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PONWLAN无线宽带接入方案

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2020年4月19日
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PON+WLAN校园网
无线宽带接入方案

1月

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第1章 市场分析 2
第2章 组网方案描述 2
2.1 半开阔空间 4
2.2 封闭空间 4
2.3 户外公共区域 5
第3章 方案特点 6
3.1全光网络接入，带宽高、组网灵活 6
3.2 ONU支持POE供电，让AP无处不在 6
3.3业务安全，天然防止广播风暴和病毒攻击 7
3.3.1安全机制 7
3.3.2 VLAN规划 7
附 推荐设备的参数介绍 8
局端OLT设备C220 8
终端ONU设备F400、D402、F803 8
终端ONU设备F820 9

第1章 市场分析
随着社会的发展，笔记本电脑持有率不断上升，对通信业务的需求不断变化和增长，她们需要高带宽、安全可靠、“无处不在”的网络。而传统以太网交换机提供的有线宽带接入，局限性已经越来越突出：（1）病毒和广播风暴，它们广泛存在于网络中，占用了大量带宽，干扰了用户的正常业务；（2）组网缺乏灵活性，一般采用“L3汇聚交换机+L2交换机”方式，由于L3交换机需要供电，因此只有在提供电力的场所，才能用L3交换机汇聚网络资源，这样降低了铺设光纤的灵活性。因此，一种能够提供更优质的网络和更先进的宽带服务的，一种新的技术——PON（Passive Optical Network，无源光网络），应运而生。PON作为下一代网络的重要技术之一，能够有效提高接入层带宽，而且经过划分VLAN技术天然隔离每个用户，这样就有效的防止了病毒和广播风暴的发生；同时，分光器（无源器件，无需供电）的使用，让PON光纤网络无处不在，结合WLAN进行任意灵活的无线宽带覆盖。
构建无线网，主要的目标群体是拥有笔记本等并有无线上网需求的用户。这里能够分成三种情况：（1）定居在校园内的老师，她们的经济能力一般较强；（2）单身青年教职工，经济能力不错，但具有一定的人口流动性；（3）学生，校园内最大的客户群体，普遍经济能力一般，因大部分学生毕业后将走出校园，因而具有很强的人口流动性。面对这3种不同的客户群体，资费方式也有差异：（1）定居校园的老师，建议采用包月的套餐；（2）单身教职工，建议采用包月或者记账卡的方式（发放充了值的卡片，用户即能经过卡的帐号和密码接入网络，卡片还能继续充值。清华大学深圳研究院即采用这种方式）；（3）学生，建议采用记账卡或手机号码绑定（每个手机用户的手机号码作为帐号，密码由联通公司经过短信发送到用户手机上，用户在笔记本上输入帐号和密码即可接入网络）的方式。
目标群体的宽带通信，主要发生在三种典型的场合。（1）半开阔空间，如大教室、图书阅览室等；（2）封闭空间房间教多的楼宇，如学生宿舍、实验室、教师小区等；（3）校园内的户外公共区域，如操场、草坪、人工湖等。下面，对于这三种典型的应用环境，分别给出组网方案。
第2章 组网方案描述
在说明组网方案之前，这里先简单介绍一下PON。PON技术是一种点到多点的光纤接入技术。由局侧的OLT，用户侧的ONU以及ODN（光分配网络）组成。所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成。组网拓扑图如下：

PON系统作为解决“最后一公里”问题的接入网络，从OLT到ONU，距离能达到20Km，OLT往上经过GE/FE 口直连IP城域网的设备。OLT往下，1个分光器能够将1条光路分成16/32条光路，每条光路的末端连接1台ONU，对于ONU终端，面向用户的接口是WiFi（提供无线接入）、E1（提供专线接入）、GE/FE（提供宽带接入）。
对于行政楼、计算机中心等区域，由于用户相对比较固定，建议采用固定FE方式进行连接，ONU部署在该区域楼内，楼内采用综合布线，在100m覆盖距离内采用5类线连接，如果用户端口较多，也能够在ONU下在级联几个交换机。考虑到这种连接方式下，每个ONU下的用户数量较多，因此该方式建议1：4或者1：8的分光器。其它区域由于其流动性强的特点，建议采用PON+WLAN的方式进行宽带覆盖。
根据上一章的分析，WLAN宽带接入发生的典型场景有3种：

