高職院校智慧校園網絡基礎設施總體規劃探討

【摘 要】本文以廣西電力職業技術學院為例，按照國家職業院校數字校園實驗校建設規范和智能化校園的要求，總體規劃學校智慧校園網絡基礎設施，包括綜合布線、數據中心、有線無線一體化等主要設計方案，充分考慮云計算、大數據、移動化、智能化等新一代信息技術，力圖使學校的信息化建設在更高的起點上推進。

【關鍵詞】教育信息化2.0 ?高職院校 ?智慧校園網絡 ?基礎設施 ?新校區信息化 ?總體規劃

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）04C-0190-03

隨著教育部《教育信息化2.0行動計劃》《關于進一步推進職業教育信息化發展的指導意見》，以及《廣西教育信息化發展規劃（2017—2020年）》等信息化頂層設計制度的出臺，職業教育信息化迎來了新的發展階段。“教育信息化2.0”要求教育信息化工作者在應用信息技術時，要從應用融合發展向創新融合發展轉變。當下，廣西不少高職院校正在大力推進新校區建設，以滿足不斷增長的入學需求。而一個校區網絡信息化基礎設施設計好壞，決定了未來智慧校園建設的基礎。如何設計出具有先進性、前瞻性和穩定性的網絡基礎設施規劃，滿足當前云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術的需求，成為各職業院校規劃新校區的重點難點問題。本文以廣西電力職業技術學院新校區為例進行介紹。

一、總體規劃設計原則

（一）需求導向，統一規劃

不同高職院校的辦學特色不同，其開設課程、校園文化、辦學類別、招生規模等都能凸顯各學校的特點。廣西電力職業技術學院是一所能源電力類特色鮮明的綜合類高職院校。在過去5年中，學校成功申報了自治區級教育信息化試點單位和教育部職成司牽頭、中央電教館具體承擔指導的“職業院校數字校園建設實驗校項目”，打通了基于數據流轉的校本教育資源公共服務平臺和教育管理公共服務平臺，并以一站式數字校園門戶和清華優慕課在線平臺為信息化載體，大力推動混合式教學改革，目前已立項317門課程，選課學生達1.4萬，訪問量696萬。未來，學校還將大力推動混合教學模式改革和基于能源互聯網的智慧校園建設。在這些可以預期的信息化應用需求下，就要選擇合適的技術路徑，打造相適應的信息化基礎設施。

（二）分步實施，突出重點

新校區的信息化項目往往需要投入大量的資金，每個子項目均是幾百萬以上的規模，在建筑施工前期就要充分介入建筑施工圖紙的層面，但要合理安排項目順序，哪些項目是前期做哪些項目是后期做，都要做好計劃。比如弱電管道的設計就須在前期施工方做單體設計時介入，避免后期不必要的二次施工。從優先級上考慮，首先重點考慮滿足最基本需求的設施，比如上網、一卡通，教學投影等。

（三）充分調研，合理選型

以技術的前瞻性、可靠性、經濟性為目標，在充分考慮主要的網絡基礎施工時，要充分調研使用的技術、設備選型，在滿足未來幾年信息化發展趨勢和確保網絡正常運行的條件下，盡可能降低網絡的建造成本和運行費用。就可靠性而言，重要核心項目必須采用具有高可靠性的總體設計，采用相對成熟的技術和設備，如校園網絡在設計網絡拓撲時，每個節點考慮線路冗余。

（四）資源共用，信息共享

要合理利用舊有信息資源，避免軟硬件資源的投資浪費。比如廣西電力職業技術學院新校區建成后要考慮舊校區能夠搬遷過去使用的信息設備。對于新建數據中心，可建立跨校區專線形成局域網，物理上打通跨校區數據通道，共用計算資源和存儲，做到資源共享，避免部分設備重復投入。

