研究背景
校園網(wǎng)是高校重要的信息化基礎(chǔ)設(shè)施,涉及大量的交換機(jī)等ICT設(shè)備,需要保持24小時(shí)持續(xù)不間斷運(yùn)行,消耗大量的電能。目前,隨著PON(無源光網(wǎng)絡(luò))技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展,國內(nèi)有部分高校采用GPON、10G-PON或XGS-PON技術(shù)替換以太網(wǎng)技術(shù),新建、改建和擴(kuò)建校園網(wǎng),表1是部分高校采用PON技術(shù)部署校園網(wǎng)的案例,這些案例普遍認(rèn)為:相較于以太網(wǎng),采用PON技術(shù)部署校園網(wǎng)消耗電量更少,更節(jié)能。
表1 采用PON方案部署高校校園網(wǎng)案例
本文闡述了采用以太網(wǎng)和PON方案部署校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),并建立了一套校園網(wǎng)能耗分析模型,并以廠商設(shè)備為藍(lán)本,分析了四類典型場景、兩種部署方案的設(shè)備選型,并比較研究兩種部署方案中平均每個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)的耗電功率。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
圖1為采用以太網(wǎng)和XGS-PON技術(shù)部署校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),不難看出,兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有很強(qiáng)的相似性。在以太網(wǎng)方案中,為提高設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性和可靠性,中心機(jī)房配置兩臺(tái)核心交換機(jī),集群虛擬化部署,實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備控制和轉(zhuǎn)發(fā)平面合一,對(duì)外表現(xiàn)為一臺(tái)邏輯交換機(jī)。匯聚機(jī)房配置兩臺(tái)匯聚交換機(jī),堆疊組合,邏輯上虛擬成一臺(tái)交換機(jī)。
圖1 采用以太網(wǎng)和XGS-PON技術(shù)部署校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
接入機(jī)房配置若干臺(tái)接入交換機(jī),堆疊組合,邏輯上虛擬成一臺(tái)交換機(jī)。接入機(jī)房以下,一般鋪設(shè)六類網(wǎng)線連接網(wǎng)絡(luò)面板、無線AP等網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)。為提高鏈路的安全性、穩(wěn)定性和可靠性,CSS內(nèi)核心交換機(jī)和匯聚交換機(jī)之間配置鏈路聚合,實(shí)現(xiàn)匯聚交換機(jī)的雙上聯(lián)、雙歸屬保護(hù),匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)之間配置鏈路聚合,實(shí)現(xiàn)接入交換機(jī)的雙上聯(lián)、雙歸屬保護(hù)。
在XGS-PON方案中,為提高設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性和可靠性,中心機(jī)房配置兩臺(tái)核心交換機(jī),集群虛擬化部署,實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備控制和轉(zhuǎn)發(fā)平面合一,對(duì)外表現(xiàn)為一臺(tái)邏輯交換機(jī)。匯聚機(jī)房配置兩臺(tái)OLT,實(shí)現(xiàn)1+1冗余保護(hù)。接入機(jī)房配置若干臺(tái)無源分光器,分光比一般為2∶16或2∶32。房間或樓道安裝網(wǎng)絡(luò)箱,箱內(nèi)安裝ONU設(shè)備。
接入機(jī)房至網(wǎng)絡(luò)箱,一般鋪設(shè)2芯蝶形皮線光纜。網(wǎng)絡(luò)箱以下,一般鋪設(shè)六類網(wǎng)線連接網(wǎng)絡(luò)面板、無線AP等網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)。為提高鏈路的安全性、穩(wěn)定性和可靠性,CSS內(nèi)核心交換機(jī)和OLT之間配置鏈路聚合,實(shí)現(xiàn)OLT的雙上聯(lián)、雙歸屬保護(hù)。OLT和分光器之間的主干鏈路配置Type B雙歸屬保護(hù),實(shí)現(xiàn)分光器雙上聯(lián)至OLT。
能耗分析模型
基于校園網(wǎng)兩種部署方案的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),我們建立一套校園網(wǎng)能耗分析模型。由于不同場景下,用戶用網(wǎng)需求、現(xiàn)場條件、設(shè)備選型等方面均會(huì)存在較大差異,為簡化模型、便于分析,我們將校園網(wǎng)劃分為教學(xué)辦公區(qū)有線、教學(xué)辦公區(qū)無線、學(xué)生宿舍有線、學(xué)生宿舍有線+無線四類部署場景。
