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大道至简!高品质以太全光网络实现智慧校园极简升级

2023-07-31
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信息化建设如火如荼,联网设备数量飞速增长。尤其是在校园场景,传统的教室只配备黑板、监控相机、广播等少量设备,网络建设简单,一个教室只需要一到两个信息点位即可。但随着国家推动教育信息化发展、智慧校园改造,黑板升级为电子大屏,电子班牌、刷卡器、打印机、微机电脑等设备都进入教室。一些学校还为每个学生都配了教学Pad,每个教室都需要高速Wi-Fi覆盖,课堂实验室还会不定期引进3D打印机、VR/AR等新科技,同时配有了门禁、扫码枪、资产管理定位等大量的物联网设备。

图1 当前园区网络遇到的典型问题(数据来源:IDC,2022)

海量接入终端的出现和网络翻新升级需求面临着诸多问题:

1、新增设备要重新建网,施工布线困难。新设备上线需拆装线缆桥架、规划机柜和电源,施工会打扰正常活动进行。且旧网容量不足,新业务往往意味建新网。例如教学信息化要求实验室为每个操作台都配备联网自动考试评分系统,旧网的1~2个信息点位严重不足,就需要停课重新建网。

2、大量设备管理难度大,故障难解决。据统计,仅5台交换机设备带来的网络异常状态组合就有150多种,且该数值随网络设备扩大呈指数级增长,传统人力运维力不从心。

3、大量设备冲击旧网带宽,网络速率供不应求。“三个课堂”高清视频需要带宽50M/路,平板电脑带宽30~50M/人。而教室网络大多停留在百兆,无法快速升级,不能满足全班电子化教学和线上远程教学发展需求。

图2 教学网络带宽需求发展

4、建网翻新与节能减排难兼顾。大量终端必然带来大量电能消耗,建网使用的耗材在生产、运输、报废过程还会产生许多“隐含碳”。中国将在2030年前实现碳达峰,绿色低碳是政策要求也是全社会的精神共识。减少能耗和耗建不仅有助于减少额外成本支出,也提升着绿色环保的企业荣誉。

高品质以太全光园区网络解决方案凭借极简架构、极简管理、极速接入、绿色节能四大特性,为东南大学、西安交通大学、武汉理工大学等校园网络改造升级交出了高分答卷。

一、极简架构:三层架构变两层,省电省线省机房

通过中心交换机纳管远端模块的思路,方案将核心、汇聚、接入的三层传统网络架构简化为核心、接入两层,实现快速组网扩容。

(1)布线安装简,节省线缆和机房

传统网络中楼栋弱电间为汇聚层,楼层弱电间的接入交换机面向终端,有多少设备拉多少线,线缆多、管道挤,新增业务需要从弱电井重新拉几十米网线到教室。以太全光方案中无汇聚层,核心机房直连楼层弱电间中心交换机(接入交换机),一个区域的若干房间只需一根线缆,在用户侧通过远端模块分离端口连接设备,新增业务只需增加室内几米网线即可。

传统网络对比高品质以太全光方案

远端模块具有4、8、16端口,并支持电气管道、机架、桌面、挂墙等各种灵活的安装方式。方案将传统接入交换机1根线缆1终端变成了1根线缆4-16台终端。汇聚层的楼层弱电机房、接入交换机数量,节省网线约77%。

布线既可利旧网线,也可使用光纤、光电混合缆。传统网线因为信号衰减问题最远只能传输100m,否则需要增加弱电箱续接。而使用光纤或光电混合缆,则无距离限制。光电混合缆还可以实现业界最远的2000m PoE供电能力,新增设备无需增设本地供电设施,进一步节省了投资。

例如:在室外、库房等场景,扬尘和雷雨环境要求设备防护等级高,亦不便于安装机柜和电源,此时可直接使用光电混合缆从核心机房向监控、AP等设备提供超远连接,精简了设施。核心机房通常配备UPS不间断电源,光电混合缆从核心机房向用户侧设备供电,可实现本地断电不断网,为办公、监控等提供不间断的网络保障。

(2)设备数量简,一台设备顶两台

中心交换机可以使用任意一款华为交换机,所有机型都可以通过远端模块快速扩容端口,充分适应现网旧设备。

业界最高密框式交换机CloudEngine S8700系列,可容纳10000以上用户,10槽位款型一机最大384个万兆多速率端口,配合远端模块可以直接扩容6000终端,未来升级的72端口单板做到一机624个端口约万台设备的快速扩容能力,一台顶两台。用最少的设备、最少的空间实现接入极简,一台设备一张网。

图4 业界最高密接入交换机CloudEngine S8700系列

CloudEngine S5731-H光电混合系列交换机提供了创新的光电混合模块,仅用一个业务口就可以实现光电同传。传统光模块只能传数据,业界许多光电混合缆为光电分离双端口设计,要占用上下游交换机光、电两个业务端口造成整机业务能力减半。另外,分离的电缆需配套电源理线架,部署复杂。相比之下,华为光电混合缆支持光电合一端子,无需配套专用理线架。

