摘要：在石化行業(yè)“智改數(shù)轉(zhuǎn)”的大背景下，傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)將無法滿足信息化的發(fā)展趨勢。全光網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)質(zhì)載體，在數(shù)字化技術(shù)改造提升、新技術(shù)應(yīng)用場景研發(fā)以及人工智能場景發(fā)掘的新驅(qū)動(dòng)下，將充分展現(xiàn)其寬帶寬、長距離傳輸、抗干擾能力強(qiáng)以及低碳環(huán)保的特點(diǎn)，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化、冗余高可靠、升級(jí)迭代便捷化、運(yùn)維管理智能化的優(yōu)勢，助力石化企業(yè)發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)綠色創(chuàng)新高質(zhì)量發(fā)展。

關(guān)鍵詞：全光網(wǎng)絡(luò)；以太網(wǎng)；數(shù)字化轉(zhuǎn)型；石化行業(yè)；綠色低碳

近年來，石油石化行業(yè)大力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型是石化行業(yè)提升競爭力的重要手段[1]。石化園區(qū)部署了越來越多的新技術(shù)應(yīng)用場景，對(duì)基建網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性、便捷性等提出了更高的要求。其中，以5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的新基建是支撐石化產(chǎn)業(yè)推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)、智能化轉(zhuǎn)型的基石[2]。推動(dòng)5G、Wi-Fi 6、全光網(wǎng)絡(luò)在石化工廠中的廣泛覆蓋并完善網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)石化企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵步驟。全光網(wǎng)絡(luò)作為通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的承載底座，具有超低時(shí)延、超大帶寬、極簡架構(gòu)等優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)，其將為新質(zhì)生產(chǎn)力、先進(jìn)生產(chǎn)力提供可靠的技術(shù)支持。

一、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在石化行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

石化園區(qū)配置的全廠網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)通常劃分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)兩套系統(tǒng)[3]。內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)分為辦公網(wǎng)、視頻網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)，用于支持日常行政辦公、生產(chǎn)和財(cái)務(wù)管理、廠區(qū)安防系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)通信。外網(wǎng)主要用于滿足業(yè)主人員的移動(dòng)應(yīng)用、合作單位人員聯(lián)網(wǎng)需求和臨時(shí)外來人員聯(lián)網(wǎng)需求[3]。

每一套網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置以太網(wǎng)三層交換機(jī)架構(gòu)，形成多張煙囪式網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。核心層交換機(jī)與匯聚層交換機(jī)安裝于廠前區(qū)中控樓或行政辦公樓等主要建筑物內(nèi)，各區(qū)域的裝置機(jī)柜間配置接入層交換機(jī)并通過干線光纖跳接至相應(yīng)的匯聚層交換機(jī)[3]。

在廠前區(qū)主要建筑物以及裝置機(jī)柜間內(nèi)設(shè)置電信間，將配線子系統(tǒng)中的接入層交換機(jī)以及光、電配線架放置在電信間內(nèi)。通常電信間的房間面積不小于10㎡且需要滿足溫度和相對(duì)濕度的要求。當(dāng)水平纜線的距離不滿足90m范圍要求時(shí)，電信間數(shù)量應(yīng)相應(yīng)增加[4]。根據(jù)工作區(qū)的終端用戶實(shí)際需求，采用屏蔽或非屏蔽4對(duì)對(duì)絞電纜與各工作區(qū)插座設(shè)備進(jìn)行連接[4]。水平纜線的敷設(shè)采用導(dǎo)管、橋架的方式。建筑物外或在工藝裝置區(qū)設(shè)置的無線通信設(shè)備、視頻安防監(jiān)控設(shè)備、出入口控制系統(tǒng)設(shè)備可通過工業(yè)級(jí)交換機(jī)或光電轉(zhuǎn)換器接入弱電系統(tǒng)機(jī)柜[5]。

由上可知，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案是以以太網(wǎng)交換技術(shù)為主，配套多張三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，較為繁雜，且不利于后期的系統(tǒng)擴(kuò)容。例如，當(dāng)生產(chǎn)區(qū)倉庫或廠房考慮增加無線終端設(shè)備或插座時(shí)，新增一套機(jī)柜（包括接入層交換機(jī)和配線架設(shè)備等）需要安裝在現(xiàn)場空間，且具體位置不能影響正常的生產(chǎn)操作，在匯聚層機(jī)房增加相應(yīng)光模塊甚至系統(tǒng)機(jī)柜用于主干光纜的接入；當(dāng)建筑物內(nèi)新增信息插座時(shí)，不僅需要增加接入層交換機(jī)的下行端口，還需增加水平銅纜的數(shù)量。

