全光無源以太網(wǎng)EPON的系統(tǒng)集成暨工業(yè)自動化實現(xiàn)平臺

1、全光無源以太網(wǎng)EPON的系統(tǒng)集成暨工業(yè)自動化實現(xiàn)平臺二零零五年五月六日初稿工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展所謂工業(yè)以太網(wǎng)，一般來講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即IEEE802.3標準）兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計時，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀:1.基本解決了數(shù)據(jù)通訊的確定性和實時性問題2.穩(wěn)定性和可靠性取得了較大的發(fā)展3.基于工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議提高工業(yè)以太網(wǎng)性能的可能性工業(yè)以太網(wǎng)對數(shù)據(jù)的實時性和確定性的解決方案:1.提高通信速率,從而減輕網(wǎng)絡(luò)負荷和減小網(wǎng)絡(luò)傳輸延時，即網(wǎng)絡(luò)碰撞機率大大下降。2.采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，交換

2、機將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個網(wǎng)段。Ethernet交換機由于具有數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，使各端口之間輸入和輸出的數(shù)據(jù)幀能夠得到緩沖，不再發(fā)生碰撞3.網(wǎng)絡(luò)交換機可對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行過濾，使每個網(wǎng)段內(nèi)節(jié)點間數(shù)據(jù)的傳輸只限在本地網(wǎng)段內(nèi)進行，而不需經(jīng)過主干網(wǎng)，也不占用其它網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負荷。4.全雙工通信使得端口間兩對雙絞線（或兩根光纖）上分別同時接收和發(fā)送報文幀，也不會發(fā)生沖突。提高工業(yè)以太網(wǎng)性能的可能性基于目前工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀,我認為它仍有很大的發(fā)展空間:1.數(shù)據(jù)用戶的帶寬沒有保證,對于短周期,小數(shù)據(jù)量的控制系統(tǒng)來說不是問題,然而對于有帶寬要求的用戶(如視頻用戶),仍然

3、存在著問題2.網(wǎng)絡(luò)的帶寬使用效率仍有待提高.3.QoS沒有得到根本的保證縱觀目前通訊技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,我們認為使用以太網(wǎng)OVER PON的EPON技術(shù)可以很好的提高目前工業(yè)以太網(wǎng)的性能,有著廣闊的應(yīng)用前景.我們的概念是FTTI, 即fiber to the industry基于最新接入技術(shù)的被動式全光纖以太網(wǎng)EPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)什么是EPON?EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON 技術(shù)中比較新的一種，由IEEE802.3EFM（Ethernet for the First Mile）提出。EPON是一種采用點到多點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式、基于高速

4、以太網(wǎng)平臺和 TDM（Time Division Multiplexing）時分 MAC（Media Access Control）媒體訪問控制方式并能提供多種綜合業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù).EPON是一種千兆無源以太網(wǎng),提出于2000年, 是目前寬帶通訊及寬帶接入的最新技術(shù).它的特點是成本低,寬帶且?guī)捒蓜討B(tài)分配, 系統(tǒng)穩(wěn)定,易于安裝維護,故障率低,組網(wǎng)靈活,易于擴展,尤其適用于工礦企業(yè)及有特殊安全生產(chǎn)要求的環(huán)境.OLTPOSONU基于最新技術(shù)的被動式全光纖以太網(wǎng)EPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)典型的EPON系統(tǒng)由光纖網(wǎng)絡(luò)終端OLT，光纖網(wǎng)元適配器ONU，無源光纖分配器POS三部分組成?；谧钚录夹g(shù)的被動式全光纖

5、以太網(wǎng)EPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)OLTONUPOSPOSPOSPOSONUONUONUONUONUONUONUONUIP語音網(wǎng)IP語音網(wǎng)IP數(shù)據(jù)網(wǎng)IP數(shù)據(jù)網(wǎng)IP視頻網(wǎng)IP視頻網(wǎng)交換機交換機交換機交換機交換機交換機IP 攝像頭IP 攝像頭IP 監(jiān)控系統(tǒng)IP 監(jiān)控系統(tǒng)IP無線電話系統(tǒng)IP無線電話系統(tǒng)IP攝像頭IP攝像頭IP各種監(jiān)控系統(tǒng)IP各種監(jiān)控系統(tǒng)IP工業(yè)傳感器系統(tǒng)IP工業(yè)傳感器系統(tǒng)交換機交換機交換機交換機交換機交換機IP攝像頭IP攝像頭IP工業(yè)安全生產(chǎn)設(shè)備IP工業(yè)安全生產(chǎn)設(shè)備IP工業(yè)傳感器系統(tǒng)IP工業(yè)傳感器系統(tǒng)IP攝像頭IP攝像頭IP其它網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)IP其它網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)IP其它工業(yè)數(shù)據(jù)通訊IP其它工業(yè)數(shù)據(jù)通訊

