基于EPON技术的中职校园网络接入研究

王 鹏 徐州机电工程学校

基于EPON技术的中职校园网络接入研究

王 鹏 徐州机电工程学校

中职校园网是数字化校园、教学平台、教学资源库、学生文化思想教育等众多工作的一个关键基础，在推动教育教学改革，丰富校园文化建设等多方面有着重要的作用。本文通过以太网无源光网络（EPON）作为中职校园网络接入的方式进行研究，提出新型的能支持多种终端接入的校园网络规划设计。这种技术具有成本低、管理维护方便，节能环保、支持多种业务等优势。

校园网；中职；EPON；互联网

当今校园网络已然成为学校非常重要的基础设施之一，以网络为代表的信息化教育已渗透到学校教学、校园服务、文化建设、科研等等各个方面。校园网是学校师生开展教育教学、获取新知识以及学习交流的重要途径。如何构建一个基本的网络架构，以满足未来的需求，同时也适应未来校园网络架构的发展，是中职校园网络规划需要研究的一个重要课题。

EPON技术作为网络通信技术近年来得到了快速的发展，本文结合EPON技术的优势，提出一个以EPON技术的中职校园网接入方案，可以明显提升用户端的上网质量，并且易于扩展，对于WLAN的建设亦能较大程度的节省成本。

图1 传统网络拓扑结构

图2 改造后的校园网络拓扑结构

1.EPON技术

1.1 EPON物理层技术

EPON设备从FE的总线标准发展而来，进而产生基于GE标准的EPON组件，为了区别称为GEPON，目前EPON设备领域几乎都是基于GE的规范，所以目前基本上被称为EPON。

OLT（光线路终端）置于网络中心机房，它可以起到二层或者三层交换机的作用。在下行方向，OLT提供无源光网络的光接口；在上行方向，OLT提供GE光/电接口。

在EPON网络架构下，OLT是核心设备，在控制中起着关键的作用，它可以嵌入在OAMP Agent中，并负责组织其下属的ONU（光网络单元）技术，能够实现五大网络管理功能。通过光线路终端网络，用户可以控制网络的服务质量，通过管理信息库与读取用户的状态信息来访问系统的状态，能够实现网络的安全控制。

ODN属于光分配网络，它是由无源光分路器与光纤网络组成。无源光分路器连接到OLT和ONU的无源器件，具有集中上行链路与下行链路数据的功能，其分光比有1∶2、1：4、1：8、1：16等多种不同的分光比率。无源光分束器的部署是相当灵活的，因为它是一个无源器件，几乎可以适用于几乎所有的环境。ONU在用户侧终端设备，ONU的采用以太网协议、具有实现二层交换机的功能并且成本较低。

1.2 EPON数据链路层技术

EPON技术利用了波分复用，它可以在一根光纤内使用两种不同的波长（上行为1310nm，下行为1490nm）对上行与下行通信信道采用全双工方式进行传输数据。

下行数据流进行广播，确认由OLT LLID（逻辑链路ID）分配给确定接收的数据帧是否接收自己的ONU以太网帧的报头，把没有自己的数据帧进行丢弃处理。

上行信道传输数据时采用时分多址，传输时间被分成了若干个上行链路的时间片段，数据流会依据分配给该ONU的带宽和服务，分成不同的时间片，在同一时间点上，光网络单元上的光纤与上行链路分配的优先级只有一个上行数据传输。通过OLT和ONU之间的协商，可以避免上行ONU之间的冲突，这样不会导致数据丢失。

2. EPON优点

2.1 成本较低OLT与 ONU之间的器件较少，只有光分路器、光纤等一些无源光器件，这种情况下不需要配备电源，不用配置单独的有源设备维护人员，可以有效节省建设成本以及后期维护运营成本。

由于EPON 采用了以太网的传输格式，它同局域网之间融合性好，可以去除转换不同传输协议带来的成本。它采用的技术是单模光纤波分复用，一根主光纤和一个OLT，就能使它的传输距离达到20km，极大的降低了购买OLT 和主光纤的成本。

2.2 带宽较高

EPON的传输速率较快，它的下行通信信道为每秒几百/几千兆比特的速率；上行通信信道为用户共享的每秒几百/几千兆比特的速率。这远远高于其他接入方式，完全满足接入网络用户的带宽要求，并可方便灵活地根据用户需求的变化动态分配带宽。

2.3 易于兼容

由于以太网技术较为成熟，基于以太网的PON技术能够同时传输多种数据，如IP数据、视频广播信号和TDM等，IP数据与TDM使用的是802.3的以太网格式，能够使用电信级的网络管理。在传输过程中能不仅能与其兼容，并能够较好的保证传输数据的质量。

3. 传统中职校园网络结构

根据中职校园网不同的业务特征以及不同的地理位置，可以把中职校园的用户分为如下几种：

3.1 教学办公区

其主要功能包括办公服务如校长办公室、教务管理、学工管理、人事管理、教科研管理等，数字化教学课程主要体现在多媒体教室的应用，这些流量会主要集中在校内网上。

3.2 学生宿舍区

学生宿舍属于人群比较密集的区域，对于网络的应用主要集中在视频、聊天、网络资源获取以及游戏等，这就要求网络的承载性和稳定性要高，同时要易于扩展，在维护和管理方面要简化。

3.3 实训区

该区域主要为实习实训设备提供联网教学功能，可连接校内数字化资源平台、也可根据教学需要接入互联网。

3.4 图书馆区

为学生用户提供下载、图书查询、在线阅读、校外网络资源访问等功能。

传统的三层网络拓扑一般为图1所示；这种结构对于从汇聚层到接入层之间距离过远，将会导致用户传输质量下降的情况，而且对于WLAN的部署过于繁琐，且建设成本较高。

4. EPON校园网络结构

在校园网中引入EPON技术，对于容易造成传输质量下降的部分，可以改造成EPON的网络接入，如图2所示。这种改造方式可以极大的提高网络的稳定性，提高用户的网络体验。亦可以很好的解决WLAN的接入，采用EPON的方式易于后期节点数的扩展，并且总体建设成本较低。

在中职校园网络接入中引入EPON技术，能够很好的节省校园网络建设成本和维护成本，能够简化网络的维护和管理。在接入层引入EPON技术，由于采用了无源分光器，更易于增加用户节点数，提高每个节点的带宽质量，网络稳定性会得到明显提升。同时对于WLAN的接入，比采用交换机接AP的方式更加灵活，容易扩展承载更多的用户数量。

[1] 韦毅梅，卢麟．EPON的体系结构和关键技术[J]．光通信研究，2003

[2] 谭红坤．关于EPON技术及其应用方面的探讨[J]．科园月刊， 2010

[3] 郎为民，郭东生．EPON/GPON 从原理到实践，人民邮电出版社，2010

王鹏（1982-），男，安徽萧县，徐州机电工程学校讲师，研究生学位，主要研究方向职业教育，网络开发以及图像处理。