探析PON在校园网改造中的应用

2022-03-19王德光

网络安全技术与应用 2022年1期

关键词：分光校园网以太网

◆王德光

探析PON在校园网改造中的应用

◆王德光

（山西信息规划设计院有限公司山西 030012）

在PON技术快速发展中，商业网络开始广泛应用运营商网络，然而在校园网络中，联合PON技术优势与不足，分析和研究高校校园应用场景，讨论PON在校中的组网方式，技术成熟度逐渐提升，相应地降低了建设成本，因此PON在校园网中的作用价值逐渐突出。

PON；校园网；改造应用

在高校信息化发展过程中，教师和学生对于智慧校园建设要求提升，同时对校园网提出高稳定性、高带宽要求。基于以太网建设的校园网，不能满足智慧校园发展需求。无源光网络属于新型组网技术，具备较强适应性、安全性，传输距离长等特点，能够满足校园网业务接入需求。多数高校建设时间久，宿舍楼、教学楼结构差异大，网络需求不同，部分网络接入并未遵循弱电标准实施，网络改造不能改善现有网络使用。校园网络改造工程，具备布线难度大、周期短、场景多等缺点，应注重现有资源优化整合，加大校园网用户体验，高效完成相关任务。在本文研究中，重点围绕PON技术展开讨论。

1 PON技术

PON技术，是不包含电子器件、电子电源的网络，由光分路器组成，无需贵重有源电子设备。无源光网络，涉及光线路终端、光网络单元。其中，光线路终端安装在中心控制站；光网络单元安装在用户场所。在光线路终端、光网络单元之间，涉及耦合器、无源分光器、光纤等。典型网络拓扑结构如图1所示。

图1 PON 拓扑结构

在PON拓扑结构中，核心技术为无源分光，利用PON无源分光器实现。分光存在明显损耗，为了确保网络传输质量，从光线路终端，到光网络单元，全程光衰小于-25db，分光小于1:128。当前，PON技术主要以10G PON、XGPON为主。其中，10G PON技术，已经被应用到三大运营商中，建设多个试验局。比如中国移动，在江苏规模化试商用，除了传统EPON阵营的NTT、KT关注度高，注重评估测试，其他运营商也开始跟踪测试。在10G PON应用中，通过厂商设备评估测试，实现网络试点操作。引入10G PON技术，以高成熟度WDM方式，兼容现网GPON，运营商关注产业链发展情况，等待XG-PON设备成熟，之后选择技术路线，注重10G PON技术研发。需要注意的是，不同技术均具备优势与不足，必须按照实际应用需求选择。

比较传统以太网、PON网络可知，PON技术网络简化中间有源节点，建筑内部突破以太网传输距离限制，消除长距离所致中间设备设置问题，同时降低设备宕机问题，避免网络故障影响。技术快速发展，PON技术可以有效支持10G，传输速率与以太网比较接近。此外，ONU设备不仅可以提供有线接口，也可以实现无线路由功能。

2 应用试点

按照不同区域划分，校园网划分为教学办公区、学生宿舍区、家属区等。改造网络体系前，应用核心层、接入层、汇聚层构成的以太网结构，之后到达用户桌面。针对网络陈旧建筑实施网络改造，作为PON网络试点。其中，教学办公楼应用光纤到楼方式；教职工宿舍应用光纤到户方式。由于教学办公楼室内结构复杂，网络结构变化多，展现出不同网络需求。单一应用光纤到户方式，当室内网络需求变化时，则需要重新部署ODN与ONU，相应加大维护工程量。应用光纤到楼方式，能够保留接入交换机，采用网络调整方式，缩小不良影响范围。住宿区室内结构比较统一，网络结构简单，应用光纤到户方式，楼内接入交换机，应用PON网络，连接核心交换机。由于职工住宿区雷电灾害多发，减少有源设备后，不仅能够降低雷击伤害风险，还可以降低设备检修与维护成本。由于涉及大量中间设备，导致瓶颈问题突出，减少有源设备能避免由于汇聚设备宕机对区域网络造成的不良影响，显著提升了网络速度与稳定性。

应用光纤到户方式，可以降低楼栋接入交换机影响，电磁干扰影响少。用户端只需配置光网络单元，就能够实现上网，不仅可以加快速度，还可以提升网络稳定性。入户线缆多为双绞线，光纤较为脆弱，容易遭受折断影响。对于网络管理人员来说，检修维护内容差异大。分析以太网ARP攻击、双绞线故障，能够转变为PON网络的光纤折断、光损耗等。熔接光纤、光功率测试，逐渐成为网络管理人员新关注点。

