礦用PON及其演進(jìn)技術(shù)研究

姜玉峰

（1. 煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 100013；2. 煤礦應(yīng)急避險(xiǎn)技術(shù)裝備工程研究中心，北京 100013；3. 北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心，北京 100013）

0 引言

PON（Passive Optical Network，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）是通信行業(yè)主流的光纖接入技術(shù)，憑借極簡(jiǎn)架構(gòu)、靈活部署等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，主要服務(wù)家庭寬帶及企業(yè)專線兩大場(chǎng)景，同時(shí)正在向工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展，助力工業(yè)制造的數(shù)字化轉(zhuǎn)型[1-2]。礦井通信網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期以工業(yè)以太網(wǎng)為主，采用環(huán)形、樹形、星形以及混合型組網(wǎng)方式向井下各類子系統(tǒng)提供信息傳輸服務(wù)，隨著業(yè)務(wù)規(guī)模的擴(kuò)展，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，并存在重復(fù)建設(shè)等問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備部署、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維等工作面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。得益于10G PON的成熟商用，特別是基于10G PON的F5G（The 5th generation Fixed networks，第五代固定網(wǎng)絡(luò)）概念的提出，礦井通信網(wǎng)絡(luò)迎來(lái)了全新的解決方案，為智能礦山建設(shè)提供大帶寬、低時(shí)延、高可靠、易部署、易擴(kuò)展的信息基礎(chǔ)設(shè)施[3-5]。

面向10G PON的井下應(yīng)用，業(yè)內(nèi)學(xué)者開展了深入研究。王國(guó)法等[6]在前景展望中對(duì)礦用光纖環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)提出了要求；任高建等[7]提出了在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明了其可靠性；吳文臻等[8]設(shè)計(jì)了10G PON與5G在煤礦井下的融合組網(wǎng)架構(gòu)，并對(duì)行業(yè)生態(tài)建設(shè)提出構(gòu)想；溫良等[5]分析了10G PON在智能化煤礦建設(shè)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用場(chǎng)景，并指出建設(shè)方案有待驗(yàn)證；韓忠利[9]研究了10G PON在礦井應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，為煤礦行業(yè)高質(zhì)量傳輸網(wǎng)絡(luò)提供了一種高可靠的方案。上述研究成果著重探討了10G PON的應(yīng)用場(chǎng)景及組網(wǎng)架構(gòu)，而本文則對(duì)多業(yè)務(wù)承載、安全可靠機(jī)制、統(tǒng)一網(wǎng)管平臺(tái)等進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。目前，國(guó)外礦井普遍采用光纖以太環(huán)網(wǎng)，暫無(wú)關(guān)于10G PON井下應(yīng)用的文獻(xiàn)報(bào)道。

2021年9月，ITU-T（International Telecommunication Union-Telecommunications Standardization Sector，國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化局）發(fā)布了下一代PON（50G PON）的第一版標(biāo)準(zhǔn)。2022年9月，ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）發(fā)布了《F5G Advanced and Beyond》白皮書，闡述了未來(lái)演進(jìn)的驅(qū)動(dòng)因素、能力維度和關(guān)鍵使能技術(shù)，并預(yù)計(jì)2030年固定網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)到F6G[10]。本文將PON技術(shù)演進(jìn)與智能礦山建設(shè)需求相結(jié)合，提出平滑升級(jí)50G PON、構(gòu)建確定性網(wǎng)絡(luò)、承載井下移動(dòng)業(yè)務(wù)、實(shí)現(xiàn)通感一體、網(wǎng)算融合等發(fā)展前景。

1 PON技術(shù)架構(gòu)及規(guī)格

PON采用P2MP（Point to Multipoint，點(diǎn)到多點(diǎn)）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[11]，主要包括局端的OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）、用戶側(cè)的ONU（Optical Network Unit，光網(wǎng)絡(luò)單元）以及中間的ODN（Optical Distribution Network，光分配網(wǎng)絡(luò)），其中，OLT和ONU是光電一體的設(shè)備，ODN是由光纖、光分路器等無(wú)源器件構(gòu)成的光傳輸通道。OLT利用網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口與上端設(shè)備連接，執(zhí)行流量調(diào)度，緩沖區(qū)控制等功能，并通過(guò)ODN對(duì)ONU進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控。ONU是接入網(wǎng)終端，用于提供用戶側(cè)接口，并受OLT的集中控制。通過(guò)采用不同的載波波長(zhǎng)，OLT與ONU之間的上下行信號(hào)在單根光纖內(nèi)獨(dú)立傳輸，傳輸原理如圖1所示。下行方向采用廣播的方式，OLT發(fā)出的光信號(hào)被ODN分成多份，每份都攜帶完全相同的數(shù)據(jù)，再由每個(gè)ONU提取出屬于自己的部分；上行方向采用TDMA（Time Division Multiple Access，時(shí)分多址接入）的方式，OLT為每個(gè)ONU分配了不同的時(shí)間窗口，ONU只在屬于自己的時(shí)間窗口內(nèi)發(fā)送光信號(hào)，然后經(jīng)ODN匯聚成一個(gè)信息流，再由OLT接收處理。

