全光无源以太网EPON的系统集成暨工业自动化实现平台

1、全光无源以太网EPON的系统集成暨工业自动化实现平台二零零五年五月六日初稿工业以太网的现状和发展所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。工业以太网的发展现状:1.基本解决了数据通讯的确定性和实时性问题2.稳定性和可靠性取得了较大的发展3.基于工业以太网协议提高工业以太网性能的可能性工业以太网对数据的实时性和确定性的解决方案:1.提高通信速率,从而减轻网络负荷和减小网络传输延时，即网络碰撞机率大大下降。2.采用星型网络拓扑结构，交换

2、机将网络划分为若干个网段。Ethernet交换机由于具有数据存储、转发的功能，使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲，不再发生碰撞3.网络交换机可对网络上传输的数据进行过滤，使每个网段内节点间数据的传输只限在本地网段内进行，而不需经过主干网，也不占用其它网段的带宽，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。4.全双工通信使得端口间两对双绞线（或两根光纤）上分别同时接收和发送报文帧，也不会发生冲突。提高工业以太网性能的可能性基于目前工业以太网的发展现状,我认为它仍有很大的发展空间:1.数据用户的带宽没有保证,对于短周期,小数据量的控制系统来说不是问题,然而对于有带宽要求的用户(如视频用户),仍然

3、存在着问题2.网络的带宽使用效率仍有待提高.3.QoS没有得到根本的保证纵观目前通讯技术的发展现状,我们认为使用以太网OVER PON的EPON技术可以很好的提高目前工业以太网的性能,有着广阔的应用前景.我们的概念是FTTI, 即fiber to the industry基于最新接入技术的被动式全光纤以太网EPON的系统结构什么是EPON?EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON 技术中比较新的一种，由IEEE802.3EFM（Ethernet for the First Mile）提出。EPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速

4、以太网平台和 TDM（Time Division Multiplexing）时分 MAC（Media Access Control）媒体访问控制方式并能提供多种综合业务的宽带接入技术.EPON是一种千兆无源以太网,提出于2000年, 是目前宽带通讯及宽带接入的最新技术.它的特点是成本低,宽带且带宽可动态分配, 系统稳定,易于安装维护,故障率低,组网灵活,易于扩展,尤其适用于工矿企业及有特殊安全生产要求的环境.OLTPOSONU基于最新技术的被动式全光纤以太网EPON的系统结构典型的EPON系统由光纤网络终端OLT，光纤网元适配器ONU，无源光纤分配器POS三部分组成。基于最新技术的被动式全光纤

5、以太网EPON的系统结构OLTONUPOSPOSPOSPOSONUONUONUONUONUONUONUONUIP语音网IP语音网IP数据网IP数据网IP视频网IP视频网交换机交换机交换机交换机交换机交换机IP 摄像头IP 摄像头IP 监控系统IP 监控系统IP无线电话系统IP无线电话系统IP摄像头IP摄像头IP各种监控系统IP各种监控系统IP工业传感器系统IP工业传感器系统交换机交换机交换机交换机交换机交换机IP摄像头IP摄像头IP工业安全生产设备IP工业安全生产设备IP工业传感器系统IP工业传感器系统IP摄像头IP摄像头IP其它网络系统IP其它网络系统IP其它工业数据通讯IP其它工业数据通讯

6、系统系统OLT:OPTICAL LINE TERMINAL光纤网络终端POS:PASSIVE OPTICAL SPLITTER无源光纤分支器ONU:OPTICAL NETWORK UNIT 光纤网元适配器基于最新技术的被动式全光纤以太EPON的系统结构什么是什么是OLTOLTOLT(Optical Line Terminal)放在中心机房CO，它可以是一个L2交换机或者L3路由器。在下行方向，它提供面向无源光纤网络的光纤接口；在上行方向，OLT将提供GE(千兆以太网Gigabit Ethernet)。在EPON的统一网管方面，OLT是主要的控制中心，实现网络管理功能。OLT可以动态分配带宽,从

7、而可以优化网络带宽,保证网络服务QOS,实现数据的实时性.基于最新技术的被动式全光纤以太EPON的系统结构什么是什么是POSPOSPOS(Passive Optical Splitter)是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备。它的功能是分发下行数据和集中上行数据。无源分光器的部署相当灵活。由于是无源操作，几乎可以适应于所有环境, 一般一个POS的分线率为4,8,16,32，并可以进行多级连接。基于最新技术的被动式全光纤以太EPON的系统结构什么是什么是ONUONUONU(Optical Network Unit)放在用户设备驻地侧CPE，EPON中的ONU主要采用以太网协议。在

