全光校园网多场景建设方案

文/孟欣 李华勇 刘帅 孙珊珊

校园网发展挑战

随着新一代信息技术的快速发展，潍坊职业学院越来越多的信息化业务逐渐向云数据中心迁移，90%及以上的流量从本地交换为主向云交换为主的架构转变, 网络南北向流量激增，内网主干带宽及接入设备的性能成为制约网速的突出环节；课堂互动教学、自主学习、智慧园区管理服务等需求激增，有线、无线、语音、音频、视频、智能化设备等多业务对高带宽和低时延的要求也越来越高。处于数字化转型时代，校园网迫切需要一张网络来承载所有的“物” 接入。

过去很长一段时间，潍坊职业学院校园网长期采用的主要是传统铜线以太网，部署了核心层、汇聚层、接入层三层架构。然而，传统的以太网因拓扑架构复杂，难以随需灵活扩展，无法适应学校对高带宽、低延时、扁平化网络需求的发展变化。通过不断考察调研和论证，学校决定采用全光网 PON进行新一代校园网升级建设。

采用全光网的目的和意义

全光网把传统布线和光纤到桌面、光纤到用户单元、光纤到公共区域进行整体融合，并把原有的L3网络变成扁平的L2架构，使其具备了传统网络架构所不可比拟的优势：

多网融合：单个网络能够支持WiFi、语音、数据、CCTV、视频监控、智能设备等各类业务的融合，简化网络复杂性。

经济环保：一次投资，满足未来20年乃至更长时间的业务需求；节省汇聚设备，也节省了相应的机房、供电和空调等配套，节省TCO更加绿色环保；易部署易维护，降低运维成本。

易升级：带宽可平滑演进。由GPON到10G-PON甚至40G-PON，都可以在同一个ODN网络上共存和演进，按需进行带宽升级而无需重新改造网络。

高性能：全光纤传输，带宽大，防探测，防电磁干扰，PON设备提供极强的DoS防御能力，减少网络攻击。

因此，POL全光网络技术先进，其生态必将逐步壮大，抓住技术先机，研究并运用于校园网建设，能够为学校降低约20%建设成本，降低约40%运营成本，并能够增加业务灵活性，充分支持以视频为基础的学习，支撑数字化教育计划实施，推进高校智慧教育示范性发展，是高校快速发展的坚实底座。

潍坊职业学院全光网设计

整体架构

基于学校发展需求，潍坊职业学院基础网络升级为以XGS-PON为核心技术的多业务融合的POL全光网络（图1），即10GPON对称模式。无线网络作为校园网的重要组成部分，无线设备由XGS-PON全光网络不同场景下的ONU设备统一承载，全部采用WiFi 6标准。

图1 潍坊职业学院全光网络拓扑

整体组网结构采用双OLT部署模式，实现校园网络的双归属保护，做到高安全高可靠，故障快速切换；全网建设采用2∶16、2∶8分光器，在设备间部署无源分光器，通过分光器将光纤直接入教室、办公室等房间，房间内部署4～8口ONU，承载房间内主要信息业务。弱电间部署24GE口的高性能POE ONU，承载公共区域监控、AP等信息设备。

应用场景设计

1.教室场景

如图2所示，教室场景采用2∶16型无源分光器至ODF架，ODF架引出成品双芯皮线光纤至各个房间，弱电箱（AHD）作为本房间信息点的汇集点，所有信息点均采用暗管穿至弱电箱，且弱电箱内有专用电源供ONU工作。弱电间机柜内部署的机架式ONU设备，承载走廊/门厅等公共区域无线放装AP、监控及其他设备终端业务。

图2 教室场景设计

普通教室，多媒体箱安装在黑板左侧位置（靠门侧），每间教室1套内置1台10GPON 8口POE ONU，房间内部署1个有线信息点、1个光纤点，另外，预留多媒体箱到智慧黑板和讲桌底管线/底盒各1处，走廊外预留电子班牌点位1处，无线网络按每个教室部署1台高密AP，满足学生网课学习高并发场景应用。 教室内有线信息点/无线AP/监控/电子班牌等均由房间内ONU设备承载。

合堂教室，多媒体箱安装在前后门内墙位置（靠门侧），每间教室2套，内置1台10GPON 8口POE ONU，房间内部署2个有线信息点、2个光纤点，另外，预留多媒体箱到讲桌底管线/底盒1处，走廊外预留电子班牌点位1处，无线网络按每个教室部署1台高密AP，满足学生网课学习高并发场景应用。教室内有线信息点/无线高密AP/监控/电子班牌等均由房间内ONU设备承载。

