移動互聯網時代高等院校校園網建設思路探索
——以山東工藝美術學院校園網建設為例

王志強

山東工藝美術學院 網絡信息管理中心，山東 濟南 250300

0 引言

信息時代，校園網絡承載著學校各項業務的實施和應用。校園網絡服務于學校教育教學、科研、管理及校園服務等發揮著重要的作用。隨著智能移動終端的大量普及，大量業務被集成到移動終端，對于無線網絡的需求呈爆發式增長，從而促使了移動互聯網的迅速發展。校園網絡基礎設施是校園信息化的支撐和保障，是校園內各項業務正常運轉的重要前提。教育部等六部委于2021年發布《關于推進教育新型基礎設施建設構建高質量教育支撐體系的指導意見》，指導意見明確提出“教育新型基礎設施建設是國家新基建的重要組成部分，是信息化時代教育變革的牽引力量，是加快推進教育現代化、建設教育強國的戰略舉措。推動校園局域網升級，保障校內資源與應用的高速訪問，通過5G、千兆無線局域網等方式，實現校園無線網絡全覆蓋。[1]”可見，教育新基建對于國家教育的重要性，校園網絡基礎建設，則是建成數字化校園的基礎和前提，是加快推進教育信息化的“高速公路”。建設成為符合新時代發展需要的校園網絡，適應移動互聯網的特點，園區內隨時隨地接入校園網。

1 移動互聯網時代校園網絡需求基本分析

根據調查顯示，截至2020年12月，全國9.89億的互聯網用戶中，使用手機上網的用戶為9.86億，占比達99.7%，相比2015年12月90.1%的占比率，提升了9.6個百分點；通過終端接入互聯網情況來看，2015年12月通過臺式電腦接入互聯網的用戶占當時總網民6.88億的67.7%，據統計到了2020年12月，通過臺式電腦接入互聯網的用戶占總體網民的32.8%，下降幅度比較大[2]。通過以上數據我們可以看出，使用移動終端接入互聯網的用戶在持續不斷的上升，而使用傳統有線方式接入互聯網的用戶在不斷地減少，而且下降的幅度比較大。通過以上數據我們可以得出，移動終端接入互聯網是用戶接入互聯網的首選，當然這對于高等院校廣大師生也是一樣的，他們使用移動終端設備接入無線校園網絡已經超過了使用有線網絡。

隨著網絡環境的日益完善和移動互聯網技術的發展，各類移動互聯網應用勢如破竹般涌現出來，師生對無線校園網的需求激增，使得現有校園網絡構架不能很好地滿足他們對無線局域網的要求。當然，移動互聯網也塑造了一個新的社會生活形態，不再將人們局限于某個固定場所，能夠隨時隨地滿足人們的需求，從而潛移默化地改變人們的日常生活。對于移動互聯網時代的師生來說，對校園網絡的需要大致有如下幾個方面。

1.1 線上教育教學的基本需求

隨著計算機以及智能終端的普及，互聯網的快速發展，人們不再局限于傳統的教育教學模式，打破之前的那種特定時間、特定空間的限制，可以隨時隨地進行學習的教學模式“網絡課堂”深受大家的喜歡。特別是疫情背景之下，通過網絡教學更是不可或缺的一種重要手段。據《山東工藝美術學院本科教學 質量報告（2020—2021學年）》統計，2021年，山東工藝美術學院組織建設24門在線課程，引進12門國家精品在線開放課程，以及在中國大學慕課、智慧樹、超星等在線教學平臺開設在線課程。截至2021年，山東工藝美術學院建設在線課程共計93門[3]。由此可見，網絡課堂在日常教學中的比重越來越大，線上課堂與線下課堂相結合，確保日常的教育教學。

