基于学校GPON光网络的综合布线系统设计

基于学校 GPON光网络的综合布线系统设计

文德平

中建科工集团有限公司，广东 深圳 518040

摘要：智慧校园是智慧城市的重要组成部分，是现在及未来学校建设的方向。而综合布线系统作为所有其余弱电智能化系统通信和控制的传输物理链路，在整个智慧校园中设计尤为重要。基于此，我们在对深圳学校案例中，着重讨论GPON光网络结构下，综合布线设计方案。并依托正在实施的项目对综合布线设计分析和传统以太网结构进行对比，提供优化措施。

关键词：智慧校园；综合布线；GPON光网络结构

随着深圳社会经济快速发展和高级中学教育改革的不断深化，同时为落实《关于支持深圳建设中国特色社会主义先行示范区的意见》、《广东省推进普通高中全面提升行动方案》、深圳市《关于推进教育高质量发展方案的意见》要求。在各方政策性文件指导下，推行智慧校园相关建设标准和评价标准逐步推广开来，综合布线系统作为智慧校园支持的信息设施系统，是所有信息系统或者智能化系统的物理传输介质，在整个建设体系中的地方变得极其重要。本次项目在在实地调研深圳市部分学校后，以及听取学校方运营需求后，发现传统以太网架构网络存在层次过多，设备故障定位难，用户高带宽的接入需求等问题，现将传统核心层-汇聚层-接入层以太网结构转换为GPON网络（Gigabit-Capable Passive Optical Networks千兆无源光纤网络）架构，用以解决上述问题。随着网络架构的变化，综合布线的结构进行了调整。

1 工程概况

深圳某新建高中学校，占地面积约7万平方米，总建筑面积13.1万平米，96个教学班，满足小学到高中十二年一贯制学校。高中部分建筑面积约7.5万平米，九年制义务教育部分建筑面积约5.6万平米。建筑功能区域包括教室、实验室、微格教室、专业录播教室、科创中心、体育中心、风雨操场、图书馆、报告厅、学生宿舍、教职工宿舍以及其他辅助用房。

2 综合布线系统构成

根据《综合布线系统工程设计规范》规定，综合布线系统的基本构成包括建筑群子系统、干线子系统和配线子系统^[1]。各子系统关系如下图所示：

图1 综合布线系统基本构成

2.1 建筑群子系统

建筑群子系统由连接多个建筑物之间的主干线缆、建筑群配线设备、设备线缆等组成，将各个单体进行互联互通。

2.2 干线子系统

干线子系统有设备间至楼层弱电间的主干线缆、安装在设备间建筑物配线设备等，连接单体设备间到各楼层设备间。

2.3 配线子系统

配线子系统由工作区内信息插座模块、信息插座模块至楼层弱电间的水平线缆、弱电间设备的配线设备以及跳线等，连接工作区的末端点位到楼层弱电间的物理链路。

3 GPON光网络结构综合布线系统设计

3.1 GPON光网络结构

国际电信联盟（ITU-T）最开始提出GPON网络的概念，最开始GPON网络面向运营商等专用领域使用，后续发展过程在其他领域进行传播和应用。这种宽带接入技术具有高效率、高带宽、覆盖范围广和用户接口多等优势，是目前接入网业务宽带化和综合化改造最理想的一种技术。但是GPON光网络无安全特性，GPON 无法单独组网，所以采用以太网 +PON 组网。系统结构主要分为核心交换机、OLT设备（Optical Line Terminal 光线路终端）、无源分光器、ONU 设备(Optical Network Unit 光网络单元），各设备层次关系主要如下图2所示

图2.GPON光网络架构图

网络性能，GPON方案采用集中转发模式，各房间的ONU设备必须上行至核心端OLT集中处理^［2］。GPON OLT单个PON口最大下行2.5Gbps，上行1.25Gbps。本项目中选择1分8的的分光器，8台ONU设备共享一个PON口，单个下行最低网速为：310Mbps，上行最低网速为：155Mbps。但通过时分复用等手段，单台ONU设备，具备最大下行带宽2.5Gbps，上行带宽1.25Gbps。

GPON 的数据复用方式，其利用单纤双向传输，整个系统采用波分复用技术，上下行采用不同波长进行数据承载，上行采用1290～1330nm波长，下行采用1480～1500nm波长．为分离同一根光纤上的多个用户信号，下行数据流采用广播技术，上行数据流采用时分多址(time pisionmultiple access，TDMA)技术。

3.2 综合布线系统设计

因为业务需要，设置网络机房1间，消防控制室1间，广播室1间。各楼层设置弱电间，光纤主配线架设于网络机房。

项目电话由于采用IP电话方式，不设置三类大对数电缆。

本项目中我们将建筑群子系统和干线子系统直接融合，从网络机房引出若干条12芯室内外OS2万兆单模光缆作为数据主干至各弱电间光纤配线架，取消了网络机房到各单体设备间的节点，减少故障点位。