6、系統(tǒng)系統(tǒng)OLT:OPTICAL LINE TERMINAL光纖網(wǎng)絡(luò)終端POS:PASSIVE OPTICAL SPLITTER無源光纖分支器ONU:OPTICAL NETWORK UNIT 光纖網(wǎng)元適配器基于最新技術(shù)的被動式全光纖以太EPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)什么是什么是OLTOLTOLT(Optical Line Terminal)放在中心機房CO，它可以是一個L2交換機或者L3路由器。在下行方向，它提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口；在上行方向，OLT將提供GE(千兆以太網(wǎng)Gigabit Ethernet)。在EPON的統(tǒng)一網(wǎng)管方面，OLT是主要的控制中心，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理功能。OLT可以動態(tài)分配帶寬,從

7、而可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬,保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)QOS,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時性.基于最新技術(shù)的被動式全光纖以太EPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)什么是什么是POSPOSPOS(Passive Optical Splitter)是無源光纖分支器，是一個連接OLT和ONU的無源設(shè)備。它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)和集中上行數(shù)據(jù)。無源分光器的部署相當靈活。由于是無源操作，幾乎可以適應(yīng)于所有環(huán)境, 一般一個POS的分線率為4,8,16,32，并可以進行多級連接?；谧钚录夹g(shù)的被動式全光纖以太EPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)什么是什么是ONUONUONU(Optical Network Unit)放在用戶設(shè)備駐地側(cè)CPE，EPON中的ONU主要采用以太網(wǎng)協(xié)議。在

8、中帶寬和高帶寬的ONU中實現(xiàn)了成本低廉的以太網(wǎng)第二層交換甚至是第三層路由功能。這種類型的ONU可以通過堆疊來為多個最終用戶設(shè)備提供很高的共享帶寬。由于使用以太網(wǎng)協(xié)議，在通信的過程中，就不再需要協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)ONU對用戶數(shù)據(jù)的透明傳送。從OLT到ONU之間可以實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)?；谧钚录夹g(shù)的被動式全光纖以太網(wǎng)EPON的系統(tǒng)集成(結(jié)構(gòu)特點)EPON的特點1.寬帶接入 (千兆以太網(wǎng)帶寬),服務(wù)范圍較大,可以支持128256個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,傳輸距離長(20km)，同時網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡單，層次更加清晰,特別是在大規(guī)模使用時這些優(yōu)勢更加明顯,系統(tǒng)簡單易用，安裝方便，運用廣泛.尤其適用于工礦企業(yè)復(fù)雜的地理環(huán)境和

9、大范圍的網(wǎng)絡(luò)分布特點2.系統(tǒng)帶寬充足,隨著10G以太網(wǎng)技術(shù)的成熟,只需要端對端的升級,就可以將系統(tǒng)帶寬提升,這樣就可以解決未來工礦企業(yè)對帶寬的所有需求,且系統(tǒng)集成成本低,是工業(yè)應(yīng)用的理想解決方案.基于最新技術(shù)的被動式全光纖以太EPON的系統(tǒng)集成(結(jié)構(gòu)特點)3.系統(tǒng)的運營和維護簡單由于EPON體系結(jié)構(gòu)簡單,可以使系統(tǒng)運營和維護量大大減少，工礦生產(chǎn)區(qū)內(nèi)無需象傳統(tǒng)以太網(wǎng)設(shè)立分站以及對應(yīng)的供電設(shè)施,從而也大大提高了生產(chǎn)的安全性和便利性 4.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)易于擴展,易于升級,運營周期較長 EPON系統(tǒng)可以提供可調(diào)節(jié)、有優(yōu)先級和帶寬保證的服務(wù),同時支持遠端設(shè)備ONU/OLT的自動測距和自動加入功能，網(wǎng)絡(luò)擴容非常

10、便利. 同時便于實現(xiàn)工礦企業(yè)信息系統(tǒng)的綜合集成?；谧钚录夹g(shù)的被動式全光纖以太EPON的系統(tǒng)集成(結(jié)構(gòu)特點)5.系統(tǒng)帶寬分配靈活,易于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)高質(zhì)量,實時數(shù)據(jù)傳輸EPON對帶寬的分配和保證都有一套完整的體系，EPON可以根據(jù)需要對每個用戶或設(shè)備甚至每個端口實現(xiàn)基于連接的帶寬分配(區(qū)別于傳統(tǒng)以太交換機的基于端口的速率限制)，并可根據(jù)業(yè)務(wù)需要保證每個用戶設(shè)備連接的QoS(服務(wù)質(zhì)量),從而提高了帶寬的利用率,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)6.系統(tǒng)運營的故障率較小,對工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)尤其有利由于EPON可以減少有源設(shè)備的數(shù)量，從而可以大大減少因有源設(shè)備造成網(wǎng)絡(luò)中斷的概率,這對有空間限制的環(huán)境及工業(yè)企業(yè)的安全生

