POL全光网弱电设计指导

POL全光网弱电设计指导

引言：

作为FTTH的PON产品已经进入上亿家庭了，而作为这一主流产

品的行业应用POL却显得有些生疏。虽然总包集成商和业主在接触这

一概念后都能很快接受，但在实际项目实施过程中，则会遇到不少的

困难。弱电设计这块，就是这第一个拦路虎。POL的概念在公共建筑

类为主的设计院因承接住宅类项目较少而较为陌生，另外公共建筑的

结构特性较住宅更为多样，以及相比于交换机POL有更多的设计规则

等原因，造成了设计院在POL的设计上手有一个需要学习及指引的过

程。可喜的是，我们看到今年6月份中国勘察设计协会发布了《无源

光局域网工程技术标准》，住建部的《公共场所光纤宽带接入工程技

术标准》征求意见稿也在持续推进-预计很快也会发布，2016版的

《综合布线系统工程设计规范》对公共建筑物布线也有相当大部分的

内容涉及POL的光纤布线。这些近期发布的技术规范已足以指导POL

的弱电设计。当然，唯一欠缺的就是一本设计图集。考虑到标准图集

的发布过程将是一个较为长期的工作，而当前确确实实有很多项目又

急需相应的指导和规范，因此有了这个小小的胶片，希望能解决一部

分POL的弱电设计困难。更多的想法是借助这个工作，能够起到抛砖

引玉的效果，让更多的POL的优秀设计案例能够生产、共享出来。配

合本PPT的，还有CAD格式的文件在网盘上提供，因为工作方向及经

验所限，这个CAD格式的文件专业性待考也仅仅是供大家参考，还希

望有更多的设计能够共享出来，供大家学习、借鉴以共同成长。

致谢：

在此特别郑重的感谢以下几位设计院的老师，在这份文件的初稿

审定中给出了很多专业中肯的意见建议。五洲设计院的朱立彤老师，

他是住宅小区设计图集（FTTH）的主要编撰、审校人员，他还参编了

很多国标、团标的技术规范和图集文件。朱老师就此文中的异议之处

详细给出了文本建议意见，我们在POL的一些设计细节上交流起来也

颇有共鸣之处。中国设计院的陈琪老师，她是中国勘察设计协会、中

国建筑学会、中国照明学会等多个行业协会的核心成员，学识渊博且

为人非常谦虚和善。就此文件，陈老师给出了非常诚恳的立意、结构

和专业设计方面的意见、建议。建勘院的刘文捷老师，我们最早合作

了一带一路的POL项目，并且将POL和BIM结合起来实现园区网络

和其他智能化管控的融合统一。她及她的团队就此文章给出了很多有

实战经验的改进建议。深圳总院的蔡丹确老师，他是非常坚定的POL

看多者，从建筑设计角度对POL有很深很独特的见解。因为地域原因,

我们更多的是微信和电话沟通，他给出的建议意见非常有深度启发作

用。另外还要感谢中南院的冯星明老师、华东院的沈育祥老师，金螳

螂的何二前所长，基准方中的封小燕，建勘院的王龙等设计师也参与

了本文档的审校并给出了专业的改进建议。感谢以上各位老师、专家

就本人这一小小的文章所做的工作，也预先感谢后继能够提供设计共

享的朋友。就此文章可能出现的错误之处，还请大家及时联系并给予

指正、赐教。

一、POL概念介绍

PON技术最早应用于上世纪八十年代，经过三十多年的发展应用，

当前对国计民生可谓贡献颇大，尤其是国内的宽带战略能够提前一年

实现，这一技术可谓居功至伟。无源网络的技术要求最初是在ATM的

原理基础上形成的，之后ITU/FSAN对G.983进行了定位，形成了第

一代标准：由于协议复杂决定的设备造价昂贵以

PONAPONoATM

及以太技术的高速发展，使得APON完全没能大展拳脚便退出了通信

行业大舞台。这一宿命同样发生在了其后的BPON(宽带PON,

BroadbandPassiveOpticalNetwork)身上。随后IEEE/EFM标准组

织发布的EPONorGEPON(以太网络PONEthernetPassiveOptical

Network)标准802.3ah使得PON技术得到大规模商用，成就了PON

技术的全球应用大业。很快，GPON加入这一市场，更是通过各种良

性的市场竞争互动，推动了PON技术在接入网和行业网的快速深度商

