移動互聯(lián)網(wǎng)時代高等院校校園網(wǎng)建設思路探索
——以山東工藝美術學院校園網(wǎng)建設為例

王志強

山東工藝美術學院 網(wǎng)絡信息管理中心，山東 濟南 250300

0 引言

信息時代，校園網(wǎng)絡承載著學校各項業(yè)務的實施和應用。校園網(wǎng)絡服務于學校教育教學、科研、管理及校園服務等發(fā)揮著重要的作用。隨著智能移動終端的大量普及，大量業(yè)務被集成到移動終端，對于無線網(wǎng)絡的需求呈爆發(fā)式增長，從而促使了移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展。校園網(wǎng)絡基礎設施是校園信息化的支撐和保障，是校園內(nèi)各項業(yè)務正常運轉(zhuǎn)的重要前提。教育部等六部委于2021年發(fā)布《關于推進教育新型基礎設施建設構建高質(zhì)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(xiàn)代化、建設教育強國的戰(zhàn)略舉措。推動校園局域網(wǎng)升級，保障校內(nèi)資源與應用的高速訪問，通過5G、千兆無線局域網(wǎng)等方式，實現(xiàn)校園無線網(wǎng)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(wǎng)絡基礎建設，則是建成數(shù)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(fā)展需要的校園網(wǎng)絡，適應移動互聯(lián)網(wǎng)的特點，園區(qū)內(nèi)隨時隨地接入校園網(wǎng)。

1 移動互聯(lián)網(wǎng)時代校園網(wǎng)絡需求基本分析

根據(jù)調(diào)查顯示，截至2020年12月，全國9.89億的互聯(lián)網(wǎng)用戶中，使用手機上網(wǎng)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(lián)網(wǎng)情況來看，2015年12月通過臺式電腦接入互聯(lián)網(wǎng)的用戶占當時總網(wǎng)民6.88億的67.7%，據(jù)統(tǒng)計到了2020年12月，通過臺式電腦接入互聯(lián)網(wǎng)的用戶占總體網(wǎng)民的32.8%，下降幅度比較大[2]。通過以上數(shù)據(jù)我們可以看出，使用移動終端接入互聯(lián)網(wǎng)的用戶在持續(xù)不斷的上升，而使用傳統(tǒng)有線方式接入互聯(lián)網(wǎng)的用戶在不斷地減少，而且下降的幅度比較大。通過以上數(shù)據(jù)我們可以得出，移動終端接入互聯(lián)網(wǎng)是用戶接入互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡已經(jīng)超過了使用有線網(wǎng)絡。

隨著網(wǎng)絡環(huán)境的日益完善和移動互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，各類移動互聯(lián)網(wǎng)應用勢如破竹般涌現(xiàn)出來，師生對無線校園網(wǎng)的需求激增，使得現(xiàn)有校園網(wǎng)絡構架不能很好地滿足他們對無線局域網(wǎng)的要求。當然，移動互聯(lián)網(wǎng)也塑造了一個新的社會生活形態(tài)，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?nèi)藗兊娜粘Ｉ?。對于移動互?lián)網(wǎng)時代的師生來說，對校園網(wǎng)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(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，人們不再局限于傳統(tǒng)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(wǎng)絡課堂”深受大家的喜歡。特別是疫情背景之下，通過網(wǎng)絡教學更是不可或缺的一種重要手段。據(jù)《山東工藝美術學院本科教學 質(zhì)量報告（2020—2021學年）》統(tǒng)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(wǎng)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(wǎng)絡視頻業(yè)務需求呈爆發(fā)式增長

最近幾年，基于移動智能終端的網(wǎng)絡直播、網(wǎng)絡短視頻發(fā)展迅猛。根據(jù)調(diào)查顯示，截至2020年12月，我國網(wǎng)絡視頻用戶規(guī)模達9.27億，較同年3月增長1億；我國網(wǎng)絡直播用戶規(guī)模達6.17億，較同年3月增長5703萬。一方面，由于各大網(wǎng)絡視頻平臺商業(yè)模式逐漸成熟，吸引了各行各業(yè)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(fā)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(yè)活動、商品流通，很多行業(yè)都在網(wǎng)上開通直播，譬如旅游服務業(yè)從業(yè)者都開通了網(wǎng)絡直播，帶領大家云游景區(qū)，一些商家也開通網(wǎng)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(wǎng)絡直播，以方便老師、學生觀看，比如畢業(yè)典禮現(xiàn)場直播、畢業(yè)展直播等。

1.3 學校數(shù)字化校園建設成果的應用

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”時代背景下，數(shù)字化校園建設目的是幫助教育事業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化與信息化發(fā)展，借助互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術，將學校的教育教學、科研、管理、校園服務等業(yè)務納入一體化信息共享網(wǎng)絡平臺，更加安全、方便地為廣大師生提供全面的服務[4]。數(shù)字化校園系統(tǒng)中教育教學業(yè)務主要是將一些資料查詢數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)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(tǒng)、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(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡購物等。新的教學模式的變革，網(wǎng)絡視頻、網(wǎng)絡直播大規(guī)模出現(xiàn)，學校數(shù)字化校園成果的應用等，都對校園無線網(wǎng)絡的性能提出了更高的要求。