阶梯教室，部署3个信息箱，设置6个有线信息点、2个光纤点，可以承载音视频广播等业务应用，室内人流密度高，并发用户量大，无线部署采用吊顶或壁挂安装4台高密AP。

2.办公室、小型会议室场景

如图3所示，光纤到房间内预留信息箱内，箱内安装4或8口ONU（根据房间面积），根据房间面积部署4～8个有线信息点、1个光纤点（光纤点只做预留不做分光），无线采用WiFi 6面板式型AP、室外走廊区域采用放装AP，每个AP覆盖区域不超过50个并发用户，可同时满足有线、无线上网、语音等办公需求。

图3 办公室场景设计

走线方式设计，ONU和光纤信息点采用单模皮线光缆分别进本层弱电间ODF配线架，房间内墙面有线信息点和电话点自房间内ONU引出，无线AP采用6类UTP网线进本层弱电间。

3.学生公寓场景

如图4所示，公寓走廊长度约80米，弱电间机柜内放置24口POE型机架式ONU,通过6类网线走桥架至宿舍内，将宿舍内的AP统一承载，宿舍内部署WiFi6面板式型AP,统一SSID、Portal认证及基本无线漫游,支持信道自动调优，网管软件统一纳管，由于宿舍每间一台，建议采用5.8Ghz信道；每层弱电间机柜内安装2∶8型无源分光器，分光器至ODF架，ODF架走光缆至中心机房，公寓内值班室及公寓大厅，一楼大厅预留通道闸，光纤到房间内预留信息箱内，箱内安装4口ONU，根据房间面积部署4～8个有线信息点，门厅区域采用放装AP，可同时满足有线、无线上网、语音等办公需求。

图4 学生公寓场景设计

4.餐厅场景

如图5所示，餐厅场景设计学生就餐区、售饭窗口信息点、设备网预留信息点。弱电间机柜内安装2∶8型无源分光器，分光器至ODF架，弱电间机柜内放置24口POE型机架式ONU,通过6类网线走桥架至预留信息点统一承载。学生就餐区部署WiFi 6高密AP,单独取电，网管统一SSID、Portal认证及基本无线漫游,支持信道自动调优，网管软件统一纳管。

图5 餐厅场景设计

核心网络设计

核心网络设计主要坚持如下原则：

一网多用：核心网络将是潍坊职业学院园区的骨干网络，作为三网融合的承载，需要具备融合多种不同类型网络的能力。

弹性扩展：核心网络能够根据业务承载需求，按需横向及纵向网络扩展其承载能力。

多业务融合：核心网络能够统一支撑教学、企业办公、运营等多种业务，并实现统一的策略及隔离管控。

考虑到网络的可扩展性，设计业务网核心交换机能够支撑园区40G至100G带宽能力，具备领先的数据交换能力及海量的终端接入能力，同时支持提供VxLAN、业务随行等创新特性，满足WiFi 6接入管理需求，满足潍坊职业学院未来5年的业务增长和网络需求。设备交换容量需大于1000Tbps，包转发率192000Mpps及以上，双机热备运行。

无线网络设计

无线网络采用Wi Fi 6技术进行部署，无线全覆盖，满足潍坊职业学院办公、教学、生活服务等的无线业务需求，从网络可靠、安全设计，本次园区核心无线控制器使用冗余架构，针对教学楼无线采用办公走廊放装AP和室内面板AP结合、教室/报告厅/风雨操场等采用高密AP无线部署，公寓楼按房间进行面板部署方式覆盖。

网管设计

对于潍坊职业学院全光POL系统的监控和运维管理，设计采用一体化融合运维管理平台支持服务器、存储、虚拟化、交换机、路由器、WLAN、防火墙、PON、eLTE、统一通信、智真、视频监控等设备以及应用系统和机房设施的统一管理，并预集成对第三方主流设备的管理能力。

全光网工程实施实践

全光纤链路建设

如图6所示，全光纤建设采用环路路由双链路方式，实现 typeB双归属保护，同时主干光缆环形布放，在接入点分别从东西向接入 2∶N 分光器的两个输入端子或建筑物内的配线光缆两条纤芯。充分预留足够冗余光纤资源，对于主干、配线光缆要求预留 10%冗余资源，在主用光纤故障情况下转换光纤资源，确保光路安全。