用渗透。PON技术的核心在于P2MP(点到多点)的通信模式。纵观

各种通信链路方式，不管是星型还是树形-甚至是链型，信元的转发网

络绝大多数都呈现点到多点的路径形态。PON技术采用下行广播和上

行时分复用的技术，通过对分光器技术的巧妙应用，形成了一张完美

的点到多点通信网络。

EPON:EthernetPassiveOpticalNetworksIEEE组织的标准

GPON：Gigabit-capablePassiveOpticalNetworksITU-G组织的标准

OLT:OpticalLineTerminal光线路终端ONU:OpticalNetworkUnit兴网络单元

转发机制：

PON网络下行采用广播方式：通过分光器将OLT发出的光信号分

成多份带有相同信息的光信号，传送到每个ONU。ONU根据报文中

所带的标记，选择性接收属于自己的报文，对标记不符的进行丢弃处

按照这一时间片窗口进行信号发送，不属于自己的时间片对光口进行

关断操作。上行时间窗口调度机制高度依赖PON的测距技术来实现。

上行采用时分复用多址接入方式J—I---------

ONU按照分配的时间片突发发送|ONU

'1^-----—

分光器屋、、.।।r

ONITI"廿洁+

对PON的技术原理的理解，有助于我们在电气设计中更熟练的应

用这一技术，尤其是其光分配网的无源（无需供电）特性，和传统交

换机的差别带来的点位配电设计尤其需要注意。为保证在一个光纤上

转发两个方向的流量报文，PON采用波分方式。在发展到万兆PON

后，实际采用了四个波长段进行光纤复用。

IOGGPONGPONIOGGPON

上行上行

GPON

IOGGPON

建

90

-s

nm

IOGEPON

下行

EPON

IOGEPON

s、o常长

N'堂G小.m-i曲:劈二

技术特性：突发光电技术

由于ONU的上行流量转发需要在排定的时间片内完成发送，因此

需要能够快速打开并关断自身的光发射器，这就需要ONU突发发射能

力。

而对于OLT侧的接收来说，因为有来自不同距离的ONU发送来

的光信号，因距离和接头数等因素衰减不一样，到达OLT的光接收侧

时不同的ONU时间片会有不同的光强度，这就需要OLT的光模块接

受能够动态调整接收阈值。

连续发送模块突发发送模块

0#OM0#OW

-1#O、U

l#ONl

M(WONT•突发发射0#ONT

•快速开启和关断能力

•消光比大（＞10dB）

恢亚出来的数据到这。LT的信号及阈值建立ONT/ONU发出的信号

连续接收模块

0#ONI

接收无快速AGC

/_\

突发接收模块i#oxr

0#ONT

•突发接受

技术特性：多种拓扑保护方式

作为局域网的替代技术,POL能完成传统交换机技术的所有拓扑

保护方式。对于高等级保护业务可实现全链路保护。

2:N分光器可建立B类双门屈保护.双PONII单MAC的ONU可实

路由器路由器

现C类保护卜.联,双PONII双MAC的ONU可实现D类保护上联

核心层防火墙防火墙

B类双归族保护C/D类保护

通踣由器1路由器路由器路由暮

核心交投机T

核心.Xw核心核心核心

交换机飞Gr交换机交换机交换机

汇聚层

OLTOLTOLTOLTOLT

分光器

A2：N

接入层a8分光器於?比N

之八代转才

技术演进：归一到50GPON

从2004年EPON标准发布到当前在国内完成上亿FTTH用户的

建设，PON经历了一个快速成长的过程。近几年，中国电信和中国移

动进行了10GPON的大规模采购，PON技术进入了万兆时代。而伴

随着中国移动牵头的50GPON技术标准组的成立，后期EPON和

GPON的兼容共网指日可待。

1G/2.5G,10G40G/50G/100G

共用

4IEEEEPONOON10G-EPON100G-EPON

25G/50G/100G

802.3ah-2004802.3av-2009.98O2.3ca-2O18?

