文/孟欣 李華勇 劉帥 孫珊珊

校園網(wǎng)發(fā)展挑戰(zhàn)

隨著新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，濰坊職業(yè)學(xué)院越來越多的信息化業(yè)務(wù)逐漸向云數(shù)據(jù)中心遷移，90%及以上的流量從本地交換為主向云交換為主的架構(gòu)轉(zhuǎn)變, 網(wǎng)絡(luò)南北向流量激增，內(nèi)網(wǎng)主干帶寬及接入設(shè)備的性能成為制約網(wǎng)速的突出環(huán)節(jié)；課堂互動教學(xué)、自主學(xué)習(xí)、智慧園區(qū)管理服務(wù)等需求激增，有線、無線、語音、音頻、視頻、智能化設(shè)備等多業(yè)務(wù)對高帶寬和低時(shí)延的要求也越來越高。處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)代，校園網(wǎng)迫切需要一張網(wǎng)絡(luò)來承載所有的“物” 接入。

過去很長一段時(shí)間，濰坊職業(yè)學(xué)院校園網(wǎng)長期采用的主要是傳統(tǒng)銅線以太網(wǎng)，部署了核心層、匯聚層、接入層三層架構(gòu)。然而，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)因拓?fù)浼軜?gòu)復(fù)雜，難以隨需靈活擴(kuò)展，無法適應(yīng)學(xué)校對高帶寬、低延時(shí)、扁平化網(wǎng)絡(luò)需求的發(fā)展變化。通過不斷考察調(diào)研和論證，學(xué)校決定采用全光網(wǎng) PON進(jìn)行新一代校園網(wǎng)升級建設(shè)。

采用全光網(wǎng)的目的和意義

全光網(wǎng)把傳統(tǒng)布線和光纖到桌面、光纖到用戶單元、光纖到公共區(qū)域進(jìn)行整體融合，并把原有的L3網(wǎng)絡(luò)變成扁平的L2架構(gòu)，使其具備了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所不可比擬的優(yōu)勢：

多網(wǎng)融合：單個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠支持WiFi、語音、數(shù)據(jù)、CCTV、視頻監(jiān)控、智能設(shè)備等各類業(yè)務(wù)的融合，簡化網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性。

經(jīng)濟(jì)環(huán)保：一次投資，滿足未來20年乃至更長時(shí)間的業(yè)務(wù)需求；節(jié)省匯聚設(shè)備，也節(jié)省了相應(yīng)的機(jī)房、供電和空調(diào)等配套，節(jié)省TCO更加綠色環(huán)保；易部署易維護(hù)，降低運(yùn)維成本。

易升級：帶寬可平滑演進(jìn)。由GPON到10G-PON甚至40G-PON，都可以在同一個(gè)ODN網(wǎng)絡(luò)上共存和演進(jìn)，按需進(jìn)行帶寬升級而無需重新改造網(wǎng)絡(luò)。

高性能：全光纖傳輸，帶寬大，防探測，防電磁干擾，PON設(shè)備提供極強(qiáng)的DoS防御能力，減少網(wǎng)絡(luò)攻擊。

因此，POL全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)先進(jìn)，其生態(tài)必將逐步壯大，抓住技術(shù)先機(jī)，研究并運(yùn)用于校園網(wǎng)建設(shè)，能夠?yàn)閷W(xué)校降低約20%建設(shè)成本，降低約40%運(yùn)營成本，并能夠增加業(yè)務(wù)靈活性，充分支持以視頻為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，支撐數(shù)字化教育計(jì)劃實(shí)施，推進(jìn)高校智慧教育示范性發(fā)展，是高?？焖侔l(fā)展的堅(jiān)實(shí)底座。

濰坊職業(yè)學(xué)院全光網(wǎng)設(shè)計(jì)

整體架構(gòu)

