校园网宿舍区宽带提速改造方案探讨.docx

校园网宿舍区宽带提速改造方案探讨王颖珏（上海邮电设计咨询研究院有限公司，上海 200092）摘要：该文从校园网宿舍区宽带需求、现网问题分析入手，结合笔者在工作中积累的经验，提出可行的基于 PON 技术的宽带改造思 路，旨在解决校园网宿舍区宽带速率受限的问题。关键词：现状；需求分析；改造方案；接入方式中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)10-2225-04随着社会信息化的发展，校园内高带宽业务需求（如远程教育、视频通信、视频点播、网络游戏）层出不穷，这类业务对校园宽带接入网提出了更高的要求。目前电信运营商的校园网宿舍区接入带宽已无法适应上述新需求，对现有的校园宽带接入网进行改造 已迫在眉睫。近两年，三家固网运营商都在大力推进基于 PON 技术的宽带接入。基于光纤的无限带宽，使得 xPON 可以实现真正意义的全业 务接入。在整体建设及运维成本逐渐下降的情况下，充分利用既有资源，将光纤延伸至学生宿舍楼内，彻底解决校园宽带接入网的 “瓶颈”问题，更好地为师生提供高带宽的接入能力。目前，普通高校的校园网从物理和逻辑上将教学区和宿舍区分离，以保证教学区的稳定、安全并在必要时能对流量和内容可 管、可控。相比之下，由于宿舍区的忙时时段较为集中且并发率高，宽带接入能力普遍存在瓶颈，该文将重点探讨宿舍区有线接入 网的改造方案。1 现状分析1.1 现网结构校园校园宿舍区有线宽带接入方式主要是基于 P2P 技术的 FTTB+LAN。在这种接入方式下，运营商根据五类线布放情况在宿 舍楼或楼层内设置二层交换机，二层交换机通过光纤汇聚至校园网汇聚交换机，经校园网出口汇聚交换机和核心交换机，接入校园 网和运营商公网。另一种比较常见的接入方式是 ADSL，这种方式一般在多所高校共用的学生公寓内采用，宿舍区的网络与校园网在物理上是相 互独立的，学生上网方式类似于普通的公众用户。1.2 存在的问题采用 P2P 技术的 FTTB+LAN 方式接入的校园网汇聚交换机一般使用华为 3552 设备，其百兆上行能力易出现瓶颈，且大部分宿 舍的楼内布线采用金属桥架、PVC 线槽穿放五类线，部分线槽由于五类线的重压已发生破损或暴露，存在通信安全隐患；采用 ADSL 方式接入的，受到铜缆长度及老化等因素的影响，带宽普遍为 512K 至 2M。综上，宿舍区现有宽带接入方式，由于技术上的局限性决定了其带宽能力在并发率高的情况下难以超过 10M，无法满足远期的 高带宽业务需求。2 需求分析随着社会信息化的高速发展，学校对于各类高带宽业务的需求日趋强烈。目前，主要的业务包括视频通信、视频点播、远程教 育、上网业务、网络游戏等。今后，还可能在校园内进一步开展 SDTV、HDTV 等标清、高清视频业务。针对这些业务，接入带宽预测 模型如表 1。3 改造方案3.1 改造总体思路校园宿舍区的改造应以业务为导向，满足语音、数据、视频业务发展，遵循“业务持续性、技术演进性、建设规范化”的总体思路， 确保宿舍区业务可持续发展、且适应光网及下一代互联网技术演进趋势。鉴于以上原则，结合高校宿舍区业务的特点和技术发展趋势，推荐采用基于 PON 技术的接入方式进行改造，提供更高的接入带 宽，且能同时满足语音、上网、视频等融合业务的需求，保障更稳定的业务质量，并提供更为便捷高效的维护管理功能，便于今后扩 展升级。收稿日期：2012-03-15作者简介：王颖珏（1980-），女，上海邮电设计咨询研究院有限公司工程师，主要从事通信接入网专业规划和设计工作。Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第 8 卷第 10 期 (2012 年 4 月)表 1带宽需求近期远期HDTV:810MSDTV:23M语音、视频通信:0.51M远程教育:12M上网业务:24MHDTV:1012MSDTV:23M语音、视频通信:24M远程教育:24M上网业务:48M下行带宽 网络游戏:12M 网络游戏:24M 语音、视频通信:0.51M远程教育:0.51M上网业务:300K网络游戏:12M语音、视频通信:24M远程教育:12M上网业务:700K网络游戏:24M上行带宽3.2 接入方式的选择基于 PON 技术对校园网宿舍区宽带提速改造的接入方式主要有 FTTH 和 FTTB+LAN 两种方式。