圖1 點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸?shù)脑鞦ig. 1 Principle of P2MP transmission

在FSAN（Full Service Access Networks，全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)）、ITU-T、IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，電氣電子工程師學(xué)會(huì)）等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的推動(dòng)下，PON技術(shù)歷經(jīng)多次演進(jìn)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了10G PON的大規(guī)模商用，可為用戶提供對(duì)稱10 Gbps的上下行速率。根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，10G PON分為10G EPON和XG（S）-PON兩大陣營(yíng)，詳細(xì)的技術(shù)規(guī)格見(jiàn)表1。分光比1∶N表示將1路光平均分為N路，傳輸距離指的是ODN與ONU之間的最大距離，二者均與光傳輸通道的衰減損耗直接相關(guān)。受光接收器的靈敏度限制，PON系統(tǒng)無(wú)法兼顧分光比和大傳輸距離，但可在應(yīng)用場(chǎng)景中根據(jù)用戶數(shù)量、覆蓋范圍的具體需求進(jìn)行折衷設(shè)計(jì)：在1∶128的分光比下，10G EPON的傳輸距離是30 km，XG（S）-PON的傳輸距離可達(dá)40 km；如果傳輸距離為20 km，10G EPON最高可支持1∶256分光，XG（S）-PON最高可支持1∶512分光。

表1 10G PON的技術(shù)規(guī)格Table 1 Technical specifications of 10G PON

2 礦井F5G（10G PON）應(yīng)用方案

2.1 井下網(wǎng)絡(luò)部署

2020年，ETSI（European Telecommunications Standards Institute，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）將10G PON與Wi-Fi 6（Wireless Fidelity 6，第六代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)）、200G/400G OTN（Optical Transport Network，光傳送網(wǎng)）等技術(shù)一起列入F5G標(biāo)準(zhǔn)，由此開啟“光聯(lián)萬(wàn)物”時(shí)代。2021年，煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司與華為技術(shù)有限公司聯(lián)合發(fā)布了F5G智能化煤礦應(yīng)用方案，推進(jìn)10G PON在煤炭行業(yè)的應(yīng)用，為礦山智能化建設(shè)提供新思路。

不同于常規(guī)的PON部署，礦井F5G采用兩套相同配置的OLT和ODN，均與各個(gè)ONU保持通路連接，形成一主一從的雙鏈路傳輸系統(tǒng)，如圖2所示。兩臺(tái)OLT被放置在地面機(jī)房，與核心交換機(jī)之間保持兩兩連接；兩套ODN采用盡可能不同的傳輸路徑，避免同時(shí)發(fā)生斷路或損壞；全部ONU均被部署在井下工作面附近，向傳感器、控制器、攝像儀、無(wú)線AP（Access Point，接入點(diǎn)）等提供標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口。在通常情況下，ONU只通過(guò)主鏈路中的OLT和ODN來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入，同時(shí)借助功率測(cè)量等手段對(duì)鏈路狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一旦發(fā)現(xiàn)主鏈路出現(xiàn)故障，ONU立即啟動(dòng)鏈路倒換程序，在幾十毫秒內(nèi)接入從鏈路實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的自愈。為了滿足移動(dòng)性場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)接入需求，無(wú)線AP在Wi-Fi 6的加持下，通過(guò)接入ONU向附近用戶提供大帶寬、低時(shí)延的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋[4, 12-13]。

圖2 礦井F5G網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯ig. 2 Network topology of mine F5G

2.2 多業(yè)務(wù)承載

礦井F5G通過(guò)VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng)）劃分來(lái)實(shí)現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、視頻等不同業(yè)務(wù)之間的邏輯隔離。具體來(lái)說(shuō)，每個(gè)VLAN都是一個(gè)廣播域，相同VLAN內(nèi)的用戶可以直接通信，這種通信被稱為二層通信；不同VLAN之間互相隔離，用戶無(wú)法直接互訪，需要通過(guò)路由器、交換機(jī)等具備三層路由功能的設(shè)備實(shí)現(xiàn)相互通信。圖3是礦井F5G的VLAN劃分示意圖，CVLAN是用戶VLAN，SVLAN是服務(wù)VLAN，二者通過(guò)OLT完成互相轉(zhuǎn)換。