基于學(xué)校發(fā)展需求，濰坊職業(yè)學(xué)院基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)升級為以XGS-PON為核心技術(shù)的多業(yè)務(wù)融合的POL全光網(wǎng)絡(luò)（圖1），即10GPON對稱模式。無線網(wǎng)絡(luò)作為校園網(wǎng)的重要組成部分，無線設(shè)備由XGS-PON全光網(wǎng)絡(luò)不同場景下的ONU設(shè)備統(tǒng)一承載，全部采用WiFi 6標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 濰坊職業(yè)學(xué)院全光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

整體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用雙OLT部署模式，實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò)的雙歸屬保護(hù)，做到高安全高可靠，故障快速切換；全網(wǎng)建設(shè)采用2∶16、2∶8分光器，在設(shè)備間部署無源分光器，通過分光器將光纖直接入教室、辦公室等房間，房間內(nèi)部署4～8口ONU，承載房間內(nèi)主要信息業(yè)務(wù)。弱電間部署24GE口的高性能POE ONU，承載公共區(qū)域監(jiān)控、AP等信息設(shè)備。

應(yīng)用場景設(shè)計(jì)

1.教室場景

如圖2所示，教室場景采用2∶16型無源分光器至ODF架，ODF架引出成品雙芯皮線光纖至各個(gè)房間，弱電箱（AHD）作為本房間信息點(diǎn)的匯集點(diǎn)，所有信息點(diǎn)均采用暗管穿至弱電箱，且弱電箱內(nèi)有專用電源供ONU工作。弱電間機(jī)柜內(nèi)部署的機(jī)架式ONU設(shè)備，承載走廊/門廳等公共區(qū)域無線放裝AP、監(jiān)控及其他設(shè)備終端業(yè)務(wù)。

圖2 教室場景設(shè)計(jì)

普通教室，多媒體箱安裝在黑板左側(cè)位置（靠門側(cè)），每間教室1套內(nèi)置1臺10GPON 8口POE ONU，房間內(nèi)部署1個(gè)有線信息點(diǎn)、1個(gè)光纖點(diǎn)，另外，預(yù)留多媒體箱到智慧黑板和講桌底管線/底盒各1處，走廊外預(yù)留電子班牌點(diǎn)位1處，無線網(wǎng)絡(luò)按每個(gè)教室部署1臺高密AP，滿足學(xué)生網(wǎng)課學(xué)習(xí)高并發(fā)場景應(yīng)用。 教室內(nèi)有線信息點(diǎn)/無線AP/監(jiān)控/電子班牌等均由房間內(nèi)ONU設(shè)備承載。

合堂教室，多媒體箱安裝在前后門內(nèi)墻位置（靠門側(cè)），每間教室2套，內(nèi)置1臺10GPON 8口POE ONU，房間內(nèi)部署2個(gè)有線信息點(diǎn)、2個(gè)光纖點(diǎn)，另外，預(yù)留多媒體箱到講桌底管線/底盒1處，走廊外預(yù)留電子班牌點(diǎn)位1處，無線網(wǎng)絡(luò)按每個(gè)教室部署1臺高密AP，滿足學(xué)生網(wǎng)課學(xué)習(xí)高并發(fā)場景應(yīng)用。教室內(nèi)有線信息點(diǎn)/無線高密AP/監(jiān)控/電子班牌等均由房間內(nèi)ONU設(shè)備承載。

階梯教室，部署3個(gè)信息箱，設(shè)置6個(gè)有線信息點(diǎn)、2個(gè)光纖點(diǎn)，可以承載音視頻廣播等業(yè)務(wù)應(yīng)用，室內(nèi)人流密度高，并發(fā)用戶量大，無線部署采用吊頂或壁掛安裝4臺高密AP。

2.辦公室、小型會議室場景

如圖3所示，光纖到房間內(nèi)預(yù)留信息箱內(nèi)，箱內(nèi)安裝4或8口ONU（根據(jù)房間面積），根據(jù)房間面積部署4～8個(gè)有線信息點(diǎn)、1個(gè)光纖點(diǎn)（光纖點(diǎn)只做預(yù)留不做分光），無線采用WiFi 6面板式型AP、室外走廊區(qū)域采用放裝AP，每個(gè)AP覆蓋區(qū)域不超過50個(gè)并發(fā)用戶，可同時(shí)滿足有線、無線上網(wǎng)、語音等辦公需求。

