陶槊++陳濱

摘要：隨高校全面開展的智慧校園建設，新的產品與技術的應用，必將對弱電系統(tǒng)的設計和施工產生新的要求與標準。在即將到來的5G網(wǎng)絡時代的移動智能化高校環(huán)境下，實現(xiàn)各弱電子系統(tǒng)集成一體化，需對弱電系統(tǒng)予以新的認識。在建設高效可靠地校園信息系統(tǒng)中，依靠實踐與總結，來探討新技術與規(guī)范，對弱電工程方法進行改進，即通過對需求分析、設計施工、項目管理、檢查驗收、維護使用各方面的研究與提煉，尋找在智慧校園弱電系統(tǒng)建設改造、維護使用的策略、思路及注意事項。

關鍵詞：智慧校園；弱電工程；設計施工；維護

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）30-0263-03

The Electronic Engineering Search at Smart Campus

TAO Shuo1， CHEN Bin2

（1.Network Center， Hefei Science and Technology of College， Hefei 231201， China； 2. Electronic Dept.， Hefei Science and Technology of College， Hefei 231201， China）

Abstract： With the rapid implementation of construction of smart campus， as well as the application of new technologies and products， it is evitable to appear new challenges for electronic projects in demands and standards. In the approaching of 5-Generation Network times at intelligent campuses， especially， in order to realize the electronic system integration， it is taken for granted that the subject has been updated by new recognitions. In the development of efficient and reliable campus information system， with the discuss and search， it has been practiced and concluded some progressive methods in several respects of demanding analysis， design， building， project management， verification， and maintenance as well， so as to scrutinize the constructing， maintaining policies， ideas and cautions for electronic engineering at smart campus.

Keywords： smart campus； electronic engineering； design； construction； maintenance

1 概述

目前我國高校弱電系統(tǒng)已經由“全數(shù)字化”向“智能化”推進，并且各校也在摸索和研究建設一套可靠的智慧化校園的技術與方案。隨著校園智能設備的接入，對弱電系統(tǒng)的要求更加嚴苛，并也極大的充實了對弱電系統(tǒng)應用范圍。它由原先的綜合布線系統(tǒng)、有/無線網(wǎng)絡、安防監(jiān)控，衛(wèi)星電視、廣播、固話、會議系統(tǒng)，樓宇智控、一卡通系統(tǒng)，現(xiàn)在加入智慧課堂/圖書館/社群、云計算虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)（IoT： Internet of Things）遠程控制系統(tǒng)，所有系統(tǒng)又可以根據(jù)不同的客戶需求加以組合與互聯(lián)。這就不僅要在校園內完善各類信息系統(tǒng)建設，還要根據(jù)各子系統(tǒng)的任務需要通過中繼中轉鏈接，從而造成弱電系統(tǒng)技術、協(xié)議、設備的多樣化、復雜化，迫使我們對弱電系統(tǒng)在設計、施工、工藝、標準上都要有所更新。

2 設計原則

根據(jù)我國高校應用特點，對整個弱電系統(tǒng)要求以集中化管理、模塊化設計、智能化應用有機組合，各類信息系統(tǒng)為學校的教、學、研、管理、財務、后勤、生活提供服務（《智能建筑設計標準》（GB/T50314-2006）），實現(xiàn)統(tǒng)一出口、綜合認證，安全高速的信息互聯(lián)與處理。所以建設改造原則成為設計指標的矛盾統(tǒng)一：即高效性/穩(wěn)定性、先進性/成熟性、經濟性/前瞻性、安全性/易維性等。

3 需求分析

通過本校技術力量或專業(yè)集成商對各院校弱電工程建設/升級進行項目分解，明晰使用需求，搞清高校具體背景、應用、資金等，這些決定了網(wǎng)絡的架構、規(guī)模和選型，直至影響后續(xù)的弱電服務項目、施工進程、質量，最終決定了用戶體驗QoE和系統(tǒng)水平。

做需求分析時，有必要幫助使用者提供案例對比，給出參照性意見，而不是一味對用戶需要做疊加，特別對于新系統(tǒng)設計，對未明確確切用途場合情況下，務必耐心幫助用戶做好功能點定位工作。