2 我校校園網(wǎng)絡現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 我校校園網(wǎng)絡現(xiàn)狀

目前我校的校園網(wǎng)絡主體架構、網(wǎng)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(wǎng)時，借鑒了國內(nèi)多所高校校園網(wǎng)建設比較成熟的經(jīng)驗，是在結合自身原有校園網(wǎng)狀況的前提下，進行的一次較大規(guī)模的升級改造。

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

我校校園網(wǎng)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(jù)校園網(wǎng)絡的使用需求提出建設規(guī)劃，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各方之間的關系，并全面負責校園網(wǎng)絡的管理；第三方主要是根據(jù)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(qū)進行日常運營維護工作；三家運營商免費提供互聯(lián)網(wǎng)出口線路并根據(jù)使用情況動態(tài)擴容，面向?qū)W生辦理寬帶業(yè)務、手機寬帶融合業(yè)務等通信業(yè)務。

2.2 目前我校校園網(wǎng)絡存在的問題

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

（1）網(wǎng)絡帶寬受限及無線網(wǎng)絡覆蓋不足。受當時網(wǎng)絡技術條件的限制，目前使用的有線網(wǎng)絡采用千兆到桌面的標準，無線網(wǎng)絡采用Wi-Fi5的建設標準，網(wǎng)絡傳輸吞吐量與網(wǎng)絡延遲時有發(fā)生，容易造成網(wǎng)絡擁堵，不利于未來高清視頻（4K/8K）、在線網(wǎng)游及VR虛擬現(xiàn)實等應用。受網(wǎng)絡帶寬的限制，目前的網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡的需求激增，無線網(wǎng)絡的使用已經(jīng)成為師生的首選，有線網(wǎng)絡的使用率呈斷崖式下降，然而當時無線網(wǎng)絡的設計部署已經(jīng)很難滿足現(xiàn)在師生的使用需求。我校辦公區(qū)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(qū)；有些建筑空間由于用途發(fā)生了改變，由人員低密度區(qū)域變?yōu)楦呙芏葏^(qū)域，致使同一時間內(nèi)連接無線網(wǎng)絡的人員成倍增加，導致無線網(wǎng)絡性能出現(xiàn)瓶頸；室外公共區(qū)域AP部署不足，無線網(wǎng)絡信號覆蓋率較低，無法滿足師生在室外對網(wǎng)絡的需求。

（2）老舊設備對新的網(wǎng)絡技術兼容性較差。近幾年，國家大力推進IPv6的大規(guī)模部署和應用，中央網(wǎng)信辦、國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部于2021年印發(fā)《關于加快推進互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署和應用工作的通知》，通知指出：互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）是互聯(lián)網(wǎng)升級演進的必然趨勢、網(wǎng)絡技術創(chuàng)新的重要方向，“十四五”時期是加快數(shù)字化發(fā)展、建設網(wǎng)絡強國和數(shù)字中國的重要戰(zhàn)略機遇期，應堅定不移推進IPv6規(guī)模部署和應用[6]。目前我校網(wǎng)絡設備設施購買已久，對新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版支持不足，比如出口路由器不能支持IPv6網(wǎng)絡的用戶組路由、安全審計，認證系統(tǒng)也不支持獨立的IPv6認證等，網(wǎng)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(lián)時代高等院校校園網(wǎng)建設探索

信息時代，高等院校教育信息化的實現(xiàn)、數(shù)字化校園的建設都離不開校園網(wǎng)絡，校園網(wǎng)絡基礎設施是校園信息化的支撐和保障，是學校實現(xiàn)數(shù)字化校園的前提。校園網(wǎng)承載著學校各項業(yè)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(fā)揮著重要的作用。隨著5G技術、物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展以及無線通信技術Wi-Fi6的應用，構建高速實用、穩(wěn)定可靠、管理完善和多業(yè)務融合的基礎承載網(wǎng)絡，提升校園網(wǎng)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(wǎng)建設的趨勢。

3.1 加快校園網(wǎng)絡光纖到終端建設，大幅度提升寬帶網(wǎng)絡速率

2013年國務院在《國務院關于促進信息消費擴大內(nèi)需的若干意見》中提出：加快寬帶網(wǎng)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(wǎng)絡直播、網(wǎng)絡短視頻迅猛發(fā)展以及教學、辦公對網(wǎng)絡高帶寬的需求，高等院校校園網(wǎng)建設光纖入戶、打造超寬網(wǎng)絡、提升寬帶網(wǎng)絡速率是未來校園網(wǎng)建設的必然趨勢。光纖作為傳輸介質(zhì)，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(yōu)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(wǎng)升級改造計劃中，將教學區(qū)域、辦公區(qū)域及宿舍區(qū)有線全部升級為光纖入戶模式重新構建，以實現(xiàn)帶寬的擴展，為未來面向4K/8K應用、校園物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)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(wǎng)基礎設施建設。

