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场景化设计分区建设校园全光网络
来源:中国教育网络 | 作者:李可 | 发布时间: 2022-03-01 | 522 次浏览 | 分享到:
继2021年政府工作报告中提出,“加大5G网络和千兆光网建设力度,丰富应用场景”,国家“十四五”规划中也明确提出推广千兆光纤网络,为校园F5G千兆网络建设提供了强有力的政策支持。此外,教育部对高质量教育信息网络提出的新型基础设施要求,进一步推动F5G千兆光网在高校的建设。从此,实行“光进铜退”,打造一张多业务融合、高效可用的F5G全光校园网,提升信息化教学体验,成了每个高校信息管理部必修的课题。

F5G是以10G-PON、WiFi6、200G/400G和NSU-OTN等技术为代表的第五代固定网络(The 5th Generation Fixed Network),由欧洲电信标准化协会(ETSI)在2020年2月25日面向全球提出,并从FFC(全光纤联接)、eFBB(超大带宽)、GRE(确定性体验)三个应用场景定义第五代固定网络,推动从“光纤到户”迈向“光联万物”。


继2021年政府工作报告中提出,“加大5G网络和千兆光网建设力度,丰富应用场景”,国家“十四五”规划中也明确提出推广千兆光纤网络,为校园F5G千兆网络建设提供了强有力的政策支持。此外,教育部对高质量教育信息网络提出的新型基础设施要求,进一步推动F5G千兆光网在高校的建设。从此,实行“光进铜退”,打造一张多业务融合、高效可用的F5G全光校园网,提升信息化教学体验,成了每个高校信息管理部必修的课题。





F5G全光网络基于F5G光技术全光纤联接、超大带宽、确定性体验三大优势,可实现接入带宽10倍增长、联接数量10倍提升、业务时延10倍优化。


图1 传统以太网和全光网承载网方案对比



与基于网线的传统架构相比(图1),全光网实现了如下三大创新:



采用光纤替代铜线,将光纤从原来的楼栋弱电机房延伸到每个教室,每个桌面,甚至是每台设备。光纤的传输速率可以达到1Tbit/s,是网线传输速率的1000倍;传输距离可达40公里,是网线传输距离的400倍。


另外,光纤可以使用30年以上,而网线随着带宽增长每5~8年就需要更新换代。由此可知,全光校园网在带宽、部署范围、运维成本、使用周期上占极大优势。



基于XGS PON技术,在核心交换机放置光线路终端(用于连接光纤干线的终端设备,Optical Line Terminal,以下简称OLT),在末端接入层放置光网络单兀终端(Optical Network Unit,以下简称ONU),以无源分光器替换传统网络的有源汇聚层,网络由3层变为2层极简架构。


通过光纤直达房间,无需每个楼宇、每个楼层配置弱电间,对网络建设的环境要求降低、空间及配套设施依赖减少。在整网用电安全、温湿度控制上的相关要求也相对降低;符合节能减排、“碳中和”发展趋势,高度满足教育部、国家发改委倡导的低碳校园生活。



设备配置运维集中管理,全光网络仅需配置核心OLT设备,与传统以太网络配置核心、汇聚、接入设备相比,工作量大幅减少;同时,全光网络P2MP模式业务带宽资源保护能力与传统以太网架构相比颗粒度更加细腻、规划更加方便,并且接入终端即插即用、无需现场配置。带宽升级仅需对出口进行升级,线路、终端可利旧,业务用户无感知。



中南财经政法大学早在10年前就考虑过校园光网络的建设,但由于当时光技术运用较少、终端设备选型有限、配套材料成本、实施能力等一系列问题未能实践。


目前,光技术在各运营商中已沉淀近15年,并随着F5G产业发展推动,光技术及周边配套均已成熟,这是驱使我们下定决心进行全校光网络建设的重要依据。


2021年1月,中南财经政法大学基于全网建设的指导方针,通过场景化设计、全盘顶层设计、分步分区域建设校园全光网络(图2)。



图2 中南财经政法大学校园全光网架构示意



其全光网络建设,整体规划涉及面比较广,包含办公区、教学区、学生宿舍区、家属区以及室外公共区。



1.业务痛点:办公区主要以传统电话和有线为主,无源光网络免机房建设,安全可靠,运维高效,传统的电话线路基于电信建设线路接入,有线网络采用电信光猫,机房存在大量光猫及通信多对数电缆的运维诉求;部分线路故障后存在私接乱搭的现象,运维混乱,线路调整不灵活;办公区域工位和格局变动较大,区域内网络接口和电话接口也随之变动,重复布线难度高。


2.建设成效:基于F5G全光网络,光纤直接下沉到每个办公室,ONU入户部署,即插即用,实现电话与有线网络的融合;网络信息箱设置在办公室门口,常规运维不影响教学办公,网管平台统一调整电话号码,办公格局变动无需更改物理线路灵活调整;新增业务仅需在末端信息箱节点即可实现业务扩容,无需重新布线。



1.业务痛点:随着云业务、物联网等新兴技术发展,以及智慧教育需求驱动,教室内网络信息设备数量成倍增长,视频教学、直播课堂等高带宽需求暴增,导致多部门业务专网重复建设,如:校园有线专网、无线专网、学工教学专网、标考专网,保卫部的安防专网,后勤的一卡通专网、智能水电控制专网等,严重影响教学区环境。而且接入机柜数量的增多和建设规范性不足,使教学区存在消防安全隐患。


