基于P2MP的FTTR全光校园公寓网络设计.pdf

责任编辑章继刚Infrastructure&DataManagement基础设施与数据管理基于 P2MP 的 FTTR全光校园公寓网络设计I威海市委党校、王瑾瑾中国联合网络通信有限公司威海市分公司王璐璐编者按：随着“光进铜退”、“宽带中国”战略、“双千兆”网络建设的推进，通信基础设施建设不断夯实，宽带建设也步入千兆光网时代，FTTR作为新兴接入技术，具有大带宽、低时延、可扩展的特性，为单个用户的固定网络提供千兆接入的可能。研究运用FTTR技术进行校园公寓网络改造。当前，通信基础设施建设不断夯实，固定宽带接入网络从ADSL向FTTx演进，基于PON(PassiveOpticalNetwork,无源光网络）技术的光纤入户已成为主要宽带接入技术，从FTTB、FT T H到FTTR，光纤不断向用户侧延伸，宽带建设也步入了千兆光网时代。云计算、大数据及物联网技术的飞速发展，为学生的生活、学习提供了更多的便利。网络通信是基础底座，依托于高速网络互通，才能实现多样化应用的高效交流。学校公寓楼作为学生生活的中心，无线网络使用广泛，其无线网络用户范围大，并发用户数多。因此，本次网络设计既要保障有线网络的畅通，更要实现无线网络尽可能最大范围的覆盖，避免无线信号存在盲点，确保能提供高速全覆盖的网络服务。X校园公寓网络现状1.X校园公寓楼网络组网情况目前，X校园公寓楼的网络是采用三层交换的模式进行布线。每栋公寓楼有6 层，每层3 0 个房间，每个房间有1个网口，连接1个路由器，路由器承担房间内的无线及有线连接。现网网络拓扑如图1所示，各楼层放置千兆接入交换机，上联至汇聚交换机，向下通过网线连接至各房间的百兆路由器，路由器同时还承载各房间的电脑的有线网络。2.存在问题公寓各房间建造时采用砖混结构，Wi-Fi信号在房间内需穿透墙体，对信号强度本身有明显的削弱和阻隔，在并发上网人数多的高峰期情况下，会出现观看视频不流畅、线上会议卡顿、画面延迟的情况。经分析，目前网络存在以下问题。(1）无线信号弱原有各房间内使用的Wi-Fi设备为百兆路由器，Wi-Fi设备网口为百兆以太网端口，限制了协商速率，并且路由器只支持Wi-Fi52.4G，硬件能力低影响用户感知速率，Wi-Fi信号穿过砖混结构的房间墙体后会衰减约18 dB，导致房间里的信号覆盖弱。投稿信箱 2023.879Infrastructure&DataManagement基础设施与数据管理/责任编辑章继刚信道互联网防火墙-40汇聚交换机60楼层交换机房间I-图1现网网络拓扑图无线用iFi同频干扰5个信道23452.412 2.417 2.422 2.427 2.432 22.437TT同一区域最多三个AP，分别1、6、11相隔5个信道，才不会相互干扰，图2 无线Wi-Fi同频干扰图（2）室内布线老化、破损原综合布线采用6 类网线接到每个房间的网口，目前网线已使用7 年时间。由于线路老化、鼠咬等因素的影响，部分线路已受到破坏。对线路检测发现，原施工预埋管道过细，网线抽动困难，破损后无法更换新线，老化线路会导致网络质量差、不稳定，影响用户上网体验。(3）信号干扰当前Wi-Fi技术标准有8 0 2.11b/g/a/n/ac/ax/be七代，目前应用最广泛的是第五代802.11ac(Wi-Fi 5)和 8 0 2.11ax(Wi-Fi 6),Wi-Fi工作频段分为2.4GHz和5GHz两种，两者在覆盖范围和带宽方面有所区别。目前公寓楼采用的是2.4GHzWi-Fi 5。2.4G H z Wi-Fi 工作频段为图3 无线信号实测图2.4GHz2.4835GHz，分为14个信道（1 14)，除了第14号信道与第13 信道间10447 2.452 2.4572.4822.46722.472频车(GH)13_信道Channel22 MH2用2.4GHz频段的某个信道时，以该信道为中心共计5个WLAN信道都会纳入到该路由器所使用的范围内；当路由器占用2.4GHz频段的第5号信道时，其实际上已经占用了第3 至第7 共计5个信道，因此要相隔5个信道才不会出现信号干扰。通常采用1、6、11互不干扰的信道，在2.4GHz频段下实际占用的信道比需要使用的信道要多出一些，所以2.4GHz频段更加容易占满。如图2 所示为无线Wi-Fi同频干扰图。由于每个房间都有Wi-Fi路由器设备，相邻信道的干扰明显，当干扰变多时，会出现上下行速率慢、延迟高的情况。实测楼层无线信号情况如图3所示。从图3 可见，同频干扰和邻频干扰问题均很严隔了12 MHz外，其余每个信道之间的间隔均为5MHZ。根据IEEE802.11标准规定，每一个信号都需要占用2 0 MHZ（实际上是2 2 MHz）的频宽，相当于5个WLAN信道。因此，当无线路由器占 2023.8投稿信箱责任编辑章继刚Infrastructure&Data Management 基础设施与数据管理重，造成网络丢包和延时，导致无线网络网速慢、上网体验差。