校園網(wǎng)宿舍區(qū)寬帶提速改造方案探討

　　摘要：該文從校園網(wǎng)宿舍區(qū)寬帶需求、現(xiàn)網(wǎng)問題分析入手，結(jié)合筆者在工作中積累的經(jīng)驗(yàn)，提出可行的基于PON技術(shù)的寬帶改造思路，旨在解決校園網(wǎng)宿舍區(qū)寬帶速率受限的問題。
　　關(guān)鍵詞：現(xiàn)狀；需求分析；改造方案；接入方式
　　中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)10-2225-04
　　隨著社會(huì)信息化的發(fā)展，校園內(nèi)高帶寬業(yè)務(wù)需求（如遠(yuǎn)程教育、視頻通信、視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)游戲）層出不窮，這類業(yè)務(wù)對(duì)校園寬帶接入網(wǎng)提出了更高的要求。目前電信運(yùn)營(yíng)商的校園網(wǎng)宿舍區(qū)接入帶寬已無法適應(yīng)上述新需求，對(duì)現(xiàn)有的校園寬帶接入網(wǎng)進(jìn)行改造已迫在眉睫。
　　近兩年，三家固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商都在大力推進(jìn)基于PON技術(shù)的寬帶接入?；诠饫w的無限帶寬，使得xPON可以實(shí)現(xiàn)真正意義的全業(yè)務(wù)接入。在整體建設(shè)及運(yùn)維成本逐漸下降的情況下，充分利用既有資源，將光纖延伸至學(xué)生宿舍樓內(nèi)，徹底解決校園寬帶接入網(wǎng)的“瓶頸”問題，更好地為師生提供高帶寬的接入能力。
　　目前，普通高校的校園網(wǎng)從物理和邏輯上將教學(xué)區(qū)和宿舍區(qū)分離，以保證教學(xué)區(qū)的穩(wěn)定、安全并在必要時(shí)能對(duì)流量和內(nèi)容可管、可控。相比之下，由于宿舍區(qū)的忙時(shí)時(shí)段較為集中且并發(fā)率高，寬帶接入能力普遍存在瓶頸，該文將重點(diǎn)探討宿舍區(qū)有線接入網(wǎng)的改造方案。
　　1現(xiàn)狀分析
　　1.1現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)
　　校園校園宿舍區(qū)有線寬帶接入方式主要是基于P2P技術(shù)的FTTB+LAN。在這種接入方式下，運(yùn)營(yíng)商根據(jù)五類線布放情況在宿舍樓或樓層內(nèi)設(shè)置二層交換機(jī)，二層交換機(jī)通過光纖匯聚至校園網(wǎng)匯聚交換機(jī)，經(jīng)校園網(wǎng)出口匯聚交換機(jī)和核心交換機(jī)，接入校園網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)。
　　另一種比較常見的接入方式是ADSL，這種方式一般在多所高校共用的學(xué)生公寓內(nèi)采用，宿舍區(qū)的網(wǎng)絡(luò)與校園網(wǎng)在物理上是相互獨(dú)立的，學(xué)生上網(wǎng)方式類似于普通的公眾用戶。
　　1.2存在的問題
　　采用P2P技術(shù)的FTTB+LAN方式接入的校園網(wǎng)匯聚交換機(jī)一般使用華為3552設(shè)備，其百兆上行能力易出現(xiàn)瓶頸，且大部分宿舍的樓內(nèi)布線采用金屬橋架、PVC線槽穿放五類線，部分線槽由于五類線的重壓已發(fā)生破損或暴露，存在通信安全隱患；采用ADSL方式接入的，受到銅纜長(zhǎng)度及老化等因素的影響，帶寬普遍為512K至2M。
　　綜上，宿舍區(qū)現(xiàn)有寬帶接入方式，由于技術(shù)上的局限性決定了其帶寬能力在并發(fā)率高的情況下難以超過10M，無法滿足遠(yuǎn)期的高帶寬業(yè)務(wù)需求。
　　2需求分析
　　隨著社會(huì)信息化的高速發(fā)展，學(xué)校對(duì)于各類高帶寬業(yè)務(wù)的需求日趨強(qiáng)烈。目前，主要的業(yè)務(wù)包括視頻通信、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、上網(wǎng)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲等。今后，還可能在校園內(nèi)進(jìn)一步開展SDTV、HDTV等標(biāo)清、高清視頻業(yè)務(wù)。針對(duì)這些業(yè)務(wù)，接入帶寬預(yù)測(cè)模型如表1。
　　3改造方案
　　3.1改造總體思路
