全光校園網多場景建設方案

文/孟欣 李華勇 劉帥 孫珊珊

校園網發展挑戰

隨著新一代信息技術的快速發展，濰坊職業學院越來越多的信息化業務逐漸向云數據中心遷移，90%及以上的流量從本地交換為主向云交換為主的架構轉變, 網絡南北向流量激增，內網主干帶寬及接入設備的性能成為制約網速的突出環節；課堂互動教學、自主學習、智慧園區管理服務等需求激增，有線、無線、語音、音頻、視頻、智能化設備等多業務對高帶寬和低時延的要求也越來越高。處于數字化轉型時代，校園網迫切需要一張網絡來承載所有的“物” 接入。

過去很長一段時間，濰坊職業學院校園網長期采用的主要是傳統銅線以太網，部署了核心層、匯聚層、接入層三層架構。然而，傳統的以太網因拓撲架構復雜，難以隨需靈活擴展，無法適應學校對高帶寬、低延時、扁平化網絡需求的發展變化。通過不斷考察調研和論證，學校決定采用全光網 PON進行新一代校園網升級建設。

采用全光網的目的和意義

全光網把傳統布線和光纖到桌面、光纖到用戶單元、光纖到公共區域進行整體融合，并把原有的L3網絡變成扁平的L2架構，使其具備了傳統網絡架構所不可比擬的優勢：

多網融合：單個網絡能夠支持WiFi、語音、數據、CCTV、視頻監控、智能設備等各類業務的融合，簡化網絡復雜性。

經濟環保：一次投資，滿足未來20年乃至更長時間的業務需求；節省匯聚設備，也節省了相應的機房、供電和空調等配套，節省TCO更加綠色環保；易部署易維護，降低運維成本。

易升級：帶寬可平滑演進。由GPON到10G-PON甚至40G-PON，都可以在同一個ODN網絡上共存和演進，按需進行帶寬升級而無需重新改造網絡。

高性能：全光纖傳輸，帶寬大，防探測，防電磁干擾，PON設備提供極強的DoS防御能力，減少網絡攻擊。

因此，POL全光網絡技術先進，其生態必將逐步壯大，抓住技術先機，研究并運用于校園網建設，能夠為學校降低約20%建設成本，降低約40%運營成本，并能夠增加業務靈活性，充分支持以視頻為基礎的學習，支撐數字化教育計劃實施，推進高校智慧教育示范性發展，是高校快速發展的堅實底座。

濰坊職業學院全光網設計

整體架構

基于學校發展需求，濰坊職業學院基礎網絡升級為以XGS-PON為核心技術的多業務融合的POL全光網絡（圖1），即10GPON對稱模式。無線網絡作為校園網的重要組成部分，無線設備由XGS-PON全光網絡不同場景下的ONU設備統一承載，全部采用WiFi 6標準。

圖1 濰坊職業學院全光網絡拓撲

整體組網結構采用雙OLT部署模式，實現校園網絡的雙歸屬保護，做到高安全高可靠，故障快速切換；全網建設采用2∶16、2∶8分光器，在設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，房間內部署4～8口ONU，承載房間內主要信息業務。弱電間部署24GE口的高性能POE ONU，承載公共區域監控、AP等信息設備。

應用場景設計

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房間，弱電箱（AHD）作為本房間信息點的匯集點，所有信息點均采用暗管穿至弱電箱，且弱電箱內有專用電源供ONU工作。弱電間機柜內部署的機架式ONU設備，承載走廊/門廳等公共區域無線放裝AP、監控及其他設備終端業務。

圖2 教室場景設計

普通教室，多媒體箱安裝在黑板左側位置（靠門側），每間教室1套內置1臺10GPON 8口POE ONU，房間內部署1個有線信息點、1個光纖點，另外，預留多媒體箱到智慧黑板和講桌底管線/底盒各1處，走廊外預留電子班牌點位1處，無線網絡按每個教室部署1臺高密AP，滿足學生網課學習高并發場景應用。 教室內有線信息點/無線AP/監控/電子班牌等均由房間內ONU設備承載。

