PON技术在高校网络建设中的应用

来源：郑州铁路职业技术学院信息化办公室 作者：张鹏 发表于：2018.09.29  707浏览

PON(Passive Optical Network)即无源光网络，是一种基于点到多点(P2MP)拓朴的技术。“无源”指ODN(光分配网络)不含有任何电子器件及电子电源，全部由光分路器Splitter等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。PON技术研究起源于1995年，ITU于1998年10月通过了FSAN组织(全业务接入网)所倡导的基于ATM的PON技术标准G.983。PON也被称为BPON(Broadband PON)，速率为155Mbps，可选择支持622Mbps速率。

一、高校网络建设采用PON技术的优点

高校网络建设中采用PON技术，主要是基于其以下优点：

1、建设成本较低，维护起来相对简单。传统以太网多层网络结构，一旦节点设备故障则会影响下面所有业务。而PON技术采用了简单的二层扁平结构，只有光线路终端（OLT）与光节点（ONU）两层设备，出现故障仅影响单台ONU下面的业务。且ODN网络中没有用电设备，在传输过程中不需电源，因此铺设起来更加便捷，便于维护，避免了用电安全问题。

图1 PON技术采用的二层扁平结构

2、使用范围更加广泛，更加安全。PON技术中无源光网络是纯光纤介质网络，不存在电磁干扰及外界因素的影响，且安全性相比以太网网络结构更强，在进行信号传输过程中不易被监听。

3、支持各类网络业务，且带宽分配体系较为完整。采用PON技术的光纤到户（FTTH）完美实现了网络、电话、电视三网合一。不同业务可以共享局端设备和光纤，维护起来更加简单，且服务质量更加有保证。

二、PON技术分类

目前的PON技术分为以下几种：

1、APON：即ATM PON，是基于ATM的无源光接入技术。上世纪90年代中期由ITU和FSAN提出并标准化，由于容易被用户认为只能提供ATM业务，2001年被改称BPON，遵循ITU-T G.983系列标准。

2、EPON：即Ether PON，是基于以太网的无源光接入技术。EFMA(Ethernet in the First Mile Alliance，第一英里以太网联盟)于2000年底提出了Ethernet-PON(EPON)的概念，传输速率达1Gbps，链路层基于简单的Ethernet封装。IEEE研究小组(即后来的EFM工作组) 2004年4月形成IEEE 802.3ah系列标准，现统称为IEEE 802.3-2005。

3、GPON：即Gigabit-Capable PON，由FSAN组织于2002年9月提出，ITU于2003年3月通过了G.984.1和G.984.2协议。G.984.1对GPON接入系统的总体特性进行了规定；G.984.2对GPON的ODN(Optical Distribution Network)物理媒质相关子层进行了规定。2004年6月ITU又通过了G.984.3，它对传输汇聚(TC)层的相关要求进行了规定。GPON是基于ATM/GEM，遵循ITU-T G.984系列标准的无源光接入技术。

与1G PON技术类似，10G PON技术仍然分为10G EPON和10G GPON两大阵营。

10G EPON以IEEE 802.3av标准为基础，最大限度地沿用了以往IEEE802.3ah中的内容，具有很好的向上兼容性。IEEE所定义的802.3av包括两点核心内容：首先，扩大了802.3ah标准中关于1G EPON的上下行带宽，达到10G速率；其次，充分考虑了与1G EPON的兼容性问题，在规定相关物理参数时，保证10G EPON的光节点(ONU)可以与1G EPON的ONU共存于同一个ODN中，且该ODN的配置可以不做任何变化，最大限度地保证了运营商前期的投资。

而10G GPON则以ITU-T G.987协议组为基础，定义了包括总体特征、物理媒质相关子层、传输汇聚子层和管理控制接口等一系列标准，提出上下行非对称XG PON1和上先行对称XG PON2两种10G GPON的主要架构，并率先开始了非对称相关标准的制定工作。经过两年多的讨论和研究，标准草案已经初具规模，相关的产品研发工作也正在进行。