　　校園宿舍區(qū)的改造應(yīng)以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向，滿足語音、數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)發(fā)展，遵循“業(yè)務(wù)持續(xù)性、技術(shù)演進(jìn)性、建設(shè)規(guī)范化”的總體思路，確保宿舍區(qū)業(yè)務(wù)可持續(xù)發(fā)展、且適應(yīng)光網(wǎng)及下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)。
　　鑒于以上原則，結(jié)合高校宿舍區(qū)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，推薦采用基于PON技術(shù)的接入方式進(jìn)行改造，提供更高的接入帶寬，且能同時(shí)滿足語音、上網(wǎng)、視頻等融合業(yè)務(wù)的需求，保障更穩(wěn)定的業(yè)務(wù)質(zhì)量，并提供更為便捷高效的維護(hù)管理功能，便于今后擴(kuò)展升級(jí)。
　　3.2接入方式的選擇
　　基于PON技術(shù)對(duì)校園網(wǎng)宿舍區(qū)寬帶提速改造的接入方式主要有FTTH和FTTB+LAN兩種方式。具體實(shí)現(xiàn)方式和優(yōu)缺點(diǎn)如下（每宿舍默認(rèn)為4人，下同）：
　　FTTH方式：
　　自中心機(jī)房敷設(shè)光纖至每個(gè)宿舍，并在適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)設(shè)置光分路器，建設(shè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的全光纖的接入網(wǎng)，并配置SFU型ONU，通過ODN上聯(lián)至中心機(jī)房的OLT。
　　優(yōu)點(diǎn)：1）自O(shè)LT至用戶端為全光網(wǎng)，上下行速率高，抗干擾能力強(qiáng)，隨著PON技術(shù)的演進(jìn)，接入帶寬具備較大的升速空間，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性強(qiáng)，是接入網(wǎng)最終的發(fā)展目標(biāo)。2）機(jī)房至學(xué)生宿舍之間的物理鏈路全程無源，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本低，可管理性強(qiáng)。
　　缺點(diǎn)：1）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本較高，宿舍樓內(nèi)基本沒有可利用的線纜資源，需要重新布放入戶線纜，工程建設(shè)量大，施工難度高。2）由于學(xué)生宿舍夜間熄燈，設(shè)置在寢室內(nèi)的SFU在夜間不能正常工作，如用戶提出24小時(shí)提供語音業(yè)務(wù)的需求，則不能用PON系統(tǒng)承載語音業(yè)務(wù)。
　　FTTB+LAN方式：
　　利用已有的光纜及五類線，以MDU型ONU設(shè)備替換原二層交換機(jī)，以光分路器代替原匯聚交換機(jī)實(shí)現(xiàn)MDU設(shè)備的匯聚，每個(gè)光分路器以單芯光纖上聯(lián)至中心機(jī)房OLT。為保證每個(gè)學(xué)生都有獨(dú)立的上網(wǎng)端口，對(duì)于只有1根五類線接入一個(gè)宿舍的情況，可在配置一個(gè)多端口的小交換機(jī)提供接入。
　　優(yōu)點(diǎn)：1）可以充分利用宿舍樓內(nèi)已有的五類線以及機(jī)房至宿舍樓的光纜，在不需配置多端口小交換機(jī)的前提下，工程的建設(shè)成本較低。2）MDU設(shè)備持續(xù)供電，可用PON系統(tǒng)承載語音業(yè)務(wù)，可以拆除原有的銅纜及入戶雙絞線，真正實(shí)現(xiàn)“光進(jìn)銅退”。
　　缺點(diǎn)：1）接入網(wǎng)最后幾十米為五類線，因宿舍樓內(nèi)布放較為密集，串?dāng)_問題難以避免。2）一些建設(shè)年代較早的宿舍樓內(nèi)部的水平線槽變形、破損，五類線暴露在外，網(wǎng)絡(luò)存在安全隱患。3）由于要利用原有五類線，而在建設(shè)期間校園網(wǎng)不能中斷，故存在網(wǎng)絡(luò)割接的問題。
　　綜上，適合采用FTTH接入方式改造場(chǎng)景為：
　　原寬帶接入方式為ADSL的宿舍區(qū)；
　　原寬帶接入方式為FTTB（P2P）+LAN，且網(wǎng)絡(luò)使用年限較長(zhǎng)或五類線質(zhì)量欠佳的宿舍區(qū)；
　　適合采用FTTB（PON）+LAN接入方式改造場(chǎng)景為：
　　原寬帶接入方式為FTTB（P2P）+LAN，網(wǎng)絡(luò)使用年限較短，尤其是宿舍內(nèi)五類線數(shù)量與端口需求量為1：1配置的宿舍區(qū)；
