)建設(shè)施、設(shè)備和產(chǎn)品的完整

數(shù)字孿生模型，涵蓋從收到訂單、制作生產(chǎn)到發(fā)貨物流監(jiān)控全過程，實(shí)時(shí)監(jiān)測，還可

以在數(shù)字世界提前預(yù)測未來可能的業(yè)務(wù)變化，做出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策，提高智能制造敏

捷性。

海比研究院數(shù)據(jù)顯示，廠商技術(shù)關(guān)注度排行榜第一名是數(shù)據(jù)安全，23%的廠商表示這

是他們重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)。之所以出現(xiàn)這一現(xiàn)象，是因?yàn)閿?shù)據(jù)是DT（數(shù)據(jù)技術(shù)）時(shí)代

的基石，數(shù)據(jù)安全作為數(shù)據(jù)治理的重要組成部分，關(guān)乎數(shù)據(jù)治理的成敗。

無論出于業(yè)務(wù)發(fā)展的內(nèi)在需要，還是《中華人民共和國數(shù)據(jù)安全法》等外部合法

合規(guī)要求，如何做好數(shù)據(jù)安全治理、保障數(shù)據(jù)安全，是如今制造企業(yè)和智能制造軟件

廠商需要重視的問題。

中國制造業(yè)體量龐大，在數(shù)字中國的宏觀環(huán)境下有強(qiáng)烈的智能化改造需求。隨著“中

國制造2025”戰(zhàn)略不斷落實(shí)，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等新興技術(shù)的大力推動(dòng)，我

國智能制造軟件行業(yè)處于成長階段，在此階段絕大多數(shù)制造企業(yè)正從粗放管理轉(zhuǎn)向

精細(xì)化、高質(zhì)量發(fā)展，同時(shí)智能制造領(lǐng)域也在迎來越來越多的利好政策。

機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，2022年中國智能制造軟件市場規(guī)模將達(dá)到2610億元，并保持每

年15%左右的增長速度，2025年可以成長為4000億體量的市場。其中生物制藥、集

成電路等細(xì)分行業(yè)是2022年熱門需求行業(yè)。

4智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書4

第二章

智慧工廠網(wǎng)絡(luò)建設(shè)趨勢與挑戰(zhàn)

5智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書5

2.1.智慧工廠典型應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)訴求

隨著制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷深入，提出了“智慧工廠”、“黑燈工廠”的概念，

其本質(zhì)是借助不斷進(jìn)步的ICT技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、無人化、智能化。

如下圖所示，將末端的設(shè)備/機(jī)器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，通過可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)末端設(shè)備

的連接和數(shù)據(jù)的傳輸，最終數(shù)據(jù)在智能云平臺(tái)上完成收集、處理，由統(tǒng)一的數(shù)字化云

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)研發(fā)、物流、生產(chǎn)、質(zhì)檢、安防、供應(yīng)、經(jīng)銷等各種應(yīng)用系統(tǒng)的有效、高效

管理，真正實(shí)現(xiàn)讓設(shè)備開口說話，讓機(jī)器代替人工作業(yè)，用AI數(shù)據(jù)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分

析處理，最終實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)提質(zhì)增效的目標(biāo)。

圖2-1智慧工廠數(shù)字化架構(gòu)模型

“要想富，先修路”，在制造工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，網(wǎng)絡(luò)就是需要優(yōu)先考慮的

“路”，是一條信息的高速公路，是工廠數(shù)字化、信息化的底座和基礎(chǔ)，智慧工廠需要

選擇合適的ICT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

6智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書6

圖2-2AI質(zhì)檢在制造行業(yè)的應(yīng)用

以機(jī)器視覺為代表的AI技術(shù)，正在被廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體電子制造、食品制造、

車輛裝備制造等多個(gè)領(lǐng)域，包括缺陷瑕疵檢測、生產(chǎn)環(huán)境安全等多項(xiàng)功能。通過機(jī)器

視覺設(shè)備采集被檢產(chǎn)品的圖像信息，利用本地邊緣計(jì)算設(shè)備或者后續(xù)服務(wù)器使能AI

技術(shù)，可以更經(jīng)濟(jì)、更高效、更準(zhǔn)確地完成質(zhì)量檢測。

由于AI質(zhì)檢各行業(yè)對檢測的精度、效率要求不同，近端或者遠(yuǎn)端通過AI推理

計(jì)算的設(shè)備對機(jī)器視覺成像的圖片有不同的訴求，對網(wǎng)絡(luò)傳輸也有相應(yīng)的要求，主要

體現(xiàn)為帶寬、時(shí)延以及圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性。

帶寬的訴求可以通過單位時(shí)間內(nèi)傳輸圖片的大小計(jì)算峰值帶寬，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建議

預(yù)留對應(yīng)的確定性帶寬，一般為40Mbit/s至400Mbit/s。

時(shí)延取決于質(zhì)檢工序整個(gè)流程對圖像回傳預(yù)留的時(shí)間，一般為毫秒級至秒級。

圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性需滿足AI質(zhì)檢對數(shù)據(jù)傳輸丟包率的要求，要求做到無損

傳輸、不能丟包，選擇無線傳輸通常信息容易受到干擾，有線傳輸相對來說更可靠、

更適合。

7智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書7

圖2-3AGV小車應(yīng)用場景

AGV(AutomatedGuidedVehicles)又名無人搬運(yùn)車、自動(dòng)導(dǎo)航車或激光導(dǎo)航車。

其顯著的特點(diǎn)是無人駕駛，AGV上裝備有自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，可以保障系統(tǒng)在不需要人

