基于無源光網絡的學生宿舍網絡設計與實現

張祖瓊 郭小明 李晨暉

摘? ?要：文章結合學生宿舍無源光網絡建設項目，探討有線無線一體化設計方案，進行業務規劃，并考慮用戶認證、網絡管理、實施等問題，將無源光網絡接入到傳統校園網中，配置OLT以實現業務流。

關鍵詞：無源光網絡;網絡設計;網絡實現;接入網;校園網

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

一、引言

PON（Passive Optical Network，無源光網絡）技術因其業務支撐能力強、覆蓋距離遠、帶寬分配靈活、節省主干光纖資源、方便管理運營、相對成本低等優點而廣泛被運營商用于小區家用寬帶建設。[1]

而校園網的網絡環境更為復雜、要求更高。用戶需要在校園內隨時隨地能上網。隨著智慧化校園的開展及物聯網、云服務的逐步應用，各種各樣的設備包括攝像頭、電力監控設施、一卡通終端等都有不同的網絡需求。此外，校園網除了基本的上網需求，還涉及網絡安全、用戶認證、IPv6的推行、網絡建設成本、運維管理等多維度問題。

本校校園網目前采用的是傳統“接入-匯聚-核心”的三層網絡結構，現對新建學生宿舍樓群采用PON的建設方案，探討將其與傳統網絡融合的問題，實現宿舍的有線無線網絡覆蓋。

二、GPON網絡結構

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

GPON網絡由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備，是終結PON協議的匯聚設備，一般放在中心機房，上行接入核心網絡。具有光/電轉換、帶寬分配、控制各ONU的連接、實時監控、管理及維護功能。

ONU（Optical Network Unit，光網絡單元）是給用戶提供各種接口的用戶側單元或終端，如家用的“光貓”設備，可以接電話、電腦、網絡電視等設備，承載多類型業務。

ODN（Optical Distribution Network，光分配網絡）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，用于分發下行數據和集中上行數據。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或樓道中。一般來說，光纖距離越遠，分光支數越大，接頭越多，光衰減越大。

三、宿舍網絡設計

1.有線無線一體化方案

用戶PC機通過ONU的以太網口實現有線連接。

GPON網絡的無線方案主要分為2種。[3]一種是ONU自帶無線，用戶通過內置無線信號接入網絡;另一種是ONU上外接企業級AP（Access Point，無線接入點），用戶通過AP入網，但大批量的無線AP的統一部署和控制需要另外由AC（Access Controller，無線接入控制器）來完成，結構如圖2所示。

內置無線的ONU類似家用路由器，可在每個ONU上以Web管理方式設置無線參數，包括無線信號、認證方式等，其支持的接入用戶數有限，通常在10個用戶以內。缺點是統一下發配置困難、信號覆蓋范圍有限。且各ONU是獨立的無線接入點，彼此割裂，無法實現無線漫游。

ONU外接AP的方案可由AC下發配置，對AP進行統一管理，包括無線用戶的認證、接入安全控制、射頻智能管理等，能實現無線漫游?？梢愿鶕褂脠鏊`活選擇不同承載量的AP，以滿足不同的用戶接入數需求。缺點是設備增加太多，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模式使系統更可靠。設備過多，增加網絡復雜度，也會帶來更多維護管理問題。

本項目主要是宿舍區，宿舍的房型、房間大小、每個房間的人數比較固定，采用ONU自帶無線的方案比較節省成本，又能滿足基本需求。統一下發無線配置的問題可以靠管理軟件來輔助實現。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。辦公場所可以根據具體環境和需求來選擇。

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。

本校學生宿舍的網絡線路是校園網和運營商共用，在出口處設置代撥設備實現校園網、運營商網絡選路分流。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帶寬，采用1∶8的分光比。2.5Gbps的GPON下行帶寬約2488Mbps，經過1∶8的分光比后，理論上每個ONU平均分得帶寬311Mbps，業務并發比為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及業務規劃

本項目中，主要有學生的有線無線上網需求、宿舍區的一卡通和電控管理等特殊網絡需求。規劃將每棟樓的有線業務各劃為1個VLAN，每種特殊業務各1個VLAN。該片宿舍區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.配置業務模板

業務模板為采用OMCI方式管理的ONU提供了業務配置渠道，此處配置ONU的端口類型、數量為自適應方式，也可以根據實際情況手動設置ETH以太網端口、語音端口的數量。

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務模板，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.創建業務流以承載具體業務

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、實施結果

配置完OLT后，將ONU通過ODN光信道連接到位，ONU能實現自動注冊，并通過OLT下發有線配置。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，實現為ONU下發無線配置功能。通過宿舍ONU的有線、無線方式均能接入到校園網。在訪問外網時都能彈出Web認證頁面，并能分別使用校園網賬號認證和運營商代撥認證。通過DHCP服務器能正確下發IPv6地址給宿舍用戶，并能正常訪問IPv6網站。GPON下的一卡通及電控管理終端能與傳統局域網中的服務器及終端設備互通。從eSight管理軟件中可以查看OLT、ONU的狀態、配置、錯誤報警等信息。1.5km距離范圍內ONU端接收光功率均在-27dbm～-8dbm正常區間內。

六、結束語

本項目采用1∶8的分光比，分支較少，主干光纜芯數較傳統交換機布線方式并未減少太多。但樓宇內不用六類網線，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，僅有線無線上網業務來說較傳統布線方式節省不了太多建設成本。但光纜比銅纜的使用壽命高幾倍，若能統一規劃校園監控、語音等業務，減少重復性建設，整體上可大大降低成本。

eSight雖管理方便，但傳統網絡存在很多別的廠家的網絡設備，無法統一管理?？梢栽诶闲^設備老化統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OLT鏈路的可靠性問題，可配置GPON TypeB保護，將主干光纜設計為雙鏈路模式。

參考文獻：

[1]邢曉溪.基于GPON技術的小區接入網應用分析[J].電子產品世界，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高校無線校園網絡覆蓋設計研究[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 網絡中的應用策略研究[J].光通信技術，2018（5）：37-40.

（編輯：王天鵬）