8、中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层交换甚至是第三层路由功能。这种类型的ONU可以通过堆叠来为多个最终用户设备提供很高的共享带宽。由于使用以太网协议，在通信的过程中，就不再需要协议转换，实现ONU对用户数据的透明传送。从OLT到ONU之间可以实现高速的数据转发。基于最新技术的被动式全光纤以太网EPON的系统集成(结构特点)EPON的特点1.宽带接入 (千兆以太网带宽),服务范围较大,可以支持128256个网络节点,传输距离长(20km)，同时网络结构更加简单，层次更加清晰,特别是在大规模使用时这些优势更加明显,系统简单易用，安装方便，运用广泛.尤其适用于工矿企业复杂的地理环境和

9、大范围的网络分布特点2.系统带宽充足,随着10G以太网技术的成熟,只需要端对端的升级,就可以将系统带宽提升,这样就可以解决未来工矿企业对带宽的所有需求,且系统集成成本低,是工业应用的理想解决方案.基于最新技术的被动式全光纤以太EPON的系统集成(结构特点)3.系统的运营和维护简单由于EPON体系结构简单,可以使系统运营和维护量大大减少，工矿生产区内无需象传统以太网设立分站以及对应的供电设施,从而也大大提高了生产的安全性和便利性 4.网络系统易于扩展,易于升级,运营周期较长 EPON系统可以提供可调节、有优先级和带宽保证的服务,同时支持远端设备ONU/OLT的自动测距和自动加入功能，网络扩容非常

10、便利. 同时便于实现工矿企业信息系统的综合集成。基于最新技术的被动式全光纤以太EPON的系统集成(结构特点)5.系统带宽分配灵活,易于优化网络结构,实现高质量,实时数据传输EPON对带宽的分配和保证都有一套完整的体系，EPON可以根据需要对每个用户或设备甚至每个端口实现基于连接的带宽分配(区别于传统以太交换机的基于端口的速率限制)，并可根据业务需要保证每个用户设备连接的QoS(服务质量),从而提高了带宽的利用率,优化网络结构6.系统运营的故障率较小,对工业企业安全生产尤其有利由于EPON可以减少有源设备的数量，从而可以大大减少因有源设备造成网络中断的概率,这对有空间限制的环境及工业企业的安全生

11、产有着重要的意义. 基于最新技术的被动式全光纤以太EPON的系统集成(结构特点)7.网络系统对运营环境的敏感度低,且有源器件最少,尤其适用于环境较为恶劣的工业生产环境由于采用了无源的全光结构,从而使EPON对网络环境的要求很低,可以大大提高工业生产的安全性,对于有防爆和其它特殊要求的生产环境尤其有明显的优势,是工业生产网络信息系统的最佳选择平台8.基于三网合一的概念,代表未来网络发展的新趋势,是工业企业自动化的基础神经中枢的首选方案基于最新技术的被动式全光纤以太网EPON的系统集成由于EPON的这些特点,它可以广泛的应用于石油化工,煤炭,楼宇等工业及民用领域,为安全生产的监测监控,安全生产自动

12、化等提供网络传输平台基于EPON 的这些技术优势,我们有理由说,EPON不仅代表了未来宽带接入的新趋势,而且在工业安全信息系统以及一些有特殊环境要求的行业必将有它广阔的应用前景.数字化工业企业自动化安全生产信息网络系统构成远距离大范围高速度,大容量通讯网络系统完备的地面安全生产调度和监控中心系统安全生产实时监测及实时反馈信息系统安全生产仪器设备的实时自动化控制信息系统工业企业管理信息化及电子商务系统企业管理的电子决策系统工业企业巨型数据库系统统一集成的数字工业信息网络系统工业企业安全生产信息网络系统的特点要求1.符合生产的安全性(尽量减少有源设备)2.符合生产环境分布的复杂性及生产设备的多样性

13、,并易于安装调试3.信息数据的实时性及数据处理的灵活多样(如实时数据采集,实时报警,多通道报警,生产现场实时监测及保存)4.系统信息集成可提升,数据流灵活5.网络信息系统可升级及可伸缩(按生产规模而定,并容易升级)6.网络信息系统的可操作性(易于维护管理,且故障率小)7.网络带宽应足够大以支撑未来现代化安全生产需要目前工业企业安全生产信息网络现状基于传统的各种低速总线的技术方案,其特点是:1.带宽小,数据实时性较差;2.分离式小系统,系统集成度低,且安装调试较为复杂;3.没有统一的标准,不利于实现数据的集成及统一管理;4.没有系统的可提升性,不适应现代化生产要求.目前工业企业安全生产信息网络现