二、全光網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及應(yīng)用

目前，全光網(wǎng)絡(luò)的主流方案主要分為全光以太網(wǎng)和F5G全光網(wǎng)絡(luò)兩類架構(gòu)[6]。

全光以太網(wǎng)仍是傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的三層架構(gòu)，與以太網(wǎng)的差異主要體現(xiàn)為接入交換機(jī)下沉到房間或者終端用戶附近，水平布線使用光纖代替銅纜網(wǎng)線[6]，本質(zhì)仍為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交換技術(shù)。其優(yōu)勢體現(xiàn)在，接入層到匯聚層獨(dú)享網(wǎng)絡(luò)帶寬，且在東西向流量大時(shí)，本地完成交換轉(zhuǎn)發(fā)，減少對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)流量的占用。

F5G全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要依托光纖路終端OLT、無源光分路器ODN、光網(wǎng)絡(luò)單元ONU等設(shè)備[7]。通過單模光纖連接，采用GPON、WI-FI6等接入技術(shù)傳輸語音信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、視頻信號(hào)等多種業(yè)務(wù)形式，實(shí)現(xiàn)一根光纖多網(wǎng)融合[7]。F5G全光網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化、冗余高可靠、升級(jí)迭代便捷化、運(yùn)維管理智能化的特點(diǎn)。但F5G全光網(wǎng)絡(luò)的ONU之間共享帶寬，且東西向流量的轉(zhuǎn)發(fā)需要繞行OLT，舍近求遠(yuǎn)，一旦東西流量過大會(huì)對(duì)核心層以及整體架構(gòu)產(chǎn)生影響。

由上可知，全光以太網(wǎng)和F5G全光網(wǎng)絡(luò)共享了水平布線改用光纖的優(yōu)勢，區(qū)別在于協(xié)議與架構(gòu)的不同。在實(shí)際應(yīng)用中，具體選取何種方案需綜合考慮項(xiàng)目的投資概算以及園區(qū)面積、終端用戶業(yè)務(wù)需求等客觀因素。本文則主要介紹F5G全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在以南北向流量為主的園區(qū)的應(yīng)用優(yōu)勢。

（一）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化

在F5G全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)中，OLT設(shè)備與核心層交換機(jī)共同配置在全廠中心機(jī)房內(nèi)，ODN無源分光器可放置在建筑物電信間或裝置機(jī)柜間，用于連接終端ONU與核心層設(shè)備[7]。ONU終端設(shè)備盡可能靠近用戶側(cè)配置。F5G全光網(wǎng)絡(luò)采用無源分光器替代傳統(tǒng)有源匯聚層交換機(jī)[7]。有源的傳統(tǒng)三層架構(gòu)被扁平化的二層架構(gòu)取代，實(shí)現(xiàn)了架構(gòu)上的優(yōu)化（如圖1所示）。

基于F5G全光網(wǎng)絡(luò)的二層架構(gòu)，多類智能化業(yè)務(wù)可從接入層直達(dá)核心層，比傳統(tǒng)三層架構(gòu)減少了中間匯聚層，時(shí)延更低。

安裝于煉化裝置區(qū)或公輔區(qū)集合點(diǎn)的無源分光器，因?yàn)闊o需供電且體積小、設(shè)置要求簡單，極大減小了對(duì)電信間面積的需求并提高了建筑利用率，對(duì)電氣專業(yè)的供電以及暖通專業(yè)空調(diào)通風(fēng)的依賴也更少，可助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，促進(jìn)綠色發(fā)展。

前端ONU可以放置在終端用戶附近，電信間與工作區(qū)域之間的水平布線采用單模光纜布線[7]。對(duì)比100米距離限制的傳統(tǒng)銅纜網(wǎng)線，F(xiàn)5G全光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)充分發(fā)揮了光纜的長距離傳輸和高帶寬的特質(zhì)。石化園區(qū)廠前區(qū)大型建筑物如中控樓、行政辦公樓等，在光纖下沉的優(yōu)勢加持下，大量減少了電信間的設(shè)置，同時(shí)優(yōu)化了數(shù)量多、重量大、易受干擾的水平銅纜，便于現(xiàn)場施工及后期維護(hù)。

（二）冗余高可靠

在石化行業(yè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，前端接入層交換機(jī)與匯聚層交換機(jī)以及核心層交換機(jī)通過布置多條傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)線路冗余，而當(dāng)布置多臺(tái)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)主設(shè)備的保護(hù)時(shí)，會(huì)有占用空間大、散熱量多以及供電負(fù)荷提升的弊端。