4 方案設計

隨著技術不斷升級，網(wǎng)絡結構日趨多樣，高校內使用群體復雜，信息來源豐富，要滿足院校所提出的技術要求，特別是對高?？蒲薪虒W的先導性特點，需在系統(tǒng)設計前對技術層次進行充分評估。除滿足系統(tǒng)的先進性、健壯性，應盡量避免對體系內容、系統(tǒng)應用層或用戶使用習慣的顛覆性改變，這不僅是出于經濟性的考慮，更是信息無縫化演進的要求。

但在另一方面，根據(jù)高校網(wǎng)絡工程建設經驗，特別在施工中遇到的問題又告訴我們，要擬定高效可靠的弱電系統(tǒng)方案，減少潛在問題，應盡可能采用業(yè)界成熟系統(tǒng)架構。這就要求設計者在具備足夠技術積累的前提下，能夠對所有項目條件做合理取舍。endprint

4.1 架構設計

在目前水平下，任何弱電系統(tǒng)的建設與改造，“全數(shù)字”方案以以太網(wǎng)為基礎，接入其他介質（同軸、光纖、rs485總線、電波等），對智能控制、IoT的智能設備控制最終也都是經過有/無線設備對接，為體現(xiàn)智慧化校園理念，SDN[1]要求采用高配置的交換機、高容量服務器、存儲設備，以保證性能和降低設備部署成本，因此要對網(wǎng)絡架構設計做以下規(guī)劃：

（1） 為配合智慧校園需要，核心設計普遍采用扁平化大2層扁平化（Flat 2-layer network[2]）架構的10G/40G/100G網(wǎng)絡，這樣以匯聚接入層千兆全光纖接入，終端接入正由百兆向千兆普及，對云計算、數(shù)據(jù)中心（HCI：Hyper-converged Infrastructure）nas、san，在綜合布線設計上需要注意對光纖系統(tǒng)容量做充分預留。

（2） 無線覆蓋是未來智慧校園建設重點，鑒于現(xiàn)代校園移動產品換代速度，可以采用最新的802.1x全局統(tǒng)一認證模式，這樣可以在對SSID、信道劃分、頻段選取，帶寬上保持優(yōu)勢。為體現(xiàn)一體化管理，采用中央AC（Access Control），這樣接入端則采用PoE交換機+Fit AP（瘦AP）模式，以簡化施工、維護工作。

（3） 無論是云監(jiān)控系統(tǒng)，還是無線AP（Access Pointer）都要做好現(xiàn)場勘查工作，必要時借助無線接入器（如TL-WAL7210N）連接終端測試，依靠射頻資源管理（Radio Resource Management）技術[3]做好現(xiàn)場勘查工作，合理分配信道、切換、區(qū)間干擾、QoS，才能做好方案設計。

（4） 通過對2011-2017年安徽13所高校維護記錄統(tǒng)計，只要是品牌產品，核心因系統(tǒng)故障癱瘓的可能性很小，非冗余單核心癱瘓的平均概率<0.5小時/年，而目前向周圍市郊、縣遷址的各大高校，受地域限制，許多還在使用農用電，經常性的斷電造成的接入層斷網(wǎng)概率遠大于核心層斷網(wǎng)概率，因此對這類校區(qū)全面的UPS保護設計應予以充分考慮。但如果未來5G愿景計劃實現(xiàn)，利用UND[4]節(jié)能技術，將有望解決這一難題。

4.2 基礎線路

出于成本與擴展考慮，需要對信息點預留數(shù)量和位置做充分論證，隨時掌握房間功能和陳設的變化，這樣才能保證未來應用的便利。另一個被長期忽略的問題，就是對橋架的尺寸、路徑的設計，必須先行規(guī)劃，因為它與裝修、水電工程等相互影響，這樣對接下來的施工、驗收、美觀、檢修、保養(yǎng)產生一系列問題，舉一案例，弱電橋架一般是弱電線纜公用，通常設計時橋架橫截面=槽內線纜面積之和×3～5倍，但當有4G wLAN不規(guī)則外形分頻器/合路器出現(xiàn)時，就會造成橋架蓋板無法蓋上情況，所以在橋架設計前還要對產品做充分考察。