圖3 辦公室場景設(shè)計(jì)

走線方式設(shè)計(jì)，ONU和光纖信息點(diǎn)采用單模皮線光纜分別進(jìn)本層弱電間ODF配線架，房間內(nèi)墻面有線信息點(diǎn)和電話點(diǎn)自房間內(nèi)ONU引出，無線AP采用6類UTP網(wǎng)線進(jìn)本層弱電間。

3.學(xué)生公寓場景

如圖4所示，公寓走廊長度約80米，弱電間機(jī)柜內(nèi)放置24口POE型機(jī)架式ONU,通過6類網(wǎng)線走橋架至宿舍內(nèi)，將宿舍內(nèi)的AP統(tǒng)一承載，宿舍內(nèi)部署WiFi6面板式型AP,統(tǒng)一SSID、Portal認(rèn)證及基本無線漫游,支持信道自動調(diào)優(yōu)，網(wǎng)管軟件統(tǒng)一納管，由于宿舍每間一臺，建議采用5.8Ghz信道；每層弱電間機(jī)柜內(nèi)安裝2∶8型無源分光器，分光器至ODF架，ODF架走光纜至中心機(jī)房，公寓內(nèi)值班室及公寓大廳，一樓大廳預(yù)留通道閘，光纖到房間內(nèi)預(yù)留信息箱內(nèi)，箱內(nèi)安裝4口ONU，根據(jù)房間面積部署4～8個(gè)有線信息點(diǎn)，門廳區(qū)域采用放裝AP，可同時(shí)滿足有線、無線上網(wǎng)、語音等辦公需求。

圖4 學(xué)生公寓場景設(shè)計(jì)

4.餐廳場景

如圖5所示，餐廳場景設(shè)計(jì)學(xué)生就餐區(qū)、售飯窗口信息點(diǎn)、設(shè)備網(wǎng)預(yù)留信息點(diǎn)。弱電間機(jī)柜內(nèi)安裝2∶8型無源分光器，分光器至ODF架，弱電間機(jī)柜內(nèi)放置24口POE型機(jī)架式ONU,通過6類網(wǎng)線走橋架至預(yù)留信息點(diǎn)統(tǒng)一承載。學(xué)生就餐區(qū)部署WiFi 6高密AP,單獨(dú)取電，網(wǎng)管統(tǒng)一SSID、Portal認(rèn)證及基本無線漫游,支持信道自動調(diào)優(yōu)，網(wǎng)管軟件統(tǒng)一納管。

圖5 餐廳場景設(shè)計(jì)

核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)主要堅(jiān)持如下原則：

一網(wǎng)多用：核心網(wǎng)絡(luò)將是濰坊職業(yè)學(xué)院園區(qū)的骨干網(wǎng)絡(luò)，作為三網(wǎng)融合的承載，需要具備融合多種不同類型網(wǎng)絡(luò)的能力。

彈性擴(kuò)展：核心網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)業(yè)務(wù)承載需求，按需橫向及縱向網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展其承載能力。

多業(yè)務(wù)融合：核心網(wǎng)絡(luò)能夠統(tǒng)一支撐教學(xué)、企業(yè)辦公、運(yùn)營等多種業(yè)務(wù)，并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的策略及隔離管控。

考慮到網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)網(wǎng)核心交換機(jī)能夠支撐園區(qū)40G至100G帶寬能力，具備領(lǐng)先的數(shù)據(jù)交換能力及海量的終端接入能力，同時(shí)支持提供VxLAN、業(yè)務(wù)隨行等創(chuàng)新特性，滿足WiFi 6接入管理需求，滿足濰坊職業(yè)學(xué)院未來5年的業(yè)務(wù)增長和網(wǎng)絡(luò)需求。設(shè)備交換容量需大于1000Tbps，包轉(zhuǎn)發(fā)率192000Mpps及以上，雙機(jī)熱備運(yùn)行。

