無源光網絡在高校應用中的利弊分析

　　PON(無源光網絡)作為接入網技術，隨著相關技術、設備型號的日趨成熟，已被國內三大運營商商用部署超過十五年，積累了豐富的建設實施和運營維護經驗。

　　目前高校校園網主流實現技術是傳統以太網，但以太網所用介質雙絞線傳輸性能不足，六類非屏蔽雙絞線在以太網中的傳輸距離一般只能達到100米，最大速率只能達到1Gbps，為突破此傳輸瓶頸，國內有部分高校開始采用PON技術建設校園網絡。

　　相比傳統以太網，PON在在傳輸距離、介質成本、空間占用方面具有一定的優勢，在帶寬速率、ONU取電、網絡箱安裝、皮線光纜鋪設、安全可靠性、設備兼容性開放性、運維管理、網絡適用性等方面存在一定不足。

　　PON在校園網部署的優勢

　　網絡架構優化

　　圖1對比分析了校園網采用傳統以太網和PON的網絡架構。傳統以太網中，分別在中心機房、匯聚機房、接入機房部署核心交換機、匯聚交換機和接入交換機。而在PON中，僅需在中心機房部署核心交換機，為節省主干光纜纖芯使用，在匯聚機房部署OLT(光線路終端)，OLT雙上聯至核心交換機。在接入機房部署無源分光器，分光比一般為1：16或者1：32，通常不高于1：64。接入機房至每個房間一般部署2芯蝶形皮線光纜，替換傳統以太網所用的網線。在每個房間安裝1個網絡箱，箱內安裝ONU(光網絡單元)。ONU以下，通過網線或者無線連接電腦終端，通過網線連接無線AP、攝像頭等網絡終端設備，通過電話線連接電話機。

　　圖1 傳統以太網和PON部署校園網網絡架構對比分析

　　長距離傳輸損耗低

　　在1550nm波長窗口，G.652D標準光纖的衰減系數為0.24dB/km，G.657標準光纖的衰減系數為0.3dB/km，按照此標準測算，10G PON在1：32的分光比的條件下(插入損耗為17.5dB)，功率預算一般為29-35dB，網絡無電中繼傳輸距離可超過30km。因此，如果校園面積大、跨距長、師生量大，采用10G PON技術部署校園網，具有明顯的優勢;反之，如果校園面積小、跨距小、師生量小，采用10G PON技術部署校園網，優勢并不明顯，且每套OLT的價格高達幾十萬人民幣，平攤到每個師生的成本支出較高，性價比就比較低了。

　　介質成本低

　　目前，六類非屏蔽網線的市場價格一般為2元每米，而兩芯皮線光纜的市場價約為0.7元每米，約為六類非屏蔽網線價格的三分之一，PON部署具有成本優勢。

　　空間占用小

　　皮線光纜的橫截面積約為網線的四分之一，體積約為網線的三分之一，重量約為網線的四分之一。可見，相較于網線，皮線光纜鋪設將顯著降低弱電橋架、線槽的占用空間和承重負荷。

　　PON 在校園網部署的劣勢

　　帶寬速率低

　　10G PON下行采用TDM技術，將所有的ONU數據承載在指定的時隙上，通過下行1575nm波段光信號廣播發送給每個ONU, 上行采用TDMA技術，每個ONU在1270nm波段光信號指定的時隙內發送各自的數據給OLT。以10G GPON為例，標稱下行線路速率為9.95328Gbps，采用RS(255，223)編碼，編碼效率為87.45%，所以每個PON口下行有效速率約為8.7Gbps，上行總速率為2.5Gbps，上下行速率不對稱。按每個PON口下聯1：32分光器且每個分光器滿配ONU測算，忽略GEM封裝包頭、 開窗測距等額外開銷，平均每個ONU可獲得下行速率為272Mbps，可獲得的上行速率為78Mbps。而在傳統以太網中，接入交換機配置2個10Gbps上聯端口、48個1Gbps下聯端口，上聯端口配置鏈路聚合，則每臺接入交換機上下行速率均可達到20Gbps，忽略以太幀幀頭、IP包包頭等額外開銷，平均每個下聯網口可獲得的上下行速率為417Mbps，均大于10G PON中每個ONU可獲得的上下行速率，且此速率未超過六類非屏蔽網線的傳輸速率最高值。

　　由此可見，10G PON相對于傳統以太網而言，速率方面并不占優勢。

　　ONU取電不便

　　在高校園區自營網絡中，ONU一般就近取電，由使用者自行管理。這樣設置的問題在于，網絡管理人員難以主動發現分光器-分光器下行端口-皮線光纜-ONU這一段設備設施的故障。然而，如果從接入機房獨立布放電線給每個ONU電源供電，雖然可以提高ONU供電的穩定性和可靠性，也可以讓網絡管理人員主動發現設備設施的故障，但在匯聚機房設OLT，在接入機房設集中供電設備，便背離了PON在中間節點全為無源設備、無須部署有源設備的優勢，同時，也會額外增加電線的成本和布放電線的施工量和施工成本，極大增加強電橋架占用空間和承重負荷。所以綜合權衡，ONU只能就近取電。