工引航的情況下能夠沿預(yù)定的路線自動(dòng)行駛，將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目

的地。AGV的另一個(gè)特點(diǎn)是柔性好，自動(dòng)化和智能化程度高，AGV的行駛路徑可以

根據(jù)貨物位置要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變，并且運(yùn)行路徑改變的費(fèi)用與傳

統(tǒng)的輸送帶和剛性的傳送線相比非常低廉。AGV一般配備有裝卸機(jī)構(gòu)，可以與其他

物流設(shè)備自動(dòng)接口，實(shí)現(xiàn)貨物和物料裝卸與搬運(yùn)全過程自動(dòng)化。

在智慧工廠中，AGV可以廣泛地應(yīng)用于工廠生產(chǎn)流水線以及倉儲(chǔ)貨物搬運(yùn)。對

于生產(chǎn)線場景，可由多臺(tái)AGV組成柔性的物流搬運(yùn)系統(tǒng)，搬運(yùn)路線可以隨著生產(chǎn)工

藝流程的調(diào)整而即時(shí)調(diào)整，使一條生產(chǎn)線上能夠制造出十幾種產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)

的柔性和企業(yè)的競爭力。以某轎車裝配廠為例，該裝配廠裝配線采用多臺(tái)可裝載轎車

車體的AGV后，裝配時(shí)間減少了20%，裝配故障減少39%，投資回收時(shí)間減少57%，

所需勞動(dòng)力減少了5%。AGV在世界的主要汽車廠，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾

等汽車廠的制造和裝配線上得到了普遍應(yīng)用。

對于AGV小車應(yīng)用，由于移動(dòng)性較強(qiáng)，目前網(wǎng)絡(luò)接入主要通過無線實(shí)現(xiàn)，可以

采用運(yùn)營商5G或者Wi-Fi6技術(shù)。AGV場景本身節(jié)點(diǎn)對帶寬的要求不高，一般不超

過40Mbit/s，主要訴求為小車在不同位置移動(dòng)時(shí)無線漫游的時(shí)延以及丟包，時(shí)延一般

要求無線漫游低于100ms，并要做到盡量不丟包，防止AGV小車因交互失敗造成脫

8智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書8

管，最終導(dǎo)致物流擁塞。

圖2-4RFID倉庫資產(chǎn)盤點(diǎn)系統(tǒng)

制造工廠生產(chǎn)過程必然面臨原材料以及產(chǎn)品的倉庫存儲(chǔ)，也面臨物流流轉(zhuǎn)貨品

的資產(chǎn)管理，一般包括如下內(nèi)容：

倉儲(chǔ)管理：出入管理、智能分單、智能上架、庫存調(diào)閱、自動(dòng)盤點(diǎn)、定位跟蹤、

快速找貨、調(diào)撥補(bǔ)貨等。

資產(chǎn)管理：出入管理、智能盤點(diǎn)、電子圍欄、智能查找、配件防盜等。

傳統(tǒng)的倉庫資產(chǎn)盤點(diǎn)主要通過人力完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且不準(zhǔn)確，通過現(xiàn)有的盤點(diǎn)技

術(shù)如RFID技術(shù)，可以快速、高效地完成盤點(diǎn)。這類業(yè)務(wù)主要要求末端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具

備IOT網(wǎng)關(guān)的能力，能集成RFID、藍(lán)牙等短距通信模塊，支持大量節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信，

通常選擇無線或者Wi-Fi6來實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)設(shè)備的接入，時(shí)間和帶寬要求相對較低，單

設(shè)備接入的容量不小于1000。

9智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書9

2.2.智慧工廠網(wǎng)絡(luò)趨勢與挑戰(zhàn)

2.2.1工廠網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)云化的趨勢

從智慧工廠數(shù)字化架構(gòu)可以看出，智慧工廠需要通過統(tǒng)一的智能云平臺(tái)搭建數(shù)

字化底座，把工廠的各個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一部署在云平臺(tái)上，業(yè)務(wù)云化成為一個(gè)明顯的趨勢。

而業(yè)務(wù)云化需要簡單架構(gòu)、快速部署的網(wǎng)絡(luò)。

傳統(tǒng)工廠數(shù)字化水平不高，各個(gè)系統(tǒng)往往各自為政，各種服務(wù)器都分散在本地部

署，每個(gè)子系統(tǒng)各自成網(wǎng)。在子系統(tǒng)封閉獨(dú)立、沒有云化的場景下，原有核心/匯聚/

接入三層架構(gòu)的以太網(wǎng)交換機(jī)是有一定優(yōu)勢的，各種終端訪問服務(wù)器時(shí)可實(shí)現(xiàn)就近

交換（如需要訪問部署在同一個(gè)接入交換機(jī)下的服務(wù)器，只需在本接入交換機(jī)即可完

成交換，業(yè)務(wù)流量無需經(jīng)過匯聚交換機(jī)），減少對核心網(wǎng)絡(luò)流量的占用。

隨著制造行業(yè)數(shù)字化水平的不斷提升，越來越多的制造企業(yè)都在采用云業(yè)務(wù)，各

種業(yè)務(wù)和應(yīng)用服務(wù)器都集中部署到了數(shù)據(jù)中心機(jī)房，或部署在公有云/私有云上，工

廠內(nèi)的終端設(shè)備訪問服務(wù)器都需要到數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)，工廠網(wǎng)絡(luò)的流量模型從原來的