無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

無線網(wǎng)絡(luò)采用Wi Fi 6技術(shù)進(jìn)行部署，無線全覆蓋，滿足濰坊職業(yè)學(xué)院辦公、教學(xué)、生活服務(wù)等的無線業(yè)務(wù)需求，從網(wǎng)絡(luò)可靠、安全設(shè)計(jì)，本次園區(qū)核心無線控制器使用冗余架構(gòu)，針對教學(xué)樓無線采用辦公走廊放裝AP和室內(nèi)面板AP結(jié)合、教室/報(bào)告廳/風(fēng)雨操場等采用高密AP無線部署，公寓樓按房間進(jìn)行面板部署方式覆蓋。

網(wǎng)管設(shè)計(jì)

對于濰坊職業(yè)學(xué)院全光POL系統(tǒng)的監(jiān)控和運(yùn)維管理，設(shè)計(jì)采用一體化融合運(yùn)維管理平臺支持服務(wù)器、存儲、虛擬化、交換機(jī)、路由器、WLAN、防火墻、PON、eLTE、統(tǒng)一通信、智真、視頻監(jiān)控等設(shè)備以及應(yīng)用系統(tǒng)和機(jī)房設(shè)施的統(tǒng)一管理，并預(yù)集成對第三方主流設(shè)備的管理能力。

全光網(wǎng)工程實(shí)施實(shí)踐

全光纖鏈路建設(shè)

如圖6所示，全光纖建設(shè)采用環(huán)路路由雙鏈路方式，實(shí)現(xiàn) typeB雙歸屬保護(hù)，同時(shí)主干光纜環(huán)形布放，在接入點(diǎn)分別從東西向接入 2∶N 分光器的兩個(gè)輸入端子或建筑物內(nèi)的配線光纜兩條纖芯。充分預(yù)留足夠冗余光纖資源，對于主干、配線光纜要求預(yù)留 10%冗余資源，在主用光纖故障情況下轉(zhuǎn)換光纖資源，確保光路安全。

圖6 全光纖鏈路建設(shè)

2臺OLT設(shè)備安裝在數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)，OLT經(jīng)過光纖配線架，通過主干光纜直接延伸到各樓棟弱電機(jī)房內(nèi)，然后經(jīng)過分纖箱將光纖布設(shè)到各樓層弱電井或設(shè)備間內(nèi)，在各樓層弱電井或者設(shè)備間內(nèi)放置分光器，分光器出來后通過皮線光纜將光纖延伸到宿舍、配套房等，每個(gè)房間的ONU出六類網(wǎng)線連接終端設(shè)備。

分光方式

《無源光局域網(wǎng)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（T/CECA20002—2018）定義了三種分光方式 ，根據(jù)學(xué)校單體建筑內(nèi)終端數(shù)量較多等情況，建設(shè)采用一級分光的方式，分光器置于建筑物樓層弱電間內(nèi)，連接本層ONU。

設(shè)備選型

1.ONU多業(yè)務(wù)接入終端設(shè)備

辦公室：根據(jù)房間面積，采用盒式XGS-PON 4口或8口ONU，滿足網(wǎng)絡(luò)/電話語音需求，室內(nèi)無線AP通過六類雙絞線接入弱電間機(jī)柜內(nèi)XGS-PON 24口機(jī)架式POE-ONU。

教室：根據(jù)信息化教學(xué)實(shí)施需求，采用XGS-PON 8口POE-ONU，教室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)/電子班牌/高密AP/監(jiān)控/智慧黑板等業(yè)務(wù)直接接入教室內(nèi)8口POEONU。

餐廳、實(shí)訓(xùn)室等：采用盒式XGSPON 4口 ONU。

樓層弱電間機(jī)柜：選用XGS-PON 24口機(jī)架式ONU，滿足監(jiān)控?cái)z像機(jī)/公共區(qū)域AP設(shè)備業(yè)務(wù)承載需求。

2.OLT光匯聚設(shè)備

OLT在POL系統(tǒng)中作為匯聚設(shè)備與各種類ONU設(shè)備配合，滿足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）等組網(wǎng)應(yīng)用。OLT根據(jù)承載的用戶數(shù)量多少，分為大、中、小型規(guī)格的OLT。