根據(jù)我國高校應用成果來看，目前光纖到桌面還無法全面取代傳統(tǒng)以太網(wǎng)，在7類線（CAT7）還未成為行業(yè)標準的前提下，使用大眾化UTP cat5E-cat6A網(wǎng)線基本要求外，對接頭（RJ45）內部線序要求、做工更為講究，否則不僅對影響網(wǎng)速，嚴重時會造成端口數(shù)據(jù)包不停的重發(fā)，不利于使用壽命；在數(shù)據(jù)中心，對高密度綜合布線則須考慮屏蔽問題。標準光纖（SFP：1310nm/10km）接口，因為設備的開通年代、選型的差異，造成接口（FC/SC/ST-MPO/MTP）[5]的跳纖匹配上盡可能做到前后統(tǒng)一，或及時更新。

其他，如IoT、智能一卡通完成感應和定位后，信息向 “物”的本地控制部分傳輸，如有涉及應用廣泛的RS485 +USB，為避免系統(tǒng)響應水平急速下降，在設計前要對現(xiàn)場線路（實際≤300m）/支線（≤5m）距離、接入點數(shù)量（實際<200）、干擾源等做考察了解，合理安排接入點。

隨著5G網(wǎng)絡時代的到來，移動、高速、實時智能技術在高校應用，其超密集異構網(wǎng)絡的組建[4] 將有利于弱電系統(tǒng)的一體化集成、物聯(lián)網(wǎng)傳輸鏈路接入，但對無線小區(qū)密度會有一個數(shù)量級的增加，這對整個設計和施工的要求也將增加。

在大型數(shù)據(jù)中心，利用智能配線架，主副掃描儀（rj45&15），實時跳線（第9根導線，監(jiān)視），保安控制器，實現(xiàn)端口技術+芯片技術+鏈路技術融合。它有2種模式[5]：

（1） EOR模式：智能布線系統(tǒng)硬件系統(tǒng)布在跳線連接集中管理設備和MDA等連接區(qū)域；

（2） TOR模式：在跳線連接集中管理EDA和MDA等連接區(qū)域。

在區(qū)域化構架和混合結構數(shù)據(jù)中心，智能布線硬件系統(tǒng)置于任何需要對跳線集中管理的連接區(qū)域。智能布線系統(tǒng)雖然價格偏貴，但與傳統(tǒng)的布線系統(tǒng)相比，支持高密度設備與用戶的運行，綠色節(jié)能，易于結構化管理、擴展，新智能設備融合，做到維護顯示直觀圖形化，智能導航；信息數(shù)據(jù)的集成自動化處理，遠程操控。

以后設計應當包含物聯(lián)網(wǎng)RFID（射頻識別）電子配線架的設計，包括了RFID電子識別器分組模塊集合（含跳線）+控制器+后臺管理。

4.3 設備選型

作為院校網(wǎng)絡系統(tǒng)負責人須根據(jù)院校最大需求，慎重接受集成商的意見，這不是可以簡單通過設備參數(shù)下單的問題，因為涉及廣大的設備供應商和無數(shù)的功能產品，當多設備混合時，因為匹配問題，許多不可預料的情況就會發(fā)生，尤其存在突發(fā)性暴增數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)流時，許多不能用簡單的產品手冊就可解釋，它不僅需要方案設計人員嫻熟的理論功底，還需要有長期一線的工作經驗。目前，為保證選型的安全，絕大多數(shù)情況都采取穩(wěn)妥的絕對高配的辦法來避免風險。