下面对这3种应用场景分别进行描述。
2.1 半开阔空间
对于像图书馆、大教室这样的局部开放的空间：面积大、封闭性不强，无线信号覆盖相对较容易；学生比较密集，潜在用户数量较大，单个AP接入的用户数较多。由于单AP接入的用户数过多，因此，建议ONU下挂的AP数量不宜太多，1～4个AP比较合适。

建议采用1：8的分光器，OLT上的单个PON口下挂1个这样的分光器，分光器再经过光纤最多连接8台ONU，每台ONU（这里推荐采用中兴通讯的ZXA10 F400）经过网线（网线传输距离为100米）最多连接4个AP。
计算原理如下：
单AP连接的宽带用户数较多，典型值为30个宽带用户（已经达到大多数AP的用户数上限），那么，1台ONU下挂的4个AP共接入4×30 = 120个用户；采用1：8分光器，每个PON口经过分光器接入8台ONU。这样，单PON口接入用户数将达到8×120 = 960个用户。这么多用户，无论从带宽，还是MAC地址表项，都已经超过单PON口512用户的建议值了。因此，建议采用1：8分光器，每台ONU带1～4个AP。
2.2 封闭空间
对于像宿舍、实验室这样的封闭空间：面积较小、封闭性强，无线信号覆盖相对较困难；学生比较稀疏，潜在用户数量不大，单个AP接入的用户数较少。因此，ONU下挂的AP数量能够更多一些，8～16个AP比较合适。

建议使用不超过1：16的分光器，每台ONU（这里推荐采用中兴通讯的F400、D402、F803、F820）最多连接16个AP。计算原理同2.1，只是这里单AP连接的宽带用户数较少，典型值为10个用户。
2.3 户外公共区域
对于像操场、草坪、道路、人工湖这样的全开放的空间：面积大、全开阔，无线信号覆盖非常容易；学生非常稀疏，潜在用户数量非常小，单个AP接入的用户数极少。因此，ONU下挂的AP数量比上面两种场景都多，能够连接16～24个AP。而且，由于AP一般都要放置在靠近操场、道路的户外，因此很少能就近取电，这时，建议采用由ONU经过网线直接对AP供电，即POE供电。这里，推荐用中兴通讯的ZXA10 F820，其FE端口支持POE供电功能。