圖3 VLAN劃分示意圖Fig. 3 VLAN division diagram

另外，礦井F5G還構(gòu)建了QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）管理機(jī)制：在網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口處，根據(jù)服務(wù)要求對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分類、流量控制；OLT根據(jù)業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級(jí)標(biāo)記，實(shí)施隊(duì)列調(diào)度、流量整形、擁塞避免等策略；ONU負(fù)責(zé)識(shí)別業(yè)務(wù)流，并標(biāo)記對(duì)應(yīng)的不同優(yōu)先級(jí)。作為井下骨干網(wǎng)絡(luò)，礦井F5G將VLAN劃分與QoS管理機(jī)制相結(jié)合，向井下多個(gè)生產(chǎn)、智能化子系統(tǒng)提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)承載，提供穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2.3 安全可靠機(jī)制

為了保障信息安全，礦井F5G采用上下行雙向AES-128加密傳輸，并且支持密鑰的同步更新。AES（Advanced Encryption Standard，高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）是一種對(duì)稱分組加密算法，所謂的對(duì)稱是指加密解密使用同一密鑰，算法的分組長(zhǎng)度為固定的128 bit，密鑰長(zhǎng)度有128 bit、192 bit和256 bit三種可選，AES-128的密鑰長(zhǎng)度為128 bit。該算法從1998年出現(xiàn)至今，經(jīng)過(guò)多方研究和廣泛應(yīng)用，從未被成功破解，具備較高安全性。加密傳輸流程如圖4所示，對(duì)于下行而言，OLT為發(fā)送端，ONU為接收端，對(duì)于上行而言，ONU為發(fā)送端，OLT為接收端。通過(guò)引入加密傳輸機(jī)制，礦井F5G能夠提供從井下用戶到地面機(jī)房的端到端鏈路安全保障。

圖4 加密傳輸流程圖Fig. 4 Encrypted transmission flowchart

由于OLT與ONU之間存在“一對(duì)多”的關(guān)系，OLT為每個(gè)ONU分配了不同的時(shí)間窗口，ONU只在屬于自己的時(shí)間窗口內(nèi)發(fā)送光信號(hào)。如果某個(gè)ONU在不屬于自己的時(shí)間窗口內(nèi)發(fā)光，則會(huì)與其他ONU產(chǎn)生沖突，被稱之為流氓ONU。流氓ONU有兩種，一種是長(zhǎng)發(fā)光，另一種是間歇發(fā)光。礦井F5G通過(guò)OLT檢測(cè)和ONU自檢相結(jié)合的方式來(lái)發(fā)現(xiàn)并隔離流氓ONU，OLT檢測(cè)是通過(guò)傳輸距離識(shí)別來(lái)判斷流氓ONU的具體位置，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制關(guān)閉或者現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施斷路，主要適用于長(zhǎng)發(fā)光的流氓ONU；ONU自檢是通過(guò)核驗(yàn)時(shí)間窗口來(lái)判斷自身的合法性，可以檢測(cè)到長(zhǎng)發(fā)光和間歇發(fā)光的流氓ONU，并進(jìn)行隔離。礦井F5G通過(guò)引入檢測(cè)流氓ONU機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)ONU的有效管理，提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2.4 統(tǒng)一網(wǎng)管平臺(tái)

井下環(huán)境復(fù)雜、影響因素較多，導(dǎo)致光纖接入網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)端口、設(shè)備及線路問(wèn)題，而現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境往往很難實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的快速定位。礦井F5G在地面部署統(tǒng)一網(wǎng)管平臺(tái)，如圖5所示，通過(guò)向OLT、ONU發(fā)送診斷報(bào)文，構(gòu)建自上而下的狀態(tài)感知與故障定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活部署、資源的統(tǒng)一管理、故障的集中監(jiān)控以及告警的實(shí)時(shí)上報(bào)，可以為智能礦山提供狀態(tài)可見(jiàn)、業(yè)務(wù)可控的信息傳輸通道。