3 优势与不足分析

按照教学办公区、住宿区试点情况，能够掌握PON技术网络优势，表现在以下几点：第一，成本低廉，维护难度小，便于扩张应用。PON网络在传输期间，不会涉及电源问题，整个敷设操作简单。投入使用之后，可以减少维护影响，使维护成本、运营成本降低。第二，部署范围广，PON网络利用介质传输，可以减少电磁干扰、灰尘、温度与雷电影响，有效部署在恶劣环境中。第三，具备较高安全性，采用介质传输方式，注册终端设备，以此实现通信效果，减少信息监听威胁。同时简化中间有源设备，降低用电安全隐患。第四，资源占用少：PON技术以分光技术为主，有效缓解光纤资源紧张问题，避免光纤资源重复建设。第五，多业务支持：不同业务，可以在端局共享光纤资源，实现三网合一。第六，在无线校园网建设中，有线网络具备高性能、稳定性特点，可以承载无线网骨干流量要求。在校园内部署网络，确保无线接入速率高达600M，且不同AP使用千兆接口。在PON方案中，能够为无线AP提供千兆接入连接。

除过上述优势外，PON网络技术应用也存在不足与缺陷，主要表现在以下几点：第一，运维难度大：尽管检修维护成本低，然而光纤直径比较小，韧性不足，折断续接难度大。第二，灵活性不足：信号在光纤内传输，终端实现光电转换，且分光比较固定。当完成部署操作后，就会加大后期扩展与调整难度。所以，PON技术多应用到网络业务固定场合。第三，运维技术转型难度大：现有网络管理人员，比较熟悉以太网。然而PON网络属于不同组网方式，因此网络管理人员需要掌握新知识点，以此满足新检修维护要求。第四，新技术不断出现，对PON网络技术的冲击影响比较大。该项技术遵循原有标准，会影响技术应用效果，也不能维护网络稳定性。

注重分析优势与不足可知，职工住宿区比较固定，可以建设PON网络体系；教学办公区，则偏向光纤到楼模式。

4 其他应用场景分析

在校园网建设中，职工住宿区、学生住宿区存在相似处。第一，在同一栋楼中，学生宿舍布局统一，整体结构简单。按照传统PON结构，从机房端OLT设备，遵循1∶16比例，经过二次分光处理后，一芯光纤，能够实现多个房间网络接入需求。此外，ONU设备具备无线功能，能够在终端实现布放操作，运营成本明显低于传统以太网。第二，学生宿舍人数固定，一个ONU设备，即可以满足网络接入需求。第三，学生宿舍上网需求固定，只要确保带宽、稳定性达标即可。第四，在办公区应用中，应用光纤到桌面（FTTD）、光纤到办公室（FTTO）、光纤到楼层方式，建设ODN网络。针对高带宽应用，需要采用光纤到桌面（FTTD）方式。针对集中办公区，采用光纤到办公室（FTTO）方式。针对安防视频监控，则采用光纤到楼层方式。各楼层光纤，按照实际应用需求，满足未来发展，预留光纤数量，控制在24芯。在楼层设备间，安装光分路器，按照楼层应用情况，优化配置光分路器，总分光比为1∶32。对于分散应用，则采用集中光分路器，设置在中心机房。针对集中应用，则采用分散光分路器，安装在设备机房内。

5 PON在校园网改造应用的注意事项

5.1 高密度接入环境问题

PON技术适用于稀释接入环境，校园网用户接入密集，当汇聚设备集中在中心机房，则需要配置多个上联光纤线路，部署与维护成本高。家庭用户应用押金方式，租用ONU设备即可。但是学生破坏力比较强，因此设备管理难度大。相比于以太网组网方式，其在性能、成本、功能方面存在不足。由于校园网缺乏三网融合机制，教学办公楼、宿舍区，并未单独部署有线电视网络，而是遵循统一网络平台。在未来发展中，可以通过以太网承载业务，对网络带宽提出严格要求。

5.2 资源共享问题

校园网具备较强群体性特点，学生数据共享、联机游戏应用比较多，尤其是承载IPTV业务时，需要应用组播模式。PON架构下，数据信息需要实现交换，此时会出现性能瓶颈问题，为了减少网络拥堵，必须限制用户带宽。针对千兆主流环境，不能满足网络性能要求。学校为了顺利开展在线作业、远程教学等业务，会采用校内免费、校外收费模式。应用BRAS认证后，不论是校内还是校外，都不能实现以上要求。