在近期召開的“2022中國光通信高質量發展論壇”上，中國聯通研究院副院長、首席科學家唐雄燕表示，實現光網與5G協同，方能更好賦能工業互聯網！應抓住工業互聯網發展機遇，發揮光通信優勢，開展工業PON等工業光網技術創新，推進光纖到機器和光網絡技術在工業互聯網中的應用，實現工業光網與工業以太網、5G等技術融合組網，夯實工業算網基礎。

工業互聯網需要5G與光網絡協同

     “工業互聯網”是網絡強國與制造強國戰略的重要抓手，得到我國政府的高度重視，從2017年以來連續5年寫入政府工作報告。工業互聯網也為光通信創造了新的發展空間。在唐雄燕看來，工業級光網絡是光通信融入工業互聯網發展大潮的重要機遇。目前，工業互聯網網絡面臨多方面挑戰：

一是工業園區、辦公、生產等不同區域和環節的網絡分隔，系統和信息孤立；

二是傳統組網方式不夠靈活，網絡調整、升級、擴展受限；

三是網絡運維和管控缺乏智能，網絡、計算和應用的管控體系不統一；

四是工業環境復雜，工業應用場景多樣，部分場景電磁干擾大，無線接入手段難以適應。

“傳統工業互聯網網絡亟需變革，而要構建面向工業互聯網應用場景的高品質網絡設施需要具備五大特質?！碧菩垩啾硎荆?/p>

一是超大連接，實現海量工業設備接入；

二是超低時延，確保端到端低時延通信，滿足工業控制要求；

三是算力增強，通過增強網關的算力實現邊緣計算和算網融合；

四是邊云協同，賦能工業大數據和工業智能；

五是安全可靠，構建高安全和高可靠的工業網絡與系統。

     工業光網是工業網絡與光網絡的結合，采用光網絡技術互聯工業企業全生產要素，實現生產控制、廠區監控、 辦公業務的統一接入，實現人、機、物的全方位高質量互聯。唐雄燕強調，工業互聯網既需要5G也需要光網絡，二者相輔相成，各有優勢和適用場景。在工業光網中，工業PON、工業OTN和工業光總線都是比較關鍵的技術。尤其工業PON能夠廣泛應用于工業園區、工廠和現場，具備多方面優勢：

一是大連接大帶寬，很好滿足工業互聯網中人機物的大數量連接需求以及3D機器視覺等大帶寬業務需求；

二是低時延低抖動，工業PON下行的廣播機制可以保證穩定的低時延傳輸，下行時延可以低于100微秒，上行時延可以低于200微秒，而且通過技術創新還可以進一步將時延減低至10微秒；

三是高可靠高安全，光接入天然具有抗電磁干擾和高穩定等特性，可以滿足工業互聯網安全可靠要求；

四是靈活性和擴展性，PON系統接入帶寬和用戶數可以靈活擴展，而且在傳輸能力外，還可以通過算力增強，實現算網協同，更好承載工業應用

因為工業PON具備的獨特多項優勢，中國聯通期望打造超大連接、超低時延、安全可信的工業PON網絡，通過大連接、低時延的工業PON基礎技術，聯接與計算融合的工業算網體系和增強的安全可靠保障機制來構筑工業互聯網發展的堅實底座。

 工業PON技術創新的“七大關鍵”

     作為2021年國家重點研發計劃項目的負責人，唐雄燕承擔著“超低時延、超大連接、安全可信的工業無源光網絡架構與系統研究及應用示范”項目研究。據介紹，該項目聚焦PON在工業互聯網場景下的應用，研究提出超大連接、超低時延、安全可信的新一代光接入網架構，研制低成本光接入系統器件、模塊、設備，打造邊云協同的工業光網運維管控體系，開展應用示范，推動PON從電信級到工業級的拓展。該課題將在如下領域開展技術創新。

一是通過TDM+WDM+SDM多維復用構建超大連接光接入網絡。

   工業PON主流的10G TDM-PON技術，技術成熟度高，產業鏈完善，1臺OLT設備可實現大于10000臺終端的連接，滿足工業互聯網超大連接需求。同時基于工業互聯網需求還將向50G PON升級，滿足更高帶寬業務的需求。WDM是PON進一步升級的重要方向，具有發展潛力，產業鏈也在逐漸成熟，WDM-PON具備更大的連接能力和帶寬能力，未來通過多載波與多芯光纖的結合，實現波分空分多維復用，單PON口可實現上千臺ONU的連接。

