基于無源光網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生宿舍網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)

張祖瓊 郭小明 李晨暉

摘? ?要：文章結(jié)合學(xué)生宿舍無源光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目，探討有線無線一體化設(shè)計方案，進行業(yè)務(wù)規(guī)劃，并考慮用戶認證、網(wǎng)絡(luò)管理、實施等問題，將無源光網(wǎng)絡(luò)接入到傳統(tǒng)校園網(wǎng)中，配置OLT以實現(xiàn)業(yè)務(wù)流。

關(guān)鍵詞：無源光網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)設(shè)計;網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn);接入網(wǎng);校園網(wǎng)

中圖分類號：TP393.18 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2020）23-0081-04

一、引言

PON（Passive Optical Network，無源光網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)因其業(yè)務(wù)支撐能力強、覆蓋距離遠、帶寬分配靈活、節(jié)省主干光纖資源、方便管理運營、相對成本低等優(yōu)點而廣泛被運營商用于小區(qū)家用寬帶建設(shè)。[1]

而校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更為復(fù)雜、要求更高。用戶需要在校園內(nèi)隨時隨地能上網(wǎng)。隨著智慧化校園的開展及物聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)的逐步應(yīng)用，各種各樣的設(shè)備包括攝像頭、電力監(jiān)控設(shè)施、一卡通終端等都有不同的網(wǎng)絡(luò)需求。此外，校園網(wǎng)除了基本的上網(wǎng)需求，還涉及網(wǎng)絡(luò)安全、用戶認證、IPv6的推行、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、運維管理等多維度問題。

本校校園網(wǎng)目前采用的是傳統(tǒng)“接入-匯聚-核心”的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)對新建學(xué)生宿舍樓群采用PON的建設(shè)方案，探討將其與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)融合的問題，實現(xiàn)宿舍的有線無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

二、GPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

PON是一點到多點結(jié)構(gòu)的無源光網(wǎng)絡(luò)，其光配線網(wǎng)不含有任何電子器件及電子電源。GPON（Gigabit-Capable Passive Optical Network，千兆無源光網(wǎng)絡(luò)）是目前應(yīng)用范圍最廣的PON技術(shù)，每個GPON口最大下行速率2.5Gbit/s，最大上行速率1.25Gbit/s。

GPON網(wǎng)絡(luò)由3部分組成，[2]如圖1所示。

OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）是用于連接光纖干線的終端設(shè)備，是終結(jié)PON協(xié)議的匯聚設(shè)備，一般放在中心機房，上行接入核心網(wǎng)絡(luò)。具有光/電轉(zhuǎn)換、帶寬分配、控制各ONU的連接、實時監(jiān)控、管理及維護功能。

ONU（Optical Network Unit，光網(wǎng)絡(luò)單元）是給用戶提供各種接口的用戶側(cè)單元或終端，如家用的“光貓”設(shè)備，可以接電話、電腦、網(wǎng)絡(luò)電視等設(shè)備，承載多類型業(yè)務(wù)。

ODN（Optical Distribution Network，光分配網(wǎng)絡(luò)）是由光纖、一級或多級分光器等無源光器件組成，連接OLT和ONU，并提供光通道，使OLT和ONU互相通信。分光器可以對光信號進行耦合、分支和分配，用于分發(fā)下行數(shù)據(jù)和集中上行數(shù)據(jù)。常見的分光比有1∶8、1∶16、1∶32、1∶64。分光器一般放置在樓宇外光交箱內(nèi)或樓道中。一般來說，光纖距離越遠，分光支數(shù)越大，接頭越多，光衰減越大。

三、宿舍網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

1.有線無線一體化方案

用戶PC機通過ONU的以太網(wǎng)口實現(xiàn)有線連接。

GPON網(wǎng)絡(luò)的無線方案主要分為2種。[3]一種是ONU自帶無線，用戶通過內(nèi)置無線信號接入網(wǎng)絡(luò);另一種是ONU上外接企業(yè)級AP（Access Point，無線接入點），用戶通過AP入網(wǎng)，但大批量的無線AP的統(tǒng)一部署和控制需要另外由AC（Access Controller，無線接入控制器）來完成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