共川。DN

GPONNG-PONlNG-PON2

XGPON.XGS-PON40/80/100GTWDM、50G（中通道）

G984-2004G987、G988-2010.6FSAN-40G-2015TWDM

ITU・T-立J页50GPON-2018.2

g200720122020

2.5G1OG

XG…X

GPONPONPON

■4OG

POL的综合优势：综合造价大幅下降

由于将光纤引入园区内部，主要是干线和水平配线段完全采用光

缆，带来了诸多方面的优势。

在楼内垂直段竖井中，光纤的线径使得空间不再成为问题，尤其

是老旧楼宇改造，竖井段的空间节省对施工穿线来说提供了非常大的

便利性。

园区内配楼的机房无源化，用配线箱替代机架，不再需要有源空

调机房。

水平配线不需要走桥架，普通PVC线管即可满足布线需求。

而优势体现最为明显的是工程效率的提升，这一特点使得POL对

于一些建设周期紧张的公共建筑项目尤为适用。

二、POL弱电设计

分光比及带宽计算

POL的带宽计算和交换机网络非常类似，只需要把分光比类比为

汇聚交换机的收敛比即可。从原理上来讲，GPON最大可到128的分

光比，EPON可做到1:64O而当前常用的分光比为1:32,多采用两级

分光设计。ONU设备的端口数也需要进行计算，可选的形态有单口、

4GE、8GE、16FE/GE、24FE/GE等；

标准规定最大1：128标准规定最大1：64

PON的带宽数据

在相同用户下行带宽需求的情况下，GPON相比EPON可以做大

一倍的分光比。GPON和EPON的上行带宽都是千兆，如果是监控类

上行业务为主的使用场景，分光比设计无区别。

类型EPONGPON10GEPON10GGPON

非对称：对称：非对称：对称:

上行：

上行：上行：上行：上行：

1.25Gbit/s1.25Gbit/s

线路速率1.25Gbit/s10.3125Gbit/s2.48Gbit/s9.95GI)it/s

卜行：1.25hif：2.D下行：10.3125下行：10.3125下行：下行：

芸•肝防才

信息点位的带宽计算举例：如采用GPON，做1:32分光，ONU

采用4GE,则ONU的每个以太口下行可分得带宽为：

2500/32/4=19.53Mbit/s,上行带宽为1000/32/4=7.81Mbit/so实

际设计时，我们是已知每个网口所带设备的带宽需求来算分光比设计

的。分光比计算公式：OLT的PON口带宽/ONU端口数/信息设备业

务带宽需求，比如计算带1080P分辨率摄像头的网络分光比，选用的

EPON,ONU选用4个GE形态，计算方法为：1000(M)/4/8(M)

=31.25.可设计为1:32的分光比。

分光器点位及ODN设计

.一级分光器布放在机房，靠近OLT机架，便于后期调整；

・二级分光器布放在竖井（楼层或楼宇设备间）；

・光纤到房间，ONU尽量靠近信息点位，有条件可做成光纤到桌

面；

・机房设ODF光配线架，用于OLT与分光器的连接，以及分光器

与室外光缆的连接；

・ODN整体光缆芯数做20%富裕度预留，末端皮线光缆至少两芯,

建议选用4芯。对于存在楼内分单元出租的情况（按层或按房间），

ODN设计需要满足光纤到用户带有的要求，因此机房配线到楼宇配线

这两个节点的配线能够完成运营商配线架到用户单元的裸光纤配线；

・竖井的分光器采用光纤适配器进行连接，可选用光纤适配器和分

光器一体安装的分纤分光箱；

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光

纤1

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^二

室内

建

夕

段）随需调整点位带宽。

1、弱电设计阶段不需要过度关注每个点位的带宽需求差异，后期

可在OLT上做配置进行调整；调试交付时，按照各ONU点位的带宽

需求，通过网管软件设置调整ONU及各业务的带宽。

2、网络使用维护阶段，可以对端口、ONU或PON口等做性能

（带宽利用率）统计，以据此对网络作出适应性调整；

3、带宽调整不需要对综合布线（室外段和室内段）进行调整，可

通过增加OLT的PON口和一级分光器数量，中心机房进行跳纤降低

一级分光比倍增带宽。1:32分光时ONU带宽为：1000M/4（一级分

光）/8（二级分光）=31.25M,增加PON口和一级分光器后ONU

带宽调整为：1000M/2(一级分光)/8(二级分光)=62.5M

链路光功率计算

光功率损耗的计算是POL技术工程应用有别于交换机的一个关键

要点。只有OLT和ONU之间的光功率在最大损耗和最小损耗之间，

才能保证两者的正常通信。

全程光链路损耗要求

GPONGPON10GGPON10GGPONEPONEPONEPON

类型

ClassB+ClassC+N1PX10PX20PX20+

最大光链路损耗

28322931212428

(dB)

