张 城,谭 朔
(湖南财政经济学院,湖南 长沙 410205)
Pon+LAN网络在校园无线网络的应用设计分析
张 城,谭 朔
(湖南财政经济学院,湖南 长沙 410205)
作为校园网无缝覆盖的组成部分的无线网络已经成为当前校园网建设过程中的重要建设内容,对于Wlan无线网络的技术选型极大影响无线网络的使用体验,Pon+Lan的光网络方式对无线网络的建设体现出了较多的优势,同时能极大减少网络层级,使网络结构全面扁平化为二级网络.同时对各项物理网络资源、光纤资源等资源利用上极大提高了效能与利用率.并且在无线网络建设成本上,也是一种节约成本经济有效的无线网络建设方式.
Pon;无源光网络;Wlan无线网络;Pon+Lan;扁平化二层网
1.1 校园网简述
校园网作为校园的信息基础设施,是为学校师生提供教学、管理、科研、学习生活和综合信息服务的基础支撑.首先,校园网应为学校教学、管理、科研、学习生活提供先进的信息化基础环境.这就要求校园网是一个高宽带、丰富资源、便于使用、具有交互功能和专业性很强的局域或城域网络.教学、学习、科研、教学资源管理、多媒体教学软件开发平台、多媒体演示教室、教师备课系统、电子阅览室以及教学、考试资料库、校园各项数据的中心等,都可以在该网络上运行.根据教科文组织:“当今以校园网络为代表的现代教育技术,已深入到教学、科研、校区服务等各个领域,因此校园网是学校重要的基础设施之一并成为学校师生开展教学科研、获取信息、丰富知识、学习交流的重要渠道”.
1.2 无线网络在校园网络中的发展
近年来随着无线技术的进步,无线系统在各级校园的不断建设与部署,同时随着教育需求和资源的变化、发展,无线系统正逐渐成为不少教育机构、院校或部门网络的重要组成部分.特别是在美国、加拿大、澳大利亚、日本等国,无线校园已经成为提升教学环境品质,提高教育资源利用率,增加教育灵活性和交流性的重要方式.
无线校园网络在我国的建设较国外起步较晚,但发展非常迅速.自北京大学2002年开始铺建第一个中国高校无线网络,北京师范大学、北京邮电大学、对外经贸大学、中国矿业大学等高校都建立了自己的无线校园网络环境.据中国教育网络无线网络发展与现状分析显示,高等学校统一部署的无线AP数量,分布在101-500区间占31%,分布在501-1000区间占16%,分布在1001以上占27%.从无线网统一部署的统计数据来看,211高校相对较好,普通高校和高职高专还需要改善,但大部分高校无线AP均超过100.从分析情况来看,无线网络的建设、移动互联网的应用,在近年内已经成为高校的热点话题,“十三五”规划在即,高校面临新一轮的校园网升级改造,无线网络已经成为不可或缺的校园网络基础设施.
1987年英国电信公司的研究人员最早提出了Pon的概念.Pon技术通过了 APon、BPon、EPon、GPon技术发展,截止到近些年已经开始逐步应用10GPon技术的出现使用.当前,考虑到经济与性能需求的情况,基本以EPon与GPon为主流部署技术选择.
Pon接入方式目前主要分类有FTTB、FTTC、FTTH三个分类.考虑到校园无线的应用环境,FTTH与FTTC无法满足校园无线接入的需求,FTTH为ONU直接置于用户家中,而当前环境无线部署无须每户进行ONU、AP部署,一般采用为多间宿舍组合部署一个AP,多个区域部署一个ONU. FTTC为光纤及ONU到道路旁,考虑到AP的覆盖范围、线路部署、用户需求的情况,无法满足校园无线环境的部署需要.在此,主要分析采用Pon+Lan的FTTB方式进行校园无线网络应用设计分析.
基于Pon+Lan和WLAN技术的校园无线移动网络规划设计,包括三个主要的设计内容:网络架构设计、ODN传输网络光纤覆盖设计、WLAN接入网覆盖设计.
3.1 基于Pon技术的校园网络架构设计
校园网络架构设计即基础网络拓扑规划设计,是校园网络规划设计之首,成熟、稳定及可伸缩的校园网络架构方满足校园网络的中长期发展演进.当前国内各高校校园网络均以经典的三层网络架构设计,即按核心层、汇聚层及接入层这三层分层模式设计校园网络架构,基于Pon技术的校园网络,可以规划设计成扁平的核心层、接入层两层网络架构.基于Pon+Lan技术的Wlan仍然采用三层机构,核心层,楼栋汇聚ONU,分散的接入AP点部署.
3.2 Pon传输网络ODN网络覆盖设计
Pon传输网络中,ODN部分占据50%以上的资金预算投入,ODN网络的覆盖设计成了Pon网络成功应用的关键所在.具体包括两个方面的设计:ODN光缆覆盖规划设计、ODN网络光功率预算.
3.3 基于802.11g标准的WLAN接入网络覆盖设计
WLAN网络的特点是安装便捷、用户接入灵活方便、支持用户漫游,一个完整良好的WLAN网络设计,具体包括:组网架构设计、信号覆盖、信道带宽选择与频率规划、容量规划设计、AP供电设计、用户的漫游切换、接入认证计费、安全问题、优化.
图1 基于Pon网络的校园无线网络拓扑
基于Pon技术在校园无线网络中组网详细设计部署采用Pon+LAN部署:跟纯Pon部署方式相比,每楼道单元部署一个支持ONU的以太网交换机,上联通过Pon网络,下联通过RJ45以太网方式,从楼道单元设备到用户终端采用五类线接入方式,整个交换机共享一个ONU线路上联.此种部署方式适合密度比较大,用户带宽需求比较低的小区环境.
