Pon+LAN網(wǎng)絡(luò)在校園無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用設(shè)計(jì)分析

張 城，譚 朔

（湖南財(cái)政經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖南 長沙 410205）

Pon+LAN網(wǎng)絡(luò)在校園無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用設(shè)計(jì)分析

張 城，譚 朔

（湖南財(cái)政經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖南 長沙 410205）

作為校園網(wǎng)無縫覆蓋的組成部分的無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為當(dāng)前校園網(wǎng)建設(shè)過程中的重要建設(shè)內(nèi)容，對于Wlan無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)選型極大影響無線網(wǎng)絡(luò)的使用體驗(yàn)，Pon+Lan的光網(wǎng)絡(luò)方式對無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)體現(xiàn)出了較多的優(yōu)勢，同時能極大減少網(wǎng)絡(luò)層級，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)全面扁平化為二級網(wǎng)絡(luò).同時對各項(xiàng)物理網(wǎng)絡(luò)資源、光纖資源等資源利用上極大提高了效能與利用率.并且在無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本上，也是一種節(jié)約成本經(jīng)濟(jì)有效的無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式.

Pon；無源光網(wǎng)絡(luò)；Wlan無線網(wǎng)絡(luò)；Pon+Lan；扁平化二層網(wǎng)

1 校園網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)簡述

1.1 校園網(wǎng)簡述

校園網(wǎng)作為校園的信息基礎(chǔ)設(shè)施，是為學(xué)校師生提供教學(xué)、管理、科研、學(xué)習(xí)生活和綜合信息服務(wù)的基礎(chǔ)支撐.首先，校園網(wǎng)應(yīng)為學(xué)校教學(xué)、管理、科研、學(xué)習(xí)生活提供先進(jìn)的信息化基礎(chǔ)環(huán)境.這就要求校園網(wǎng)是一個高寬帶、豐富資源、便于使用、具有交互功能和專業(yè)性很強(qiáng)的局域或城域網(wǎng)絡(luò).教學(xué)、學(xué)習(xí)、科研、教學(xué)資源管理、多媒體教學(xué)軟件開發(fā)平臺、多媒體演示教室、教師備課系統(tǒng)、電子閱覽室以及教學(xué)、考試資料庫、校園各項(xiàng)數(shù)據(jù)的中心等，都可以在該網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行.根據(jù)教科文組織：“當(dāng)今以校園網(wǎng)絡(luò)為代表的現(xiàn)代教育技術(shù)，已深入到教學(xué)、科研、校區(qū)服務(wù)等各個領(lǐng)域，因此校園網(wǎng)是學(xué)校重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一并成為學(xué)校師生開展教學(xué)科研、獲取信息、豐富知識、學(xué)習(xí)交流的重要渠道”.

1.2 無線網(wǎng)絡(luò)在校園網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展

近年來隨著無線技術(shù)的進(jìn)步，無線系統(tǒng)在各級校園的不斷建設(shè)與部署，同時隨著教育需求和資源的變化、發(fā)展，無線系統(tǒng)正逐漸成為不少教育機(jī)構(gòu)、院校或部門網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分.特別是在美國、加拿大、澳大利亞、日本等國，無線校園已經(jīng)成為提升教學(xué)環(huán)境品質(zhì)，提高教育資源利用率，增加教育靈活性和交流性的重要方式.

無線校園網(wǎng)絡(luò)在我國的建設(shè)較國外起步較晚，但發(fā)展非常迅速.自北京大學(xué)2002年開始鋪建第一個中國高校無線網(wǎng)絡(luò)，北京師范大學(xué)、北京郵電大學(xué)、對外經(jīng)貿(mào)大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)等高校都建立了自己的無線校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境.據(jù)中國教育網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與現(xiàn)狀分析顯示，高等學(xué)校統(tǒng)一部署的無線AP數(shù)量，分布在101-500區(qū)間占31%,分布在501-1000區(qū)間占16%，分布在1001以上占27%.從無線網(wǎng)統(tǒng)一部署的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，211高校相對較好，普通高校和高職高專還需要改善，但大部分高校無線AP均超過100.從分析情況來看，無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，在近年內(nèi)已經(jīng)成為高校的熱點(diǎn)話題，“十三五”規(guī)劃在即，高校面臨新一輪的校園網(wǎng)升級改造，無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為不可或缺的校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施.

