王偉林

(南京信息職業(yè)技術學院 通信學院，江蘇 南京 210023)

近年來，隨著信息技術的不斷發(fā)展，用戶對網(wǎng)絡接入帶寬及其穩(wěn)定性要求不斷提高，傳統(tǒng)以太網(wǎng)接入方式不能滿足當今用戶業(yè)務量的需求。2012年3月教育部印發(fā)的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》(教技〔2012〕5號)指出，把教育信息化納入國家信息化發(fā)展整體戰(zhàn)略，超前部署教育信息網(wǎng)絡[1]。到2020年，基本建成覆蓋城鄉(xiāng)各級各類學校的教育信息化體系，促進教育內容、教學手段和方法現(xiàn)代化。明確了校園信息化的建設與發(fā)展方向，即以人為本，構建穩(wěn)定、靈活、便捷、安全、科學、廣泛參與的智慧校園。智慧校園以其對校園全面的數(shù)據(jù)化及對數(shù)據(jù)的廣泛使用實現(xiàn)智慧校園的“智慧”[2]，而數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲離不開性能優(yōu)良的基礎網(wǎng)絡。

1 校園傳統(tǒng)接入網(wǎng)構造

圖1是校園傳統(tǒng)以太網(wǎng)接入方法，有線、無線網(wǎng)絡分別布置，為提高數(shù)據(jù)傳輸效率進行了扁平化改造，即接入層交換機直接連接核心交換機，除去中間匯聚層交換設備； 為防止ARP攻擊及提高內網(wǎng)安全性，有線網(wǎng)絡接入進行了vlan的QinQ設置。校園傳統(tǒng)接入網(wǎng)構造存在一些缺點。

圖1 校園傳統(tǒng)接入網(wǎng)構造

1) 有線、無線網(wǎng)絡單獨部署與維護。校園有線與無線網(wǎng)絡單獨構造并連接于校園網(wǎng)核心交換機。有線、無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)互聯(lián)互通且采用統(tǒng)一的校園網(wǎng)認證計費系統(tǒng)，但每個樓宇的有線、無線接入網(wǎng)單獨部署導致接入網(wǎng)資源重復建設，而且不能進行統(tǒng)一維護和管理。

2) 用戶上網(wǎng)體驗受制于樓宇接入層交換機。網(wǎng)絡用戶終端設備直接連接樓宇接入層交換機，交換機的性能和運行狀況直接影響用戶上網(wǎng)體驗。接入層交換機放置于樓宇弱電間，弱電間的環(huán)境與網(wǎng)絡中心機房相差甚遠，電力系統(tǒng)無法得到可靠保障，一旦樓宇弱電間斷電，將直接導致整棟樓宇所有用戶網(wǎng)絡服務中斷。

3) 用戶接入帶寬擴展性較差，大量樓宇主干光纖資源閑置。接入層交換機大都采用堆疊模式運行，即樓宇交換機由同一品牌型號交換設備構造，對于樓宇每個用戶來說，提供的網(wǎng)絡接入端口性能一致，缺少個性化的端口性能服務，用戶接入帶寬擴展性差。樓宇之間通常部署多芯光纜，而樓宇至網(wǎng)絡中心機房網(wǎng)絡傳輸通常只需要兩芯，大量光纖資源閑置。

2 基于GPON技術的接入網(wǎng)改造

GPON因其接入帶寬充足、多業(yè)務承載、服務質量保證、綠色節(jié)能、易于維護等優(yōu)點而成為智慧校園基礎網(wǎng)絡的最佳選擇。GPON是基于ITU-TG.984.x標準的新一代寬帶接入標準，具有高帶寬、高效傳輸、覆蓋范圍廣等特點[3]，目前已被大多數(shù)運營商視為實現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務的寬帶化、綜合化改造的理想技術。與以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(Ethernet Passive Optical Network，EPON)技術相比，GPON下行速率可以達到2.5 Gb·s-1，其非對稱的特性適應寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務市場，并且提供QOS(Quality of Service，服務質量)的全業(yè)務保障及更高的分光比[4]。GPON由光網(wǎng)絡單元(Optical Network Unit，ONU)、光分配網(wǎng)絡(Optical Distribution Network，ODN)、光線路終端(Optical Line Terminal，OLT)組成[5]。ONU是用戶側設備，為用戶提供各種業(yè)務的網(wǎng)絡接口； OLT放置于中心機房，作用是匯聚ONU信號，并按照業(yè)務類型分別送入各種業(yè)務網(wǎng)，是GPON網(wǎng)絡核心設備； ODN是連接OLT和ONU的光纜系統(tǒng)，包括主干光纜、配線設施、光分路器等。

