教育校園網建設探究

文/汕頭市金平區教師發展中心 呂 越

為深入貫徹《教育部辦公廳關于印發教育行業信息系統安全等級保護定級工作指南(試行)》(教技廳函〔2014〕74 號)、《廣東省教育行業信息系統安全等級保護工作方案》(粵教信息函〔2015〕12 號)和《關于做好推進教育現代化實施方案和年度工作計劃報備工作的通知》(粵府教督函〔2017〕2 號)等文件的工作要求，各學校規范落實信息網絡安全等級保護管理建設，切實提高學校網絡與信息安全防護與管控能力，保障和促進學校教育信息化建設。筆者希望能與同行探討并期望相關工作能進一步深入開展和取得更好的效果。

一、 上層設計，規范部署

汕頭市金平區根據國家、省文件關于教育系統信息網絡安全等級保護建設工作要求，通過“金平區教育信息化工作領導小組”(筆者為領導小組成員)專家經驗研判，做好前期需求收集，如根據報送校園網需求前期建設方案，客觀需求分析，需求驗證，創建工作方案分解結構，把工作分解為可估算、可管理、可控制的活動，結合我區位于汕頭市中心城區，區內中小學校園分布不均衡，早期建設校舍面積較小，教學樓缺少整體規劃布局等，溝通并滿足各學校的實際需求，編制區屬校園網建設的藍圖，擬發汕頭市金平區教育局《關于教育云校端安全接入中心、校園網建設要求的通知》文件。文件要求建設學校校園網，網絡聯通到每一間教室、功能室及辦公室，實現人人通、班班通、校校通，達到學校信息化網絡基礎建設要求，并且落實信息安全保護措施，100%覆蓋學校各個信息點，構建區域性的網絡信息安全體系，滿足現階段我區學校教育教學活動需求，整體過程實施嚴格監控。區教育局監控校園網建設范圍，實行負責部門審批制度，實施質量監控，讓各校園網滿足既定的合格標準，同時控制整體成本，讓費用在可控的范圍，實現金平區教育長期穩定可持續發展。

二、整體規劃，有效實施

在金平區教育信息化工作領導小組的指導下，金平區學校整體采用PON無源光纖網絡來部署校園網。(見圖1)PON是一種典型的無源光纖網絡，中文名：無源光纖網絡，簡稱：PON， 英文名：Passive Optical Network，是指(光配線網中)不含有任何電子器件及電子電源，光分配網絡(ODN)全部由光分路器(Splitter)等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設備。一個無源光纖網絡包括一個安裝于中心控制站的光線路終端 (OLT)，以及一批配套的安裝于用戶場所的光網絡單元(ONUs)。PON是一種純介質網絡，避免了外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，提高了系統可靠性，同時節省了維護成本，是各行業可優先選擇的技術方案。同有源系統比較，PON具有節省光纜資源、帶寬資源共享，節省機房投資，設備安全性高，建網速度快，綜合建網成本低等優點。全區110所中小學，除5所前期已建設校園網的學校外，各校采用點到多點(P2MP)結構的單纖雙向光接入網絡， PON系統由中心端的光線路終端(OLT)、光分配網絡(ODN)和用戶側的光網絡單元(ONU)組成，由一點OLT到多點ONU，OLT 和 ONU 設備間使用單芯光纜和無源分光器(POS)組件連接，不需要任何有源設備中繼，實現我區100多所學校校園網建設，保障校園網的應用質量，同時又控制整體實施成本。

