无源光网络在高校应用中的利弊分析

　　PON(无源光网络)作为接入网技术，随着相关技术、设备型号的日趋成熟，已被国内三大运营商商用部署超过十五年，积累了丰富的建设实施和运营维护经验。

　　目前高校校园网主流实现技术是传统以太网，但以太网所用介质双绞线传输性能不足，六类非屏蔽双绞线在以太网中的传输距离一般只能达到100米，最大速率只能达到1Gbps，为突破此传输瓶颈，国内有部分高校开始采用PON技术建设校园网络。

　　相比传统以太网，PON在在传输距离、介质成本、空间占用方面具有一定的优势，在带宽速率、ONU取电、网络箱安装、皮线光缆铺设、安全可靠性、设备兼容性开放性、运维管理、网络适用性等方面存在一定不足。

　　PON在校园网部署的优势

　　网络架构优化

　　图1对比分析了校园网采用传统以太网和PON的网络架构。传统以太网中，分别在中心机房、汇聚机房、接入机房部署核心交换机、汇聚交换机和接入交换机。而在PON中，仅需在中心机房部署核心交换机，为节省主干光缆纤芯使用，在汇聚机房部署OLT(光线路终端)，OLT双上联至核心交换机。在接入机房部署无源分光器，分光比一般为1：16或者1：32，通常不高于1：64。接入机房至每个房间一般部署2芯蝶形皮线光缆，替换传统以太网所用的网线。在每个房间安装1个网络箱，箱内安装ONU(光网络单元)。ONU以下，通过网线或者无线连接电脑终端，通过网线连接无线AP、摄像头等网络终端设备，通过电话线连接电话机。

　　图1 传统以太网和PON部署校园网网络架构对比分析

　　长距离传输损耗低

　　在1550nm波长窗口，G.652D标准光纤的衰减系数为0.24dB/km，G.657标准光纤的衰减系数为0.3dB/km，按照此标准测算，10G PON在1：32的分光比的条件下(插入损耗为17.5dB)，功率预算一般为29-35dB，网络无电中继传输距离可超过30km。因此，如果校园面积大、跨距长、师生量大，采用10G PON技术部署校园网，具有明显的优势;反之，如果校园面积小、跨距小、师生量小，采用10G PON技术部署校园网，优势并不明显，且每套OLT的价格高达几十万人民币，平摊到每个师生的成本支出较高，性价比就比较低了。

　　介质成本低

　　目前，六类非屏蔽网线的市场价格一般为2元每米，而两芯皮线光缆的市场价约为0.7元每米，约为六类非屏蔽网线价格的三分之一，PON部署具有成本优势。

　　空间占用小

　　皮线光缆的横截面积约为网线的四分之一，体积约为网线的三分之一，重量约为网线的四分之一。可见，相较于网线，皮线光缆铺设将显著降低弱电桥架、线槽的占用空间和承重负荷。

　　PON 在校园网部署的劣势

　　带宽速率低

　　10G PON下行采用TDM技术，将所有的ONU数据承载在指定的时隙上，通过下行1575nm波段光信号广播发送给每个ONU, 上行采用TDMA技术，每个ONU在1270nm波段光信号指定的时隙内发送各自的数据给OLT。以10G GPON为例，标称下行线路速率为9.95328Gbps，采用RS(255，223)编码，编码效率为87.45%，所以每个PON口下行有效速率约为8.7Gbps，上行总速率为2.5Gbps，上下行速率不对称。按每个PON口下联1：32分光器且每个分光器满配ONU测算，忽略GEM封装包头、 开窗测距等额外开销，平均每个ONU可获得下行速率为272Mbps，可获得的上行速率为78Mbps。而在传统以太网中，接入交换机配置2个10Gbps上联端口、48个1Gbps下联端口，上联端口配置链路聚合，则每台接入交换机上下行速率均可达到20Gbps，忽略以太帧帧头、IP包包头等额外开销，平均每个下联网口可获得的上下行速率为417Mbps，均大于10G PON中每个ONU可获得的上下行速率，且此速率未超过六类非屏蔽网线的传输速率最高值。

　　由此可见，10G PON相对于传统以太网而言，速率方面并不占优势。

　　ONU取电不便

　　在高校园区自营网络中，ONU一般就近取电，由使用者自行管理。这样设置的问题在于，网络管理人员难以主动发现分光器-分光器下行端口-皮线光缆-ONU这一段设备设施的故障。然而，如果从接入机房独立布放电线给每个ONU电源供电，虽然可以提高ONU供电的稳定性和可靠性，也可以让网络管理人员主动发现设备设施的故障，但在汇聚机房设OLT，在接入机房设集中供电设备，便背离了PON在中间节点全为无源设备、无须部署有源设备的优势，同时，也会额外增加电线的成本和布放电线的施工量和施工成本，极大增加强电桥架占用空间和承重负荷。所以综合权衡，ONU只能就近取电。