1.2 網絡視頻業務需求呈爆發式增長

最近幾年，基于移動智能終端的網絡直播、網絡短視頻發展迅猛。根據調查顯示，截至2020年12月，我國網絡視頻用戶規模達9.27億，較同年3月增長1億；我國網絡直播用戶規模達6.17億，較同年3月增長5703萬。一方面，由于各大網絡視頻平臺商業模式逐漸成熟，吸引了各行各業的入駐，極大地豐富了視頻的種類。例如以知識教育為主打特色的B站、以影視劇為主的愛奇藝、以娛樂短視頻為主的抖音等平臺，近幾年迅速發展，吸引了眾多的人參與其中。另一方面，由于疫情的原因限制了線下商業活動、商品流通，很多行業都在網上開通直播，譬如旅游服務業從業者都開通了網絡直播，帶領大家云游景區，一些商家也開通網絡直播進行帶賣商品等。再者，大部分高等院校將一些校園大型活動進行網絡直播，以方便老師、學生觀看，比如畢業典禮現場直播、畢業展直播等。

1.3 學校數字化校園建設成果的應用

基于“互聯網+”時代背景下，數字化校園建設目的是幫助教育事業實現數字化與信息化發展，借助互聯網和計算機技術，將學校的教育教學、科研、管理、校園服務等業務納入一體化信息共享網絡平臺，更加安全、方便地為廣大師生提供全面的服務[4]。數字化校園系統中教育教學業務主要是將一些資料查詢數據庫、網絡課堂軟件等進行整合。管理主要包括對教師的管理和對學生的管理，對教師的管理比如人事系統、疫情上報等，對學生的管理主要包括學生的請假銷假、學生排宿、宿舍考勤等。校園服務可以提供比如通知公告、一卡通服務、教師工資查詢等服務。

當代大學生對移動互聯網的基本需求不僅僅是以上這些，他們還有很多其他方面的需求，比如即時通信、網絡購物等。新的教學模式的變革，網絡視頻、網絡直播大規模出現，學校數字化校園成果的應用等，都對校園無線網絡的性能提出了更高的要求。

2 我校校園網絡現狀及存在的問題

2.1 我校校園網絡現狀

目前我校的校園網絡主體架構、網絡設施及運營模式，是從2015年建成并運營的，當初在設計校園網時，借鑒了國內多所高校校園網建設比較成熟的經驗，是在結合自身原有校園網狀況的前提下，進行的一次較大規模的升級改造。

我校校園網絡架構首次采用扁平化網絡架構，與傳統的三層網絡架構比較有很多優勢。所謂的扁平化網絡架構是在不改變原有網絡結構物理連接的模式下，通過對網絡設備按照所承載的功能進行邏輯劃分，在邏輯上將網絡劃分為兩層[5]。扁平化網絡架構與“接入-匯聚-核心”三層網絡架構相比，有它自身的優勢，即業務層和接入層功能劃分明確，有利于網絡的管理維護。學校現有主干網絡實現了萬兆傳輸，配備了兩臺高性能核心交換機，無線網絡實現了全校區覆蓋。

我校校園網采用“學校管理，第三方建設運維，三家運營商接入”的運行模式。學校層面主要根據校園網絡的使用需求提出建設規劃，統籌協調各方之間的關系，并全面負責校園網絡的管理；第三方主要是根據學校的使用需求，提供實施方案及所需設施，派遣維護人員進駐校區進行日常運營維護工作；三家運營商免費提供互聯網出口線路并根據使用情況動態擴容，面向學生辦理寬帶業務、手機寬帶融合業務等通信業務。

2.2 目前我校校園網絡存在的問題

基礎設施呈現老化態勢，主校區內有線綜合布線年限接近20年，雙絞線的銅纜綜合布線系統嚴重氧化，對網絡信號傳輸造成嚴重衰減，影響用戶上網體驗。此外，裝飾、裝修等工程的影響也對網絡線路造成了一定程度的破壞。

（1）網絡帶寬受限及無線網絡覆蓋不足。受當時網絡技術條件的限制，目前使用的有線網絡采用千兆到桌面的標準，無線網絡采用Wi-Fi5的建設標準，網絡傳輸吞吐量與網絡延遲時有發生，容易造成網絡擁堵，不利于未來高清視頻（4K/8K）、在線網游及VR虛擬現實等應用。受網絡帶寬的限制，目前的網絡難以滿足線上教學、視頻直播、移動應用等日益增長的師生網絡需求，對學校今后智慧校園的建設形成阻礙。目前師生對無線網絡的需求激增，無線網絡的使用已經成為師生的首選，有線網絡的使用率呈斷崖式下降，然而當時無線網絡的設計部署已經很難滿足現在師生的使用需求。我校辦公區的無線AP主要部署在樓道，多個房間共用一個無線設備，這樣導致部分房間存在信號覆蓋的盲區；有些建筑空間由于用途發生了改變，由人員低密度區域變為高密度區域，致使同一時間內連接無線網絡的人員成倍增加，導致無線網絡性能出現瓶頸；室外公共區域AP部署不足，無線網絡信號覆蓋率較低，無法滿足師生在室外對網絡的需求。