GPON 多采用FTTx(FTTH：光纖到戶； FTTB：光纖到樓)的形式實現(xiàn)用戶接入。在GPON的架構中，GPON+FTTH光纖接入網(wǎng)具有容量大、衰減少、帶寬高、抗干擾性能好、可承載高質量視頻、綠色環(huán)保等特點[6]，是GPON常用的組網(wǎng)方式。如圖2所示，基于GPON技術的校園接入網(wǎng)改造邏輯結構，辦公與教學區(qū)域采用學院自建GPON組網(wǎng)，OLT設備放置于學院網(wǎng)絡中心機房實現(xiàn)ONU策略的統(tǒng)一管理與維護，按照樓宇每個樓層做一次分光，將無源光纖分路器(Passive Optical Splitter，POS)統(tǒng)一放置于每個樓宇指定的弱電間，POS與OLT之間使用樓宇之間原光纜的光纖連接，ONU設備放置于各辦公室內部弱電信息箱。每間辦公室有線網(wǎng)直接從該辦公室的ONU設備引出，每間辦公室布置無線接入點(Access Point，AP)，采用基于以太網(wǎng)供電(Power Over Ethernet，POE)模塊連接ONU，每個ONU連接AP的端口統(tǒng)一劃分至指定的vlan，有線網(wǎng)絡連接的ONU端口仍然按照學院QinQ規(guī)劃單獨劃分各自的vlan。學生宿舍及商業(yè)區(qū)域采用與運營商共建共享模式，由運營商建設GPON網(wǎng)絡并構造基于GPON的校園無線網(wǎng)絡，每個AP設置雙SSID信號(運營商和學院的無線信號名稱)，OLT采用多業(yè)務上聯(lián)模式，分別連接運營商和學院的寬帶遠程接入服務器(Broadband Remote Access Server，BRAS)，用戶根據(jù)連接不同的SSID信號名稱選擇接入不同的無線網(wǎng)絡。采用GPON接入網(wǎng)構造的優(yōu)點如下：

1) 校園有線、無線網(wǎng)絡統(tǒng)一部署與維護。有線、無線網(wǎng)絡由統(tǒng)一的校園GPON接入網(wǎng)絡承載。ONU直接接受OLT的管理，vlan劃分及ONU的在線工作狀態(tài)可以在OLT設備統(tǒng)一查看與管理，可以節(jié)約網(wǎng)絡建設資源，方便網(wǎng)絡管理員進行有線、無線網(wǎng)絡統(tǒng)一管理維護，整個網(wǎng)絡具有易控、易管的特點。

2) 降低樓宇弱電間環(huán)境要求。樓宇弱電間只存放POS設備，它是無源分光器，不需要電源供電，且有盒子封裝，對周圍環(huán)境(溫度、濕度、灰塵等)要求較低。

3) 網(wǎng)絡接入穩(wěn)定性與擴展性增強。光纖直接連到每個用戶的房間，相比之前的雙絞線布置，光纖的抗干擾能力明顯增強，也不存在100 m距離的傳輸瓶頸。目前是每棟樓宇的每一層設置一次分光，未來可以根據(jù)傳輸帶寬的需要做分光調整，只需要改動弱電間分光器光纖連接、設置即可。ONU設備放置在各房間內部，運行可靠性得到保障，并且不會發(fā)生因弱電間停電而導致整棟樓宇網(wǎng)絡中斷的現(xiàn)象，房間的用戶數(shù)量改變，只需要更換對應的ONU設備即可。

4) 降低學院網(wǎng)絡建設與改造成本，減少學院網(wǎng)絡接入維護工作量。用戶密集區(qū)域(學生宿舍、商業(yè)街區(qū)等)采用與運營商共建共享GPON網(wǎng)絡模式，節(jié)約學院網(wǎng)絡建設與改造的成本。此外，運營商7×24 h服務提高了校園網(wǎng)用戶滿意度，降低了學院網(wǎng)絡維護工作量。

圖2 基于GPON技術校園接入網(wǎng)構造

3 結束語

綜合考慮近期及中期發(fā)展趨勢，選擇最佳方案。使用GPON技術將在接入網(wǎng)層面上提供一個統(tǒng)一的接入平臺。GPON技術具有很強的業(yè)務管理能力，具有面向未來、可升級的多業(yè)務環(huán)境。隨著人們對GPON進一步認識及產(chǎn)品價格降低，GPON將發(fā)揮其更大的優(yōu)勢，在今后的網(wǎng)絡建設中占據(jù)重要的位置。

參考文獻：

[1] 余勝泉.推進技術與教育的雙向融合：《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》解讀[J].中國電化教育，2012(5):5-14.

[2] 王燕.智慧校園建設總體架構模型及典型應用分析[J].中國電化教育,2014(9):88-92,99.

[3] 郎為民,靳焰,周明,等.GPON體系結構研究[J].光學與光電技術,2006,4(2):42-45.

[4] 張輝勇.EPON與GPON通信技術特點對比與展望[J].信息通信,2007(8):200-201.

[5] 周志剛.GPON技術及其在寬帶接入中的應用[J].科技與創(chuàng)新,2015(19):136-137.

[6] 李馨春.FTTH建設中幾個問題探討與分析[J].電信工程技術與標準化,2016(3):58-62.