图6 全光纤链路建设

2台OLT设备安装在数据中心机房内，OLT经过光纤配线架，通过主干光缆直接延伸到各楼栋弱电机房内，然后经过分纤箱将光纤布设到各楼层弱电井或设备间内，在各楼层弱电井或者设备间内放置分光器，分光器出来后通过皮线光缆将光纤延伸到宿舍、配套房等，每个房间的ONU出六类网线连接终端设备。

分光方式

《无源光局域网工程技术标准》（T/CECA20002—2018）定义了三种分光方式 ，根据学校单体建筑内终端数量较多等情况，建设采用一级分光的方式，分光器置于建筑物楼层弱电间内，连接本层ONU。

设备选型

1.ONU多业务接入终端设备

办公室：根据房间面积，采用盒式XGS-PON 4口或8口ONU，满足网络/电话语音需求，室内无线AP通过六类双绞线接入弱电间机柜内XGS-PON 24口机架式POE-ONU。

教室：根据信息化教学实施需求，采用XGS-PON 8口POE-ONU，教室内网络/电子班牌/高密AP/监控/智慧黑板等业务直接接入教室内8口POEONU。

餐厅、实训室等：采用盒式XGSPON 4口 ONU。

楼层弱电间机柜：选用XGS-PON 24口机架式ONU，满足监控摄像机/公共区域AP设备业务承载需求。

2.OLT光汇聚设备

OLT在POL系统中作为汇聚设备与各种类ONU设备配合，满足FTTH（Fiber To The Home）、FTTB（Fiber To The Building）、FTTC（Fiber To The Curb）、FTTM（Fiber To The Move）、FTTO（Fiber To The Office）等组网应用。OLT根据承载的用户数量多少，分为大、中、小型规格的OLT。

本项目根据各场景ONU和分光器的数量、冗余保护机制、多业务承载的设计原则，配置OLT设备2台，全光网络至少需要配置167个XGS-PON端口，OLT设备配置为2台15块16口XGS-GPON接口板。

3.分光器

无源分光器在POL系统中，是ODN组成中核心的器件，属于纯无源物理器件，在OLT和ONU间提供光通道，起着连接OLT和ONU的作用，具有很高的可靠性。分光器根据分光比的大小，可分为1∶N或者2∶N（N=2/4/8/16/32/64）。其中2∶N的分光器具有2个上行光纤口，可以实现TypeB单/双归属保护，保护主干光纤，提供POL系统的可靠性。

根据本项目带宽和设备接入数量设计，主要采用2∶8和2∶16两种型号。

建设成效

泛在融合，建成全校一张网

PON全光网架构对校园网络进行了重构，构建了以“XGS-PON全光网+WiFi 6+5G+AIoT”统一技术架构的高速泛在融合网络，有效解决了潍坊职业学院数字化转型面临的网络痛点，打造了“高可靠、超灵活、简运维”的智慧校园，实现“智慧办公有线网、智慧学习无线网、智慧安防设备网、智慧后勤物联网、智慧语音电话网”多网融合，骨干带宽40G,出口带宽21.2G，1000M网络到桌面，一张网五个中心业务高效、绿色运行，高效支撑教学和管理模式对高并发、高可靠、海量传输的要求。

绿色节能，保障业务的可靠性

无源ODN网络替换有源设备，仅有的有源关键设备OLT采用冗余部署，大大降低了网络设备的故障率，充分保障了业务的可靠性；大量采用光纤作为传输介质，光纤介质稳定可靠，不易氧化，天然免疫电磁干扰，信号传输稳定，且绿色环保，真正实现“光进铜退”，减少了机房、桥架、暖通、防灾等配套设施，整网能耗降低30%；在数据传输方面，多种加密及认证技术，如AES-128加密和802.1x认证等，充分保障教学、科研等数据的安全传输。

极简管理，降低运维成本

PON网设备可统一管理，提供性能监测与分析、故障监测及定位等，实现管理统一化、资源利用最大化、运营效率最优化、运维管理自动化，全网拓扑可视，设备详情一步直达，所见即所得，通过可视化界面实现ONU业务的自动化批量下发和设备的即插即用，零基础业务配置，并支持灵活配置带宽，实现极简运维。