以東西向流量為主（水平方向的流量）演變?yōu)橐阅媳毕蛄髁繛橹鳎ù怪狈较虻牧髁浚?/p>

圖2-5業(yè)務(wù)云化導(dǎo)致業(yè)務(wù)流量的變化

10智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書10

業(yè)務(wù)云化后，業(yè)務(wù)流量由東西向?yàn)橹鬓D(zhuǎn)變?yōu)橐阅媳毕驗(yàn)橹?，原多層以太網(wǎng)交換機(jī)

交換的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)反而成為了瓶頸，每多一級匯聚或交換，就帶來了更大的時(shí)延以及擁

塞丟包的風(fēng)險(xiǎn)。業(yè)務(wù)的云化、架構(gòu)的改變、系統(tǒng)的統(tǒng)一、應(yīng)用的新增，都給智慧工廠

網(wǎng)絡(luò)提出了新的挑戰(zhàn)，需要建一張適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)南北流量為主、架構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)統(tǒng)一、支

持業(yè)務(wù)快速部署和持續(xù)演進(jìn)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。

2.2.2WLAN無線局域網(wǎng)應(yīng)用的趨勢

WLAN無線局域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)普遍用于辦公園區(qū)，無線接入可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地移

動(dòng)辦公，非常方便。目前主流商用的WLAN技術(shù)為Wi-Fi6技術(shù)，相較于運(yùn)營商5G

無線技術(shù)，Wi-Fi6技術(shù)方案成本低、易部署，且有不錯(cuò)的性能表現(xiàn)，成為很多智慧

工廠實(shí)現(xiàn)無線辦公、AGV小車和智能倉儲(chǔ)的第一選擇。

Wi-Fi6AP的空口帶寬和Wi-Fi5AP的空口帶寬相比有了較大的增強(qiáng)（提升了4

倍），Wi-Fi6AP的空口最大速率達(dá)到了約10GE，故Wi-Fi6AP回傳的帶寬也需由

GE提升至10GE，AP傳輸網(wǎng)絡(luò)也需從千兆網(wǎng)絡(luò)升級為萬兆網(wǎng)絡(luò)。

傳統(tǒng)園區(qū)工廠部署的Cat5和Cat6銅纜（網(wǎng)線）面臨著帶寬瓶頸，無法支持萬兆

帶寬100米遠(yuǎn)的傳輸，需要全部更換為支持萬兆的Cat6A及以上網(wǎng)線。若后續(xù)升級

到Wi-Fi7（估計(jì)需要25GE帶寬），辦公房間/辦公車間的水平電纜（4對雙絞電纜，

俗稱網(wǎng)線）還要更換一次，整體WLAN升級AP傳輸網(wǎng)絡(luò)綜合布線改動(dòng)工作量非常

大。

11智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書11

圖2-6Wi-Fi6需要有更高的回傳帶寬

另外隨著倉儲(chǔ)IoT等業(yè)務(wù)的涌現(xiàn)，接入信息點(diǎn)的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模成倍增加，

各種泛智能化電子設(shè)備的增多對于工廠網(wǎng)絡(luò)提出更強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性以及更大規(guī)

模終端互聯(lián)的要求。為實(shí)現(xiàn)更多場景的實(shí)時(shí)互聯(lián)互通，未來智慧工廠不僅要能夠連接

足夠多的終端，且要支撐特定場景下的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)及超大帶寬等要求，所以需要一

個(gè)高帶寬、廣接入、可支撐新業(yè)務(wù)持續(xù)演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)。

2.2.3網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維簡化的趨勢

傳統(tǒng)制造工廠各個(gè)子系統(tǒng)獨(dú)立，各自成網(wǎng)導(dǎo)致整個(gè)制造工廠通常有多張煙囪式

網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃沒有統(tǒng)一的架構(gòu)，多級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的串接導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)冗余，建設(shè)/維

護(hù)工作量將會(huì)成倍增加，對維護(hù)人力也提出了很大的需求。此外，由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)量和網(wǎng)

元節(jié)點(diǎn)的增加，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)非常龐大，如果還是采用傳統(tǒng)的維護(hù)方式，每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)

備都需配置一個(gè)獨(dú)立的管理IP地址以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的管理，即需配置為數(shù)眾多的管理

節(jié)點(diǎn)，尤其是規(guī)模較大的制造企業(yè)存在多個(gè)二級企業(yè)和工廠，統(tǒng)一規(guī)劃IP地址成為

一個(gè)非常頭疼的問題。因此，需要優(yōu)化現(xiàn)有的運(yùn)維及管理方式，做到簡易運(yùn)維、統(tǒng)一

管理，簡化網(wǎng)絡(luò)的管理維護(hù)。

12智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書12

圖2-7工廠網(wǎng)絡(luò)需能支持簡化管理

IoT等多種新增業(yè)務(wù)導(dǎo)致了接入信息點(diǎn)/網(wǎng)元數(shù)量的大幅增加，也使工廠網(wǎng)絡(luò)規(guī)

模和組網(wǎng)更加復(fù)雜?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)制造工廠網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)顯得力不從心，急需進(jìn)行一輪新的

升級，建設(shè)一張簡易運(yùn)維、統(tǒng)一管理的網(wǎng)絡(luò)，以滿足智慧工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要。

13智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書13

第三章

智慧工廠F5G全光網(wǎng)定義和技術(shù)優(yōu)勢

14智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書14

3.1.智慧工廠F5G全光網(wǎng)定義

3.1.1F5G定義

F5G是The5thGenerationFixedNetworks的縮寫，即第五代固定網(wǎng)絡(luò)。

F5G是由中國提出的，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI接納、業(yè)界廣泛參與的最新一代

