基于GPON技术智慧校园接入网建设研究

2018-05-24王伟林

镇江高专学报 2018年2期

王伟林

(南京信息职业技术学院通信学院，江苏南京 210023)

近年来，随着信息技术的不断发展，用户对网络接入带宽及其稳定性要求不断提高，传统以太网接入方式不能满足当今用户业务量的需求。2012年3月教育部印发的《教育信息化十年发展规划(2011—2020年)》(教技〔2012〕5号)指出，把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络[1]。到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的教育信息化体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。明确了校园信息化的建设与发展方向，即以人为本，构建稳定、灵活、便捷、安全、科学、广泛参与的智慧校园。智慧校园以其对校园全面的数据化及对数据的广泛使用实现智慧校园的“智慧”[2]，而数据的采集、传输、存储离不开性能优良的基础网络。

1 校园传统接入网构造

图1是校园传统以太网接入方法，有线、无线网络分别布置，为提高数据传输效率进行了扁平化改造，即接入层交换机直接连接核心交换机，除去中间汇聚层交换设备；为防止ARP攻击及提高内网安全性，有线网络接入进行了vlan的QinQ设置。校园传统接入网构造存在一些缺点。

图1 校园传统接入网构造

1) 有线、无线网络单独部署与维护。校园有线与无线网络单独构造并连接于校园网核心交换机。有线、无线网络数据互联互通且采用统一的校园网认证计费系统，但每个楼宇的有线、无线接入网单独部署导致接入网资源重复建设，而且不能进行统一维护和管理。

2) 用户上网体验受制于楼宇接入层交换机。网络用户终端设备直接连接楼宇接入层交换机，交换机的性能和运行状况直接影响用户上网体验。接入层交换机放置于楼宇弱电间，弱电间的环境与网络中心机房相差甚远，电力系统无法得到可靠保障，一旦楼宇弱电间断电，将直接导致整栋楼宇所有用户网络服务中断。

3) 用户接入带宽扩展性较差，大量楼宇主干光纤资源闲置。接入层交换机大都采用堆叠模式运行，即楼宇交换机由同一品牌型号交换设备构造，对于楼宇每个用户来说，提供的网络接入端口性能一致，缺少个性化的端口性能服务，用户接入带宽扩展性差。楼宇之间通常部署多芯光缆，而楼宇至网络中心机房网络传输通常只需要两芯，大量光纤资源闲置。

2 基于GPON技术的接入网改造

GPON因其接入带宽充足、多业务承载、服务质量保证、绿色节能、易于维护等优点而成为智慧校园基础网络的最佳选择。GPON是基于ITU-TG.984.x标准的新一代宽带接入标准，具有高带宽、高效传输、覆盖范围广等特点[3]，目前已被大多数运营商视为实现接入网业务的宽带化、综合化改造的理想技术。与以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network，EPON)技术相比，GPON下行速率可以达到2.5 Gb·s-1，其非对称的特性适应宽带数据业务市场，并且提供QOS(Quality of Service，服务质量)的全业务保障及更高的分光比[4]。GPON由光网络单元(Optical Network Unit，ONU)、光分配网络(Optical Distribution Network，ODN)、光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)组成[5]。ONU是用户侧设备，为用户提供各种业务的网络接口； OLT放置于中心机房，作用是汇聚ONU信号，并按照业务类型分别送入各种业务网，是GPON网络核心设备； ODN是连接OLT和ONU的光缆系统，包括主干光缆、配线设施、光分路器等。

GPON 多采用FTTx(FTTH：光纤到户； FTTB：光纤到楼)的形式实现用户接入。在GPON的架构中，GPON+FTTH光纤接入网具有容量大、衰减少、带宽高、抗干扰性能好、可承载高质量视频、绿色环保等特点[6]，是GPON常用的组网方式。如图2所示，基于GPON技术的校园接入网改造逻辑结构，办公与教学区域采用学院自建GPON组网，OLT设备放置于学院网络中心机房实现ONU策略的统一管理与维护，按照楼宇每个楼层做一次分光，将无源光纤分路器(Passive Optical Splitter，POS)统一放置于每个楼宇指定的弱电间，POS与OLT之间使用楼宇之间原光缆的光纤连接，ONU设备放置于各办公室内部弱电信息箱。每间办公室有线网直接从该办公室的ONU设备引出，每间办公室布置无线接入点(Access Point，AP)，采用基于以太网供电(Power Over Ethernet，POE)模块连接ONU，每个ONU连接AP的端口统一划分至指定的vlan，有线网络连接的ONU端口仍然按照学院QinQ规划单独划分各自的vlan。学生宿舍及商业区域采用与运营商共建共享模式，由运营商建设GPON网络并构造基于GPON的校园无线网络，每个AP设置双SSID信号(运营商和学院的无线信号名称)，OLT采用多业务上联模式，分别连接运营商和学院的宽带远程接入服务器(Broadband Remote Access Server，BRAS)，用户根据连接不同的SSID信号名称选择接入不同的无线网络。采用GPON接入网构造的优点如下：

1) 校园有线、无线网络统一部署与维护。有线、无线网络由统一的校园GPON接入网络承载。ONU直接接受OLT的管理，vlan划分及ONU的在线工作状态可以在OLT设备统一查看与管理，可以节约网络建设资源，方便网络管理员进行有线、无线网络统一管理维护，整个网络具有易控、易管的特点。

2) 降低楼宇弱电间环境要求。楼宇弱电间只存放POS设备，它是无源分光器，不需要电源供电，且有盒子封装，对周围环境(温度、湿度、灰尘等)要求较低。

3) 网络接入稳定性与扩展性增强。光纤直接连到每个用户的房间，相比之前的双绞线布置，光纤的抗干扰能力明显增强，也不存在100 m距离的传输瓶颈。目前是每栋楼宇的每一层设置一次分光，未来可以根据传输带宽的需要做分光调整，只需要改动弱电间分光器光纤连接、设置即可。ONU设备放置在各房间内部，运行可靠性得到保障，并且不会发生因弱电间停电而导致整栋楼宇网络中断的现象，房间的用户数量改变，只需要更换对应的ONU设备即可。

4) 降低学院网络建设与改造成本，减少学院网络接入维护工作量。用户密集区域(学生宿舍、商业街区等)采用与运营商共建共享GPON网络模式，节约学院网络建设与改造的成本。此外，运营商7×24 h服务提高了校园网用户满意度，降低了学院网络维护工作量。