　　原寬帶接入方式為FTTB（P2P）+LAN，且宿舍樓內(nèi)水平布線相當(dāng)困難的宿舍區(qū)。
　　3.3技術(shù)方案
　　3.3.1組網(wǎng)模式
　　當(dāng)前大學(xué)校園比較集中，可考慮建設(shè)高校宿舍區(qū)專用的OLT，建議OLT設(shè)備設(shè)置在校園內(nèi)的通信機(jī)房，初期采用OLT通過雙GE上聯(lián)運(yùn)營(yíng)商的匯聚交換機(jī)（有條件的可選用雙光纖路由方式），再上聯(lián)至BRAS和SR。今后可根據(jù)業(yè)務(wù)流量需求逐步增加GE上聯(lián)口或更換為10GE上聯(lián)口。由于1臺(tái)ONU設(shè)備需提供多學(xué)生接入，綜合考慮帶寬需求及投資成本，建議每臺(tái)OLT的PON口數(shù)量不超過32個(gè)。
　　在FTTH的接入方式下，SFU設(shè)備配置所有用戶側(cè)的FE端口為VLAN透?jìng)髂Ｊ剑蒓LT添加CVLAN/SVLAN，CVALN標(biāo)識(shí)用戶，SVLAN標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)，4個(gè)上網(wǎng)FE端口通道缺省綁定1個(gè)上網(wǎng)VLAN，最多提供4個(gè)賬號(hào)同時(shí)接入使用。對(duì)于IPTV組播業(yè)務(wù)，宜將OLT設(shè)置為組播復(fù)制點(diǎn)。
　　FTTB（PON）+LAN的接入方式分以下兩個(gè)模式：
　?。?）MDU通過4根網(wǎng)線進(jìn)入一個(gè)宿舍（4人宿舍），宿舍中每人擁有一個(gè)有線端口，4個(gè)MDU口分別屬于4個(gè)不同的VLAN（每用戶1個(gè)VLAN）。
　　（2）SFU通過1根網(wǎng)線進(jìn)入一個(gè)宿舍（4人宿舍），宿舍中每個(gè)人在通過一個(gè)4口的小交換機(jī)提供接入，每個(gè)MDU口屬于1個(gè)VLAN（每宿舍1個(gè)VLAN）。
　　3.3.2帶寬測(cè)算
　　3.3.2.1系統(tǒng)內(nèi)帶寬測(cè)算
　　考慮安全冗余，高清、標(biāo)清IPTV業(yè)務(wù)所需帶寬分別取12M/路、3M/路。PON系統(tǒng)內(nèi)帶寬測(cè)試公式如下：
　　其中：
　　業(yè)務(wù)用戶數(shù)：PON系統(tǒng)內(nèi)帶寬規(guī)劃時(shí)對(duì)應(yīng)該P(yáng)ON口的所有用戶。
　　業(yè)務(wù)并發(fā)比：可根據(jù)不同地區(qū)、不同客戶群的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，一般情況上網(wǎng)業(yè)務(wù)取30%～50%，考慮到宿舍區(qū)的特殊性，應(yīng)可取70%。
　　根據(jù)校園網(wǎng)的業(yè)務(wù)帶寬特點(diǎn)，PON下行帶寬需求預(yù)測(cè)如表2：
　　表2
　　由此，EPON系統(tǒng)遠(yuǎn)期接入用戶數(shù)量計(jì)算如下：
　　設(shè)n為單個(gè)PON口接入的寬帶用戶數(shù)
　　直播帶寬：300M+240M=540M
　　點(diǎn)播帶寬（高清、標(biāo)清各占50%）：n*30%*（12M*50%+3M*50%）
　　高速上網(wǎng)：n*70%*16M
　　IP語音：n*200k
　　則，540M+ n*30%*（12M*50%+3M*50%）+ n*33%*16M+ n*200k≤1000M
　　得n≤33
　　同樣，GPON系統(tǒng)下可得n≤140
　　3.3.2.2 OLT上聯(lián)帶寬測(cè)算
　　1)組播復(fù)制點(diǎn)在OLT時(shí)，OLT上聯(lián)帶寬測(cè)算公式如下：
　　實(shí)際工程建設(shè)中，考慮到用戶數(shù)量及業(yè)務(wù)量逐漸遞增的特點(diǎn)，初期可根據(jù)業(yè)務(wù)滲透率配置雙GE上聯(lián)，當(dāng)網(wǎng)管監(jiān)測(cè)到OLT上聯(lián)峰值流量達(dá)到70%后實(shí)施擴(kuò)容。
　　3.3.3 ODN建設(shè)思路
　　1)主干光纜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及配纖方式
　　主干光纜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線形、環(huán)形和樹形三種。鑒于前兩種方式的綜合造價(jià)高，且學(xué)生宿舍對(duì)上網(wǎng)安全性要求與普通公眾客戶等同，不有特別高的網(wǎng)絡(luò)安全需要，故校園網(wǎng)主干光纜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)宜為樹形。