二、規劃目標和設計思路

（一）建設目標

比照2015年教育部發布的《職業院校數字校園建設規范》已經過去近5年，廣西電力職業技術學院新校區信息化基礎設施建設標準要有明顯提高，除了要滿足在校生1.2萬人的基本信息化需求外，還要考慮最新智能化技術尤其是能源互聯網技術的變化。為此，規劃設定了下列具體目標：校園網出口帶寬達到8G以上，無線網絡實現全覆蓋，云計算中心資源池比2019年擴大一倍，實現資源動態智能高效管理;引入能源互聯網、SDN（軟件定義網絡）、NFV（網絡功能虛擬化）等技術在新校區網絡建設中的應用;按照數字廣西和廣西教育子網要求，實現IPV6部署和5G信號覆蓋，部分高密用網樓宇引入全光網絡;融合各部門數據，加強物聯網、可視化、地理GIS等技術在校園管理中的應用，在新校區積極發展智能建筑、智慧教室、智慧路燈、智能充電樁、智能垃圾桶、智能停車場、智能管網等智能設施建設，建設智慧教室建設100間;對校區內能源資源（水、電、氣、熱等能效）進行全方位、全過程實時監管，建成能源綜合管控綠色區域示范單位。

（二）設計思路

新校區智慧校園是一項復雜的系統工程，必須采用系統化思維和方法設計與實施方案。首先，要整體規劃。網絡基礎設施作為智慧校園架構的底層，是支撐上層應用的物理層基礎，可構建模塊化、靈活可擴展的技術架構，充分考慮云計算、大數據、移動化、智能化等技術趨勢和安全性保障。其次，設計進度上要以點帶面，步步推進，注重實效。

三、主要建設內容

（一）綜合布線管道工程

為了滿足教學、科研及辦公的通信要求，綜合布線管理系統的設計目標是：以現代科學為指導，以綜合布線技術、計算機技術、通信技術和自動化技術為支撐，建立一套統一規劃、高度集成、模塊化開放的布線管理系統，全面實現學校通信、管理手段的智能化、集成化管理。廣西電力職業技術學院綜合布線管道工程包括數據中心機房到各樓宇的光纖干道和每棟樓的綜合布線工程。主干路要考慮多做幾條管路冗余，路徑選擇在圍繞數據中心的方位，比如學校數據中心位于新校區中部，到各樓宇的主干管道物理路徑上就類似于十字型布局，邏輯上呈星型結構，規劃了雙通道，可以避免單線單點故障影響某路的網絡。在施工時要考慮弱電管道和其他管道的各自埋深，以及相互之間的間隔距離。在光纖芯數要選擇96～114芯左右，預期可滿足未來10年內各項網絡業務的用網需求。

考慮到成熟度和穩定性，在實際設計時，采用雙萬兆主干、千兆到桌面的三層架構，部分信息密集點使用光纖到戶的混合型方案。接入層以上交換設備實施雙鏈路冗余配置，每層樓均設計一個弱電間。弱電間置于樓層中部，各信息點通過6類網線匯聚到各層接入交換機。對于不同功能區的建設區域，信息點的數量和位置要根據相應的功能來合理布置，適當冗余。各層橋架也要適當預留好承載寬度。

（二）數據中心機房工程

數據中心是智慧校園的心臟，是智慧校園各項智能化功能得以實現的控制中樞。老師、學生和外來訪問人員都需要依賴數據中心里的數據和資源才能有效進行工作交流與學習。近年來，隨著互聯網和 Web 技術的興起，數據中心的戰略地位變得越來越重要，因為它不但能提高教學質量，改善工作業務流程，還能加快教育變革的進程。數據中心機房的設計直接影響到設備的穩定性和可靠性、使用效率和壽命，又是值班人員進行操作和管理的場所，所以機房設計既要滿足數據中心機房內設備的運行環境，又要考慮工作人員工作環境的舒適性，即以人為本、人機并重的基本理念。

廣西電力職業技術學院規劃了230平方米的數據中心機房，位于一層，共規劃5個功能間，分別是主機房、監控室、配線間、儲物間、電池間等。規劃按《電子信息系統機房設計規范》（GB-50174-2017）B級機房標準建設，以模塊化、一體化機房進行設計。主機房配置服務器機柜、網絡機柜，制冷量列間空調，雙路UPS供電，以及配套的機房裝修、綜合布線、動環監控、氣體消防、新風系統、防雷接地等系統。預期可放置25個服務器機柜、20個網絡機柜以上。