能够使用1：32的分光器，每台ONU最多连接24个AP。计算原理同2.1，这里单AP连接的宽带用户数最少，典型值为3个用户。
第3章 方案特点
3.1全光网络接入，带宽高、组网灵活
采用PON+WLAN接入，由于是全光网络，宽带用户的速率很高。每个宽带用户到AP设备，速率54Mbps，AP和ONU设备之间，速率为上下行对称，100Mb/s；每台ONU到OLT，速率为上下行对称，1000Mb/s；OLT到IP城域网的总出口，速率为1000～4000Mb/s。
PON光网络中引入了分光器，在半径20Km，直径40Km范围内，在没有电源供电的任何地方放置分光器，对若干台ONU的光路进行汇聚，让PON光纤网络无处不在，结合WLAN进行任意灵活的无线宽带覆盖。
3.2 ONU支持POE供电，让AP无处不在
基于IEEE 802.3af标准，ONU和AP之间，建立连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系，并以此为根据PSE（Power Sourcing Equipment，供电端设备，这里即为ONU）经过以太网向PD（Power Device，受电端设备，这里即为AP）供电。ONU推荐使用ZXA10 F820，支持8～24个FE端口的POE供电功能，为AP提供远程供电。采用这种方式，让AP的布放更加灵活，不受供电环境的限制。
3.3业务安全，天然防止广播风暴和病毒攻击
3.3.1安全机制
校园网建设属于大客户专线上网业务，对于这种方式，业务控制点为SR（Service Router，业务路由器）。ONU将普通上网业务端口配置为桥接模式，业务终端（计算机、路由器）配置固定专线IP地址。VLAN分配方案：每用户分配单独VLAN ID。
考虑到组网的安全性，为每用户分配独立的VLAN ID。VLAN（即Virtual Local Area Network，虚拟局域网）是一种逻辑上划分局域网的技术，是处于数据链路层（MAC）的概念。PON系统在往以太网交换机发送数据帧之前，都会给不同的业务打上不同的VLAN标签，交换机根据VLAN标签来确定数据流的走向。对于大客户接入业务，分配了专有的VLAN范围，根据这些VLAN标签，数据包被送往SR。在实际应用中，一般是每一个宽带用户使用一个VLAN。这样每个宽带用户都处于不同的VLAN之中，安全可靠，天然隔离，有效阻止了广播风暴和病毒攻击。
3.3.2 VLAN规划
对于VLAN的使用，尽量做到每用户和每业务分配不同的VLAN（可采用QinQ方式）。OLT基于PON口配置灵活SVLAN，基于不同业务的内层VLAN ID配置相应的外层VLAN ID。ONU基于不同业务端口配置内层VLAN ID。
（1）ONU内层VLAN ID规划
设备管理VLAN：设备较少时采用统一的单层VLAN ID。ONU的管理VLAN统一配置，管理地址配置在BRAS上，以单VLAN形式被终结。OLT在BRAS上的管理VLAN配置一个，在SR上的管理VLAN配置一个。无论采用何种方式接入业务控制设备（BRAS和SR），OLT的管理VLAN都以单VLAN形式被终结。
（2）OLT外层VLAN ID规划
根据OLT下挂的ONU数量级划分整数段VLAN ID，用于标示不同ONU。设备较多时，由于广播域较大，为避免降低通信效率，建议在OLT下行端口（PON口）标记不同的外层VLAN。

附 推荐设备的参数介绍
局端OLT设备C220

· 设备高度6 U，标准19英寸宽度，采用竖插板方式，共14个插槽
· 背板数据总线物理带宽1.12 T，交换容量320 G，系统内部无阻塞交换
· 单框支持40×PON接口
· 尺寸：482.6mm（宽）×265.9mm（高）×352mm（深）
· 重量：满配置40Kg
· 电源：支持主备供电，–48V DC（-38V ～ -57V）
· 功耗：满配置450W
· 出线方式：前出线
· 工作温度: －5℃～45℃
· 工作湿度: 5%～95%

终端ONU设备F400、D402、F803
型号
ZXA10 F400
ZXA10 D402
ZXA10 F803
设备外形

用户侧接口
4FE
8FE
16FE
尺寸（mm，
高×宽×深）
50×185×260
60×185×224
45×300×190
重量
0.4Kg
0.4Kg
1.6Kg
功耗
8W
10W
11W
工作电压
DC 12V
DC 12V
AC 220V
工作温度
-10℃～55℃
-10℃～55℃
-10℃～55℃

终端ONU设备F820

· 10/100 BASE-T接口，每块板卡提供8路，最大可提供24路
· 灵活提供8FE、16FE、24FE等多种配置，且FE口支持POE供电，板卡热插拔，即插即用，方便扩容
· 尺寸：19英寸，1U高，44.1mm（高）×482.6 mm（宽）×230 mm（深）
· 重量：<5KG
· 功耗：<30W
· 工作电压：－48V DC、90～250V AC 可配置
· 工作温度：-30℃～55℃
· 工作湿度：5%～95%
· 安装方式：放置在GPX311-PC24或其它类似的信息箱内。