整个GPon技术无线网络部署于两个区域:核心设备区域与楼栋光网网络区域.
核心设备区域基本仍采用通常的以太网与Pon网络结合的组合连接方式,包含核心路由器、BRAS设备、AC控制器、出口防火墙设备、PORTAL web认证与RADIUS服务器,以及Pon网的OLT设备、分光器部分及ODF(光纤分配架)部分组成,各个主要部分的功能如下:
核心路由器部分:主要功能用于无线网络的AC控制器与认证部分的连接,以及出口设备的连接与数据通讯.
AC控制器部分:主要用于AP的管理,包含AP的注册、IP地址分配、SSID的管理与下发及AP射频功率设定等作用.
PORTAL WEB服务器与Radius服务器部分:主要用于无线终端的WEB认证功能,用于无线用户的身份认证与记录、计费与授权作用,实现用户的web认证或PPOE认证工作.
Bras设备部分:主要用于无线终端用户接入控制设备,同时包含DHCP地址分配、与认证服务器的接入控制、与认证服务器联动完成无线用户的认证、授权功能.
OLT设备、分光器及ODF部分:主要用于Pon网络的分光与合光、光纤到各个楼栋的作用,按照楼栋ONU的设置,进行分光的作用,基本保证每个楼栋最少一个Pon口,每个Pon口的连接ONU设备不超过3台,保证每条光纤的速率在上行1.25G,下行2.5G的速率.基本采用1:6分光设计.同时,在上联BARS及核心路由器部分,采用多个万兆口上行,每个上行口包含不超过4个Pon口,保证上行速率的高速率.
楼栋光网网络区域包含有ODF、POE供电ONU、POE供电AP、终端用户设备组成,整个区域全部采用光纤到终端设备设计,其主要组成部分的功能如下:
ODF部分:主要完成光纤连接与分光到最终ONU设备.
交流供电的POE ONU设备:主要完成楼栋AP的汇聚连接与上级OLT的连接,同时针对校园网楼栋的AP进行POE供电,保证终端AP设备的数据通讯与电力供应完成,并且为保证AP的数据速率,采用不超过8个口ONU设备进行与AP的连接,保证每个端口的速率达到全双工100M进行网络通讯.
AP部分:完成最终无线SSID的发布与无线用户的接入功能,同时针对信道及周围环境无线干扰情况进行射频功率的自动调节,以最大限度的保证无线用户的接入与用户速率的保证,普通AP保证同时20-30个用户的同时在线,按照宿舍房间人数及用户情况进行符合需求的房间组合,一个AP覆盖几个宿舍来进行部署,针对用户集中性大的区域进行高密度AP的部署,保证大用户群的接入需求.
终端用户设备:则是最终用户设备,是使用无线的终端设备,是最终的数据消费者,包含各种无线接入的电脑用户、手机、PDA、平板等用户.
Pon+Lan网络在校园无线网络的应用,体现出了一定的优势与特色.在网络速率上保证了高速率,每个连接的ONU都通过无源光纤进行连接,上行达到了1.25G,下行达到了2.5G的流量带宽.同时,整个OLT设备根据需要进行了上联多个万兆口的上行连接,保证了楼栋到核心全网络的高速率与高带宽的性能体现.
在大二层的广播控制方面进行了ONU设备的每个端口隔离,针对每个ONU设备进行了每个ONU设备广播隔离.保证广播风暴的抑制与隔离,保证了整个网络的流量纯净性.
在无缝漫游方面,保证了整网每个单个SSID的无线用户的全信号区域覆盖下的无缝漫游,保证了无线用户接入的多样性,认证的多样性,并且漫游的完整实现.
在网络结构及光纤资源方面,采用Pon+Lan技术应用的无线网络保证全网设备的光纤资源的节省达到原有以太网的四分之一或原有光纤的八分之一即可.在无源设备与POE设备采用方面,极大的减少的接入网的中间故障点.同时,在接入AP的方面,由于采用了POE供电,极大改善了终端AP设备的稳定性与供电片便捷性.
在无线用户分散集中处理方面,采用高密度与普通密度用户分布的情况进行区别对待,对于通常用户量变化比较小的地方,采用全向AP,按照高人流量的地方,如大礼堂,大阶梯教室、大会议室采用高密度AP的部署,高密度相当于普通通常AP的 20-40倍接入承载量,对于通常不是大量人群的聚集的区域,如教室、宿舍,按照数量进行通常普通AP的部署,对于室外部分区域,采用定向天线的AP进行长距离的小用户量的AP进行部署,满足不同区域的不同需求.
同时,在无线网络的统一管理分布式转发、安全可靠、遵循标准、抗干扰方面等方面完全与以太部署无线网络能完全承担各项业务,同时也具有以上的特定优势.
Pon+Lan的校园无线网络在校园的应用具有其特有的优势与性能体现,并达到了满足在校园网环境不同区域、不同用户环境的部署与实现,同时,大大减少在部署时对有源供应的需求,极大减少了整个无线网络的中间故障点,为整个无线网络在校园网的应用提供了强有力、高效、高速、安全可靠、节约成本经济有效的一种无线网络方式.
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TP393.17
A
1673-260X(2017)03-0017-03
2016-12-09
湖南省教育科学规划课题重点资助课题:高校电子党务实践研究(XJK10DJA004)