本項(xiàng)目根據(jù)各場景ONU和分光器的數(shù)量、冗余保護(hù)機(jī)制、多業(yè)務(wù)承載的設(shè)計(jì)原則，配置OLT設(shè)備2臺，全光網(wǎng)絡(luò)至少需要配置167個(gè)XGS-PON端口，OLT設(shè)備配置為2臺15塊16口XGS-GPON接口板。

3.分光器

無源分光器在POL系統(tǒng)中，是ODN組成中核心的器件，屬于純無源物理器件，在OLT和ONU間提供光通道，起著連接OLT和ONU的作用，具有很高的可靠性。分光器根據(jù)分光比的大小，可分為1∶N或者2∶N（N=2/4/8/16/32/64）。其中2∶N的分光器具有2個(gè)上行光纖口，可以實(shí)現(xiàn)TypeB單/雙歸屬保護(hù)，保護(hù)主干光纖，提供POL系統(tǒng)的可靠性。

根據(jù)本項(xiàng)目帶寬和設(shè)備接入數(shù)量設(shè)計(jì)，主要采用2∶8和2∶16兩種型號。

建設(shè)成效

泛在融合，建成全校一張網(wǎng)

PON全光網(wǎng)架構(gòu)對校園網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了重構(gòu)，構(gòu)建了以“XGS-PON全光網(wǎng)+WiFi 6+5G+AIoT”統(tǒng)一技術(shù)架構(gòu)的高速泛在融合網(wǎng)絡(luò)，有效解決了濰坊職業(yè)學(xué)院數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的網(wǎng)絡(luò)痛點(diǎn)，打造了“高可靠、超靈活、簡運(yùn)維”的智慧校園，實(shí)現(xiàn)“智慧辦公有線網(wǎng)、智慧學(xué)習(xí)無線網(wǎng)、智慧安防設(shè)備網(wǎng)、智慧后勤物聯(lián)網(wǎng)、智慧語音電話網(wǎng)”多網(wǎng)融合，骨干帶寬40G,出口帶寬21.2G，1000M網(wǎng)絡(luò)到桌面，一張網(wǎng)五個(gè)中心業(yè)務(wù)高效、綠色運(yùn)行，高效支撐教學(xué)和管理模式對高并發(fā)、高可靠、海量傳輸?shù)囊蟆?/p>

綠色節(jié)能，保障業(yè)務(wù)的可靠性

無源ODN網(wǎng)絡(luò)替換有源設(shè)備，僅有的有源關(guān)鍵設(shè)備OLT采用冗余部署，大大降低了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的故障率，充分保障了業(yè)務(wù)的可靠性；大量采用光纖作為傳輸介質(zhì)，光纖介質(zhì)穩(wěn)定可靠，不易氧化，天然免疫電磁干擾，信號傳輸穩(wěn)定，且綠色環(huán)保，真正實(shí)現(xiàn)“光進(jìn)銅退”，減少了機(jī)房、橋架、暖通、防災(zāi)等配套設(shè)施，整網(wǎng)能耗降低30%；在數(shù)據(jù)傳輸方面，多種加密及認(rèn)證技術(shù)，如AES-128加密和802.1x認(rèn)證等，充分保障教學(xué)、科研等數(shù)據(jù)的安全傳輸。

極簡管理，降低運(yùn)維成本

PON網(wǎng)設(shè)備可統(tǒng)一管理，提供性能監(jiān)測與分析、故障監(jiān)測及定位等，實(shí)現(xiàn)管理統(tǒng)一化、資源利用最大化、運(yùn)營效率最優(yōu)化、運(yùn)維管理自動化，全網(wǎng)拓?fù)淇梢?，設(shè)備詳情一步直達(dá)，所見即所得，通過可視化界面實(shí)現(xiàn)ONU業(yè)務(wù)的自動化批量下發(fā)和設(shè)備的即插即用，零基礎(chǔ)業(yè)務(wù)配置，并支持靈活配置帶寬，實(shí)現(xiàn)極簡運(yùn)維。