研究背景
校園網是高校重要的信息化基礎設施，涉及大量的交換機等ICT設備，需要保持24小時持續不間斷運行，消耗大量的電能。目前，隨著PON（無源光網絡）技術的不斷進步發展，國內有部分高校采用GPON、10G-PON或XGS-PON技術替換以太網技術，新建、改建和擴建校園網，表1是部分高校采用PON技術部署校園網的案例，這些案例普遍認為：相較于以太網，采用PON技術部署校園網消耗電量更少，更節能。
表1 采用PON方案部署高校校園網案例
本文闡述了采用以太網和PON方案部署校園網的網絡架構，并建立了一套校園網能耗分析模型，并以廠商設備為藍本，分析了四類典型場景、兩種部署方案的設備選型，并比較研究兩種部署方案中平均每個網絡信息點的耗電功率。
網絡架構
圖1為采用以太網和XGS-PON技術部署校園網的網絡架構，不難看出，兩種網絡架構具有很強的相似性。在以太網方案中，為提高設備的安全性、穩定性和可靠性，中心機房配置兩臺核心交換機，集群虛擬化部署，實現物理設備控制和轉發平面合一，對外表現為一臺邏輯交換機。匯聚機房配置兩臺匯聚交換機，堆疊組合，邏輯上虛擬成一臺交換機。
圖1 采用以太網和XGS-PON技術部署校園網的網絡架構
接入機房配置若干臺接入交換機，堆疊組合，邏輯上虛擬成一臺交換機。接入機房以下，一般鋪設六類網線連接網絡面板、無線AP等網絡信息點。為提高鏈路的安全性、穩定性和可靠性，CSS內核心交換機和匯聚交換機之間配置鏈路聚合，實現匯聚交換機的雙上聯、雙歸屬保護，匯聚交換機和接入交換機之間配置鏈路聚合，實現接入交換機的雙上聯、雙歸屬保護。
在XGS-PON方案中，為提高設備的安全性、穩定性和可靠性，中心機房配置兩臺核心交換機，集群虛擬化部署，實現物理設備控制和轉發平面合一，對外表現為一臺邏輯交換機。匯聚機房配置兩臺OLT，實現1+1冗余保護。接入機房配置若干臺無源分光器，分光比一般為2∶16或2∶32。房間或樓道安裝網絡箱，箱內安裝ONU設備。
接入機房至網絡箱，一般鋪設2芯蝶形皮線光纜。網絡箱以下，一般鋪設六類網線連接網絡面板、無線AP等網絡信息點。為提高鏈路的安全性、穩定性和可靠性，CSS內核心交換機和OLT之間配置鏈路聚合，實現OLT的雙上聯、雙歸屬保護。OLT和分光器之間的主干鏈路配置Type B雙歸屬保護，實現分光器雙上聯至OLT。
能耗分析模型
基于校園網兩種部署方案的網絡架構，我們建立一套校園網能耗分析模型。由于不同場景下，用戶用網需求、現場條件、設備選型等方面均會存在較大差異，為簡化模型、便于分析，我們將校園網劃分為教學辦公區有線、教學辦公區無線、學生宿舍有線、學生宿舍有線+無線四類部署場景。
為了便于參照對比兩種部署方案下各網絡信息點的耗電量，我們重點關注兩種網絡架構中差異設備的能耗，即分析比較匯聚交換機/接入交換機和OLT/ONU設備的耗電量，并將總耗電量平均分攤至所有網絡信息點。為簡化模型，我們假設所有匯聚交換機、OLT、分光器的下聯端口都滿配接入對應的下聯設備，所有的接入交換機、ONU、AP的下聯端口都滿配接入對應的網絡信息點。
為驗證此模型的有效性，讓結果更具有代表性、可信度和說服力，我們在設備選型時均選用同一主流設備廠家，且相關產品指標參數均來源于官方公開渠道。
分析過程與結果
表2分析了在四類典型場景下，采用以太網部署校園網的設備選型和耗電功率情況。其中，在教學辦公區無線、學生宿舍有線+無線場景下，AP由POE接入交換機供電，因而接入交換機已計算了AP的耗電功率，不需要額外計算AP的耗電功率。
表2 采用以太網部署校園網的設備選型和耗電功率
可以看出，在教學辦公區有線、教學辦公區無線、學生宿舍有線、學生宿舍有線+無線場景下，采用以太網部署校園網，平均每個網絡信息點的耗電功率分別為1.33W、18.58W、1.33W、3.72W，其中匯聚交換機耗電功率占比分別為18.94%、2.72%、18.94%、2.72%，接入交換機耗電功率占比分別為81.06%、97.28%、81.06%、97.28%。由此可見，在以太網方案中，網絡信息點耗電主體是接入交換機。
表3 采用XGS-PON部署校園網的設備選型和耗電功率
表3分析了在四類典型場景下，采用XGS-PON部署校園網的設備選型和耗電功率情況。其中，OLT的業務板采用16端口10GPON板H902XSHFE，在教學辦公區無線場景下，AP由支持POE的ONU供電，因而ONU已計算了AP的耗電功率，不需要額外計算AP的耗電功率。
可以看出，采用XGS-PON部署校園網，教學辦公區有線、教學辦公區無線、學生宿舍有線、學生宿舍有線+無線場景下，平均每個網絡信息點的耗電功率分別為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，網絡信息點耗電功率的主體是ONU。
圖2 以太網和XGS-PON方案部署校園網平均每網絡信息點的耗電功率對比
圖2是四類典型場景下，采用以太網和XGS-PON方案部署校園網時，平均每個網絡信息點的耗電功率對比情況。在教學辦公區有線、教學辦公區無線、學生宿舍有線、學生宿舍有線+無線場景下，每個網絡信息點的耗電功率，XGS-PON方案依次是以太網的0.79倍、1.01倍、0.77倍、1.17倍。
因此，在教學辦公區有線和學生宿舍有線兩類場景下，采用XGS-PON部署校園網，相較于以太網，消耗更低的電能，節約20%左右的耗電功率，更節能。在教學辦公區無線場景下，兩方案消耗電能大體相當。在學生宿舍有線+無線兩類場景下，采用XGS-PON部署校園網，耗電功率是以太網方案的1.17倍左右，相比之下，以太網方案消耗更低的電能，更節能。
結論
本文基于以太網和XGS-PON部署校園網的網絡架構，建立了一套校園網能耗分析模型，并以廠家設備為藍本，驗證了此模型的有效性。研究發現，在教學辦公區有線、教學辦公區無線、學生宿舍有線、學生宿舍有線+無線場景下，每個網絡信息點的消耗功率，XGS-PON方案依次是以太網的0.79倍、1.01倍、0.77倍、1.17倍。
因此，在純有線場景下，XGS-PON方案比以太網方案節約20%耗電功率，XGS-PON方案更節能。在教學辦公區無線場景下，兩方案消耗電能大體相當。在學生宿舍有線+無線兩類場景下，以太網方案消耗更低的電能，更節能。這為校園網部署方案選擇提供了重要的參考依據。
來源：中國教育網絡