2 Pon網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

1987年英國電信公司的研究人員最早提出了Pon的概念.Pon技術(shù)通過了 APon、BPon、EPon、GPon技術(shù)發(fā)展，截止到近些年已經(jīng)開始逐步應(yīng)用10GPon技術(shù)的出現(xiàn)使用.當(dāng)前，考慮到經(jīng)濟(jì)與性能需求的情況，基本以EPon與GPon為主流部署技術(shù)選擇.

Pon接入方式目前主要分類有FTTB、FTTC、FTTH三個分類.考慮到校園無線的應(yīng)用環(huán)境，F(xiàn)TTH與FTTC無法滿足校園無線接入的需求，F(xiàn)TTH為ONU直接置于用戶家中，而當(dāng)前環(huán)境無線部署無須每戶進(jìn)行ONU、AP部署，一般采用為多間宿舍組合部署一個AP，多個區(qū)域部署一個ONU. FTTC為光纖及ONU到道路旁，考慮到AP的覆蓋范圍、線路部署、用戶需求的情況，無法滿足校園無線環(huán)境的部署需要.在此，主要分析采用Pon+Lan的FTTB方式進(jìn)行校園無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì)分析.

3 Pon+Lan網(wǎng)絡(luò)在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用分析

基于Pon+Lan和WLAN技術(shù)的校園無線移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)，包括三個主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)、ODN傳輸網(wǎng)絡(luò)光纖覆蓋設(shè)計(jì)、WLAN接入網(wǎng)覆蓋設(shè)計(jì).

3.1 基于Pon技術(shù)的校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)即基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃設(shè)計(jì)，是校園網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)之首，成熟、穩(wěn)定及可伸縮的校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方滿足校園網(wǎng)絡(luò)的中長期發(fā)展演進(jìn).當(dāng)前國內(nèi)各高校校園網(wǎng)絡(luò)均以經(jīng)典的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，即按核心層、匯聚層及接入層這三層分層模式設(shè)計(jì)校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，基于Pon技術(shù)的校園網(wǎng)絡(luò)，可以規(guī)劃設(shè)計(jì)成扁平的核心層、接入層兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).基于Pon+Lan技術(shù)的Wlan仍然采用三層機(jī)構(gòu)，核心層，樓棟匯聚ONU，分散的接入AP點(diǎn)部署.

3.2 Pon傳輸網(wǎng)絡(luò)ODN網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)

Pon傳輸網(wǎng)絡(luò)中，ODN部分占據(jù)50%以上的資金預(yù)算投入，ODN網(wǎng)絡(luò)的覆蓋設(shè)計(jì)成了Pon網(wǎng)絡(luò)成功應(yīng)用的關(guān)鍵所在.具體包括兩個方面的設(shè)計(jì)：ODN光纜覆蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)、ODN網(wǎng)絡(luò)光功率預(yù)算.

3.3 基于802.11g標(biāo)準(zhǔn)的WLAN接入網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)

WLAN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是安裝便捷、用戶接入靈活方便、支持用戶漫游，一個完整良好的WLAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，具體包括：組網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、信號覆蓋、信道帶寬選擇與頻率規(guī)劃、容量規(guī)劃設(shè)計(jì)、AP供電設(shè)計(jì)、用戶的漫游切換、接入認(rèn)證計(jì)費(fèi)、安全問題、優(yōu)化.