3.2 基于Wi-Fi6無線協(xié)議標準，無線網(wǎng)實現(xiàn)高密度全千兆接入

隨著信息技術的快速發(fā)展，移動終端日趨多樣化的今天，無線網(wǎng)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(wǎng)絡環(huán)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(wǎng)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(wǎng)絡的穩(wěn)定性、速率、安全性等以成為其重要的參數(shù)，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(lián)機時延低、更加安全等優(yōu)點，Wi-Fi6高速的傳輸速度可有效解決網(wǎng)絡擁堵問題[7]。根據(jù)不同的應用場景，制定不同的設計方案，以適應不同環(huán)境的應用。如我校在無線網(wǎng)絡升級規(guī)劃中分為如下幾種情況：小型辦公室采用光纖入戶，室內(nèi)安裝帶有線口的無線AP設備，既可滿足無線需求，又可實現(xiàn)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(jù)使用場景及人數(shù)具體情況，可從極光交換機進行有線網(wǎng)的連接，還可從極光交換機敷設網(wǎng)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(xié)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(wǎng)絡帶寬受限及網(wǎng)絡擁堵的現(xiàn)象。

3.3 加強校園網(wǎng)安全意識，增強網(wǎng)絡安全管理

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術的迅速發(fā)展，大量基于網(wǎng)絡的終端設備接入校園網(wǎng)，使網(wǎng)絡的構成越來越復雜，校園網(wǎng)絡安全威脅不斷增長，安全問題已成為網(wǎng)絡管理的重中之重。校園網(wǎng)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(fā)現(xiàn)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(xié)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(tǒng)等，對用戶的上網(wǎng)行為數(shù)據(jù)進行留存，以備日后查詢。目前，我們學校采用統(tǒng)一身份認證登入校園網(wǎng)，師生使用一個賬號即可以訪問全部業(yè)務系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了一套賬號漫游全網(wǎng)，同時對全部用戶身份進行安全審計及行為日志審計，現(xiàn)了校園網(wǎng)安全管理、多業(yè)務支撐、智能、可控的管理模式。

3.4 采用5G融合校園網(wǎng)技術，助力智慧校園建設

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，5G融合校園網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)符合當代校園網(wǎng)建設的潮流?？捎?G選擇性替代Wi-Fi網(wǎng)絡，通過5G切片技術對物聯(lián)網(wǎng)的場景進行分割，進而獲得不同的相對獨立的局域網(wǎng)區(qū)域，從而針對不同區(qū)域、不同類型的物聯(lián)網(wǎng)服務能力進行強化，解決了由于物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)建設中融合5G技術，實現(xiàn)運營商移動網(wǎng)絡與校園網(wǎng)的深度融合，突破校園網(wǎng)邊界，有效提升移動網(wǎng)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(wǎng)絡與校園網(wǎng)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(wǎng)絡技術，簡化網(wǎng)絡日常維護

隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，各種新型服務不斷出現(xiàn)，基于無線網(wǎng)絡的移動終端、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務終端快速增長，無固定場所的移動設備接入校園網(wǎng)已成為常態(tài)，網(wǎng)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(wǎng)絡運維的成本，成為現(xiàn)階段校園網(wǎng)絡建設首先要考慮的問題。軟件定義網(wǎng)絡（SDN）是目前比較熱門的網(wǎng)絡技術之一，它的核心思想是將傳統(tǒng)的分布式控制架構轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺娇刂萍軜?，SDN架構中控制層和數(shù)據(jù)層分離，數(shù)據(jù)層主要負責根據(jù)控制器下發(fā)的規(guī)則對數(shù)據(jù)包進行快速轉(zhuǎn)發(fā)，控制層主要負責安全地管理網(wǎng)絡。集中式控制架構可以極大地簡化校園網(wǎng)的接入管理和維護工作，簡化虛擬局域網(wǎng)的配置部署，接入設備模塊化后，可實現(xiàn)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(wǎng)狀態(tài)，當網(wǎng)絡拓撲發(fā)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(wǎng)絡資源的利用率和靈活度，提升了網(wǎng)絡運行速度、可靠性和安全性。

4 結語

移動互聯(lián)網(wǎng)時代，校園網(wǎng)絡建設需要加強無線網(wǎng)絡的覆蓋率和承載量，應以移動網(wǎng)絡為主、有線網(wǎng)絡為輔，以適應現(xiàn)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(wǎng)絡的需求。隨著教育信息化、無紙化辦公的持續(xù)深入，校園網(wǎng)絡安全管理已成為校園網(wǎng)絡管理的重點，建立完備的安全審計、認證系統(tǒng)機制，做到所有信息可追溯，是校園網(wǎng)絡建設的重中之重。隨著網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大，新型服務、新型應用不斷增加，校園網(wǎng)管理變得日漸復雜，簡化校園網(wǎng)絡運維成本是現(xiàn)階段校園網(wǎng)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(wǎng)絡建設中的使用，提升校園網(wǎng)絡的性能，更好地為廣大師生提供網(wǎng)絡服務，提高他們對校園網(wǎng)絡使用體驗的滿意度。