　　網絡箱安裝困難

　　為安裝ONU和下聯網線、電話線的成端，每個房間均需要安裝一個網絡箱。為便于就近取電，通常會靠近市電電源面板安裝網絡箱，但市電電源面板安裝位置一般較低。如果網絡箱落地安裝，地面上的潮氣、水汽和灰塵等會影響ONU的網絡性能和使用壽命;如果網絡箱壁掛安裝，為便于后期巡檢維修等工作，安裝位置一般不宜過高，也不宜過低。因此，網絡箱安裝位置成了一個難題，并在一定程度上會影響房間的整體美觀度和整潔度。

　　皮線光纜鋪設繁瑣

　　皮線光纜比網線脆，不抗彎曲折損，所以一般不會像網線一樣大規模預埋皮線。因此，皮線光纜進入房間一般要套管、打墻釘或者明線鋪設，這樣便會影響和破壞原有裝修，在一定程度上也會影響房間的整體美觀度和整潔度。

　　安全可靠性不足

　　PON網絡嚴重依賴于OLT，存在較大的單點故障風險，分光器單上聯至 OLT，OLT、OLT某一PON口、OLT與分光器之間的主干光纖、分光器上聯口、分光器，這些設備、端口、線纜中的任何一處故障都會導致大量用戶(一個或多個PON口下的所有用戶)斷網，如未配置設備、板卡、端口和線路熱備，網絡整體無保護，可靠性低。而在傳統以太網中，通過堆疊、鏈路聚合等虛擬化技術，可以實現主備無縫切換，提供設備、板卡、端口、線路等級別的保護功能。

　　設備兼容性開放性較低

　　華為、中興、烽火等廠家的GPON均采用私有協議，非通用的公有協議，不兼容異廠家產品，OLT不能兼容異廠家的ONU，這就意味著一旦出現疑難故障，就必須由原廠工程師處理;加之PON技術在校園網非主流技術，易導致設備采購性價比低，售后服務及時性低，設備停產售后服務無法保證，無法升級。總之，使用PON技術的用戶易被廠家綁定，設備投入風險較高。

　　運維管理成本大

　　相較于傳統以太網，PON對運維工程師技術要求高，一般需要廠家或運營商認證的專業工程師，并須配備紅光筆、光衰減器、光功率計、OTDR、光纖切割刀、光纖熔接機等專業運維設備，OLT配置部署較為復雜，廠家網管軟件無法管理控制分光器這種啞設備，設備故障故障定位及排除難度較大，運維管理壓力大，運營維護成本較高。

　　從網絡配置角度看，PON是二層網絡，不過從網絡運維角度來看，PON至少是由核心交換機、OLT、分光器、ONU構成的四層網絡，比傳統以太網核心交換機、匯聚交換機、接入交換機三層網絡還多一層;OLT數量一般與匯聚交換機數量相當，但是ONU數量與傳統以太網接入交換機下聯端口數量相當，遠遠多于接入交換機數量，極大地增加了網絡故障點，且ONU零散分布于各個房間。可見，PON技術的應用會在資產備件、巡檢維護、故障搶修等方面，極大地增加運維管理成本。

　　網絡適用性較弱

　　通常，運營商引入PON組網，能夠通過分光器對接入光纜和信號進行匯聚和復用，可以節省大量主干光纜，降低接入光纜長度，減少管道管孔資源占用，減小桿路承重負荷，給光纜擴容和后續業務發展預留空間，但因為高校校園網的特殊性，一般不存在光纜擴容和業務發展困難的問題，所以PON組網的優勢無法顯現。

　　此外，PON網絡橫向資源共享難。ONU之間配置端口二層隔離，跨ONU的終端無法直接連通，如跨辦公室無法共享打印機。如果要實現跨ONU資源共享，需要在網關(一般位于OLT或核心交換機處)配置ARP代理，這樣會加大OLT或核心交換機的內存等資源消耗，或者取消跨ONU的端口二層隔離功能，但這樣會大大削弱PON的安全性能。

　　PON技術一般適用于南北縱向流量大、東西橫向流量小、內部交換少的網絡場景，這是運營商家庭寬帶和企業專線流量的主要特點。但在高校校園網內存在大量東西橫向、內部交換的流量，業務需求多元，網絡控制策略復雜，所以PON在高校校園網內較難發揮其優勢。

　　綜上，10G PON技術特點決定了其在運營商家庭寬帶和政企專線場景的適用性更好，而在高校校園網的適用性不高。