機房用電由大樓提供2路500A以上不同變壓器的電源，分別作為A、B路兩路市電引入條件。供電路由采用三相五芯電纜線，機房內設置1臺總輸入配電柜，分別接大樓引入的A、B 路切換后電源。使UPS供電系統形成（N+1）冗余的供電模式，設計等級達到機房B級標準。

機房安全采用基于動環的監控系統，包含集中監控、運維管理、運營管理、能效管理等功能，還可以對數據中心的能源、資源、運維活動等進行智能化管理，提高人均運維效率、降低能源成本與提高資源使用率。此外，還有物理監控門禁、消防安全、遠程管理等模塊。

（三）校園有線無線一體化工程

為使新校區校園網具備有線無線統一管理的能力，規劃通過智能網管軟件實現有線無線認證、設備資產管理、有線無線等各種資源之間的智能聯動，為實現一體化、可信任、業務隔離、精細感知的校園管理打下基礎。在物理層設計上，整體網絡以中心機房為核心點，有線無線共用核心層設備，采用星型拓撲結構，網絡核心層設備部署在中心機房。核心層的建設基于高可靠、高性能、高安全以及可擴展性強的原則。在核心層規劃部署2臺高性能核心交換機，采用CLOS多級多交換機架構，保障新校園網絡核心的高性能和高可靠性。匯聚層分為有線和無線部分，各自為接入層提供基于策略的連接，如地址合并、協議過濾、路由服務、認證管理等，通過VLAN網段劃分與網絡隔離，防止某些網段的問題蔓延和影響到核心層。

對于5G的出現是否會影響到學校場景實施無線覆蓋，筆者認為并不影響。由于在教學場景中，無線的用網需求很多都是在內網資源快速互通和并發的基礎上，室內無線的性能相比5G更適合教學場景。廣西電力職業技術學院新校區無線校園網規劃除了整個校園覆蓋外，考慮到學校開展的混合教學場景，需要在公共教室和實訓室布置高密無線，滿足整個班學生人數同時手機點播校內視頻的需求，主要包括教學綜合樓、食堂、圖書館等高密用網場所，為學校老師和學生提供高并發的無線網絡接入體驗。

IPv6作為未來網絡的發展方向，已經在高校開始局部使用，廣西電力職業技術學院新校區有線和無線網絡的建設，也要充分考慮 IPv6的支持。選用交換設備要支持 IPv4/IPv6雙協議棧，對于無線設備要自動地與無線控制器進行注冊提供漫游服務。同時，為保障不同廠家接入設備的認證，部署第三方認證設備進行統一認證，對接數字校園數據中心師生用戶數據，讓數字校園認證接管交換設備的認證界面，實現網絡認證與數字門戶認證的統一。同時，作為終端設備，考慮將學生教學上網日志數據進行收集，為教學大數據分析提供支撐。比如可以通過網絡日志系統分析各個教室每個時段的空閑情況進行教室的合理調配，并且可以將課表結合終端的位置時間進行課程信息的推送等。學生也可以利用無線終端如手機、IPad很直觀地在系統中查看當前各個自習室都有多少人，以便選擇合適的教室進行自習，并且在路過每個自習室的時候都會收到當前自習室的課程信息，以便自己安排學習時間。

教育信息化發展越來越快，對學校信息化管理人員的專業水平要求也越來越高。從數字校園走向智慧校園，帶來的不僅僅是技術上的進步，更是要求提升信息化理念。高職院校新校區的信息化網絡基礎設施是智慧校園建設的重點和難點，既要和新校區其他基建項目結合，又要切合教學和管理上實際需求，才能正確規劃和實施。

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【基金項目】2019年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“基于大數據背景下的職業院校智慧校園建設的研究與實踐”（2019KY1496）;2019年廣西教育廳廣西職業教育教學改革研究項目“教育信息化戰略下構建電力高職教育教學新生態的研究與實踐”（GXGZJG2019A006）;2019年廣西電力職業技術學院教改項目“基于‘人工智能+的職業公共課程智慧課堂教學體系建設研究”（2019KY1496）

【作者簡介】秦景良（1985— ），男，廣西南寧人，廣西電力職業技術學院現代教育技術中心工程師。

（責編 王 一）