（2）老舊設備對新的網絡技術兼容性較差。近幾年，國家大力推進IPv6的大規模部署和應用，中央網信辦、國家發展改革委、工業和信息化部于2021年印發《關于加快推進互聯網協議第六版（IPv6）規模部署和應用工作的通知》，通知指出：互聯網協議第六版（IPv6）是互聯網升級演進的必然趨勢、網絡技術創新的重要方向，“十四五”時期是加快數字化發展、建設網絡強國和數字中國的重要戰略機遇期，應堅定不移推進IPv6規模部署和應用[6]。目前我校網絡設備設施購買已久，對新的互聯網協議第六版支持不足，比如出口路由器不能支持IPv6網絡的用戶組路由、安全審計，認證系統也不支持獨立的IPv6認證等，網絡設備的應用服務性能、終端支持能力有待進一步提升。

3 移動互聯時代高等院校校園網建設探索

信息時代，高等院校教育信息化的實現、數字化校園的建設都離不開校園網絡，校園網絡基礎設施是校園信息化的支撐和保障，是學校實現數字化校園的前提。校園網承載著學校各項業務的實施和應用，它服務于學校的教育教學、科研、管理及校園服務等，在學校日常的教學及辦公中發揮著重要的作用。隨著5G技術、物聯網技術的不斷發展以及無線通信技術Wi-Fi6的應用，構建高速實用、穩定可靠、管理完善和多業務融合的基礎承載網絡，提升校園網用戶體驗滿意度，面向師生提供高標準支撐服務，是未來校園網建設的趨勢。

3.1 加快校園網絡光纖到終端建設，大幅度提升寬帶網絡速率

2013年國務院在《國務院關于促進信息消費擴大內需的若干意見》中提出：加快寬帶網絡升級改造，推進光纖入戶。隨著線上教育教學需求的日益增多，網絡直播、網絡短視頻迅猛發展以及教學、辦公對網絡高帶寬的需求，高等院校校園網建設光纖入戶、打造超寬網絡、提升寬帶網絡速率是未來校園網建設的必然趨勢。光纖作為傳輸介質，具有傳輸帶寬高、傳輸吞吐量大、抗干擾能力強、傳輸速率高等優點，并且光纖的造價要比雙絞線的價格低，可以大大降低投資成本。我校近期在校園網升級改造計劃中，將教學區域、辦公區域及宿舍區有線全部升級為光纖入戶模式重新構建，以實現帶寬的擴展，為未來面向4K/8K應用、校園物聯網、網絡虛擬終端體驗及智慧校園建設等大帶寬需求，做好校園網基礎設施建設。

3.2 基于Wi-Fi6無線協議標準，無線網實現高密度全千兆接入

隨著信息技術的快速發展，移動終端日趨多樣化的今天，無線網絡在人們的日常生活中變得越來越重要。在高等教育信息化的今天，基于無線網絡環境的教育教學、辦公及校園服務等比重迅速增加，廣大師生基于無線網的手機、PDA、筆記本等終端設備，基于移動辦公的音視頻設備越來越多。無線網絡的穩定性、速率、安全性等以成為其重要的參數，對用戶的體驗滿意度具有重要影響。Wi-Fi6與Wi-Fi5相比較，具有傳輸速度更快、聯機時延低、更加安全等優點，Wi-Fi6高速的傳輸速度可有效解決網絡擁堵問題[7]。根據不同的應用場景，制定不同的設計方案，以適應不同環境的應用。如我校在無線網絡升級規劃中分為如下幾種情況：小型辦公室采用光纖入戶，室內安裝帶有線口的無線AP設備，既可滿足無線需求，又可實現有線的連接；大型辦公室、會議室、報告廳、教室等，采用光纖入戶并安裝極光交換機，根據使用場景及人數具體情況，可從極光交換機進行有線網的連接，還可從極光交換機敷設網線安裝放裝高密AP；學生宿舍的無線設計方案與小辦公室無線方案相同；對于室外公共活動空間，按需布放定向及全向基于Wi-Fi6協議的室外放裝型AP。這樣可以緩解目前學校無線信息覆蓋不足的問題，同時解決了無線網絡帶寬受限及網絡擁堵的現象。