11、產(chǎn)有著重要的意義. 基于最新技術(shù)的被動式全光纖以太EPON的系統(tǒng)集成(結(jié)構(gòu)特點)7.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對運營環(huán)境的敏感度低,且有源器件最少,尤其適用于環(huán)境較為惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境由于采用了無源的全光結(jié)構(gòu),從而使EPON對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求很低,可以大大提高工業(yè)生產(chǎn)的安全性,對于有防爆和其它特殊要求的生產(chǎn)環(huán)境尤其有明顯的優(yōu)勢,是工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的最佳選擇平臺8.基于三網(wǎng)合一的概念,代表未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新趨勢,是工業(yè)企業(yè)自動化的基礎(chǔ)神經(jīng)中樞的首選方案基于最新技術(shù)的被動式全光纖以太網(wǎng)EPON的系統(tǒng)集成由于EPON的這些特點,它可以廣泛的應(yīng)用于石油化工,煤炭,樓宇等工業(yè)及民用領(lǐng)域,為安全生產(chǎn)的監(jiān)測監(jiān)控,安全生產(chǎn)自動

12、化等提供網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺基于EPON 的這些技術(shù)優(yōu)勢,我們有理由說,EPON不僅代表了未來寬帶接入的新趨勢,而且在工業(yè)安全信息系統(tǒng)以及一些有特殊環(huán)境要求的行業(yè)必將有它廣闊的應(yīng)用前景.數(shù)字化工業(yè)企業(yè)自動化安全生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成遠距離大范圍高速度,大容量通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完備的地面安全生產(chǎn)調(diào)度和監(jiān)控中心系統(tǒng)安全生產(chǎn)實時監(jiān)測及實時反饋信息系統(tǒng)安全生產(chǎn)儀器設(shè)備的實時自動化控制信息系統(tǒng)工業(yè)企業(yè)管理信息化及電子商務(wù)系統(tǒng)企業(yè)管理的電子決策系統(tǒng)工業(yè)企業(yè)巨型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)統(tǒng)一集成的數(shù)字工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點要求1.符合生產(chǎn)的安全性(盡量減少有源設(shè)備)2.符合生產(chǎn)環(huán)境分布的復(fù)雜性及生產(chǎn)設(shè)備的多樣性

13、,并易于安裝調(diào)試3.信息數(shù)據(jù)的實時性及數(shù)據(jù)處理的靈活多樣(如實時數(shù)據(jù)采集,實時報警,多通道報警,生產(chǎn)現(xiàn)場實時監(jiān)測及保存)4.系統(tǒng)信息集成可提升,數(shù)據(jù)流靈活5.網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)可升級及可伸縮(按生產(chǎn)規(guī)模而定,并容易升級)6.網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的可操作性(易于維護管理,且故障率小)7.網(wǎng)絡(luò)帶寬應(yīng)足夠大以支撐未來現(xiàn)代化安全生產(chǎn)需要目前工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀基于傳統(tǒng)的各種低速總線的技術(shù)方案,其特點是:1.帶寬小,數(shù)據(jù)實時性較差;2.分離式小系統(tǒng),系統(tǒng)集成度低,且安裝調(diào)試較為復(fù)雜;3.沒有統(tǒng)一的標準,不利于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成及統(tǒng)一管理;4.沒有系統(tǒng)的可提升性,不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)要求.目前工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)

14、狀基于傳統(tǒng)100兆工業(yè)以太網(wǎng)是目前國內(nèi)比較流行的技術(shù)解決方案,其特點是:1.系統(tǒng)可以實現(xiàn)多網(wǎng)合一,有較高的系統(tǒng)集成度;2.有統(tǒng)一的總線標準,易于生產(chǎn)設(shè)備,安全檢測設(shè)備的系統(tǒng)集成;3.生產(chǎn)數(shù)據(jù)有一定的實時性;4.網(wǎng)絡(luò)用戶帶寬可控性較差;5.系統(tǒng)需要中繼,有源設(shè)備較多;6.系統(tǒng)沒有盡一步升級的可能.基于以上特點,我們認為它仍有待進一步提高基于最新技術(shù)的被動式全光纖以太EPON的系統(tǒng)集成解決方案(煤炭系統(tǒng)集成范例)礦山安全生產(chǎn)系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸加工1.系統(tǒng)集成IP傳感器(如IP紅外瓦斯報警器,IP風機傳感器等)可以將實時井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)降V山安全生產(chǎn)調(diào)度中心及相關(guān)管理部門,實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析,實