合堂教室，多媒體箱安裝在前后門內墻位置（靠門側），每間教室2套，內置1臺10GPON 8口POE ONU，房間內部署2個有線信息點、2個光纖點，另外，預留多媒體箱到講桌底管線/底盒1處，走廊外預留電子班牌點位1處，無線網絡按每個教室部署1臺高密AP，滿足學生網課學習高并發場景應用。教室內有線信息點/無線高密AP/監控/電子班牌等均由房間內ONU設備承載。

階梯教室，部署3個信息箱，設置6個有線信息點、2個光纖點，可以承載音視頻廣播等業務應用，室內人流密度高，并發用戶量大，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，光纖到房間內預留信息箱內，箱內安裝4或8口ONU（根據房間面積），根據房間面積部署4～8個有線信息點、1個光纖點（光纖點只做預留不做分光），無線采用WiFi 6面板式型AP、室外走廊區域采用放裝AP，每個AP覆蓋區域不超過50個并發用戶，可同時滿足有線、無線上網、語音等辦公需求。

圖3 辦公室場景設計

走線方式設計，ONU和光纖信息點采用單模皮線光纜分別進本層弱電間ODF配線架，房間內墻面有線信息點和電話點自房間內ONU引出，無線AP采用6類UTP網線進本層弱電間。

3.學生公寓場景

如圖4所示，公寓走廊長度約80米，弱電間機柜內放置24口POE型機架式ONU,通過6類網線走橋架至宿舍內，將宿舍內的AP統一承載，宿舍內部署WiFi6面板式型AP,統一SSID、Portal認證及基本無線漫游,支持信道自動調優，網管軟件統一納管，由于宿舍每間一臺，建議采用5.8Ghz信道；每層弱電間機柜內安裝2∶8型無源分光器，分光器至ODF架，ODF架走光纜至中心機房，公寓內值班室及公寓大廳，一樓大廳預留通道閘，光纖到房間內預留信息箱內，箱內安裝4口ONU，根據房間面積部署4～8個有線信息點，門廳區域采用放裝AP，可同時滿足有線、無線上網、語音等辦公需求。

圖4 學生公寓場景設計

4.餐廳場景

如圖5所示，餐廳場景設計學生就餐區、售飯窗口信息點、設備網預留信息點。弱電間機柜內安裝2∶8型無源分光器，分光器至ODF架，弱電間機柜內放置24口POE型機架式ONU,通過6類網線走橋架至預留信息點統一承載。學生就餐區部署WiFi 6高密AP,單獨取電，網管統一SSID、Portal認證及基本無線漫游,支持信道自動調優，網管軟件統一納管。

圖5 餐廳場景設計

核心網絡設計

核心網絡設計主要堅持如下原則：

一網多用：核心網絡將是濰坊職業學院園區的骨干網絡，作為三網融合的承載，需要具備融合多種不同類型網絡的能力。

彈性擴展：核心網絡能夠根據業務承載需求，按需橫向及縱向網絡擴展其承載能力。

多業務融合：核心網絡能夠統一支撐教學、企業辦公、運營等多種業務，并實現統一的策略及隔離管控。

考慮到網絡的可擴展性，設計業務網核心交換機能夠支撐園區40G至100G帶寬能力，具備領先的數據交換能力及海量的終端接入能力，同時支持提供VxLAN、業務隨行等創新特性，滿足WiFi 6接入管理需求，滿足濰坊職業學院未來5年的業務增長和網絡需求。設備交換容量需大于1000Tbps，包轉發率192000Mpps及以上，雙機熱備運行。

無線網絡設計

無線網絡采用Wi Fi 6技術進行部署，無線全覆蓋，滿足濰坊職業學院辦公、教學、生活服務等的無線業務需求，從網絡可靠、安全設計，本次園區核心無線控制器使用冗余架構，針對教學樓無線采用辦公走廊放裝AP和室內面板AP結合、教室/報告廳/風雨操場等采用高密AP無線部署，公寓樓按房間進行面板部署方式覆蓋。

網管設計

對于濰坊職業學院全光POL系統的監控和運維管理，設計采用一體化融合運維管理平臺支持服務器、存儲、虛擬化、交換機、路由器、WLAN、防火墻、PON、eLTE、統一通信、智真、視頻監控等設備以及應用系統和機房設施的統一管理，并預集成對第三方主流設備的管理能力。