圖5 統(tǒng)一網(wǎng)管平臺(tái)Fig. 5 Unified network management platform

3 礦井PON演進(jìn)方向

3.1 平滑升級(jí)50G PON

下一代PON的速率將提升50 Gbps，相關(guān)技術(shù)是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，IEEE提出基于波長(zhǎng)疊加和通道綁定技術(shù)實(shí)現(xiàn)2×25 Gbps速率，ITU-T則聚焦在單通道的速率提升，積極構(gòu)建50G PON體系。2021年9月，ITU-T發(fā)布了50G PON的第一版標(biāo)準(zhǔn)——ITU-T G.9804.3，目前已有部分單位完成了50G PON的樣機(jī)測(cè)試及業(yè)務(wù)承載測(cè)試。由于沿用了傳統(tǒng)的傳輸機(jī)制及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，50G PON能夠利用已有的ODN基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行部署，并通過(guò)選取差異化的載波波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)與10G PON或其他PON系統(tǒng)的共存。

對(duì)于已經(jīng)部署的礦井F5G網(wǎng)絡(luò)，主要有兩種升級(jí)策略：一種是將全部OLT、ONU替換成50G PON規(guī)格，實(shí)現(xiàn)井下網(wǎng)絡(luò)的全面升級(jí)，另一種是根據(jù)井下業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，允許井下50G PON與10G PON共存。圖6是井下50G PON與10G PON共存的具體方案：井下將部分ONU替換成50G PON規(guī)格，滿足其所在區(qū)域的速率提升需求；井上對(duì)OLT進(jìn)行改造，利用WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分復(fù)用）器件或設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)10G PON、50G PON兩種規(guī)格的組合應(yīng)用，形成所謂的Combo OLT（組合OLT）；在接入網(wǎng)層面，50G PON與10G PON系統(tǒng)互無(wú)影響，各自為不同業(yè)務(wù)提供信息傳輸管道，與此同時(shí)，二者同時(shí)接受網(wǎng)管平臺(tái)的統(tǒng)一管理。

圖6 井下50G PON與10G PON共存方案Fig. 6 Coexistence scheme of 50G PON and 10G PON in coal mines

3.2 構(gòu)建確定性網(wǎng)絡(luò)

在數(shù)字化礦井中，生產(chǎn)設(shè)備的控制管理系統(tǒng)，以及人員、環(huán)境、車輛等的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都需要依托光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)承載。隨著井下高清視頻、無(wú)人巡檢、遠(yuǎn)程控制等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的激增，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載狀態(tài)發(fā)生了明顯變化，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)擁塞風(fēng)險(xiǎn)的加劇[14-15]。圖7是吞吐量和時(shí)延隨負(fù)載的變化情況，可以看出：在負(fù)載較低時(shí)，吞吐量和時(shí)延與負(fù)載成正比；當(dāng)負(fù)載超過(guò)“膝點(diǎn)”，吞吐量的提升放緩，而時(shí)延卻開始大幅增加；一旦負(fù)載突破“崖點(diǎn)”，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入擁塞崩潰狀態(tài)，具體表現(xiàn)為吞吐量陡降、時(shí)延猛增，隨之而來(lái)的數(shù)據(jù)包丟失、重傳等問(wèn)題。

圖7 吞吐量和時(shí)延隨負(fù)載的變化情況Fig. 7 Throughput and latency vary with load

確定性網(wǎng)絡(luò)是礦井PON發(fā)展的重要方向。所謂的確定性網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留、節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步等操作，向確定性業(yè)務(wù)提供更嚴(yán)格、更明確的QoS保障，具體包括：低時(shí)延（上限確定）、低抖動(dòng)（上限確定）、低丟包率（上限確定）、高帶寬（上下限確定）、高可靠（下限確定）。預(yù)計(jì)，確定性礦井PON能夠?qū)⒍说蕉藭r(shí)延控制在微秒級(jí)，將時(shí)延抖動(dòng)控制在納秒級(jí)，將可靠性控制在99.9999%以上，為三維視覺(jué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、無(wú)人駕駛、數(shù)字孿生等智能化技術(shù)的井下應(yīng)用提供高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)。

3.3 承載井下移動(dòng)業(yè)務(wù)