二、极简运维:免管理即插即用,有线无线一体管理

业界接入设备需要先规划再配置十分复杂,或者需要额外购买网管平台实现自动注册上线。基于华为创新的XLDP协议(极简发现协议),远端模块上电后会自动交互报文完成上线、认证和校验,实现远端模块即插即用,无需依赖网管就可免管理、免配置。同时,中心交换机可以查看远端模块的端口状态、端口统计、PoE电源信息和光模块信息等,并对远端模块下发配置。远端模块仅运行BIOS、APP和PoE等一些轻量化固件,使远端模块的启动更加迅捷,上电即上网。

也就是说远端模块相当于一个“端口”,用户无需任何配置管理。所有接入设备的管理工作都转移到了中心交换机上。一般来说,接入侧设备占到全网设备的80%以上,以太全光方案现在可将大多数接入侧设备简化为“端口”。按照8口远端模块测算,1台48口中心交换机可以拓展端口384个,相当于传统8台接入交换机的能力,管理节点减少了87.5%。

中心交换机配备的随板AC功能可以同时管理有线无线业务,无需单独购买WAC控制器,做到了有线无线融合统一管控。可视化智能运维平台IMaster NCE支持网络策略一键配置下发、快速开局。独家iPCA2.0随流检测技术通过实时检测业务质量,做到5分钟故障自动定位优化,实现了业界领先的L3.5级网络自动驾驶。

这样自动化、易管理的特性对于校园等缺乏专业网工的场景尤其适用,体育老师也能做网工,大大减轻了运维难度和故障处理时间,节省了人力成本。

三、极速接入:灵活2.5GE上行,静音千兆到终端

远端模块提供全千兆的下行接入,为用户提供千兆到终端的网速体验。同时具备2.5GE的极速上行能力。以4人规模的学生宿舍为例,布置一台4口小行星连接AP或电脑,相当于可以同时为每个同学提供约80MB/s到125MB/s的网速,几秒钟就可以下载好一部教学软件或视频。

2.5GE上行的带宽更适应当下和未来的网络变化:以一间完善的信息化教室为模型估算,讲台电脑联网云办公需要约30M网速、45个学生各用一台30M的Pad、两个监控摄像头各需要20M,带宽需求就已经达到了1420M,再考虑跨教室视频教学、各类电子教具和未来可能引进的VR课堂,我们的带宽很快容易突破2000M。普通的千兆上行交换机根本无法满足当下信息化教学的需求,但业界交换机款型上行带宽大多直接从千兆变成万兆,造成带宽浪费。远端模块2.5GE端口的设计是最适宜未来2000M+带宽发展趋势的选择,当前只有华为以太全光方案具备,在价格合理的基础上保障了客户未来演进带宽需求。

图5 光电混合缆带宽满足未来10年需求

另外,WI-FI升级一代只需大约5年,代际的快速变化带来带宽翻倍的增长,导致现有部署的网线传输速率的最大能力不能满足新一代Wi-Fi的建网要求,网线需要频繁翻新更换,重复投资。以太全光方案兼容网线的同时可使用光纤到桌面,速率无上限。未来10年提速无需重布线,提速升级只需简单更换光模块即可。

四、绿色节能:楼栋每年节电10000元

低碳首先来自于网络架构的优化:三层变两层的极简架构简化了传统网络线缆、机房和设备的数量,直接减少了建网材料和设备生产、运输、报废过程的“隐含碳”排放,有效减少了未来网络规模的持续增长时庞大的材料投资占比。

设备上,凭借先进工业和创新技术在散热、电源和芯片做到了高能效。远端模块和静音交换机采用无风扇设计,使用专利的全向蜂窝式散热,降低散热功耗20%,静音又节能。同时选用超低功耗芯片及器件,使得远端模块典型功耗可以控制在7W以内(8端口款型),平均单端口功耗小于1W,相比业界节能30%以上。设备运行时5厘米外无噪声,可以安装在走廊、教室、甚至是桌面,不会打扰考试、上课、办公的正常活动。

中心交换机作为整网的供电能力中心,对散热和电源设计具有更高要求。以最高密接入中心交换机CloudEngine S8700为例:采用创新的“Y+ ψ”形风道专利,前后通风,散热效率提升15%;自研的鸿雁风扇采用混流式单转子技术+高性能翼型算法,使风扇转速提高10%、散热功耗降低30%、噪音降低15%;一体化磁芯设计的电源模块提升了电源能效比,使电源风阻降低30%,散热效率提升40%。另外,交换机端口可根据负载可自动调节功率,整机设备功耗降低了约30%。

图6 高品质以太全光方案帮助大楼节能减排

以一座容纳2000人的5层大楼为例,该方案将楼栋弱电间数量从五间减为一间,使得整楼工程布线从200km下降到50km,节省线缆约77%,客户综合建网成本降低约30%。全楼全年节碳4.6吨,节省用电 10,000 余度,相当于30000颗树的年降碳效果。

华为高品质以太全光园区网络不仅提供了高速接入能力,还通过极简架构简化了网络施工和管理运维工作。简约而不简单,为校园、办公等场景提供了极简高速、绿色节能的解决方案,共同实现数字化升级。未来,以太全光网络将持续升级,助力客户网络实现无人化自治,通过超宽的弹性承载网络和物联感知把数字化带进每一间教室,打造智慧校园网络。

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