最小光链路损耗

1317111651010

(dB)

Stemunitparameter

Operation

nm1260-1650

Wavelength

<onfiKuration1x21x42x41x82x81x162x161x322x321x64

MaxILdB4.07.47.610.711.013.914.517.117.521.0

光纤衰减系数

技术指标

项目单位

G.652G.657

1310nm衰减系数最大值dB/km0.350.38

1550nm衰减系数最大值dB/km0.21

光链路损耗计算规则：

.国内常用的光缆采用G.652D和G.657A光纤；

.当前常用PLC分光器;

・从中心局端到信息点位，通常要经过5-10个左右的连接器(法

兰盘),法兰插损为：0.5db/个;

.熔接的衰减值通常在O.ldB以下；冷接方式衰减值通常为0.5~

0.6dB左右;

・保证开通业务一般要做2-3dB的光功率富裕度预留。

光链路损耗计算示例：

线路情况：做两级分光,一级为1：4,二级为1:8;最远ONU距

离为5公里；最多连接器数量为10个；最多热熔接点位数5个；

整体光损耗：7.4(1:4)+10.7(1:8)

+0.35*5+0.5*10+0.1*5=2535dB

按照EPON的PX20+模块的光功率链路预算28dB来计算，

25.35+2<28

结论：采用EPON的PX20+模块满足链路光功率损耗条件。

注意：POL同时需要考虑链路最小损耗的情况，以避免出现光功

率过载问题。简单的解决办法是保证最近的ONU所过的分光器也要在

1:8分光比（这样链路至少有10.7dB的光损耗）。

B类保护

POL的B类保护类似于交换机的双上联，不同的是POL采用了无

源器件进行分光（功率）来实现，交换机是在交换芯片中复制流量

（报文）来实现。我们将这一保护机制主要用在园区的室外段主干光

纤链路的冗余路由保护，因为这一段是发生断纤概率更高的一段线路-

相比于楼内段，而且一旦发生断纤则影响面更大。

.B类保护是指分光器到OLT的PON口之间的链路保护，也即分

光器上联到两个PON口，这两个PON口可属于同一台OLT（同板块

或跨板卡）也可位于不同OLT设备上；

・B类保护主要是对室外段光纤线缆的保护，室外段多因道路施工

及自然灾害发生引起的光缆线路断裂。一级分光位于园区核心机房侧，

第二级分光位于接入楼宇侧；

.二级分光采用2:N分光器，此分光器出来后连接的室外光缆走东

西两个路由走向，以实现主干光纤的物理空间上的保护；

・备用线路在主用线路出现故障时自动进行倒换，业务实时恢复，

从以太网业务层面对链路断纤故障无感知。网管和设备上发出告警，

运维人员根据告警信息，结合光缆路由走向进行断点排查；

B类保护路由走向示意

下图是一个用B类保护设计的校园内光缆路由保护的走线示例，

可以看到，在一个环路光缆中，任意一点发生断纤，ONU的转发流量

可以从另一个路由方向进行转发。POL的B类保护采用更少的光纤纤

芯实现了主干光纤的路由冗余保护，而且在楼宇接入侧，不需要冗余

的光口，实现了成本的有效控制。

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C类、D类保护

C类保护是指同一台ONU有两个光口，这两个光口连接到OLT不

同的PON口，这两个不同的PON口可以是同一台OLT的同板块或跨

板卡，也可以是不同OLT上的两个口。D类保护相对C类来说，是不

仅有两个PON口，还有两个独立的PONMACO这两种保护倒换在业

务使用上只有倒换时间的差别，与弱电设计相关的链路走向等实际是

无差别的。C类保护和D类保护，在倒换时间上有不同的要求，前者

要求在150ms以内，后者要求在50ms以内。因此，D类保护更多的

应用在工业场景中，比如电力行业的配网和抄表都在普遍使用PON的

这一保护方式进行建网。

PON的独特组网方式：手拉手

在园区类建筑中，PON的C/D类保护可以用于道路监控和照明能