4 基于Pon+Lan技術(shù)在校園無線網(wǎng)絡(luò)中組網(wǎng)及詳細(xì)設(shè)計(jì)

圖1 基于Pon網(wǎng)絡(luò)的校園無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

基于Pon技術(shù)在校園無線網(wǎng)絡(luò)中組網(wǎng)詳細(xì)設(shè)計(jì)部署采用Pon+LAN部署：跟純Pon部署方式相比，每樓道單元部署一個支持ONU的以太網(wǎng)交換機(jī)，上聯(lián)通過Pon網(wǎng)絡(luò)，下聯(lián)通過RJ45以太網(wǎng)方式，從樓道單元設(shè)備到用戶終端采用五類線接入方式，整個交換機(jī)共享一個ONU線路上聯(lián).此種部署方式適合密度比較大，用戶帶寬需求比較低的小區(qū)環(huán)境.

整個GPon技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)部署于兩個區(qū)域：核心設(shè)備區(qū)域與樓棟光網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域.

核心設(shè)備區(qū)域基本仍采用通常的以太網(wǎng)與Pon網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的組合連接方式，包含核心路由器、BRAS設(shè)備、AC控制器、出口防火墻設(shè)備、PORTAL web認(rèn)證與RADIUS服務(wù)器，以及Pon網(wǎng)的OLT設(shè)備、分光器部分及ODF（光纖分配架）部分組成，各個主要部分的功能如下：

核心路由器部分：主要功能用于無線網(wǎng)絡(luò)的AC控制器與認(rèn)證部分的連接，以及出口設(shè)備的連接與數(shù)據(jù)通訊.

AC控制器部分：主要用于AP的管理，包含AP的注冊、IP地址分配、SSID的管理與下發(fā)及AP射頻功率設(shè)定等作用.

PORTAL WEB服務(wù)器與Radius服務(wù)器部分：主要用于無線終端的WEB認(rèn)證功能，用于無線用戶的身份認(rèn)證與記錄、計(jì)費(fèi)與授權(quán)作用，實(shí)現(xiàn)用戶的web認(rèn)證或PPOE認(rèn)證工作.

Bras設(shè)備部分：主要用于無線終端用戶接入控制設(shè)備，同時包含DHCP地址分配、與認(rèn)證服務(wù)器的接入控制、與認(rèn)證服務(wù)器聯(lián)動完成無線用戶的認(rèn)證、授權(quán)功能.

OLT設(shè)備、分光器及ODF部分：主要用于Pon網(wǎng)絡(luò)的分光與合光、光纖到各個樓棟的作用，按照樓棟ONU的設(shè)置，進(jìn)行分光的作用，基本保證每個樓棟最少一個Pon口，每個Pon口的連接ONU設(shè)備不超過3臺，保證每條光纖的速率在上行1.25G，下行2.5G的速率.基本采用1：6分光設(shè)計(jì).同時，在上聯(lián)BARS及核心路由器部分，采用多個萬兆口上行，每個上行口包含不超過4個Pon口，保證上行速率的高速率.

樓棟光網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域包含有ODF、POE供電ONU、POE供電AP、終端用戶設(shè)備組成，整個區(qū)域全部采用光纖到終端設(shè)備設(shè)計(jì)，其主要組成部分的功能如下：

ODF部分：主要完成光纖連接與分光到最終ONU設(shè)備.

交流供電的POE ONU設(shè)備：主要完成樓棟AP的匯聚連接與上級OLT的連接，同時針對校園網(wǎng)樓棟的AP進(jìn)行POE供電，保證終端AP設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊與電力供應(yīng)完成，并且為保證AP的數(shù)據(jù)速率，采用不超過8個口ONU設(shè)備進(jìn)行與AP的連接，保證每個端口的速率達(dá)到全雙工100M進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊.

AP部分：完成最終無線SSID的發(fā)布與無線用戶的接入功能，同時針對信道及周圍環(huán)境無線干擾情況進(jìn)行射頻功率的自動調(diào)節(jié)，以最大限度的保證無線用戶的接入與用戶速率的保證，普通AP保證同時20-30個用戶的同時在線，按照宿舍房間人數(shù)及用戶情況進(jìn)行符合需求的房間組合，一個AP覆蓋幾個宿舍來進(jìn)行部署，針對用戶集中性大的區(qū)域進(jìn)行高密度AP的部署，保證大用戶群的接入需求.