3.3 加強校園網安全意識，增強網絡安全管理

隨著移動互聯網、物聯網等技術的迅速發展，大量基于網絡的終端設備接入校園網，使網絡的構成越來越復雜，校園網絡安全威脅不斷增長，安全問題已成為網絡管理的重中之重。校園網用戶的接入，需建立身份認證、訪問控制、入侵防御功能的接入策略，當發現問題時可通過賬號或日志追查到相應的人員；采用支持IPv6協議的新設備，建立完備的用戶行為日志記錄機制，通過安全審計、認證系統等，對用戶的上網行為數據進行留存，以備日后查詢。目前，我們學校采用統一身份認證登入校園網，師生使用一個賬號即可以訪問全部業務系統，真正實現了一套賬號漫游全網，同時對全部用戶身份進行安全審計及行為日志審計，現了校園網安全管理、多業務支撐、智能、可控的管理模式。

3.4 采用5G融合校園網技術，助力智慧校園建設

隨著5G、物聯網技術的快速發展，5G融合校園網絡、物聯網符合當代校園網建設的潮流。可用5G選擇性替代Wi-Fi網絡，通過5G切片技術對物聯網的場景進行分割，進而獲得不同的相對獨立的局域網區域，從而針對不同區域、不同類型的物聯網服務能力進行強化，解決了由于物聯網交互、定位端點過多造成的信道阻塞或傳輸延遲問題[8]。在校園網建設中融合5G技術，實現運營商移動網絡與校園網的深度融合，突破校園網邊界，有效提升移動網絡的接入范圍和智能化水平，進而更好地為智慧校園建設提供基礎性保障。5G網絡與校園網絡共同存在、并不沖突，它們之間能夠相互補充。

3.5 采用新的網絡技術，簡化網絡日常維護

隨著網絡規模的不斷擴大，各種新型服務不斷出現，基于無線網絡的移動終端、物聯網業務終端快速增長，無固定場所的移動設備接入校園網已成為常態，網絡運行維護變得越來越復雜，如何提高工作效率，簡化校園網絡運維的成本，成為現階段校園網絡建設首先要考慮的問題。軟件定義網絡（SDN）是目前比較熱門的網絡技術之一，它的核心思想是將傳統的分布式控制架構轉變為集中式控制架構，SDN架構中控制層和數據層分離，數據層主要負責根據控制器下發的規則對數據包進行快速轉發，控制層主要負責安全地管理網絡。集中式控制架構可以極大地簡化校園網的接入管理和維護工作，簡化虛擬局域網的配置部署，接入設備模塊化后，可實現設備即插即用，不需要進行配置。SDN控制層的扁平控制架構使控制層設備都處于同一層次，邏輯上所有的設備均作為全局設備，掌握全網狀態，當網絡拓撲發生變化時，所有設備將同步進行更新，無需進行其他復雜的操作[9]。SDN技術提高了網絡資源的利用率和靈活度，提升了網絡運行速度、可靠性和安全性。

4 結語

移動互聯網時代，校園網絡建設需要加強無線網絡的覆蓋率和承載量，應以移動網絡為主、有線網絡為輔，以適應現代教育教學、辦公及校園服務快速增長的移動終端設備對無線網絡的需求。隨著教育信息化、無紙化辦公的持續深入，校園網絡安全管理已成為校園網絡管理的重點，建立完備的安全審計、認證系統機制，做到所有信息可追溯，是校園網絡建設的重中之重。隨著網絡規模不斷擴大，新型服務、新型應用不斷增加，校園網管理變得日漸復雜，簡化校園網絡運維成本是現階段校園網絡建設首先要考慮的問題，需要加大新技術、新設備在校園網絡建設中的使用，提升校園網絡的性能，更好地為廣大師生提供網絡服務，提高他們對校園網絡使用體驗的滿意度。