基于校園網的PON網絡應用

鄭宇鴻

摘要：光纖接入是互聯網新的重要的發展趨勢之一，它的低成本高帶寬的特點使各大院校紛紛引入應用。本文解釋了什么是PON網絡及它的特點，并以校園網使用GPON網絡接入作為典型案例，圍繞PON網絡在校園網建設中的應用展開研究分析，找出一條有效的PON接入策略，構建校園“光接入”網絡環境。

關鍵詞：PON接入技術；網絡；GPON；應用

引言

考慮到高校中越來越大的帶寬需求和更多的寬帶應用，更多的院校注意到校園網接入層帶寬對整個校園網使用的影響，認識到早期校園網組網方式存在的“瓶頸”。目前，與接入層網絡的連接，光纖接入是最好的選擇，是迄今為止最好的傳輸媒介。它將帶來生活方式、生產方式和商業模式的根本性改變，光纖網絡的組網接入將成為當前網絡接入的熱點。正因如此，光纖接入是目前最行之有效的接入方式，光纖網絡接入逐漸引起各高校的注意，而隨著教育信息化的進一步發展，各高校對互聯網帶寬的要求仍會不斷提高。

1.PON接入技術

PON（Passive Optical Network）是一種點到多點（P2MP）結構的無源光網絡，PON屬于純介質網絡，徹底避免了電磁干擾和雷電影響，能適應各種自然條件。PON接入技術是接入網目前發展的方向，一方面是由于PON提供的帶寬可以滿足現在和未來多種寬帶業務的需要，另一方面，無論在設備成本還是運維管理開銷方面，其費用都較低，綜合經濟分析表明，目前PON是實現FTTB/FTTH的主要技術。GPON（Gigabit Passive Optical Network）是PON技術中的一種，是由ITU-T G.984.x系列標準定義的千兆比特PON技術。

類似于PON的網絡結構，GPON也是由放置在局端用于聯接PON協議的OLT匯聚設備、位于用戶側以提供接口的ONU設備，以及在兩者之間提供無源光通道的ODN設備組成。中間的光通道由無源器件組成，故障率低，可靠性高，節省了大量戶外設備的維修費用。

GPON技術相比其他PON技術具有以下優點：

（1）傳輸距離更遠：由于采用光纖傳輸技術，接入層覆蓋的物理距離至少為20km，最大理論覆蓋半徑可達60km。有效的解決了銅纜接入距離和帶寬的矛盾。

（2）帶寬更高：每個端口的最大下行速率為2.5Gbit/ s，最大上行速率為1.25Gbit/ s。滿足用戶對高帶寬服務的需求，如HDTV、直播等。

（3）QoS（Quality of Service）提供靈活的全業務體驗，GPON能同時承載ATM信元和GEM幀，有很好的服務等級，支持QoS 保證和全業務接入的能力，針對不同的業務提供響應的Qos保證，提供區分用戶和用戶業務的流量控制，保證多用戶的多業務帶寬，為不同的用戶業務提供差異化服務。

（4）分光特性：局端單根光纖在光分裂后，可以對應多根光纖到用戶側，支持的最大分光比為1：128，節省主干光纖資源，降低運營維護成本。

（5）支持全業務：包括語音（TDM、SONET/SDH）、PDH、以太網、ATM、使用GEM 承載各種用戶業務等。

2.PON網絡技術在校園網的應用

濟南大學是較典型的使用GPON接入方式改造的校園網。隨著濟南大學網絡規模的不斷擴大和學生數量的不斷攀升，大學的現有網絡設備已經遠遠跟不上廣大師生的需求，為了解決這一問題，讓廣大師生擁有一個更好的網上學習環境和通訊環境，因此學校決定對校園網的網絡進行升級改造。整個工程計劃通過GPON方式接入，提升學生外網訪問感知，并更好的兼容校園內網的接入。

該校分為東校區和西校區，校園網的改造使用GPON接入方式，替換原有二層交換機組網。整個組網使用GPON+PTN混合方式接入，實現校區內FTTB寬帶接入全覆蓋。并與客戶校園內網互聯，實現校園網的網絡融合服務。

濟南大學校園網的網絡改造計劃新增151臺24口ONU設備和208臺16口ONU設備，通過院校光交內新增的分光器，聯接濟南大學西校區圖書館機房內的新增的2臺OLT設備。OLT通過2個10GE光口上聯西校區圖書館機房的BRAS設備，向上經傳輸網絡接入波分設備，通過本地網波分上聯最終接入萬維網。在院校BRAS設備新增端口，劃分單獨VLAN用于跟用戶校園網絡對接，實現與校園網的互通。

3.PON系統內帶寬測算

在對PON口下行容量計算時，主要需要結合大學的用戶業務的帶寬需求來估算可以通過PON端口訪問的用戶數量。為了確保每個服務的正常使用，業務所需的總帶寬必須小于單個PON端口提供的帶寬上限。根據高校的實際情況，按公式計算分析了用戶的上限。當單個端口用戶的數量超過閾值時，需要將新的端口添加到應用中。