具体实现方式和优缺点如下（每宿舍默认为 4 人，下同）：FTTH 方式：自中心机房敷设光纤至每个宿舍，并在适当的节点设置光分路器，建设点对多点的全光纤的接入网，并配置 SFU 型 ONU，通过ODN 上联至中心机房的 OLT。优点：1）自 OLT 至用户端为全光网，上下行速率高，抗干扰能力强，随着 PON 技术的演进，接入带宽具备较大的升速空间，网络 可扩展性强，是接入网最终的发展目标。2）机房至学生宿舍之间的物理链路全程无源，网络维护成本低，可管理性强。缺点：1）网络建设成本较高，宿舍楼内基本没有可利用的线缆资源，需要重新布放入户线缆，工程建设量大，施工难度高。2）由 于学生宿舍夜间熄灯，设置在寝室内的 SFU 在夜间不能正常工作，如用户提出 24 小时提供语音业务的需求，则不能用 PON 系统承载 语音业务。FTTB+LAN 方式：利用已有的光缆及五类线，以 MDU 型 ONU 设备替换原二层交换机，以光分路器代替原汇聚交换机实现 MDU 设备的汇聚，每个 光分路器以单芯光纤上联至中心机房 OLT。为保证每个学生都有独立的上网端口，对于只有 1 根五类线接入一个宿舍的情况，可在 配置一个多端口的小交换机提供接入。优点：1）可以充分利用宿舍楼内已有的五类线以及机房至宿舍楼的光缆，在不需配置多端口小交换机的前提下，工程的建设成 本较低。2）MDU 设备持续供电，可用 PON 系统承载语音业务，可以拆除原有的铜缆及入户双绞线，真正实现“光进铜退”。缺点：1）接入网最后几十米为五类线，因宿舍楼内布放较为密集，串扰问题难以避免。2）一些建设年代较早的宿舍楼内部的水 平线槽变形、破损，五类线暴露在外，网络存在安全隐患。3）由于要利用原有五类线，而在建设期间校园网不能中断，故存在网络割 接的问题。综上，适合采用 FTTH 接入方式改造场景为： 原宽带接入方式为 ADSL 的宿舍区；原宽带接入方式为 FTTB（P2P）+LAN，且网络使用年限较长或五类线质量欠佳的宿舍区； 适合采用 FTTB（PON）+LAN 接入方式改造场景为：原宽带接入方式为 FTTB（P2P）+LAN，网络使用年限较短，尤其是宿舍内五类线数量与端口需求量为 1：1 配置的宿舍区； 原宽带接入方式为 FTTB（P2P）+LAN，且宿舍楼内水平布线相当困难的宿舍区。3.3 技术方案3.3.1 组网模式当前大学校园比较集中，可考虑建设高校宿舍区专用的 OLT，建议 OLT 设备设置在校园内的通信机房，初期采用 OLT 通过双 GE 上联运营商的汇聚交换机（有条件的可选用双光纤路由方式），再上联至 BRAS 和 SR。今后可根据业务流量需求逐步增加 GE 上联 口或更换为 10GE 上联口。由于 1 台 ONU 设备需提供多学生接入，综合考虑带宽需求及投资成本，建议每台 OLT 的 PON 口数量不超 过 32 个。在 FTTH 的接入方式下，SFU 设备配置所有用户侧的 FE 端口为 VLAN 透传模式，由 OLT 添加 CVLAN/SVLAN，CVALN 标识用户， SVLAN 标识业务，4 个上网 FE 端口通道缺省绑定 1 个上网 VLAN，最多提供 4 个账号同时接入使用。对于 IPTV 组播业务，宜将 OLT 设置为组播复制点。FTTB（PON）+LAN 的接入方式分以下两个模式：（1）MDU 通过 4 根网线进入一个宿舍（4 人宿舍），宿舍中每人拥有一个有线端口，4 个 MDU 口分别属于 4 个不同的 VLAN（每用 户 1 个 VLAN）。（2）SFU 通过 1 根网线进入一个宿舍（4 人宿舍），宿舍中每个人在通过一个 4 口的小交换机提供接入，每个 MDU 口属于 1 个VLAN（每宿舍 1 个 VLAN）。网络通讯及安全本栏目责任编辑：冯蕾2226第 8 卷第 10 期 (2012 年 4 月)Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术3.3.2 带宽测算3.3.2.1 系统内带宽测算考虑安全冗余，高清、标清 IPTV 业务所需带宽分别取 12M/路、3M/路。PON 系统内带宽测试公式如下：其中：业务用户数：PON 系统内带宽规划时对应该 PON 口的所有用户。 业务并发比：可根据不同地区、不同客户群的实际情况进行设定，一般情况上网业务取 30%50%，考虑到宿舍区的特殊性，应可取 70%。