FTTR技术从固定网络的发展历程来看，共经历了以PSTN/ISDN技术为代表的窄带时代（6 4Kbps)、以ADSL技术为代表的宽带时代（10 Mbps)、以VDSL技术为代表的超宽带时代（3 0 2 0 0 Mbps)、以GPON/EPON技术为代表的超百兆时代(100500Mbps)，目前正跨入以10 GPON技术为代表的第五代千兆超宽时代。FTTR全光组网模式是10GPON千兆全光网络中宽带的重要方向。1.物理架构FTTR是在FTTH的基础上，将光纤末端延伸至用户房间的终端网关设备，光接入网从1级点对多点衍生为2 级，光网络从主光猫处铺设至从网关处，形成室内ODN，室内ODN架构分为P2P点到点和P2MP点到多点两种。P2P为设备直接通过光纤直连，而P2MP需通过无源分光器实现多个设备间光纤连接。FTTR组网由FTTR主网关、FTTR从网关、光网络、管理App平台四部分构成。主网关通过ODN上联至运营商XGPONOLT的千兆端口。从网关通过光网络上联至主网关，具有千兆Wi-Fi6和GE端口，可接入家庭上网终端。管理平台可实现网络管理可视化，实现一键加载应用、一键故障检测、一键网络优化。2.Wi-Fi6技术Wi-Fi6作为IEEE802.11目前应用最广泛的Wi-Fi标准，支持2.4GHz和5GHz双频MU-MIMO，可有效提升无线频谱资源利用率，提高接入用户数和带宽，提升高密接入场景用户的网络体验。5GHZ相对于2.4GHZ，它采用了更高的频5.150 GHz5.35 GHz(5.2 GHz)和5.7 2 5 GHz5.850GHz(5.8GHz)，每个信道宽度是2 0 MHz，可扩展至40 MHZ、8 0 M H z 或更高。频率越大，带宽同一时刻携带的信息量越大，带宽越宽，因此信道拥堵更少，具有更高的无线传输速度，但是对障碍物穿透能力弱，信号覆盖范围小。相较于2.4GHz的3 个互不干扰信道，5GHz频段有2 2 个互不干扰的信道，极大地减少了信道干扰。在2.4GHz还有无线耳机、蓝牙设备等会产生干扰，而5GHZ频段干扰少，对无线网络的质量有极大改善。基于P2MP的FTTR全光校园公寓网络设计方案1.设计原则(1）覆盖范围广公寓各房间有线均覆盖，无线网络无死角全覆盖。（2）无线无缝漫游当无线网络使用者移动时，可根据信号强弱自动切换最优信号Wi-Fi，无需再次连接和输入密码，可实现在多个Wi-Fi接入点之间无缝切换和平滑过渡，在音视频通讯使用上感受不到有任何停顿和网络切换。(3)综合性公寓布线需要满足模拟或数字信号的传输需求，将语音、图像、数据、监控设备的布线组合在一套标准的布线系统上，可实现房间内有线、无线的一体化覆盖。(4)高性能提供高速稳定的网络访问，能够满足校园直播投稿信箱 2023.881Infrastructure&DataManagement基础设施与数据管理/责任编辑章继刚可传输需要的语音、数据、图网络管理平台FTTR从网关FTTR主网关分光器0OLTODN课、大文件下载、视频会议、超清视频直播等业务的高带宽需求。2.网络拓扑设计公寓楼网络改造采用“全光+Wi-Fi6全覆盖网络布局，每层楼弱电井内放置主网关，其余每个房间放从网关设备，拓扑图如图4。FTTR物理架构采用P2MP架构，FTTR从网关设备上可连接电脑、电话等设备，向上通过单模光纤与室内无源分光器连接，室内无源分光器向上通过单模光纤与FTTR主网关光模块连接，FTTR主网关通过无源分光器向上连接到局端OLT光模块，室内分光比支持1:41:32，可根据实际使用灵活扩展。P2MP技术能够减少布线成本，且网络扩展能力强，方便后续网络升级扩容。3.设备选型设计采用FTTR网关为同品牌同型号，主、从网关设备均具有光纤接口、千兆GE网线接口和电话接口，并且支持8 0 2.11ax协议的2.4GHz和5GHz22MIMO，网线采用符合CAT-6标准的六类线。4.综合布线设计光纤和双绞线对比，具有寿命长、抗干扰性强、传输距离长、传输带宽大的优点，而且一根光纤即像信号。本次网络改造布线工作区子系统采用六类双绞线连接，水平子系统从房间插座向上用单模光纤替换原来的六类0网线，插座通过光纤连接至楼FTTR主网关分光器图4FTTR网络拓扑图口层配线架，再通过光纤连接至楼层的分光器，分光器通过光纤连接到主网关设备，实现统一集中管理，干线子系统采用光缆传输。5.无线网络部署设计每个房间都有2.4GHz和5.8 GHz双频段的双流覆盖，公寓楼所有房间的Wi-Fi名按照频段共采用2 个名称，每个频段采用同一个Wi-Fi名称，各网关无线安全设置为WPA-PSK/WPA2-PSK安全模式，并设置同一密码。由于FTTR网关为同品牌同型号，可实现同一频段下各房间设备间网络的无缝漫游功能。结语本文从校园公寓楼网络现实情况出发，分析了现网存在的问题，研究了目前FTTR技术的关键技术和物理架构，并对校园公寓楼的网络建设提出了具体的建设方案。基于P2MP的FTTR全光公寓网络改造方案能解决现有问题，满足公寓楼对高速网络的需求。随着智慧校园建设水平的不断提高，利用大数据和人工智能技术，可促进学生安全管理及学校管理水平的提升。高速网络的全覆盖有利于开展移动信息创新服务，延伸服务新领域，助推学校信息化服务向移动化、智能化、个性化发展。 2023.8投稿信箱