全光網(wǎng)具有架構簡單、演進靈活、運維高效以及綠色節(jié)能的優(yōu)勢。

從架構來看，傳統(tǒng)網(wǎng)絡是一個典型的三層架構，而全光網(wǎng)絡架構，僅在匯聚層放置光線路終端（用于連接光纖干線的終端設備，Optical Line Terminal，以下簡稱OLT），在接入層放置光網(wǎng)絡單兀終端（Optical Network Unit，以下簡稱ONU），通過采用OLT和無源的分光器替代了傳統(tǒng)網(wǎng)絡有源的匯聚層，變成全光二層架構，實現(xiàn)了網(wǎng)絡的扁平化（圖1）。

從演進來看，傳統(tǒng)方案需要大量使用銅纜，帶寬要求越高，需要使銅纜的類別就越高。傳統(tǒng)網(wǎng)絡方案的升級涉及樓宇布線的改造，現(xiàn)在銅線的價格持續(xù)不斷上漲，整體的更換成本變得更高。

而對于光網(wǎng)絡來說未來網(wǎng)絡升級只涉及兩端設備或者板卡的更換，不用去更改中間的線路，所以，全光網(wǎng)絡的演進非常靈活。

從運維來看，全光網(wǎng)絡的無源特性節(jié)省了機房空間和布線數(shù)量，同時降低了故障點，也減少了弱電機房因為有源設備持續(xù)發(fā)熱帶來的火災風險。除了“三層變兩層”和無源的優(yōu)勢之外，一網(wǎng)多業(yè)務也是其顯著特點，避免了多網(wǎng)維護的問題。

從能耗來看，采用無源光網(wǎng)的組網(wǎng)架構，通過光纖直達房間，無須每個樓宇、每個樓層配置弱電間，大幅提升運維效率；同時，通過減少弱電間的供電和空調等配套設施，可節(jié)省30%整網(wǎng)能耗，網(wǎng)絡更加綠色環(huán)保。

從介質來看，光纖為光網(wǎng)絡的主要傳輸介質，對比銅線來說，光纖壽命更長，抗干擾性能更好，可以做到升級免改動。

光纖長達40km的傳輸距離相比網(wǎng)線100m傳輸提升了400倍，加上光網(wǎng)絡多業(yè)務承載的特性，就接入相同業(yè)務數(shù)量所需要的水平布線來說，光纖會在重量和空間上節(jié)省90%。

現(xiàn)階段，全光網(wǎng)絡架構仍有一些不足之處，例如ONU設備上各網(wǎng)口上下行都可以達到較高速率，但各口之間的通訊效率較低；其次，全光網(wǎng)絡作為近幾年開始流行的技術架構，還存在著相對可選的設備型號有限、不同廠家之間的設備不能互通等缺點。

南航現(xiàn)有三個校區(qū)。其中，明故宮校區(qū)和將軍路校區(qū)是老校區(qū)，網(wǎng)絡基礎設施建設時間較早，隨著智慧校園建設的快速推進，各類智慧業(yè)務和應用不斷涌現(xiàn)，師生對網(wǎng)絡的需求日益提高，學校網(wǎng)絡承擔著巨大的壓力。

另外，老校區(qū)由于校園網(wǎng)接入應用不斷增多，弱電間內有源設備和線路隨之不斷增加，使得潛在故障點較多，管網(wǎng)空間趨于飽和，網(wǎng)絡整體可靠性低且維護難度大，對溫濕度、電力、環(huán)境等也均有要求，存在一定的消防安全隱患。

天目湖校區(qū)是新校區(qū)，學校提出了“多網(wǎng)融合、統(tǒng)一承載、簡化運維、平滑演進”等網(wǎng)絡建設目標，高起點打造與信息化發(fā)展趨勢和學校改革發(fā)展需求相適應的智慧校園。

面對老校區(qū)網(wǎng)絡改造及新校區(qū)網(wǎng)絡建設的需求，全光網(wǎng)絡可以較好地解決目前所面臨的問題，實現(xiàn)既定的建設目標（圖2）。