固定網(wǎng)絡(luò)。2019年6月，中國信息通信研究院在上海移動(dòng)大會(huì)上，首次提出了F5G。

2019年底ETSI通過了F5G立項(xiàng)，對固定網(wǎng)絡(luò)的代際作出了定義。F5G的參與者有

諸多機(jī)構(gòu)成員，包括運(yùn)營商（中國電信、中國聯(lián)通、意大利電信、法國電信等）、設(shè)

備商（華為、烽火、康普等）、研究機(jī)構(gòu)（中國信通院、英國標(biāo)準(zhǔn)研究所等）。

過去40年，人們的生活發(fā)生了日新月異的變化，人們的通信方式從最初的語音

到現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)，從第一代網(wǎng)絡(luò)到第四代網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)不僅給家庭帶來新的溝通、娛樂

方式，并且通過信息化提升企業(yè)辦公和管理效率，引起辦公方式的革命。目前，網(wǎng)絡(luò)

正邁入數(shù)字化時(shí)代，F(xiàn)5G和5G一起，通過使能產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，掀起一場生產(chǎn)方式的革

命，不斷豐富人們的溝通與生活，加速行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

圖3-1F5G固定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)代際定義

F5G與5G是協(xié)同關(guān)系，有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)互相補(bǔ)充，為萬物感知和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

賦能。

15智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書15

圖3-2固定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)代際

F5G具備了大帶寬（eFBB，enhancedfixedbroadband，增強(qiáng)型固定寬帶），多連

接（FFC，full-fiberconnection，全光聯(lián)接）和好體驗(yàn)（GRE，guaranteedreliableexperience，

極致體驗(yàn)）三個(gè)關(guān)鍵特征，其代表性的技術(shù)包括10GPON技術(shù)、Wi-Fi6技術(shù)、每波

長200G/400G光傳輸技術(shù)、下一代OTN技術(shù)等。

3.1.2智慧工廠F5G全光網(wǎng)定義

隨著光纖網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展，光纖已走進(jìn)工廠，從車間弱電間、機(jī)柜繼續(xù)往下延伸至

機(jī)器，智慧工廠F5G全光網(wǎng)解決方案已快速崛起。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)給出了全新的定義：智慧工廠F5G全光網(wǎng)是以單模光纖為

介質(zhì)，采用10GGPON（兼容GPON）、Wi-Fi6為主的第五代固定接入技術(shù)構(gòu)建的園

區(qū)網(wǎng)絡(luò)，主要包括光線路終端OLT、無源光配線網(wǎng)絡(luò)ODN、光網(wǎng)絡(luò)單元ONU等，

能夠統(tǒng)一承載工業(yè)生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)、生產(chǎn)現(xiàn)場感知數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、辦公數(shù)據(jù)、語

音通話數(shù)據(jù)等多業(yè)務(wù)，具備簡架構(gòu)、易演進(jìn)、智運(yùn)維和高可靠等特性。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)主要采用的是F5G無源光局域網(wǎng)（POL）技術(shù)，OLT設(shè)備

和ONU設(shè)備通過無源的分光器實(shí)現(xiàn)P2MP的連接。

16智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書16

圖3-3智慧工廠F5G全光網(wǎng)定義

F5G為智慧工廠園區(qū)的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、辦公網(wǎng)絡(luò)提供了全新的網(wǎng)絡(luò)

解決方案。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)可根據(jù)需要選擇不同的OLT設(shè)備，OLT設(shè)備類型可分為插

卡式或者單機(jī)版，常見種類如下表所示。

表3-1OLT設(shè)備種類劃分

插卡式單機(jī)版

規(guī)格類型

規(guī)格1規(guī)格2規(guī)格3規(guī)格4

雙主控、雙電源熱備支持支持支持--

單臺(tái)設(shè)備支持GPON端口數(shù)量（個(gè)）≥200≥96≥32≤16

單臺(tái)設(shè)備支持10GGPON端口數(shù)量（個(gè)）≥100≥48≥16≤16

單臺(tái)設(shè)備接入GPONONU數(shù)量（臺(tái)）≥6000≥3000≥1000≤512

單臺(tái)設(shè)備接入10GGPONONU數(shù)量（臺(tái)）≥6000≥3000≥1000≤1024

注：單臺(tái)設(shè)備接入ONU數(shù)量，GPON按1:32分光比，10GGPON按1:64分光比計(jì)算。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)可根據(jù)不同場景選擇不同形態(tài)的ONU設(shè)備，常見的ONU

17智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書17

設(shè)備種類及安裝方式如下表所示。

表3-2ONU設(shè)備類型劃分及安裝方式

設(shè)備類型主要功能接口要求典型業(yè)務(wù)安裝方式

類型1生產(chǎn)數(shù)據(jù)以太網(wǎng)口MES/質(zhì)檢/數(shù)采/以工業(yè)DIN導(dǎo)軌安裝

接入太網(wǎng)/IP數(shù)據(jù)

類型2生產(chǎn)數(shù)據(jù)以太網(wǎng)口MES/質(zhì)檢/數(shù)采/以信息配線箱安裝

接入太網(wǎng)/IP數(shù)據(jù)

類型3辦公數(shù)據(jù)以太網(wǎng)口/以太網(wǎng)/lP數(shù)據(jù)/IP信息配線箱安裝

接入POTS口視頻/IP話音/傳真

類型4辦公數(shù)據(jù)以太網(wǎng)口/以太網(wǎng)/lP數(shù)據(jù)/IP嵌墻或桌面電源盒(標(biāo)