內(nèi)置無線的ONU類似家用路由器，可在每個ONU上以Web管理方式設(shè)置無線參數(shù)，包括無線信號、認證方式等，其支持的接入用戶數(shù)有限，通常在10個用戶以內(nèi)。缺點是統(tǒng)一下發(fā)配置困難、信號覆蓋范圍有限。且各ONU是獨立的無線接入點，彼此割裂，無法實現(xiàn)無線漫游。

ONU外接AP的方案可由AC下發(fā)配置，對AP進行統(tǒng)一管理，包括無線用戶的認證、接入安全控制、射頻智能管理等，能實現(xiàn)無線漫游?？梢愿鶕?jù)使用場所靈活選擇不同承載量的AP，以滿足不同的用戶接入數(shù)需求。缺點是設(shè)備增加太多，成本幾乎翻倍。如果AP取電不方便，就要選擇帶POE（Power Over Ethernet，以太網(wǎng)供電）功能的ONU，成本較高。通常還會部署主備多個AC模式使系統(tǒng)更可靠。設(shè)備過多，增加網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，也會帶來更多維護管理問題。

本項目主要是宿舍區(qū)，宿舍的房型、房間大小、每個房間的人數(shù)比較固定，采用ONU自帶無線的方案比較節(jié)省成本，又能滿足基本需求。統(tǒng)一下發(fā)無線配置的問題可以靠管理軟件來輔助實現(xiàn)。無線漫游問題雖不能解決，但可以靠延長用戶下線的空閑等待時間等方式來弱化掉線感。

如果是大型密集場所如體育館、會議室、教室，采用帶POE功能的ONU外接AP的方案更好。辦公場所可以根據(jù)具體環(huán)境和需求來選擇。

本項目中，OLT采用華為MA5800，ONU選用帶4個千兆以太網(wǎng)口、支持2.4GHZ、5GHZ雙頻無線的華為EG8145V5，管理軟件采用華為eSight。

2.分光級數(shù)及分光比的選擇

運營商為了施工靈活，加上線路成本等因素，多采用二級分光。本項目為了避免線路接頭過多造成光衰太大、降低日后光路故障排查難度，采用一級分光，將分光器放置于宿舍的樓棟弱電間內(nèi)。

本校學(xué)生宿舍的網(wǎng)絡(luò)線路是校園網(wǎng)和運營商共用，在出口處設(shè)置代撥設(shè)備實現(xiàn)校園網(wǎng)、運營商網(wǎng)絡(luò)選路分流。為滿足運營商用戶的高彈性高帶寬需求，需要保證較大的基礎(chǔ)帶寬，采用1∶8的分光比。2.5Gbps的GPON下行帶寬約2488Mbps，經(jīng)過1∶8的分光比后，理論上每個ONU平均分得帶寬311Mbps，業(yè)務(wù)并發(fā)比為50%時，ONU平均帶寬622Mbps。每個宿舍一個ONU，分給宿舍4～6人使用，比較合理。

3.VLAN及業(yè)務(wù)規(guī)劃

本項目中，主要有學(xué)生的有線無線上網(wǎng)需求、宿舍區(qū)的一卡通和電控管理等特殊網(wǎng)絡(luò)需求。規(guī)劃將每棟樓的有線業(yè)務(wù)各劃為1個VLAN，每種特殊業(yè)務(wù)各1個VLAN。該片宿舍區(qū)的所有樓棟的無線劃為1個大一點的VLAN，這樣從一個無線接入點移動到另外一個無線接入點后，IP地址不變，避免頻繁彈出認證頁面，弱化掉線感。

3.創(chuàng)建線路模板

線路模板主要用于綁定DBA帶寬分配方案到T-CONT，以及配置GEM與T-CONT的綁定關(guān)系，并映射到VLAN。

ont-lineprofile gpon profile-id 6 profile-name "1#"

tcont 1 dba-profile-id 1

gem add 1 eth tcont 1

gem add 4 eth tcont 1

gem mapping 1 0 vlan 101

gem mapping 4 0 vlan 300

commit

quit

4.配置業(yè)務(wù)模板

業(yè)務(wù)模板為采用OMCI方式管理的ONU提供了業(yè)務(wù)配置渠道，此處配置ONU的端口類型、數(shù)量為自適應(yīng)方式，也可以根據(jù)實際情況手動設(shè)置ETH以太網(wǎng)端口、語音端口的數(shù)量。