源管理等。配合非均分分光器，可以使用一对纤芯进行链状路由布放

20个ONU,这一组网方式被称为手拉手组网。这对于点位比较分散

的园区内部道路或者大型景区的道路沿线信息点建设会非常适合。

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1mn

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OLT£言拿中心机房寿摹一

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小叁诵拈力

手拉手这一组网从物理分布上呈链状，但实际链路逻辑拓扑是树

形，而流量转发是星型，这是PON这一技术所特有的组网方式。这一

组网方式很好的规避了交换机的级联方式中有源设备节点故障率叠加

造成整网故障风险呈指数级增长的问题；

节点部署位置：

虽然POL的整个链路是全光纤的，但网络结构和传统的交换机组

网完全一样。我们可以将分光器视为汇聚交换机（只是不需要供电及

空间更小），OLT视为核心交换机，ONU视为接入交换机（当然为发

挥POL的优势，ONU应该更靠近信息点位）。下图示意了POL各组

成单元的布放位置，这张图给出了常用的四种常用模式。OLT一般位

于中心机房，如果有体量非常大的单体楼，也可以通过选用小型化的

OLT设备下移到楼宇设备间。一般情况下，我们是将一级分光器放置

在中心机房，这样方便后期进行分光比降低方式的带宽提速，这样做

的缺点是主干光纤纤芯数会增加-当然PON技术本身采用单芯双向的

方式以及二级分光本身主干光纤纤芯数就已经很少了。二级分光器布

放在楼宇设备间的情况适用于体量较小楼层高度不是很高的建筑，而

一级分光器布放在此点位适用于体量大的建筑物。此点位布放分光器,

主要是为了节省主干段的光纤纤芯资源。在楼层设备间，多布放末级

分光器，建筑设备网和安防网用ONU也可布放在此处。ONU布放在

此处便于UPS供电的强电走路设计和实现，这类ONU的多为PoE形

态。如果设备网和安防网所接DTE设备为本地独立供电，则此ONU

尽量靠近信息点位进行布放。水平段光缆直接进入办公/作业区，尽量

将光纤靠近信息点位，可做FTTO（光纤到办公室）设计，对带宽要求

比较高的用户，可直接设计为FTTD（光纤到桌面）。ONU可安装到

入墙暗装设备箱或工位壁挂。对于办公区人数不能完全确定的情况，

需要在墙壁预留光纤接线面板。

工作区

工作区配线箱

ONU

一级分光翳在中心机房与OLT同点位音

°NU署，二级分光器位于楼宇设备间工

一级分光器在中心机房与OLT同点位音

ONU|署，二级分光器位于楼层弱电井。

一级分光器在楼宇设备间，二级分光

ONU|器位于搂层弱电井。

屋

——［一级分光器在楼宇设备间与OLT同点6

ONU部署，二级分光器位于楼层弱电井。K

4

CPTO14

四

豳

建筑群子系2干线子系统设备缆线照

注：此图参考自综合布线系统工程设计规范

GB50311-2016P8曲

，

川

建筑群之间的通信系统，对应园区类的项目来讲，主要在园区骨

干光缆的走向，各楼宇的出纤方式，以及中心机房的对内和对外各种

配线。中心机房这个点位，我们建议要具备三家运营商接入能力，需

要做设备机柜空间预留，这个机柜中有有源设备，因此需要做用电配

套。在用户机柜这一侧，需要配备IP-PBX。传统的电话交换系统因为

用户电话线路侧的功率较强，可以在整个园区内布放铜缆电话线，直

接从中心机房到电话机全铜线连接。但现在这类交换机因为功耗太大,

已经退出市场。替代性的技术是中心机房用IP-PBX,用户侧（多数到

房间或楼层）的电话线长度基本控制在50米以内。中心机房内还要考

虑的一点是，如果项目是办公园区或综合体这类非单一业主/用户，需

考虑运营商裸光纤能够跳接到园区主干光纤链路上，以便通过楼内配

线系统为分割出租单元提供裸光纤接入能力；

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