全光網工程實施實踐

全光纖鏈路建設

如圖6所示，全光纖建設采用環路路由雙鏈路方式，實現 typeB雙歸屬保護，同時主干光纜環形布放，在接入點分別從東西向接入 2∶N 分光器的兩個輸入端子或建筑物內的配線光纜兩條纖芯。充分預留足夠冗余光纖資源，對于主干、配線光纜要求預留 10%冗余資源，在主用光纖故障情況下轉換光纖資源，確保光路安全。

圖6 全光纖鏈路建設

2臺OLT設備安裝在數據中心機房內，OLT經過光纖配線架，通過主干光纜直接延伸到各樓棟弱電機房內，然后經過分纖箱將光纖布設到各樓層弱電井或設備間內，在各樓層弱電井或者設備間內放置分光器，分光器出來后通過皮線光纜將光纖延伸到宿舍、配套房等，每個房間的ONU出六類網線連接終端設備。

分光方式

《無源光局域網工程技術標準》（T/CECA20002—2018）定義了三種分光方式 ，根據學校單體建筑內終端數量較多等情況，建設采用一級分光的方式，分光器置于建筑物樓層弱電間內，連接本層ONU。

設備選型

1.ONU多業務接入終端設備

辦公室：根據房間面積，采用盒式XGS-PON 4口或8口ONU，滿足網絡/電話語音需求，室內無線AP通過六類雙絞線接入弱電間機柜內XGS-PON 24口機架式POE-ONU。

教室：根據信息化教學實施需求，采用XGS-PON 8口POE-ONU，教室內網絡/電子班牌/高密AP/監控/智慧黑板等業務直接接入教室內8口POEONU。

餐廳、實訓室等：采用盒式XGSPON 4口 ONU。

樓層弱電間機柜：選用XGS-PON 24口機架式ONU，滿足監控攝像機/公共區域AP設備業務承載需求。

2.OLT光匯聚設備

OLT在POL系統中作為匯聚設備與各種類ONU設備配合，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）等組網應用。OLT根據承載的用戶數量多少，分為大、中、小型規格的OLT。

本項目根據各場景ONU和分光器的數量、冗余保護機制、多業務承載的設計原則，配置OLT設備2臺，全光網絡至少需要配置167個XGS-PON端口，OLT設備配置為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個上行光纖口，可以實現TypeB單/雙歸屬保護，保護主干光纖，提供POL系統的可靠性。

根據本項目帶寬和設備接入數量設計，主要采用2∶8和2∶16兩種型號。

建設成效

泛在融合，建成全校一張網

PON全光網架構對校園網絡進行了重構，構建了以“XGS-PON全光網+WiFi 6+5G+AIoT”統一技術架構的高速泛在融合網絡，有效解決了濰坊職業學院數字化轉型面臨的網絡痛點，打造了“高可靠、超靈活、簡運維”的智慧校園，實現“智慧辦公有線網、智慧學習無線網、智慧安防設備網、智慧后勤物聯網、智慧語音電話網”多網融合，骨干帶寬40G,出口帶寬21.2G，1000M網絡到桌面，一張網五個中心業務高效、綠色運行，高效支撐教學和管理模式對高并發、高可靠、海量傳輸的要求。

綠色節能，保障業務的可靠性

無源ODN網絡替換有源設備，僅有的有源關鍵設備OLT采用冗余部署，大大降低了網絡設備的故障率，充分保障了業務的可靠性；大量采用光纖作為傳輸介質，光纖介質穩定可靠，不易氧化，天然免疫電磁干擾，信號傳輸穩定，且綠色環保，真正實現“光進銅退”，減少了機房、橋架、暖通、防災等配套設施，整網能耗降低30%；在數據傳輸方面，多種加密及認證技術，如AES-128加密和802.1x認證等，充分保障教學、科研等數據的安全傳輸。

極簡管理，降低運維成本

PON網設備可統一管理，提供性能監測與分析、故障監測及定位等，實現管理統一化、資源利用最大化、運營效率最優化、運維管理自動化，全網拓撲可視，設備詳情一步直達，所見即所得，通過可視化界面實現ONU業務的自動化批量下發和設備的即插即用，零基礎業務配置，并支持靈活配置帶寬，實現極簡運維。