当然，PON技术也存在一定的缺点，需要我们了解和注意。PON维护技术转型难。它的维护成本较之以太网较低，但是光纤在使用过程中，容易损坏。一旦出现故障，在技术层次方面，以太网网络结构与PON技术是完全不同的技术体系，使用和维护技术都需要重新学习，需要一个阶段来转型。

三、高校网络建设使用PON技术过程中的注意事项

1、规划设计

设计时首选GPON组网，GPON传承ATM技术优势，承载了ATM信元和GEM帧，可提供很好的服务级别、有全业务的QoS保证支持能力，可以在承载GEM帧的时候，把TDM业务与GEM帧之间进行映射，采用常规8K Hz帧，直接支撑TDM业务。

GPON的技术标准堪称电信级别，它同时还约定了在接入网层面上的保护方案和齐备的能力。在GPON的技术标准中，GPON中的多业务映射到GEM帧或ATM信元中进行传送，对各种类型的业务都能提供相应的保证。其中可以支持的业务类型主要有：数据业务（以太网业务，包括视频流和IP业务）、PSTN（POST、ISDN业务）、专用线（T1、E3、ATM）、视频业务（数字视频）等。

在组网方案选择时，我们还经常会遇到是选择光纤到楼还是光纤到户的问题。

（1）光纤到楼（FTTB）

光纤到楼（FTTB）将PON交换机（ONU）放在弱电间，OLT至MDU间采用光纤，ONU至用户侧采用铜缆，实现PON信号转化为电信号，如网线、电话线。FTTB可以采用以下两种模式进行组网：

FTTB+LAN：通过把光纤端接点设置在建筑物的各楼层或者楼道内的方式来进行实现，在ONU处结束光传输信号，由ONU引出双绞线，提供以太网、电话接口。老网改造推荐采用此模式，WIFI、视频监控也采用此模式，ONU可选择POE供电型，如果需要集成电话业务，需要选择带有POST接口的ONU。单台设备最大提供24个以太网接口和24个电话接口。

FTTB+xDSL：这种模式利用现有的双绞线，采用成熟的ADSL2+、VDSL2等相应技术方案，合理有效地使用已有的资源，避免了重复进行线路布放，最远可传输2KM，节省了建设成本。单台设备最大能够提供256路POST/ ADSL2+/VDSL2接口。其中ADSL最大可提供24M带宽，VDSL最大可提供100M带宽。

具体的操作方式是将光纤端接口放置在各楼层或楼道内，通过选择带有DSLAM功能的ONU，通过提供的POST接口，采用双绞线（电话线）的方式提供给用户。此种方法特别适合电话密集、人员流动大的临时场所、工地，因为电话线的维护稍有电工常识的人就可维护，日常维修也比较简单，在工地使用即使断线，工人也能自行维修。

（2）光纤到户（FTTH）

光纤到户（FTTH）是OLT和用户之间全部采用光纤进行连接的一种接入形式，其所接入的光纤资源由该用户专用，光节点设置在用户的屋子里，通过ONT（光猫，这种模式下ONU称作ONT）提供网络接口来接入用户的电脑。在日常生活中ONT最多有4个光口，2个POST口，但ONU与ONT仅是形态上的区别，没有本质区别，在需要的时候ONU也可以当作ONT来使用。在需要WIFI覆盖的情况下，可以选用集成WIFI功能的ONT，直接提供WIFI服务。但ONT集成WIFI功率较小，仅适合办公室、寝室等结构简单、小面积、低密度使用的场合，不适合高密度场合，高密度场合还是要选择专业AP。

在设计时还要充分考虑PON需要承载的业务——在保证基本互联网业务前提下，需要考虑电话、WIFI、视频监控、IPTV、专网、专线等业务承载。

在集成电话业务时，必须要考虑PSTN上层对接设备是什么？如果要跟C08机对接，就需要自建语音服务器，用E1线路将服务器与C08对接，在语音服务器上实现对号码资源的管理鉴权，再通过IP接入OLT，将号码资源下发至用户。如果直接跟运营商IMS系统对接，那只需要将运营商IMS专线接入OLT即可。