PON具備大帶寬、低時(shí)延、高可靠等明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)借助Wi-Fi 6可實(shí)現(xiàn)局部的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，但與5G、4G等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比，其在可移動(dòng)性、廣連接性上仍有不足。現(xiàn)階段，PON與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在井下獨(dú)立共存，各自服務(wù)于不同需求的礦山智能化應(yīng)用。隨著PON技術(shù)的演進(jìn)，特別是未來(lái)50G PON、確定性PON的落地應(yīng)用，礦井PON將兼具移動(dòng)業(yè)務(wù)承載的能力，構(gòu)建統(tǒng)一的“井下-井上”業(yè)務(wù)傳輸通道。圖8是支持移動(dòng)業(yè)務(wù)承載的礦井PON部署方案，利用ODN、ONU替代傳統(tǒng)的光纖環(huán)網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，此外，還可通過(guò)ONU下掛UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）基站，同時(shí)實(shí)現(xiàn)井下的高精度定位。

圖8 支持移動(dòng)業(yè)務(wù)承載的礦井PON部署方案Fig. 8 A mine PON deployment scheme supporting mobile business carrying

3.4 實(shí)現(xiàn)通感一體、網(wǎng)算融合

光纖傳感是將光纖作為敏感元件，將各種物理量轉(zhuǎn)換成可以直接測(cè)量的信號(hào)，具有抗干擾、耐腐蝕、易集成、重量輕、本質(zhì)安全、距離遠(yuǎn)、精度高等優(yōu)勢(shì)[16-18]。當(dāng)前，基于光纖傳感的礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯、礦壓、水壓、溫度、聲發(fā)射、地震波的監(jiān)測(cè)，能夠最大限度地避免水、火、瓦斯、煤塵、頂板等災(zāi)害[19-21]。隨著礦井PON的持續(xù)演進(jìn)及光纖傳感技術(shù)包括光纖光柵、微納光纖、光子晶體光纖等傳感技術(shù)的發(fā)展，二者將逐漸融合并實(shí)現(xiàn)通信與傳感的一體化，通過(guò)光纖復(fù)用來(lái)降低總體部署成本，同時(shí)利用光纖傳感實(shí)現(xiàn)通信鏈路監(jiān)測(cè)。

隨著井下業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，礦山智能化建設(shè)對(duì)計(jì)算設(shè)施的實(shí)時(shí)性、安全性及網(wǎng)絡(luò)依賴性提出更高的要求。邊緣計(jì)算是一種分布式計(jì)算范式，能夠在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的位置附近進(jìn)行處理和分析，可提供更加高效、安全、可擴(kuò)展的計(jì)算服務(wù)。以礦井PON為基礎(chǔ)，在用戶設(shè)備附近部署邊緣算力，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算深度融合的井下基礎(chǔ)設(shè)施，能夠利用邊緣計(jì)算來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)處理能力，同時(shí)依托礦井PON為算力處理提供高品質(zhì)傳輸通道。

4 結(jié)論

1）梳理了PON的底層架構(gòu)，包括系統(tǒng)組成、設(shè)備功能以及傳輸原理，并針對(duì)當(dāng)前10G PON的兩大陣營(yíng)，從分光比、傳輸距離等維度進(jìn)行分析，展現(xiàn)PON的技術(shù)現(xiàn)狀。

2）設(shè)計(jì)了基于10G PON的礦井F5G應(yīng)用方案：通過(guò)構(gòu)建一主一從的井下雙鏈路傳輸系統(tǒng)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)故障鏈路倒換和網(wǎng)絡(luò)功能自愈；利用VLAN劃分及QoS管理機(jī)制，對(duì)井下不同業(yè)務(wù)進(jìn)行邏輯隔離和統(tǒng)一承載；引入雙向加密傳輸機(jī)制，并加強(qiáng)對(duì)ONU的有效管理，保障井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃裕淮罱ńy(tǒng)一網(wǎng)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活部署、資源的統(tǒng)一管理、故障的集中監(jiān)控以及告警的實(shí)時(shí)上報(bào)。

3）分析了面向礦山智能化建設(shè)需求的礦井PON演進(jìn)方向：平滑升級(jí)50G PON，利用已有的ODN基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行部署，并通過(guò)選取差異化的載波波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)與10G PON或其他PON系統(tǒng)的共存；構(gòu)建確定性網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留、節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步等操作，將端到端時(shí)延控制在微秒級(jí)，將時(shí)延抖動(dòng)控制在納秒級(jí)，將可靠性控制在99.9999%以上。承載井下移動(dòng)業(yè)務(wù)，構(gòu)建統(tǒng)一的“井下-井上”業(yè)務(wù)傳輸通道，同時(shí)實(shí)現(xiàn)井下的高精度定位。實(shí)現(xiàn)通感一體、網(wǎng)算融合，提升網(wǎng)絡(luò)能力、精簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、補(bǔ)強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能，為高階的礦山智能化建設(shè)提供全光底座。