　　网络箱安装困难

　　为安装ONU和下联网线、电话线的成端，每个房间均需要安装一个网络箱。为便于就近取电，通常会靠近市电电源面板安装网络箱，但市电电源面板安装位置一般较低。如果网络箱落地安装，地面上的潮气、水汽和灰尘等会影响ONU的网络性能和使用寿命;如果网络箱壁挂安装，为便于后期巡检维修等工作，安装位置一般不宜过高，也不宜过低。因此，网络箱安装位置成了一个难题，并在一定程度上会影响房间的整体美观度和整洁度。

　　皮线光缆铺设繁琐

　　皮线光缆比网线脆，不抗弯曲折损，所以一般不会像网线一样大规模预埋皮线。因此，皮线光缆进入房间一般要套管、打墙钉或者明线铺设，这样便会影响和破坏原有装修，在一定程度上也会影响房间的整体美观度和整洁度。

　　安全可靠性不足

　　PON网络严重依赖于OLT，存在较大的单点故障风险，分光器单上联至 OLT，OLT、OLT某一PON口、OLT与分光器之间的主干光纤、分光器上联口、分光器，这些设备、端口、线缆中的任何一处故障都会导致大量用户(一个或多个PON口下的所有用户)断网，如未配置设备、板卡、端口和线路热备，网络整体无保护，可靠性低。而在传统以太网中，通过堆叠、链路聚合等虚拟化技术，可以实现主备无缝切换，提供设备、板卡、端口、线路等级别的保护功能。

　　设备兼容性开放性较低

　　华为、中兴、烽火等厂家的GPON均采用私有协议，非通用的公有协议，不兼容异厂家产品，OLT不能兼容异厂家的ONU，这就意味着一旦出现疑难故障，就必须由原厂工程师处理;加之PON技术在校园网非主流技术，易导致设备采购性价比低，售后服务及时性低，设备停产售后服务无法保证，无法升级。总之，使用PON技术的用户易被厂家绑定，设备投入风险较高。

　　运维管理成本大

　　相较于传统以太网，PON对运维工程师技术要求高，一般需要厂家或运营商认证的专业工程师，并须配备红光笔、光衰减器、光功率计、OTDR、光纤切割刀、光纤熔接机等专业运维设备，OLT配置部署较为复杂，厂家网管软件无法管理控制分光器这种哑设备，设备故障故障定位及排除难度较大，运维管理压力大，运营维护成本较高。

　　从网络配置角度看，PON是二层网络，不过从网络运维角度来看，PON至少是由核心交换机、OLT、分光器、ONU构成的四层网络，比传统以太网核心交换机、汇聚交换机、接入交换机三层网络还多一层;OLT数量一般与汇聚交换机数量相当，但是ONU数量与传统以太网接入交换机下联端口数量相当，远远多于接入交换机数量，极大地增加了网络故障点，且ONU零散分布于各个房间。可见，PON技术的应用会在资产备件、巡检维护、故障抢修等方面，极大地增加运维管理成本。

　　网络适用性较弱

　　通常，运营商引入PON组网，能够通过分光器对接入光缆和信号进行汇聚和复用，可以节省大量主干光缆，降低接入光缆长度，减少管道管孔资源占用，减小杆路承重负荷，给光缆扩容和后续业务发展预留空间，但因为高校校园网的特殊性，一般不存在光缆扩容和业务发展困难的问题，所以PON组网的优势无法显现。

　　此外，PON网络横向资源共享难。ONU之间配置端口二层隔离，跨ONU的终端无法直接连通，如跨办公室无法共享打印机。如果要实现跨ONU资源共享，需要在网关(一般位于OLT或核心交换机处)配置ARP代理，这样会加大OLT或核心交换机的内存等资源消耗，或者取消跨ONU的端口二层隔离功能，但这样会大大削弱PON的安全性能。

　　PON技术一般适用于南北纵向流量大、东西横向流量小、内部交换少的网络场景，这是运营商家庭宽带和企业专线流量的主要特点。但在高校校园网内存在大量东西横向、内部交换的流量，业务需求多元，网络控制策略复杂，所以PON在高校校园网内较难发挥其优势。

　　综上，10G PON技术特点决定了其在运营商家庭宽带和政企专线场景的适用性更好，而在高校校园网的适用性不高。