视频监控在设计时必须考虑到上行流量实时连续的特殊性，严格计算PON端口下所有摄像头码流占用带宽，专门规划OLT下PON接口给视频监控。特别是下挂监控摄像头较多时，应严格避免跟其它业务共用PON端口。

在组建门禁、一卡通、财务专网等其他业务时，要注意做好VLAN规划。

分光器及光缆是PON网络中ODN的主要组件，以它们为主的无源器件构成了ODN，设计时可以根据实际情况、不同的场地条件，将它们放在室外光交箱或者楼内的分纤箱。

规划时要充分考虑到光衰，严格预留光衰阀值，末级分光出口光功不应小于-23dB，用户侧不应小于-25dB。同时要考虑到同一个PON端口下总节点数，带宽是否能够达到要求。考虑到光衰的问题，分光一般不超过2级，最好1级，距离最长不能超过25KM。ONU设备侧光功不能大于-8dB，如大于-8dB应增加光衰器。

楼宇集中区域推荐采用1级分光，32分光到楼层。对于位置分散、距离超长的节点，可以在1级8分光基础上，2级4或8分光，然后再接ONU。室外可按照区域2级分光，第1级在室外区域汇聚点进行16分光，将光分到设备集中区域再进行2级4或8分光，然后再接入ONU设备。分光箱侧光纤全部采用热熔以提高可靠性。

由于1G PON与10G PON采用了不同的波长，可以在同一张ODN网络中进行传输，只需将两个OLT 1G PON口与10G PON进行合路，进入同一个ODN网络，根据用户侧不同需要选择10G PON设备或者1G PON设备即可完成平滑升级。

2、施工

皮线放线上架施工中，一定要将成卷皮线应力释放，否则后期会因为应力卷曲造成光衰变大；拐弯处要做套管保护，与其它线缆交接处也要做套管保护，总体施工完毕后要对桥架内皮线进行捆扎，防止在后期施工中被破坏。转弯的地方必须光滑平整，曲度半径不得小于30mm(小弯曲半径)或40mm(普通)。对于放置在楼道内垂直部分的入户光缆应置于线槽内，且最多每隔1.5米就对其捆绑固定，并采用套管保护。

皮线在施工过程中两端要预留足够长度，用户侧最少预留1米。对于用户侧预留皮线要盘在线盒内，并做好标签。

图2 预留皮线的处理

3、验收

施工结束后要对全程链路进行测试。首先使用OTDR对每条线路进行测试记录，方便后期维护判断故障点，并对全程光衰进行测试，对于用户侧光衰不小于-25dB的链路进行维修，保证用户侧光衰不小于-23dB。

4、维护

PON维护必备工具为光功率计和红光笔，如果条件允许可以增加OTDR光时域检测仪、光纤熔接机。出现故障时，应首先在PON网管软件上查看故障信息，一般都是具体故障信息。如单点故障首先要到现场测试收光，必须控制用户侧小于-25dB。如出现大面积故障，则应首先从OLT逐级测试收光，判断故障部位。

5、其他常见问题

（1）打印机共享问题

PON系统默认开启了端口隔离，如果不打开设置打印机则无法共享，这跟传统网络有很大区别。PON设备一般默认均关闭了二层互通功能，我们打开二层互通功能即可。具体操作如下：

MDU上打开二层互通功能 VLAN4050

vlan service-profile profile-id 1

user-bridging enable

commit

vlan bind service-profile 4050 profile-id 1

（2）IPV6无法获取地址问题

出现这个问题是由于组播转发开关未打开。具体操作如下：

vlan service-profile profile-id 1

packet-policy multicast forward

commit

vlan bind service-profile 4050 profile-id 1