為了便于參照對(duì)比兩種部署方案下各網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)的耗電量,我們重點(diǎn)關(guān)注兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中差異設(shè)備的能耗,即分析比較匯聚交換機(jī)/接入交換機(jī)和OLT/ONU設(shè)備的耗電量,并將總耗電量平均分?jǐn)傊了芯W(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)。為簡化模型,我們假設(shè)所有匯聚交換機(jī)、OLT、分光器的下聯(lián)端口都滿配接入對(duì)應(yīng)的下聯(lián)設(shè)備,所有的接入交換機(jī)、ONU、AP的下聯(lián)端口都滿配接入對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)。
為驗(yàn)證此模型的有效性,讓結(jié)果更具有代表性、可信度和說服力,我們?cè)谠O(shè)備選型時(shí)均選用同一主流設(shè)備廠家,且相關(guān)產(chǎn)品指標(biāo)參數(shù)均來源于官方公開渠道。
分析過程與結(jié)果
表2分析了在四類典型場景下,采用以太網(wǎng)部署校園網(wǎng)的設(shè)備選型和耗電功率情況。其中,在教學(xué)辦公區(qū)無線、學(xué)生宿舍有線+無線場景下,AP由POE接入交換機(jī)供電,因而接入交換機(jī)已計(jì)算了AP的耗電功率,不需要額外計(jì)算AP的耗電功率。
表2 采用以太網(wǎng)部署校園網(wǎng)的設(shè)備選型和耗電功率
可以看出,在教學(xué)辦公區(qū)有線、教學(xué)辦公區(qū)無線、學(xué)生宿舍有線、學(xué)生宿舍有線+無線場景下,采用以太網(wǎng)部署校園網(wǎng),平均每個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)的耗電功率分別為1.33W、18.58W、1.33W、3.72W,其中匯聚交換機(jī)耗電功率占比分別為18.94%、2.72%、18.94%、2.72%,接入交換機(jī)耗電功率占比分別為81.06%、97.28%、81.06%、97.28%。由此可見,在以太網(wǎng)方案中,網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)耗電主體是接入交換機(jī)。
表3 采用XGS-PON部署校園網(wǎng)的設(shè)備選型和耗電功率
表3分析了在四類典型場景下,采用XGS-PON部署校園網(wǎng)的設(shè)備選型和耗電功率情況。其中,OLT的業(yè)務(wù)板采用16端口10GPON板H902XSHFE,在教學(xué)辦公區(qū)無線場景下,AP由支持POE的ONU供電,因而ONU已計(jì)算了AP的耗電功率,不需要額外計(jì)算AP的耗電功率。
可以看出,采用XGS-PON部署校園網(wǎng),教學(xué)辦公區(qū)有線、教學(xué)辦公區(qū)無線、學(xué)生宿舍有線、學(xué)生宿舍有線+無線場景下,平均每個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)的耗電功率分別為1.05W、18.69W、1.03W、4.36W,其中OLT耗電功率占比分別為4.64%、0.13%、2.68%、1.01%,ONU耗電功率占比分別為95.36%、99.87%、97.32%、98.99%。由此可見,網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)耗電功率的主體是ONU。
圖2 以太網(wǎng)和XGS-PON方案部署校園網(wǎng)平均每網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)的耗電功率對(duì)比
圖2是四類典型場景下,采用以太網(wǎng)和XGS-PON方案部署校園網(wǎng)時(shí),平均每個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)的耗電功率對(duì)比情況。在教學(xué)辦公區(qū)有線、教學(xué)辦公區(qū)無線、學(xué)生宿舍有線、學(xué)生宿舍有線+無線場景下,每個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)的耗電功率,XGS-PON方案依次是以太網(wǎng)的0.79倍、1.01倍、0.77倍、1.17倍。
因此,在教學(xué)辦公區(qū)有線和學(xué)生宿舍有線兩類場景下,采用XGS-PON部署校園網(wǎng),相較于以太網(wǎng),消耗更低的電能,節(jié)約20%左右的耗電功率,更節(jié)能。在教學(xué)辦公區(qū)無線場景下,兩方案消耗電能大體相當(dāng)。在學(xué)生宿舍有線+無線兩類場景下,采用XGS-PON部署校園網(wǎng),耗電功率是以太網(wǎng)方案的1.17倍左右,相比之下,以太網(wǎng)方案消耗更低的電能,更節(jié)能。
結(jié)論
本文基于以太網(wǎng)和XGS-PON部署校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),建立了一套校園網(wǎng)能耗分析模型,并以廠家設(shè)備為藍(lán)本,驗(yàn)證了此模型的有效性。研究發(fā)現(xiàn),在教學(xué)辦公區(qū)有線、教學(xué)辦公區(qū)無線、學(xué)生宿舍有線、學(xué)生宿舍有線+無線場景下,每個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)的消耗功率,XGS-PON方案依次是以太網(wǎng)的0.79倍、1.01倍、0.77倍、1.17倍。
因此,在純有線場景下,XGS-PON方案比以太網(wǎng)方案節(jié)約20%耗電功率,XGS-PON方案更節(jié)能。在教學(xué)辦公區(qū)無線場景下,兩方案消耗電能大體相當(dāng)。在學(xué)生宿舍有線+無線兩類場景下,以太網(wǎng)方案消耗更低的電能,更節(jié)能。這為校園網(wǎng)部署方案選擇提供了重要的參考依據(jù)。
來源:中國教育網(wǎng)絡(luò)