ont-srvprofile gpon profile-id 3 profile-name "1#"

ont-port eth adaptive

commit

quit

5.手動注冊添加ONU并配置4個千兆口

手動注冊添加ONU時綁定線路模板和業(yè)務(wù)模板，以SN號的方式添加。并配置4個千兆口的缺省VLAN。如SN號為“1234567890123456”的配置如下：

interface gpon 0/1

ont add 0 1 sn-auth "1234567890123456" omci ont-lineprofile-id 6 ont-srvprofile-id 3 desc "1#-101"

ont port native-vlan 0 1 eth 1 vlan 101

ont port native-vlan 0 1 eth 2 vlan 101

ont port native-vlan 0 1 eth 3 vlan 101

ont port native-vlan 0 1 eth 4 vlan 101

6.創(chuàng)建業(yè)務(wù)流以承載具體業(yè)務(wù)

service-port vlan 101 gpon 0/1/0 ont 1 gemport 1 multi-service user-vlan 101? tag-transform translate

service-port vlan 300 gpon 0/1/0 ont 1 gemport 4 multi-service user-vlan 300? tag-transform translate

五、實施結(jié)果

配置完OLT后，將ONU通過ODN光信道連接到位，ONU能實現(xiàn)自動注冊，并通過OLT下發(fā)有線配置。為OLT添加管理和SNMP配置項，通過虛擬機上部署的eSight管理平臺管理OLT，實現(xiàn)為ONU下發(fā)無線配置功能。通過宿舍ONU的有線、無線方式均能接入到校園網(wǎng)。在訪問外網(wǎng)時都能彈出Web認證頁面，并能分別使用校園網(wǎng)賬號認證和運營商代撥認證。通過DHCP服務(wù)器能正確下發(fā)IPv6地址給宿舍用戶，并能正常訪問IPv6網(wǎng)站。GPON下的一卡通及電控管理終端能與傳統(tǒng)局域網(wǎng)中的服務(wù)器及終端設(shè)備互通。從eSight管理軟件中可以查看OLT、ONU的狀態(tài)、配置、錯誤報警等信息。1.5km距離范圍內(nèi)ONU端接收光功率均在-27dbm～-8dbm正常區(qū)間內(nèi)。

六、結(jié)束語

本項目采用1∶8的分光比，分支較少，主干光纜芯數(shù)較傳統(tǒng)交換機布線方式并未減少太多。但樓宇內(nèi)不用六類網(wǎng)線，而是用皮線光纜，大大減少了橋架的空間，弱化了樓宇的弱電間功能。

因本項目還涉及強電施工，僅有線無線上網(wǎng)業(yè)務(wù)來說較傳統(tǒng)布線方式節(jié)省不了太多建設(shè)成本。但光纜比銅纜的使用壽命高幾倍，若能統(tǒng)一規(guī)劃校園監(jiān)控、語音等業(yè)務(wù)，減少重復(fù)性建設(shè)，整體上可大大降低成本。

eSight雖管理方便，但傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在很多別的廠家的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，無法統(tǒng)一管理。可以在老校區(qū)設(shè)備老化統(tǒng)一布線的情況下考慮GPON整體方案。

另外，本項目沒考慮ONU上聯(lián)OLT鏈路的可靠性問題，可配置GPON TypeB保護，將主干光纜設(shè)計為雙鏈路模式。

參考文獻：

[1]邢曉溪.基于GPON技術(shù)的小區(qū)接入網(wǎng)應(yīng)用分析[J].電子產(chǎn)品世界，2016（10）：55-56，60.

[2]ITU-TG.984.1 Gigabit-capable passive optical networks （GPON）：General characteristics，2008.

[3]左明慧.基于IEEE802.11高校無線校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計研究[J].價值工程，2018（36）：199-201.

[4]ITU-TG.984.4 Gigabit-capable passive optical networks （G-PON）：ONT management and control interface specification，2008.

[5]徐梅香，張艷.XG-PON 在FTTH 網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用策略研究[J].光通信技術(shù)，2018（5）：37-40.

（編輯：王天鵬）