二是實現超低時延工業PON系統。

   通過FBA固定帶寬機制，縮短上行突發（burst），帶外開窗等機制降低PON系統時延，實現下行時延75微秒，上行200微秒。同時項目還在研究超低時延的工業PON系統，通過采用波分和相干技術可以將PON的時延控制到10微秒以內。

三是構建高可靠高安全PON網絡。

    PON具備完善的保護倒換，如PON 光鏈路保護可以采用 TYPE D 方式（OLT 雙 PON 口，ONU 雙 PON 口，主干光纖、光分路器和配線光纖均雙路冗余），保證系統的高可靠性；PON系統中OLT發送的信號可以被所有ONU接收到，需要通過完善的ONU接入安全機制和加密算法來保證系統和數據的高安全。

四是研發新型算網融合工業網關。

    針對工業通信數據接口多樣、協議繁雜、互不兼容等特點，設計基于ONU邊緣計算能力的多協議轉換系統，實現跨傳輸層的數據透明傳輸。針對確定性低時延和低抖動承載需求，將邊緣計算能力下沉到現ONU。工業PON融合網關的關鍵技術包括：單幀多突發低時延技術，氣密、防腐蝕及電磁隔離技術，基于虛擬化/容器化的算力增強ONU硬件架構，基于ONU邊緣計算能力的多協議轉換。

五是實現工業PON靈活切片。

    工業PON網絡具備網絡切片能力，一臺物理OLT設備可以虛擬化為多個邏輯OLT設備切片，每個切片之間的網絡資源分配、系統管理權限相互獨立。在實現物理資源共享的前提下，實現業務的獨立管控承載。

六是構建云邊端協同的工業算力網絡

     云邊端協同的工業算網可以承接各類工業應用，滿足工業場景多樣化的需求，成為工業互聯網的基礎技術底座。

七是增強工業網絡智能管控能力

     引入人工智能技術增強工業網絡的智能管控，實現對網絡故障的快速定位及預測，并將第三方工業互聯網應用平臺納入管控體系，實現工業互聯網應用的快速集成。

工業PON應用場景

    唐雄燕指出，工業PON可以適用于工業互聯網眾多場景。

    從建設場景上看，適用于工廠新建網絡和工廠網絡升級改造；從建設的覆蓋范圍上看，工業光網的建設范圍可覆蓋企業/園區內的工業生產網絡、企業信息網絡以及企業/園區外的骨干傳輸網絡，從而構建端到端的全光網絡互聯體系。

    工業PON可以應用于形形色色的工業領域。如在礦業場景中，通過部署OLT主備保護，可以實現高可靠的工業ONU連接；工業PON網絡可以實現多業務混合承載；通過預連接ODN可以實現快速施工，降低操作難度和危險性。在制造車間場景中，工業PON可以有效解決離散制造業的接入終端種類繁多、數量巨大問題；解決現場級的實時數據采集問題；解決不同場景下的數據傳遞、交互問題；解決復雜環境下的電磁干擾問題。工業PON已開始得到規模應用。在河北某企業集團案例中，該集團通過部署高速、融合、安全的工業PON網絡，實現了高清視頻監控、工業信息采集、智能制造、云服務、海量數據交換的統一承載；在山東某住建局智慧工地，面對實現包括揚塵自動治理、視頻監控+智能AI、遠程塔吊、員工個人智能監管、工地智能安全系統、企業云平臺等多場景需求，通過PON+5G的智慧工地解決方案，大大提升了工地運營及管理的場景化、定制化能力；在浙江某環保智能監測站項目中，需要解決遠端站點運維難、安全性低、自然環境復雜、站點多以及數據采集傳輸等問題，通過應用工業PON技術，利用光纖的高抗干擾特性和工業級PON的高可靠性機制，很好滿足了對環境適應性的要求。

     從工業PON術發展來看，工業PON1.0主要是提供基礎組網功能，PON設備集成以太網、RS232/485、CAN等多種工業接口，實現“光纖到機器”的接口互聯；工業PON2.0實現協議轉換、數據采集，集成各種主流的工業協議，具備工業數據采集/上傳能力，實現“光纖到機器”的協議互通。唐雄燕指出，下一步向工業PON3.0邁進，將更加關注系統及應用的互操作，實現PON設備與工業云平臺對接，支持MEC、TSN、網絡AI、工業安全等新一代工業互聯網功能，并適配工業APP，實現“光纖到機器”的應用互操作。