F5G全光網(wǎng)絡(luò)依靠TYPE B以及TYPE C的冗余保護(hù)措施，提升網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備、端口以及鏈路的保護(hù)[8]。針對(duì)不同的應(yīng)用場景以及項(xiàng)目預(yù)算費(fèi)用，還可以選用合適的冗余措施（如圖2、圖3所示），具有冗余高可靠的優(yōu)勢。

圖2 " TYPE B雙歸屬保護(hù)

圖3 " TYPE B雙歸屬保護(hù)

（三）升級(jí)迭代便捷化

F5G全光網(wǎng)絡(luò)采用無源ODN設(shè)備以及水平光纜鏈路的連接方式[9]。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，其具有帶寬升級(jí)便捷、設(shè)備擴(kuò)容靈活的優(yōu)勢。

隨著石化園區(qū)業(yè)務(wù)量的擴(kuò)展以及新技術(shù)的落地應(yīng)用，園區(qū)帶寬急需擴(kuò)容。中間的分光器無源網(wǎng)絡(luò)層不需要變更，只需要迭代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)首尾兩側(cè)的OLT與ONU有源設(shè)備。與傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中需要替代匯聚層交換機(jī)以及光模塊設(shè)備相比，F(xiàn)5G的升級(jí)任務(wù)量與變更影響范圍更小，可最大化避免對(duì)正常生產(chǎn)任務(wù)的干擾。

其中，水平鏈路采用光纜的帶寬演進(jìn)能力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的水平電纜（Cat6， Cat6A， Cat7）。因?yàn)楣饫w具備1Tbps的帶寬能力，且傳輸距離可達(dá)到40km，而Cat6只支持千兆帶寬，傳輸距離至多100m，且后續(xù)逐步升級(jí)為支持萬兆的Cat6A乃至Cat7的工程量繁重[9]。除此之外，傳統(tǒng)水平電纜的重量大且占用大量空間用于布線，而光纖則可以很好地解決此類問題。

當(dāng)石化園區(qū)廠前區(qū)大型建筑物如行政辦公樓，因?yàn)椴糠址块g的功能性變化導(dǎo)致需要增加信息插座數(shù)量時(shí)，F(xiàn)5G全光網(wǎng)絡(luò)也能體現(xiàn)擴(kuò)容靈活的優(yōu)勢。在其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中僅需替換擁有更多下行端口的ONU設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)，不需要改變水平布線的光纜。反觀傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，增加插座意味著增加水平電纜數(shù)量，不僅投資更大且施工影響范圍廣，不利于工廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（四）運(yùn)維管理智能化

OLT作為F5G全光網(wǎng)的大腦與指揮官，通過對(duì)OLT設(shè)備進(jìn)行管理和配置實(shí)現(xiàn)對(duì)ONU設(shè)備的控制，ONU設(shè)備無需進(jìn)行獨(dú)立的IP配置管理工作[10]。OLT和ONU之間的ODN無源分光器也無需管理[10]。對(duì)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中每臺(tái)交換機(jī)均需要配置IP的情況，全光網(wǎng)絡(luò)極大減少了網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，管理節(jié)點(diǎn)只是幾臺(tái)OLT設(shè)備及核心交換機(jī)，管理更加便捷。

由于對(duì)ONU設(shè)備的集中管理可以依托OLT來完成，在全光網(wǎng)絡(luò)中可以通過OLT實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的快速收集和處理，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)故障實(shí)時(shí)接收，保障業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)在線。

三、全光網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展展望

工業(yè)和信息化部等9部門聯(lián)合發(fā)布的《石化化工行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)施指南》中明確提及，到2026年，石化行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化水平顯著提升，加快5G、工業(yè)光網(wǎng)、WiFi-6等新型網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在工廠的廣泛覆蓋，打通研發(fā)、生產(chǎn)、管理等不同環(huán)節(jié)的“數(shù)據(jù)孤島”[11]。全光網(wǎng)絡(luò)憑借高效穩(wěn)定、綠色低碳的優(yōu)勢，必將在推動(dòng)石化行業(yè)網(wǎng)絡(luò)化水平提升的過程中發(fā)揮積極作用。

在“光進(jìn)銅退”和數(shù)智化轉(zhuǎn)型的大背景趨勢下，全光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入石化行業(yè)的步伐逐漸加快。無論設(shè)計(jì)院或是石油化工行業(yè)的上下游，都需要提高對(duì)全光網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知度，走出傳統(tǒng)局域網(wǎng)技術(shù)的舒適圈，為石化行業(yè)的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)力量。

作者單位：張錦嘉 中國寰球工程有限公司

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