接入POTS口視頻/IP話音/傳真準(zhǔn)86盒)安裝

類型5視頻監(jiān)控以太網(wǎng)口帶以太網(wǎng)/IP數(shù)據(jù)/IP信息配線箱安裝

數(shù)據(jù)接入PoE視頻/PoE

常見的ONU形態(tài)包括工業(yè)DIN導(dǎo)軌ONU，桌面型ONU，機(jī)架式ONU，SFP

ONU，86盒面板ONU等。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用的光纖為單模光纖，ODN設(shè)備也有多種形態(tài)，光分路

器（也稱分光器）的形態(tài)包括通用機(jī)架式光分路器，盒式光分路器?？砂淳唧w項(xiàng)目的

實(shí)際需求選用，推薦使用機(jī)架式分光器。

3.2.智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)差異

3.2.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)差異

傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)，核心交換機(jī)部署于核心機(jī)房，匯聚交換機(jī)部署于生產(chǎn)車

間弱電間、辦公樓宇弱電間或者樓層弱電間，接入交換機(jī)一般部署于生產(chǎn)車間機(jī)柜、

辦公樓層弱電間。核心交換機(jī)、匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)之間通常采用光纖互連。生

產(chǎn)車間機(jī)柜、辦公樓層弱電間的接入交換機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)端口，提供各種用戶終

18智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書18

端的接入能力。從接入交換機(jī)到各種用戶終端采用網(wǎng)線，線纜長度通常不大于90米。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的核心交換機(jī)和OLT部署于核心機(jī)房，無源分光器通常放

置于生產(chǎn)車間弱電間、辦公樓層弱電間，ONU放置于盡可能靠近最終接入終端的位

置。核心交換機(jī)及OLT和ONU之間采用單模光纖互連。ONU提供標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)端

口，提供各種接入終端的接入能力。從ONU到各種接入終端采用網(wǎng)線，電纜長度通

常小于10米。

圖3-4網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)差異

傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要由以太網(wǎng)交換機(jī)和網(wǎng)線組成，傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)一般采

用三層架構(gòu)，主要包括核心層、匯聚層和接入層；而智慧工廠F5G全光網(wǎng)架構(gòu)采用

扁平化二層架構(gòu)，主要包括核心層和接入層，減少了匯聚層。智慧工廠F5G全光網(wǎng)

一般采用OLT和ONU設(shè)備，中間采用的是單模光纖進(jìn)行連接。

表3-3智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)比較

網(wǎng)絡(luò)類型核心層匯聚層接入層

交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)匯聚交換機(jī)接入交換機(jī)

智慧工廠F5G全光網(wǎng)核心交換機(jī)/OLT/ONU

19智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書19

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用的設(shè)備和技術(shù)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)也有區(qū)別。智

慧工廠F5G全光網(wǎng)主要采用的是OLT和ONU設(shè)備，采用的是基于F5G的POL技

術(shù)；而傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)，采用的是核心交換機(jī)、匯聚交換機(jī)和接入網(wǎng)交換機(jī)等

交換機(jī)設(shè)備，采用的是傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換技術(shù)。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)中，ONU需盡可能靠近最終接入終端安裝，以縮短ONU

到最終用戶終端的網(wǎng)線長度，需提前考慮ONU的安裝和取電。

3.2.2綜合布線差異

智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)在綜合布線上也有差異，主要是

在接入層水平布線上有差異。

傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的綜合布線中，核心交換機(jī)部署于園區(qū)的核心機(jī)房，匯聚

交換機(jī)通常部署于弱電間，接入交換機(jī)通常部署于生產(chǎn)車間機(jī)柜或辦公樓層的弱電

間。核心交換機(jī)和匯聚交換機(jī)之間，匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)之間都是采用光纖進(jìn)行

連接，但是從生產(chǎn)車間機(jī)柜或辦公樓層弱電間到接入設(shè)備的水平布線采用的是水平

電纜，通常采用的水平電纜包括Cat5（5類線）、Cat6（6類線）、Cat6A（超6類線）、

Cat7（7類線）、Cat7A（超7類線）等。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的綜合布線主要是采用光纖。核心交換機(jī)和OLT部署于園

區(qū)的核心機(jī)房，弱電間只部署無源分光器，從核心機(jī)房到樓宇/樓層弱電間采用光纖

進(jìn)行連接。ONU設(shè)備部署于車間機(jī)臺(tái)或辦公桌面等工作區(qū)域，從弱電間到這些工作

區(qū)域之間采用單模光纖進(jìn)行水平布線。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)在布線上的差異如下圖所示。

20智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書20

圖3-5綜合布線差異

智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主干布線、水平布線的差異如

下表所示。

表3-4智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的比較

綜合布線主干水平工作區(qū)

交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)光纜網(wǎng)線網(wǎng)線

智慧工廠F5G全光網(wǎng)光纜光纖網(wǎng)線

3.2.3差異總結(jié)

智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和綜合布線上

都有較大的差異，帶來了技術(shù)上的優(yōu)勢。

在行業(yè)上下游的認(rèn)知程度上，智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)園區(qū)相

比，認(rèn)知度還需繼續(xù)提高。智慧工廠F5G全光網(wǎng)目前在工廠園區(qū)的普及度相對較低，

園區(qū)的信息管理部門在選擇園區(qū)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施方案時(shí)，更傾向于采用本園區(qū)已經(jīng)熟

練使用多年的以太網(wǎng)技術(shù)。

從設(shè)計(jì)單位上看，以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用多年，技術(shù)相對成熟，占據(jù)了局域網(wǎng)領(lǐng)域