　　主干光纜網(wǎng)的配纖有兩種：直接配纖方式，即主干分支-樓內(nèi)機(jī)房接頭盒-樓層分纖箱；交接配纖方式，即主干分支-光纜交接箱-樓層分纖箱。采用交接配纖方式時(shí)，需要落實(shí)光纜交接箱的位置，增加了施工協(xié)調(diào)難度，且每芯主干與配纜之間增加了一次跳接，故增加了一個(gè)活動(dòng)連接器及一個(gè)熔接衰耗。因此，對(duì)于校園網(wǎng)這樣的配纖范圍和用戶需求都十分明確的區(qū)域，主干光纜宜采用直接配纖方式。
　　2)系統(tǒng)分光方式及分光比的選擇
　　根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)帶寬測(cè)算所得的最大接入用戶數(shù)，可得
　　在FTTH接入方式下，考慮到宿舍區(qū)用戶較為集中，應(yīng)選用一級(jí)分光方式；在用戶密度較低或PON系統(tǒng)的總分光比較大的情況下，也可采用二級(jí)分光方式。EPON系統(tǒng)的最大分光比不應(yīng)超過1：32，GPON系統(tǒng)的最大分光比不應(yīng)超過1：128。
　　在FTTB（PON）+LAN的接入方式下，應(yīng)統(tǒng)一采用一級(jí)分光方式?？紤]到校園宿舍區(qū)內(nèi)并發(fā)率高，且每臺(tái)ONU需提供多端口接入，建議EPON系統(tǒng)的最大分光比不宜超過1：8，GPON系統(tǒng)的最大分光比不宜超過1：32。
　　3)光分路器/箱的設(shè)置
　　在FTTH接入方式下，考慮學(xué)生宿舍用戶數(shù)量明確的特點(diǎn)，同時(shí)兼顧提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和降低工程造價(jià)，末級(jí)光分路器/箱的設(shè)置應(yīng)盡量靠近最終用戶，如樓道內(nèi)；當(dāng)采用二級(jí)分光時(shí)，第二級(jí)光分路器設(shè)置原則同一級(jí)分光方式，第一級(jí)光分路器宜設(shè)置在每幢建筑的光纜匯聚點(diǎn)。
　　在FTTB（PON）+LAN接入方式下，光分路器應(yīng)設(shè)置在原匯聚交換機(jī)處。
　　3.3.4 PON系統(tǒng)傳輸距離測(cè)算
　　基于PON技術(shù)的FTTX網(wǎng)絡(luò)必須通過衰耗核算的方式來確定其有效的傳輸距離。PON設(shè)備采用不同的光模塊，可支持不同的ODN等級(jí)。目前，主流的EPON光模塊為1000BASE-PX20+，扣除光通道代價(jià)，PON系統(tǒng)最大通道插損為28dB，支持最高光分路比為1：64。GPON的光模塊主要有：Class B+和Class C+，扣除光通道代價(jià)后，PON系統(tǒng)最大通道插損分別為28dB和32dB，支持最高光分路比分別為1：64和1：128。
　　測(cè)算PON系統(tǒng)傳輸距離時(shí)，應(yīng)遵循最壞值原則，光纖線路衰減系數(shù)取1310nm光纖帶0.4dB/km；活動(dòng)連接頭取0.5 dB/個(gè)；當(dāng)G.652D光纖與模場(chǎng)直徑不匹配的G.657B光纖連接時(shí)，應(yīng)另取0.2d B/連接點(diǎn)的附加損耗；線路維護(hù)余量取值如表3：
　　表3
　　2.5 18.5 4.75 3.75
　　根據(jù)組網(wǎng)方案，OLT一般是設(shè)置在校園內(nèi)的通信機(jī)房，通?？梢詽M足校園宿舍區(qū)典型ODN組網(wǎng)方案對(duì)PON系統(tǒng)傳輸距離的要求。如實(shí)際工程中遇到ODN全程光衰耗測(cè)算值大于PON系統(tǒng)最大通道插損值時(shí)，可采用減少活動(dòng)連接頭（使用免跳纖配纖設(shè)備）、降低分光比等手段來獲取更長(zhǎng)的傳輸距離。
　　4結(jié)束語
　　高校學(xué)生群體對(duì)于寬帶上網(wǎng)的需求量極大，長(zhǎng)期以來都是運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)奪十分激烈的優(yōu)質(zhì)客戶。校園網(wǎng)宿舍區(qū)帶寬的提升即有利于提升運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)質(zhì)量，更能提升企業(yè)在年輕消費(fèi)群體中的形象。
　　參考文獻(xiàn)：
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