終端用戶設(shè)備：則是最終用戶設(shè)備，是使用無線的終端設(shè)備，是最終的數(shù)據(jù)消費(fèi)者，包含各種無線接入的電腦用戶、手機(jī)、PDA、平板等用戶.

5 Pon+Lan網(wǎng)絡(luò)在無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分析與小結(jié)

Pon+Lan網(wǎng)絡(luò)在校園無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，體現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢與特色.在網(wǎng)絡(luò)速率上保證了高速率，每個連接的ONU都通過無源光纖進(jìn)行連接，上行達(dá)到了1.25G，下行達(dá)到了2.5G的流量帶寬.同時，整個OLT設(shè)備根據(jù)需要進(jìn)行了上聯(lián)多個萬兆口的上行連接，保證了樓棟到核心全網(wǎng)絡(luò)的高速率與高帶寬的性能體現(xiàn).

在大二層的廣播控制方面進(jìn)行了ONU設(shè)備的每個端口隔離，針對每個ONU設(shè)備進(jìn)行了每個ONU設(shè)備廣播隔離.保證廣播風(fēng)暴的抑制與隔離，保證了整個網(wǎng)絡(luò)的流量純凈性.

在無縫漫游方面，保證了整網(wǎng)每個單個SSID的無線用戶的全信號區(qū)域覆蓋下的無縫漫游，保證了無線用戶接入的多樣性，認(rèn)證的多樣性，并且漫游的完整實(shí)現(xiàn).

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及光纖資源方面，采用Pon+Lan技術(shù)應(yīng)用的無線網(wǎng)絡(luò)保證全網(wǎng)設(shè)備的光纖資源的節(jié)省達(dá)到原有以太網(wǎng)的四分之一或原有光纖的八分之一即可.在無源設(shè)備與POE設(shè)備采用方面，極大的減少的接入網(wǎng)的中間故障點(diǎn).同時，在接入AP的方面，由于采用了POE供電，極大改善了終端AP設(shè)備的穩(wěn)定性與供電片便捷性.

在無線用戶分散集中處理方面，采用高密度與普通密度用戶分布的情況進(jìn)行區(qū)別對待，對于通常用戶量變化比較小的地方，采用全向AP，按照高人流量的地方，如大禮堂，大階梯教室、大會議室采用高密度AP的部署，高密度相當(dāng)于普通通常AP的 20-40倍接入承載量，對于通常不是大量人群的聚集的區(qū)域，如教室、宿舍，按照數(shù)量進(jìn)行通常普通AP的部署，對于室外部分區(qū)域，采用定向天線的AP進(jìn)行長距離的小用戶量的AP進(jìn)行部署，滿足不同區(qū)域的不同需求.

同時，在無線網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理分布式轉(zhuǎn)發(fā)、安全可靠、遵循標(biāo)準(zhǔn)、抗干擾方面等方面完全與以太部署無線網(wǎng)絡(luò)能完全承擔(dān)各項(xiàng)業(yè)務(wù)，同時也具有以上的特定優(yōu)勢.

Pon+Lan的校園無線網(wǎng)絡(luò)在校園的應(yīng)用具有其特有的優(yōu)勢與性能體現(xiàn)，并達(dá)到了滿足在校園網(wǎng)環(huán)境不同區(qū)域、不同用戶環(huán)境的部署與實(shí)現(xiàn)，同時，大大減少在部署時對有源供應(yīng)的需求，極大減少了整個無線網(wǎng)絡(luò)的中間故障點(diǎn)，為整個無線網(wǎng)絡(luò)在校園網(wǎng)的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力、高效、高速、安全可靠、節(jié)約成本經(jīng)濟(jì)有效的一種無線網(wǎng)絡(luò)方式.

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TP393.17

A

1673-260X（2017）03-0017-03

2016-12-09

湖南省教育科學(xué)規(guī)劃課題重點(diǎn)資助課題：高校電子黨務(wù)實(shí)踐研究（XJK10DJA004）