21智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書21

的大部分市場，不同工程項(xiàng)目間的差異不大，可以減少設(shè)計(jì)工作量。再加上當(dāng)前F5G

網(wǎng)絡(luò)處于上量期，設(shè)計(jì)單位對智慧工廠F5G全光網(wǎng)的了解暫時(shí)還是較傳統(tǒng)以太網(wǎng)交

換機(jī)組網(wǎng)要弱，也造成當(dāng)前智慧工廠F5G全光網(wǎng)的建設(shè)量不如傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)

絡(luò)。

但在國家信息化產(chǎn)業(yè)政策的支持下，“光進(jìn)銅退”已成為大勢所趨，智慧工廠F5G

全光網(wǎng)在此背景下將得到大力推廣。處于產(chǎn)業(yè)鏈上的機(jī)構(gòu)要將自身發(fā)展與歷史機(jī)遇

相結(jié)合，加強(qiáng)智慧工廠F5G全光網(wǎng)特點(diǎn)和價(jià)值理念的宣傳推廣，加快智慧園區(qū)領(lǐng)域

的標(biāo)準(zhǔn)編制工作，繁榮產(chǎn)業(yè)生態(tài)，提升產(chǎn)業(yè)影響力，為工廠園區(qū)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)業(yè)

升級和建設(shè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

3.3.智慧工廠F5G全光網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢

3.3.1簡架構(gòu)的優(yōu)勢

簡架構(gòu)優(yōu)勢：F5G智慧工廠具有網(wǎng)絡(luò)扁平化、架構(gòu)簡單的優(yōu)勢。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)園區(qū)相比，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)扁平化。F5G智慧工

廠中，OLT設(shè)備和核心交換機(jī)一起部署于核心機(jī)房；ONU盡可能靠近最終的接入終

端，中間采用光纖和無源分光器來進(jìn)行連接。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)架構(gòu)中，采用無源的分光器替代了原來的有源匯聚交換機(jī)

設(shè)備，減少了匯聚層，變更為扁平化的二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了架構(gòu)上的優(yōu)化。

22智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書22

圖3-6智慧工廠F5G全光網(wǎng)簡架構(gòu)的優(yōu)勢

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用的無源分光器無需供電，且可部署于任意位置，可考

慮取消或者減少弱電間的空間，提高建筑空間的利用率。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的ONU體積小，輕便易安裝，部署于車間接入終端附近

的小信息箱或安裝在接入終端所在的機(jī)臺(tái)中，從而取消車間接入交換機(jī)機(jī)柜，節(jié)省出

的空間可用于車間生產(chǎn)。隨著接入交換機(jī)機(jī)柜的取消，機(jī)柜至接入終端的大量網(wǎng)線也

可以由數(shù)量少、重量輕、價(jià)格便宜的光纖代替，節(jié)省大量的綜合布線物料成本和人力

投入，這個(gè)成本對于制造工廠而言是一筆不小的開支。

圖3-7智慧工廠F5G全光網(wǎng)可取消車間機(jī)柜

23智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書23

智慧工廠F5G全光網(wǎng)中，由于ONU盡可能靠近最終的接入終端，實(shí)現(xiàn)了光纖

下移，也解決了原來網(wǎng)線的帶寬不足及傳輸距離小于100米的問題。光纖下移帶來

了可以持續(xù)升級的帶寬能力，同時(shí)光纖也可以支持40km的傳輸距離，實(shí)現(xiàn)廣覆蓋。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的簡架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，很好地契合了生產(chǎn)業(yè)務(wù)云化的趨勢。智慧

工廠F5G全光網(wǎng)中業(yè)務(wù)可從接入側(cè)直達(dá)網(wǎng)絡(luò)核心，減少中間的有源匯聚環(huán)節(jié)，提供

更低的時(shí)延、更好的體驗(yàn)、更少的擁塞點(diǎn)。

3.3.2高可靠的優(yōu)勢

智慧工廠F5G全光網(wǎng)可提供TypeB或者TypeC的保護(hù)方式，支持從ONU上行

端口到OLT上行端口之間的設(shè)備和光纖保護(hù)。可根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇不同的組

網(wǎng)方式，提供不同程度的保護(hù)。

圖3-8智慧工廠F5G全光網(wǎng)支持高可靠

智慧工廠F5G全光網(wǎng)中，如果光纖或者設(shè)備出現(xiàn)問題，TypeB或者TypeC會(huì)自

動(dòng)觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)鏈路業(yè)務(wù)的自動(dòng)切換。在智慧工廠F5G全

光網(wǎng)中，推薦采用TypeB雙歸屬保護(hù)和TypeC雙歸屬保護(hù)。

24智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書24

圖3-9智慧工廠F5G全光網(wǎng)TypeB和TypeC雙歸屬保護(hù)

雙歸屬保護(hù)需要配置2臺(tái)OLT設(shè)備，對OLT設(shè)備本身進(jìn)行保護(hù)，推薦采用這種

配置。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用了光纖作為傳輸介質(zhì)，光纖也具有抗電磁干擾、耐腐

蝕的優(yōu)點(diǎn)，可對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行更好的保護(hù)。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用POL技術(shù)，支持對PON傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密。對于

XGS-PON技術(shù)，不管是從ONU到OLT的數(shù)據(jù)，還是從OLT到ONU的數(shù)據(jù)，都經(jīng)

過AES128的加密，不同的ONU采用不同的加密密鑰，并定期刷新，對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)

行加密傳輸。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用的ONU可支持802.1x的認(rèn)證，只有通過802.1x認(rèn)證