2.建设成效:采用F5G全光网络,光纤下沉到每个教室电教柜,ONU实现多应用融合承载,业务就近接入,扩展灵活度高。


各业务间基于10G-PON技术可采用时隙隔离的方式进行业务隔离(不同等级的业务采用不同的时隙),以匹配不同业务的时延、带宽要求。


支持10G-PON至>50G-PON平滑演进,满足教学高带宽的接入需求,面向未来4K/8K/AR等应用,仅需更改局端板卡及末端ONU规格,无需再次布线,绿色且节能。


ONU设备无风扇、无噪音,对教学无影响,无源楼栋弱电间,极大减少运维工作量及安防隐患。


中南财经政法大学(图源学校官微)



1.业务痛点:数字化时代发展,学生宿舍以无线网络接入为主、有线为辅,传统网线架构大量POE交换机部署在楼道或宿管值班室,设备噪音大,影响学生、宿管的正常作息;


设备间环境差,安全管理存在漏洞,个别学生在使用大功率电器时偷接设备间电源,存在消防安全隐患;


宿舍区的业务种类多,如空调控制线路、智能水电表控制线路、智能门锁控制线路、消防控制线路、校园网线路、运营商室分线路等,大量的管线占用过道空间,带来环境问题和消防安全问题;


传统的以太网络线路老化严重,无线AP掉线率高,有线网络线路质量差,学生私自接入路由器,导致校园网的接入速率低、接入能力差、业务体验不好。


2.建设成效:通过光纤延展到每个宿舍,采用静音无风扇的ONU设备,安装在体积小、安全度高的金属网络箱内,部署在过道,光纤线路占用空间小,线路稳定。


ONU支持POE,分光比可灵活调整,DBA动态带宽分配实现接入带宽灵活适配,带宽利用率高,WiFi6AP承载无忧,实现宿舍网络真千兆无线接入。



1.业务痛点:教职工家属区的网络建设历史悠久,传统的交换设备与铜缆线路老化严重,故障频出,接入、汇聚机房的环境有限,无空调、空间狭小、散热难、线路混乱、无标签标识等导致运维困难。交换机多数为百兆接入,在高并发时间段,端口转发性能不足5M,无法满足高带宽的应用需求;


历史网络以铜缆入户为主,室内由教职工自行采购无线路由器完成无线网络覆盖,错误的接入方式带来广播风暴、环路、网络病毒扩散等问题,导致片区内网络故障;


家属区楼栋近110栋,接入机柜数量大,管理维护困难,存在很大的消防安全隐患。


2.建设成效:F5G全光网络方案无需在楼栋内建设弱电机房,降低机房运维成本,ONU入室支撑千兆接入的同时,实现家庭间业务物理隔离;


F5G全光网在光纤线路上进行了数据加密处理,通过OLT统一管理,不同的ONU单独采用不同的加密密钥,增强了光纤线路的安全性,解决了广播风暴、环路等对校园网的冲击。


F5G全光网络缩减有源机房、机柜的数量,降低机房维护成本;同时提升网络承载能力,满足教职工家属区高带宽高并发的接入能力。




经过长期思考,通过与各厂商的技术交流、同行之间技术调研及技术方案的测试论证等,我们发现全光网络可以完美地解决整体成本、传输速率、寿命、距离、运维、升级等一系列问题,可谓是校园网建设的理想方案。中南财经政法大学基于各校区各场景网络改造,主要积累如下F5G光网络建设经验:


1.将F5G全光网建设纳入学校“十四五”规划,获得领导支持,将具体责任落实到人、具体任务落实到小时,打破一切阻碍,保障建设内容与目标高度一致。


2.多部门、多业务的融合与协作。例如,将教务、保卫、学工、后勤等多个部门纳入项目组中,分工协作。施工作业与教学任务交叉并行,互不干扰,同时保障原有网络与新建网络的双线并行与平滑过渡。


3.制定详细的施工标准和用料标准,对光纤材料、多媒体箱的规格标准、线路部署、施工现场整洁度、各业务之间的部署区别、设备配置的规范性都做了严格要求。充分考虑施工现场的噪音、清洁、安全性以及运维的便捷性。


4.调动部门全员参与项目建设与监督,同时积极组织学习。中南财经政法大学在建设过程中,要求信息管理部每一位成员深入项目现场,结合自身责任业务和经验,监督和指导实施规范并解决问题,同时学习光网络技术和应用,为光网络的高质量运用做好知识储备。


在全光网的建设进程中,光接入是解决终端用户业务最直接、最有效的手段。在未来发展中,光接入的覆盖业务越来越多,势必会对校园网骨干传输能力带来巨大的压力。


所以在全光网的建设规划中,中南财经政法大学考虑用OTN技术来建设全校统一的通讯承载网。融合语音、数据、5G、物联网业务,构建一套100G高带宽、融合多业务、容错性好的校园骨干传输网。同时希望有更多的同行、供应商能够提供宝贵经验或可供参考的技术方案,让我们在全光网建设中携手前行。





作者:李可(中南财经政法大学信息管理部)

责编:陈永杰


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