根据校园网的业务带宽特点，PON 下行带宽需求预测如表 2：表 2业务类型节目数量近期远期并发比高清电视高清点播 标清电视 标清点播 高速上网20 套多个节目源100 套 多个节目源100%多播30%100%多播30%70%12M*20=240M12M/路3M*100=300M3M/路16M3M*100=300M3M/路8M IP 语音 2 路 200K 200K 100% 由此，EPON 系统远期接入用户数量计算如下：设 n 为单个 PON 口接入的宽带用户数 直播带宽：300M+240M=540M点播带宽（高清、标清各占 50%）：n*30%*（12M*50%+3M*50%） 高速上网：n*70%*16MIP 语音：n*200k则，540M+ n*30%*（12M*50%+3M*50%）+ n*33%*16M+ n*200k1000M得 n33同样，GPON 系统下可得 n1403.3.2.2 OLT 上联带宽测算1) 组播复制点在 OLT 时，OLT 上联带宽测算公式如下：2) 组播复制点在 BRAS/SR 时，OLT 上联带宽测试公式如下：实际工程建设中，考虑到用户数量及业务量逐渐递增的特点，初期可根据业务渗透率配置双 GE 上联，当网管监测到 OLT 上联峰值流量达到 70%后实施扩容。3.3.3 ODN 建设思路1) 主干光缆的拓扑结构及配纤方式 主干光缆的拓扑结构有总线形、环形和树形三种。鉴于前两种方式的综合造价高，且学生宿舍对上网安全性要求与普通公众客户等同，不有特别高的网络安全需要，故校园网主干光缆拓扑结构宜为树形。 主干光缆网的配纤有两种：直接配纤方式，即主干分支-楼内机房接头盒-楼层分纤箱；交接配纤方式，即主干分支-光缆交接箱-楼层分纤箱。采用交接配纤方式时，需要落实光缆交接箱的位置，增加了施工协调难度，且每芯主干与配缆之间增加了一次跳 接，故增加了一个活动连接器及一个熔接衰耗。因此，对于校园网这样的配纤范围和用户需求都十分明确的区域，主干光缆宜采用 直接配纤方式。2) 系统分光方式及分光比的选择 根据系统内带宽测算所得的最大接入用户数，可得在 FTTH 接入方式下，考虑到宿舍区用户较为集中，应选用一级分光方式；在用户密度较低或 PON 系统的总分光比较大的情况 下，也可采用二级分光方式。EPON 系统的最大分光比不应超过 1：32，GPON 系统的最大分光比不应超过 1：128。在 FTTB（PON）+LAN 的接入方式下，应统一采用一级分光方式。考虑到校园宿舍区内并发率高，且每台 ONU 需提供多端口接 入，建议 EPON 系统的最大分光比不宜超过 1：8，GPON 系统的最大分光比不宜超过 1：32。3) 光分路器/箱的设置在 FTTH 接入方式下，考虑学生宿舍用户数量明确的特点，同时兼顾提高网络的安全性和降低工程造价，末级光分路器/箱的设本栏目责任编辑：冯蕾网络通讯及安全2227Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第 8 卷第 10 期 (2012 年 4 月)置应尽量靠近最终用户，如楼道内；当采用二级分光时，第二级光分路器设置原则同一级分光方式，第一级光分路器宜设置在每幢建筑的光缆汇聚点。在 FTTB（PON）+LAN 接入方式下，光分路器应设置在原汇聚交换机处。3.3.4 PON 系统传输距离测算基于 PON 技术的 FTTX 网络必须通过衰耗核算的方式来确定其有效的传输距离。PON 设备采用不同的光模块，可支持不同的 ODN 等级。目前，主流的 EPON 光模块为 1000BASE-PX20+，扣除光通道代价，PON 系统最大通道插损为 28dB，支持最高光分路比 为 1：64。GPON 的光模块主要有：Class B+和 Class C+，扣除光通道代价后，PON 系统最大通道插损分别为 28dB 和 32dB，支持最高光 分路比分别为 1：64 和 1：128。测算 PON 系统传输距离时，应遵循最坏值原则，光纤线路衰减系数取 1310nm 光纤带 0.4dB/km；活动连接头取 0.5 dB/个；当G.652D 光纤与模场直径不匹配的 G.657B 光纤连接时，应另取 0.2d B/连接点的附加损耗；线路维护余量取值如表 3：表 3 传输距离（km） 线路维护余量取值（dB） 1，2)2，3)L55L10 L10 3 在不考虑附加损耗的情况下，宿舍区 PON 系统典型 ODN 组网方式的传输距离如表 4 所示：表 4光分活动连接器个数PON 系统光模块分光方式路数456789一级分光一级分光 二级分光 一级分光 一级分光 二级分光 一级分光 一级分光 二级