之后才被允許接入到網(wǎng)絡(luò)中。

3.3.3智運(yùn)維的優(yōu)勢

智慧工廠F5G全光網(wǎng)采用F5G無源光局域網(wǎng)技術(shù)（POL），OLT設(shè)備是整個(gè)PON

網(wǎng)絡(luò)的智慧大腦，通過OMCI協(xié)議對整個(gè)PON網(wǎng)絡(luò)的ONU設(shè)備進(jìn)行管理和配置；

無需再到ONU設(shè)備進(jìn)行本地的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)配置，ONU設(shè)備也無需配置獨(dú)立的管理

IP地址。

25智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書25

圖3-10智慧工廠F5G全光網(wǎng)支持智運(yùn)維

由于OLT設(shè)備采用了對ONU設(shè)備的集中管理機(jī)制，智慧工廠F5G全光網(wǎng)可極

大減少網(wǎng)絡(luò)的管理節(jié)點(diǎn)數(shù)量，在數(shù)據(jù)配置上，所有的ONU統(tǒng)一由OLT設(shè)備進(jìn)行管

理，OLT對ONU設(shè)備的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和下發(fā)；此外，智慧工廠F5G全光網(wǎng)可

支持ONU的開局即插即用免調(diào)測功能，也可支持維護(hù)即換即通免配置功能，提升了

網(wǎng)絡(luò)的部署和管理效率。

由于OLT設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對ONU設(shè)備的集中管理，在OLT設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備

上都可支持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的快速收集和處理，可在網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備上對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的部

署情況、告警情況、健康度等各種報(bào)表進(jìn)行收集、顯示和快速處理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)園區(qū)網(wǎng)

絡(luò)的故障實(shí)時(shí)感知、高效管理，保障業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)在線。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理更加簡單。智慧工廠F5G全光網(wǎng)中，OLT和

ONU之間采用的是無源光纖網(wǎng)絡(luò)，無源光纖網(wǎng)絡(luò)中的光纖或者無源分光器等器件無

需管理，也極大簡化了運(yùn)維。

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的管理節(jié)點(diǎn)數(shù)量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)以太網(wǎng)園區(qū)。傳統(tǒng)以太網(wǎng)園區(qū)

中，每臺(tái)交換機(jī)設(shè)備（包括匯聚交換機(jī)、接入交換機(jī)等）都是一個(gè)獨(dú)立管理單元，需

要有獨(dú)立的管理IP地址進(jìn)行管理，所以網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜，交換機(jī)的數(shù)量越多，管理起來

26智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書26

就越復(fù)雜。智慧工廠F5G全光網(wǎng)中，由于ONU在軟件管理上無需獨(dú)立配置，全部通

過OLT進(jìn)行管理，所以不管多大的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，其管理節(jié)點(diǎn)都是幾臺(tái)OLT設(shè)備及核心

交換機(jī)，管理更加簡單。

27智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書27

第四章

智慧工廠F5G全光網(wǎng)設(shè)計(jì)

28智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書28

4.1.智慧工廠F5G全光網(wǎng)架構(gòu)

F5G為智慧工廠園區(qū)的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、辦公網(wǎng)絡(luò)提供了全新的解決

方案。智慧工廠F5G全光網(wǎng)架構(gòu)如圖4-1所示。

圖4-1智慧工廠F5G全光網(wǎng)架構(gòu)示意

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建網(wǎng)，其接入層至核心層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和光纖鏈路與辦公網(wǎng)和視頻

監(jiān)控網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備物理隔離，最大程度上保證生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性、可靠性、安全性。

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)、視頻監(jiān)控網(wǎng)之間通過防火墻通信。

4.2.智慧工廠生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

4.2.1生產(chǎn)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

智慧工廠生產(chǎn)網(wǎng)承載了工廠車間生產(chǎn)相關(guān)的所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，常見的業(yè)務(wù)類型和

其對網(wǎng)絡(luò)性能的要求如下表所示：

29智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書29

表4-1智慧工廠常見業(yè)務(wù)類型與網(wǎng)絡(luò)性能要求

業(yè)務(wù)類型終端類型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)帶寬要求時(shí)延要求

MESMES工控機(jī)/PC/掃碼生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)<12Mbit/s<10ms

終端

質(zhì)檢工業(yè)相機(jī)高清圖像<100Mbit/s<10ms

數(shù)采MES工控機(jī)/機(jī)器信息生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)<12Mbit/s<10ms

接口/數(shù)采網(wǎng)關(guān)

無線APPDA終端/手機(jī)生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)/物<10Mbit/s<50ms

/PAD/PC/AGV流控制數(shù)據(jù)

視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)高清視頻<12Mbit/s<10ms

智慧工廠的正常生產(chǎn)要求上述生產(chǎn)業(yè)務(wù)7×24小時(shí)穩(wěn)定、可靠傳輸，為了最大程

度地確保生產(chǎn)業(yè)務(wù)全時(shí)在線，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持冗余保護(hù)組網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或光纖鏈路

出現(xiàn)故障時(shí)，業(yè)務(wù)能夠在50ms內(nèi)自動(dòng)切換至備用鏈路，生產(chǎn)業(yè)務(wù)快速恢復(fù)。

4.2.2生產(chǎn)網(wǎng)F5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智慧工廠F5G全光網(wǎng)的生產(chǎn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4-2所示。網(wǎng)絡(luò)核心層由生產(chǎn)核心