5 工程實施

任何一個優(yōu)質的弱電工程的實現(xiàn)都是依靠專業(yè)隊伍、嚴格管理來執(zhí)行方案、工藝與規(guī)范的結果。在工程開工時，各施工單位就必須向甲方提交的進場施工方案書，提供真實可信的組織人事、施工綱要、進度計劃、質量管控等說明，由甲乙雙方項目負責人共同監(jiān)督執(zhí)行[6]。根據(jù)工程實踐，要滿足國標的各項要求，最好對每一步工序進行實時質量規(guī)范，如在光纜工程質量管控上，抽檢時，最好運用的最終產品做一下實測工作，避免造成工程反復。根據(jù)國標，遠距光纜（1km<長度<10km）竣工測試，其光端收發(fā)器兩端光衰減<40dB認為合格（《本地通信光纜線路工程施工規(guī)范》YD/T5138（2014年修訂版）），但對有些設備就不一定能建立互聯(lián)，如用電腦ping時，當光端收發(fā)器兩端光衰減>18dB，便無法鏈接，提示“destination host unreachable”。在維護階段，一般單位不會裝備光纖探測器或光故障定位儀之類專業(yè)工具，出現(xiàn)光鏈路故障后，使用紅光筆測試，即使肉眼可看清紅光信號，也未必代表其光鏈路絕對可用。endprint

通過各類線路敷設對接、設備調試實踐獲得的經驗認為，對線路最好建立4級標記體系，在維護時，可直接通過標記即可了解對端情況，無需再跑到對端校驗或核對備案材料，減輕工作強度，規(guī)避誤判。

另外，中國目前各監(jiān)理公司對設備材料的管控習慣是讓乙方提供《產品質量檢驗報告》，這給承建者提供運作空間，從而存在漏洞，甲方難以真正把關材料質量。所以我們認為監(jiān)理公司要有效履行職責，必須自行完成從抽檢-送檢-取證各環(huán)節(jié)的工作，不應依賴他人。

6 竣工驗收

在驗收階段，如果無法實現(xiàn)對全部信息點和設備性能、功能的測試，目前簡單的作法是10%-20%抽樣測試（《綜合布線工程驗收規(guī)范》GB/T50312-2016）與長時間試運行相結合。但對某些區(qū)段的測試卻不能簡化，如地線的測試，嚴格遵循國家地線測試標準，通過搖表測試<1Ω，在電井內漏電保護，杜絕與強電共用接地排，橋架外殼保證接地。

如果能在前階段對工程質量保留了完整的管控記錄，通過核對施工方移交的成冊的竣工資料，能極大地減輕用戶方對驗收的核查工作量。

7 檢修維護

使用隔離法、逐點測試法、排除法、替換法、抽樣法等等手段，終端使用命令（OS通用命令ping /tracert/netstat/ipconfig/等）、軟件（sniffer/fluxay等等）、設備維護指令集組合，硬件使用巡線儀器，可以定位目前以太網(wǎng)設備的大部分故障。通常的做法有幾種：

（1） 系統(tǒng)法：根據(jù)現(xiàn)象，判斷物理/軟件/系統(tǒng)故障，這包括對各單元的增刪、配置參數(shù)、設置協(xié)議進行修正與測試；

（2） 功能法：根據(jù)網(wǎng)絡功能的運行狀況，對線路/單機/交換機/路由器/防火墻故障點分別排查；

（3） 層次法：利用IEEE OSI7層法-TCP/IP[7]4層法，根據(jù)習慣和經驗，由易到難對故障現(xiàn)象從上到下/從下到上逐級判斷，直到對定位故障點，典型的案例即是網(wǎng)卡-ping-telnet問題判斷。

對數(shù)字程控電話（PABX、ISDN）使用測試話機+插線器即可定位線路故障。在光纜測試中，受測試工具的限制，一般單位裝備的紅光筆只能確定鏈路的通斷。設備問題一般只能依靠維護指令集。

隨著未來各種智能弱電系統(tǒng)設備的接入，故障判斷手段會進一步拓展，但相應的故障檢測手法也將面臨多樣化趨勢。

8 總結

本文通過對建設改造需求分析、設計、實施與維護等全階段的工作進行了全面探討，特別對以往各種弱電施工中遇到的各類問題和經驗也加以總結，并借鑒吸收他人的成功做法，希望能找出一套完整的建設與維護可靠高效的校園弱電系統(tǒng)的方法與策略，為未來智慧校園建設提供指導與幫助。

參考文獻：

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