圖1 校園PON無源光纖網絡結構

三、 差異建設，穩步推進

筆者根據我區學校具體情況，在實施校園網建設的過程中，制定了兩種網絡建設模式：

表1 學校本(分)校區信息點布設表

(1)兩個城鄉結合部的鮀浦教學片和岐山教學片，所屬校園面積大，教學樓分散，學校經費有限，筆者通過需求分析，針對校園面積大、教學樓樓距長的情況，同時，結合PON無源光纖網相關技術標準趨于成熟，標準框架已基本完成，PON 無源光纖網絡方案作為我區優先選擇的技術方案，可有效解決應用性、先進性、可拓展性、成本可控性及長距離傳輸的系統安全可靠性等，根據各校情況，我區校園網建設規劃采用PON全光纖校園網和以太網組網相結合的模式，充分利用其優點：①PON 系統可以提供1Gbit/s的上下行帶寬，上、下行的傳輸可用同一光纖和無源光器件(雙工)或者用分開的光纖和無源光器件(單工)實現；滿足未來相當長時期內學校乃至市、區級活動的應用需求；②PON系統采用傳輸復用技術，支持學校所有終端共享一個接入網(包括物理層和協議層)，每個學校終端可以獨占的系統分配的帶寬，減少了分散的接入網的數量；③無源光器件因使用無源光技術，具有高使用壽命，系統故障率低，后期線路維護成本大為減少；④PON系統點到多點結構本身決定了網絡的可升級性比較強，隨時更換升級終端設備，就可使網絡升級到 10Gbit/s的更高速率或提供更多的接入端口；⑤PON 系統不采用昂貴的 ATM 設備和 SONET 設備，大大簡化了系統結構，設備成本低，易于升級；⑥能與以太網相兼容，利用現有的標準的以太網接口設備，接入PON 系統，節省系統集成成本。PON 全光纖校園網和以太網組網相結合的模式合理有效解決兩個教學片的問題。

(2)中心城區部分中小學校整合撤并，我區有10所中小學有分校區，分校區帶來了學校的整體組織管理、資源整合優化、協同教研教學、無紙化辦公等問題，筆者認為PON 全光纖校園網可解決本區域學校本校區和分校區管理、辦公、應用等協同工作需求。在原單校區建設校園網的基礎上，通過教育專線，利用PON無源光纖網絡融合了PON和以太數據產品的優點，形成了許多獨有的優勢,PON無源光纖網絡采用復用技術，支持更多的用戶，每個用戶可以享受到更大的帶寬。PON無源光纖網絡不僅能綜合現有的有線電視、數據和語音業務，還能兼容未來業務如數字電視、VoIP、電視會議和VOD等等，實現綜合業務接入，建立分校區的虛擬專網。光纖直接鋪設到各個教室、功能室及辦公室，光纖采用千兆單模光纖。教學樓設置管理間，管理間和管理中心通過單模光纖連接，每個管理間部署1臺分光器，通過分光器將光信號分別傳輸到教室、功能室及辦公室，在教室、功能室及辦公室配置 ONU，ONU 通過雙絞線纜連接電腦、教學設備、監控攝像頭等設備，實現主干相對穩定，終端的松耦合可擴展。有條件的校區設置網絡信息中心，并且配備網絡中心機柜，在機柜部署一臺OLT作為核心交換機，OLT通過區教育云校端安全接入中心和教育專網的500M線路以及校安監控的線路對接。

綜上所述，在本區域教育系統校園網建設的過程中，PON無源光纖網絡這種技術發揮功效的主要介質便是無源光的各種元件，同時光纖也發揮了重要作用，所以就成本而言，這種網絡技術的花費較少，不僅如此，此種技術還有另外一個優點，可防止來自外部環境的各類干擾，像電磁、雷電等等，因此在安全性方面，此種技術和有源技術相比具有一定的優越性。PON全光纖校園網建設符合本區域學校長遠發展規劃，有機將基礎設施建設、教學應用建設和行政管理統籌規劃，考慮學校的辦學資金流動性,借助“金平區教育信息化工作領導小組”專家經驗研判，統籌規劃，建設單校區、多校區，不同辦學規模學校校園網的建設方案；分步實施，PON全光纖校園網不僅能滿足現有的教育教學，還能兼容升級改造需求，學校在不同階段配備升級視頻直播系統、視頻監控網絡、數字廣播網絡等等，目前學校網絡安全、交通安全、防溺水及心理教育等主題培訓都是通過校園網實現全區、全校師生來學習，同時，能合理分配內網和外網資源，如可用來解決無線接入技術中基站上行數據匯集到核心網的問題，可實現數字視頻會議應用等，實現綜合功能接入，大大降低后期建設和運維成本。金平區教育局已建成區級教育云中心，并且部署了萬兆防火墻、數據庫審計、漏掃等安全防護設備，學校校園網接入區級教育云中心管理平臺，利用區教育云中心的核心安全檢測，有效檢測到來自互聯網、教育專網以及各學校內部接入的各種安全隱患或安全威脅事件，實現區教育云中心與所屬學校兩級邊界的安全聯動。PON全光纖校園網的建設，逐步實現區域教育信息化配備的均衡發展，推進本區域教育現代化建設。