交換機(jī)和光匯聚OLT設(shè)備構(gòu)成，部署在工廠的中心機(jī)房。匯聚層由無源分光器構(gòu)成，

通常部署在工廠車間的弱電間或車間機(jī)柜。接入層由工業(yè)ONU構(gòu)成，ONU部署在

機(jī)器機(jī)柜或機(jī)柜附近的信息箱。

30智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書30

圖4-2智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)采用TypeC雙歸屬保護(hù)組網(wǎng)。在核心層，雙歸屬保護(hù)需

要配置2臺(tái)OLT設(shè)備互為保護(hù)備份、分擔(dān)業(yè)務(wù)流量，其中一臺(tái)OLT發(fā)生故障時(shí)，系

統(tǒng)自動(dòng)將業(yè)務(wù)切換至另一臺(tái)OLT，確保了核心層網(wǎng)絡(luò)可靠性。在匯聚層，無源分光

器兩臺(tái)一組互為備份，在其中一臺(tái)分光器端口被誤斷開時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將業(yè)務(wù)切換至另

一臺(tái)分光器，確保了匯聚層設(shè)備的可靠性。光纖鏈路方面，從核心層OLT至接入層

ONU的光纖鏈路均采用雙冗余保護(hù)，在其中一路光纖發(fā)生中斷故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將

業(yè)務(wù)切換至備用光纖鏈路，確保物理傳輸介質(zhì)的可靠性。

4.2.3生產(chǎn)網(wǎng)F5G綜合布線設(shè)計(jì)

智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)的綜合布線設(shè)計(jì)，根據(jù)ONU分布密度、分光器部署位置

和ONU安裝方式不同，建議了兩種場景方案：高密場景和低密場景。工廠生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)

可以結(jié)合其生產(chǎn)業(yè)務(wù)接入點(diǎn)位分布特點(diǎn)和設(shè)備安裝條件選擇合適的方案。

31智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書31

表4-2智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)綜合布線建議場景方案

單車間

場景方案典型制造工廠分光器部署位置ONU安裝方式

ONU數(shù)量

半導(dǎo)體/電子制造、光機(jī)器內(nèi)DIN導(dǎo)

高密場景>500臺(tái)車間現(xiàn)場機(jī)柜

伏制造軌安裝

車輛制造、重工制機(jī)器附近信息

低密場景<100臺(tái)車間弱電間

造、輕工業(yè)制造箱內(nèi)安裝

智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)高密場景綜合布線方案如圖4-3所示。OLT和生產(chǎn)核心交換機(jī)

部署在園區(qū)機(jī)房，安裝在19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中，OLT通過光纖跳線與核心交換機(jī)建立

連接。園區(qū)機(jī)房應(yīng)配置相應(yīng)數(shù)量的光纖熔纖配線單元ODF，用于室外多芯光纜的熔

纖配線。光纖熔纖配線單元ODF安裝在19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中。

圖4-3高密場景綜合布線方案

機(jī)架式分光器安裝在19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中。根據(jù)生產(chǎn)車間ONU的分布密度規(guī)劃

機(jī)柜的數(shù)量和部署位置。機(jī)柜通常部署在工廠車間頂部夾層或地面的空間，以滿足附

近ONU光纖接入的需求。分光器的接口類型應(yīng)為SC/UPC接口，1U尺寸的分光器

可配置3組2:8，2組2:16，1組2:32。

32智慧工廠F5G全光應(yīng)用技術(shù)白皮書32

安裝分光器的機(jī)柜中，分光器的數(shù)量應(yīng)根據(jù)附近接入ONU的數(shù)量計(jì)算。例如，

附近ONU數(shù)量是64臺(tái)，分光比設(shè)計(jì)為1:16，那么分光器的數(shù)量為2臺(tái)（每臺(tái)配置

2組2:16分光器）。需要注意的是安裝分光器的機(jī)柜中還應(yīng)配置相應(yīng)數(shù)量的光纖熔纖

配線單元ODF，以滿足熔纖配線的需要。安裝OLT的園區(qū)機(jī)房的ODF和分光器機(jī)

柜之間建議采用12芯~24芯的多芯鎧裝光纜連接。

ONU宜采用標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌的方式安裝在機(jī)臺(tái)內(nèi)的DIN導(dǎo)軌上，也可采用掛壁

式安裝，安裝在機(jī)臺(tái)內(nèi)空余空間。根據(jù)機(jī)器內(nèi)接入信息點(diǎn)的數(shù)量部署相應(yīng)數(shù)量的ONU。

ONU和機(jī)架式分光器之間建議采用室內(nèi)1~2芯皮線光纖連接。皮線光纖宜選擇

2端預(yù)成端SC/UPC接頭的定長光纖，好處是可以免去大量的現(xiàn)場熔纖操作。定長皮

線光纖的長度可根據(jù)大多數(shù)ONU到分光器信息箱的距離加上留有充足余量確定，超

過的部分可以在光纖走線架中迂回走線。若超過部分過長，可以考慮將分光器信息箱

側(cè)的一端根據(jù)實(shí)際所需長度剪斷熔纖。

建議機(jī)臺(tái)內(nèi)預(yù)留ONU供電插座接口，機(jī)臺(tái)內(nèi)的供電插座接口和機(jī)臺(tái)用電之間采

用空開隔離。

智慧工廠F5G生產(chǎn)網(wǎng)低密場景綜合布線方案如圖4-4所示。OLT和生產(chǎn)核心交換機(jī)

部署在園區(qū)機(jī)房，安裝在19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中，OLT通過光纖跳線與核心交換機(jī)建立

連接。

園區(qū)機(jī)房應(yīng)配置相應(yīng)數(shù)量的光纖熔纖配線單元ODF，用于室外多芯光纜的熔纖

配線。光纖熔纖配線單元