15、時控制,實時報警功能. 2.系統(tǒng)集成IP攝像頭,可以將實時井下現(xiàn)場圖像傳送到相應(yīng)管理部門作安全生產(chǎn)管理分析,并提供實時預(yù)警,以避免井下事故的發(fā)生及保存事故現(xiàn)場. 以山西為例:可以將全省所以煤礦的所有傳感器數(shù)據(jù)及所有現(xiàn)場生產(chǎn)攝像數(shù)據(jù)實時或抽樣上報安全生產(chǎn)指揮中心,及各縣,市,省級安全生產(chǎn)管理部門,并可實現(xiàn)分級報警.3.系統(tǒng)集成IP電話,可以使井下作業(yè)人員與井上管理人員或者相應(yīng)管理部門實時通話,以提高管理與生產(chǎn)的透明度.4.系統(tǒng)集成RFID/IP,可以實時定位井下生產(chǎn)人員的位置,并為突發(fā)事件提供必要信息.5.系統(tǒng)集成IP生產(chǎn)設(shè)備,可以實現(xiàn)井下無人或少人的生產(chǎn)環(huán)境,從而實現(xiàn)井下的零風險生產(chǎn)基于最新技

16、術(shù)的被動式全光纖以太EPON的系統(tǒng)集成解決方案(煤炭系統(tǒng)集成范例)由于EPON的帶寬充足,所有的這些系統(tǒng)都可以集成到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn),從而使現(xiàn)代化的安全的工業(yè)生產(chǎn)成為可能.提供核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案,集成目前國內(nèi)已有的單元技術(shù)實現(xiàn)快速而先進的工業(yè)自動化安全生產(chǎn)集成國際先進的核心單元技術(shù)(如紅外瓦斯報警系統(tǒng)等)以彌補國內(nèi)礦山安全生產(chǎn)的落后現(xiàn)狀集成強大而實用靈活的礦山安全生產(chǎn)管理功能,從而使生產(chǎn)事故率降至最低集成國際先進礦山生產(chǎn)電子商務(wù)系統(tǒng),從而徹底改變中國礦山技術(shù)落后的局面,與國際盡快接軌,實現(xiàn)數(shù)字化礦山.煤礦綜合自動化系統(tǒng)組成煤礦綜合自動化系統(tǒng)組成 (煤炭系統(tǒng)集成范例)1.全礦井自動化系統(tǒng)及綜合信息

17、管理系統(tǒng)2.安全生產(chǎn)綜合監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)3.運輸（膠帶輸送機集中控制）系統(tǒng)4.井下電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)5.水泵自動控制系統(tǒng)6.綜采工作面控制系統(tǒng)7.工業(yè)電視系統(tǒng)8.數(shù)字程控調(diào)度通訊系統(tǒng)9.主扇控制系統(tǒng)10.井下輔助運輸信號系統(tǒng)11.大屏幕動態(tài)顯示、電視墻系統(tǒng)煤礦生產(chǎn)自動化系統(tǒng)設(shè)計特點煤礦生產(chǎn)自動化系統(tǒng)設(shè)計特點采用先進的千兆采用先進的千兆EPON技術(shù)技術(shù)+現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用了冗余保護技術(shù)采用了冗余保護技術(shù),大大提高系統(tǒng)的可靠性大大提高系統(tǒng)的可靠性標準的接入方式標準的接入方式,易于實現(xiàn)系統(tǒng)集成易于實現(xiàn)系統(tǒng)集成高帶寬高帶寬,高可靠性的體系結(jié)構(gòu)高可靠性的體系結(jié)構(gòu)客戶端零配置客戶端零配置,

18、即插即用即插即用工業(yè)企業(yè)電話通訊系統(tǒng)(VoIP)(系統(tǒng)集成范例)PSTNVOIP-GWOLTONUONUMBS媒體流代理普通話機IP話機IP話機IP話機中央控制室光傳輸網(wǎng)絡(luò)EPON分部1分部nPBXSCS信令控制器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖1PSTNVOIP-GWOLTONUONUSCSMBSIP話機IP話機IP話機中央控制室光傳輸網(wǎng)絡(luò)EPON分部1分部n中央控制室和各分部的IP電話及VOIP GW均注冊到位于中央控制室的SCS上普通話機PBX注冊圖PSTNVOIP-GWOLTONUONUSCSMBSIP話機IP話機IP話機中央控制室光傳輸網(wǎng)絡(luò)EPON分部1分部NRAS消息通過SCS作呼叫路由Q.931和媒體流均在主、被叫之間直接通信Q.931消息RAS消息媒體流普通話機PBX分部與中央控制室或分部與中央控制室或PSTN互通電話圖互通電話圖