（1）PON系統內帶寬測算

PON系統內帶寬=客戶用戶數*單戶預留帶寬*并發率+無線熱點數*單熱點預留帶寬*并發率+其他專線數*專線預留平均帶寬*并發率

根據前期數據規劃，高校用戶按照20M高速上網，故上述公式可簡化為：

PON系統內帶寬=客戶用戶數*單戶預留帶寬*并發率

設n為單個PON口接入的寬帶用戶數，并發率取80%，取GPON接入時有效帶寬為2300M：

n*（20M）*80%≤2300M

得，n≤144。即每PON口所帶用戶不超過144，按照每個房間100M帶寬核算，即每PON口所帶房間不超過29個。

（2）OLT上聯帶寬測算

上行帶寬=∑（業務分配帶寬×業務用戶比率×集中比×流量占空比）×總用戶數/帶寬冗余系數

業務用戶比率、總用戶數：確定局端設備上聯帶寬規劃時，應綜合考慮OLT設備下掛的所有用戶。

集中并發比：根據高校的應用環境，可以取80%。

流量占空比：一般可取50%。

帶寬冗余系數：OLT上聯取100%

根據前期數據規劃，濟南大學用戶按照20M高速上網，在校學生約3.7萬（東校5550人，西校31418人，共計約3.7萬人），按預計50%用戶有訪問需求，這樣東校計為2775人，西校計為15709人。

故東校上行帶寬=20M×80%×50%×2775/100%=22200M

故西校上行帶寬=20M×80%×50%×15709/100%=125672M

其中，上聯端口可用帶寬，GE可取900Mbps，10GE可取9000Mbps，上聯鏈路冗余系數取0.65

東校OLT上聯端口數=22200/（9000×0.65）=3.8個

西校OLT上聯端口數=125672/（9000×0.65）=21.4個

故，東校上行4*10GE可滿足終期需求，西校上行22*10GE可滿足終期需求，共需26*10GE可滿足終期需求。

（3）BRAS設備上聯帶寬測算

上行帶寬=∑（業務分配帶寬×業務用戶比率×集中比×流量占空比）×總用戶數/帶寬冗余系數

業務用戶比率、總用戶數：確定局端設備上聯帶寬規劃時，應綜合考慮OLT設備下掛的所有用戶。

集中并發比：仍以80%取值。

流量占空比：一般可取50%。

帶寬冗余系數：BRAS上聯取100%

高校用戶主要業務為20M高速上網。

在校學生約3.7萬（東校5550人，西校31418人，共計約3.7萬人），按50%用戶開通業務，注冊用戶約18500人。

故上行帶寬=20M×80%×50%×18500/100%=148000M

BRAS上聯端口數≥BRAS上聯帶寬/（上聯端口可用帶寬*上聯鏈路冗余系數）

其中，BRAS上聯端口可用帶寬，GE可取900Mbps，10GE可取9000Mbps，上聯鏈路冗余系數取1

上聯端口數=148000/（9000）=16.44個，故，BRAS上行17*10GE可滿足終期需求。

4.安全規劃

校園建設中，校園網內網的安全尤其重要。防火墻技術、數據加密技術、入侵監測等技術的實施，能很好的保障校園網絡安全。

防火墻技術作為近年發展的最快，也是最流行適用范圍最廣泛的安全技術，它的設置形成了本網與外網之間的安全屏障，它能在很大程度上提高安全性，并過濾不安全的服務以降低風險。與此同時，它允許和避免特定信息的流入和流出，對所有事件持續偵測，既能夠保證內網多種服務功能的高效穩定，又能保障不被惡意損害。防火墻不僅增強了安全策略，優化了安全配置，而且形成了統一穩定的安全系統。入侵檢測通過收集網絡中關鍵點的信息，并且對這些信息進行分析，從而監控網絡的安全，檢查網絡中是否有安全風險，是否有違反安全策略的行為。入侵檢測技術通常和防火墻一起構成了網絡的安全體系，它是防火墻之后的又一道強有力的防御措施。基于濟南大學的組網情況，應考慮在校園網和BRAS對接出口設置兩臺熱備的防火墻，學校對接入側核心交換機部署一臺入侵檢測系統IDS，可以較大程度保障校園網內網數據的安全。

5.總結

通過使用GPON技術對校園網進行改造，有效提高了校園網接入層的帶寬，改善了學生和教職工的使用感知，同時也使校園網的穩定性和安全性有了較大提高，節約了維護成本。目前校園內的通信網絡的競爭是目前行業中最激烈的競爭，通過將GPON這一新型接入技術應用到高校中，能進一步鞏固和擴大運營商的校園市場。