配线子系统中，光缆直接引至工作区，在工作区内进行光缆向电缆转换。GPON网络系统在各楼层弱电间设分光器，分光器后每条光路引6芯室内OS2万兆单模光缆至现场教室或者办公室ONU设备箱（网络ONU单元）。其中1芯光缆作为智能化专网使用，1芯光缆作为校园网络使用，另外4芯进行备用。ONU设备箱后布线采用六类非屏蔽对绞电缆。本项目中六类非屏蔽对绞电缆最长使用距离不超过30米。

本次综合布线系统结构图如下图3所示。

图3深圳某学校综合布线系统结构图

3.3 各重要工作区末端点位设置原则

3.3.1教室工作区末端点位设计

智慧课堂是指以“共享、融合、交互”为特征的教学信息化环境^[3]。我们末端点位主要解决学生和老师移动终端接入，包括教学需要的多媒体黑板使用，在考试使用满足深圳考试需要。于是在整个教室区域设置10个数据点，前面设置1个数据点，1个作为电子班牌使用，讲台位置设置1个数据信息点作为教学电脑使用，黑板两侧距地2.8米设置2个数据点作为多媒体教学系统扬声器使用。，1个作为多媒体一体机使用，教室前后黑板上方各设置1个数据作为录播或者考务摄像机，1个数据点作为时钟使用，教室背后设置。在黑板预留1个数据点作为考试屏蔽装置使用。教室设置1个数据点作为无线AP使用。详见图1所示。

图1.教室综合布线系统布置图

3.3.2教师办公室工作区末端点位设计

根据教务人员的工作需要，前面每个工位设置2个信息点，1个作为办公电脑使用，1个作为IP电话机使用，根据面积大小，吊顶位设置1个信息点或者2个，作为无线AP设备安装。办公室正前方设置1个信息点作为电子时钟设备使用。详见图2所示。

图2.办公室综合布线布置图

3.3.3其他区域根据使用需要或者配合其他信息弱电系统，设置信息点或者光纤点，均直接引入就近位置楼层弱电间内。

3.4 各子系统材质选择，带宽要求

据主干采用12芯室内外OS2单模光纤，阻燃级别为低烟无卤阻燃，要求能支持万兆以太网传输300米及支持1000Base-SX达1000米距离。

建筑物配线设备，主干光缆连接采用LC/MTRJ连接头的19"光纤配线架。光纤接头及相应的耦合器应采用较先进的高性能，低衰耗，高密度型光纤接头，要求单个SFF光纤接头衰耗小于0.20dB；光纤端接要求采用尾纤融接方式。所有配线架均要求安装于19"机柜中。机柜内应备有竖向跳线管理器、风扇、电源插座及门锁，并应考虑所有配线架及网络设备安装的容量，备有足够的预留空间。建筑物主干配线所有跳线应为原厂原装产品。

4 工作区数据跳线采用六类RJ45原装跳线

末端铜缆采用六类4对UTP，要求符合EIA/TIA568-B2等国际标准的六类非屏蔽双绞线铜缆指标值，六类水平线缆要求必须具有十字分割器；所有六类水平线缆还要求具有低烟无卤特性，并符合IEC60332-3阻燃标准。六类信息插座要求采用六类信息插座模块，满足V94-0的国际阻燃标准，传输参数测试应达到250MHz。信息插座面板要求采用英式方形单孔/双孔面板，面板颜色为白色，预埋底盒采用86型。每个信息插座需设有足够空间放置标签，除了可填写编号的空间外，更可配上颜色标签，以便日后的保养维修时的识别。

连接末端布线的配线架采用标准机柜型六类RJ45型数据配线架管理水平线缆，所有配线架均为24口/1U高密度配置。

连接光纤布线的配线架采用24口或者12口光纤配线架。并配有足够的安装背板、连接块和标签条等。

光纤接头及相应的耦合器采用较先进的高性能，低衰耗，高密度型光纤接头，本项目中采用LC接口，光模块采用SFP接口，要求单模单个光纤接头衰耗小于0.20dB；光纤端接要求采用尾纤融接方式。

所有配线架均要求安装于19"机柜中。机柜内应备有竖向跳线管理器、风扇、电源插座及门锁，并应考虑所有配线架及网络设备安装的容量，备有足够的预留空间。

结束语

教育信息化的发展和应用水平正日益成为学校的核心竞争力之一（1）。智慧校园平台逐渐整合校园本身的建筑智能化各系统，打破传统信息孤岛。数据在底层的传输和转换变得越来越重要。信息化进程也并非一蹴而就，需要逐步前进。基础设施建设，尤其是基础链路相关的设计需要具备一定前瞻性、可扩展性、科学性。才能减少在信息化进程的阻力，最终实现传统校园向智慧校园的转变。

参考文献：

［1］GB50311-2016 综合布线系统工程设计规范

［2］苏虎.以太网_GPON与EPON三种组网方式在高校应用中的对比研究

［3］胡钦太，郑凯，林南晖．教育信息化的发展转型:从“数字校园”到“智慧校园”