南航全光網(wǎng)絡建設，總結下來有3個特點：

2018年暑期，學校將將軍路校區(qū)5號教學樓12間教室整體進行智慧教室改造，選用吉比特無源光網(wǎng)絡（GPON）網(wǎng)絡架構。

項目共布置OLT設備1臺，對流量較大的錄播、AP、IP廣播、電子班牌等采用4口、8口帶POE接口ONU設備，采用1:4分光比。

對流量較小的電腦、數(shù)字時鐘等設備采用普通4口ONU，采用1:8分光比（圖3）。這是南航首次采用PON技術架構建設校園網(wǎng)。

圖3 南航智慧教室光網(wǎng)絡建設拓撲

圖4 南航標準化考場光網(wǎng)絡改造拓撲

南京航空航天大學天目湖校區(qū)（圖源官博）

圖6 實驗室、食堂場景

圖7 根據(jù)使用場景采取不同施工方案

南京兩校區(qū)通過實施全光網(wǎng)絡改造，得到了師生充分肯定，主要建設成效包括：

一是實現(xiàn)了網(wǎng)絡接入速度和用戶體驗的大幅提升。實現(xiàn)了光纖入室，萬兆到房間、千兆到桌面，有線接入速度大幅提升，并預留升級空間；通過采用面板式AP和放裝式AP實現(xiàn)了教學辦公區(qū)Wi-Fi 6無線網(wǎng)絡高質量覆蓋；食堂、教室、會議室等場所按照最大容納人員數(shù)量的2倍配備高密放裝式AP，實現(xiàn)無線終端密集接入，使校園網(wǎng)用戶無線體驗大幅提升。

二是實現(xiàn)了弱電間無源化。學校曾因弱電間設備過熱而發(fā)生過火災險情，光網(wǎng)改造后，弱電間內有源交換機均被更換為無源的分光設備，從而極大地消除了安全隱患。

三是退出大量弱電間，極大節(jié)省了房產(chǎn)資源。通過全光網(wǎng)絡改造，退出不再使用的弱電間57間，節(jié)省使用面積超1000平米，交國資部門或改為備件倉庫。

四是配合實施弱電間改造項目，實現(xiàn)線纜清晰整潔和智慧感知。在光網(wǎng)改造后線纜大幅減少的基礎上，對弱電間進行了智能化改造，每個弱電間安裝了溫濕度傳感器、水浸傳感器、門窗傳感器、攝像頭、智能開關、插座、電子門鎖，并且私有化部署了綠米云，實現(xiàn)弱電間環(huán)控智能感知。

天目湖校區(qū)的全新全光網(wǎng)絡建設，實現(xiàn)了既定建設目標：

基于南航天目湖校區(qū)新建光網(wǎng)絡及南京兩校區(qū)光網(wǎng)絡改造實施，主要積累如下光網(wǎng)絡建設經(jīng)驗：

第一，由于光纖本身不帶電量，無法導電對末端設備供電，所以，全光網(wǎng)絡ONU光終端需要近端取電，安裝交付依賴于信息箱集成，前期規(guī)劃設計階段要提前規(guī)劃網(wǎng)絡信息箱位置及安裝環(huán)境。

第二，無源光網(wǎng)絡需進行熔纖，相較網(wǎng)線做水晶頭技術要求更高，校園運維工程師需學習熔纖工具并具備熔纖技能，保證后期校園業(yè)務擴容。

在南航校園全光網(wǎng)的設計方案中，充分考慮三個校區(qū)之間的聯(lián)動，選擇以環(huán)狀構網(wǎng)，通過波分設備實現(xiàn)異地校區(qū)間100G互聯(lián)，提升三校區(qū)互聯(lián)的可靠性。

未來，隨著互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展，終端用戶帶寬需求不斷增加，全光網(wǎng)絡將在校園網(wǎng)絡應用中發(fā)揮更大的優(yōu)勢。基于全光網(wǎng)絡技術，可以直接升級OLT和ONU設備（比如PON升級到XG-PON、XGS-PON），既滿足了當前需求，又能為未來擴展預留空間。

今后，隨著5G技術的成熟，研究將探索5G和全光網(wǎng)技術的融合，通過建設一個結構簡單、高速穩(wěn)定、便于維護及安全可靠的智慧校園網(wǎng)絡，更好地滿足未來各種智慧校園新型業(yè)務的需求，進一步推動南航智慧校園的建設發(fā)展。

*本文系南京航空航天大學基本科研業(yè)務費前瞻性發(fā)展策略研究基金項目《“教育信息化2.0”時代高校智慧校園建設模式及實踐探索的研究》的研究成果（項目編號NW2020003）。