14、状基于传统100兆工业以太网是目前国内比较流行的技术解决方案,其特点是:1.系统可以实现多网合一,有较高的系统集成度;2.有统一的总线标准,易于生产设备,安全检测设备的系统集成;3.生产数据有一定的实时性;4.网络用户带宽可控性较差;5.系统需要中继,有源设备较多;6.系统没有尽一步升级的可能.基于以上特点,我们认为它仍有待进一步提高基于最新技术的被动式全光纤以太EPON的系统集成解决方案(煤炭系统集成范例)矿山安全生产系统的实时数据采集及网络数据传输加工1.系统集成IP传感器(如IP红外瓦斯报警器,IP风机传感器等)可以将实时井下数据传输到矿山安全生产调度中心及相关管理部门,实现数据分析,实

15、时控制,实时报警功能. 2.系统集成IP摄像头,可以将实时井下现场图像传送到相应管理部门作安全生产管理分析,并提供实时预警,以避免井下事故的发生及保存事故现场. 以山西为例:可以将全省所以煤矿的所有传感器数据及所有现场生产摄像数据实时或抽样上报安全生产指挥中心,及各县,市,省级安全生产管理部门,并可实现分级报警.3.系统集成IP电话,可以使井下作业人员与井上管理人员或者相应管理部门实时通话,以提高管理与生产的透明度.4.系统集成RFID/IP,可以实时定位井下生产人员的位置,并为突发事件提供必要信息.5.系统集成IP生产设备,可以实现井下无人或少人的生产环境,从而实现井下的零风险生产基于最新技

16、术的被动式全光纤以太EPON的系统集成解决方案(煤炭系统集成范例)由于EPON的带宽充足,所有的这些系统都可以集成到统一的网络中实现,从而使现代化的安全的工业生产成为可能.提供核心网络技术方案,集成目前国内已有的单元技术实现快速而先进的工业自动化安全生产集成国际先进的核心单元技术(如红外瓦斯报警系统等)以弥补国内矿山安全生产的落后现状集成强大而实用灵活的矿山安全生产管理功能,从而使生产事故率降至最低集成国际先进矿山生产电子商务系统,从而彻底改变中国矿山技术落后的局面,与国际尽快接轨,实现数字化矿山.煤矿综合自动化系统组成煤矿综合自动化系统组成 (煤炭系统集成范例)1.全矿井自动化系统及综合信息

17、管理系统2.安全生产综合监测监控系统3.运输（胶带输送机集中控制）系统4.井下电力监测监控系统5.水泵自动控制系统6.综采工作面控制系统7.工业电视系统8.数字程控调度通讯系统9.主扇控制系统10.井下辅助运输信号系统11.大屏幕动态显示、电视墙系统煤矿生产自动化系统设计特点煤矿生产自动化系统设计特点采用先进的千兆采用先进的千兆EPON技术技术+现场总线的网络结构现场总线的网络结构采用了冗余保护技术采用了冗余保护技术,大大提高系统的可靠性大大提高系统的可靠性标准的接入方式标准的接入方式,易于实现系统集成易于实现系统集成高带宽高带宽,高可靠性的体系结构高可靠性的体系结构客户端零配置客户端零配置,

18、即插即用即插即用工业企业电话通讯系统(VoIP)(系统集成范例)PSTNVOIP-GWOLTONUONUMBS媒体流代理普通话机IP话机IP话机IP话机中央控制室光传输网络EPON分部1分部nPBXSCS信令控制器网络结构图网络结构图1PSTNVOIP-GWOLTONUONUSCSMBSIP话机IP话机IP话机中央控制室光传输网络EPON分部1分部n中央控制室和各分部的IP电话及VOIP GW均注册到位于中央控制室的SCS上普通话机PBX注册图PSTNVOIP-GWOLTONUONUSCSMBSIP话机IP话机IP话机中央控制室光传输网络EPON分部1分部NRAS消息通过SCS作呼叫路由Q.931和媒体流均在主、被叫之间直接通信Q.931消息RAS消息媒体流普通话机PBX分部与中央控制室或分部与中央控制室或PSTN互通电话图互通电话图