侯加兵 呂家云 霍文強(qiáng)

（巢湖學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

1 引言

近年來，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等為代表的新技術(shù)促進(jìn)各大高校進(jìn)行智慧校園建設(shè)。所謂智慧校園[1]，它是以促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)融合、提高教學(xué)效果為目的，為全校師生提供一種環(huán)境全面感知、智慧型、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)作型一體化教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)，并對(duì)教育教學(xué)進(jìn)行洞察和預(yù)測(cè)的新型校園。

智慧校園時(shí)代對(duì)信息化提出更高的要求，從學(xué)校管理的角度出發(fā)，希望信息化部門提供學(xué)生定位功能[2]，以便快速、準(zhǔn)確找到學(xué)生的具體位置，通過分析能夠得到學(xué)生生活軌跡，便于學(xué)校更加高效地展開學(xué)生管理工作，為學(xué)生提供更好、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。目前常見的定位技術(shù)有很多，基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)如GPS、北斗系統(tǒng)，這些主要應(yīng)用于移動(dòng)端進(jìn)行定位，技術(shù)難度大，開發(fā)成本高，不適合高校場(chǎng)景；基于Zigbee、RFID技術(shù)定位系統(tǒng)，需要重新部署大量的終端設(shè)備，建設(shè)費(fèi)用高昂，同樣難以應(yīng)用于高校定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[3]。

如何利用高?，F(xiàn)有資源和技術(shù)，設(shè)計(jì)一種適合高校環(huán)境的定位系統(tǒng)是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文提出設(shè)計(jì)一種基于QinQ技術(shù)的校園網(wǎng)定位系統(tǒng)，系統(tǒng)以校園網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用上網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)資源，并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，可快速獲取學(xué)生網(wǎng)絡(luò)、位置、設(shè)備等信息，通過綜合分析，準(zhǔn)確定位學(xué)生所在校園地理位置，為學(xué)校學(xué)生管理提供定位服務(wù)[4]。

2 QinQ技術(shù)校園網(wǎng)中的應(yīng)用

QinQ最初主要是為拓展VLAN的數(shù)量空間而產(chǎn)生的，它是在原有的802.1Q報(bào)文的基礎(chǔ)上又增加一層802.1Q標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)，使VLAN數(shù)量增加到4K*4K，隨著城域網(wǎng)的發(fā)展以及運(yùn)營商精細(xì)化運(yùn)作的要求，QinQ的雙層標(biāo)簽又有了進(jìn)一步的使用場(chǎng)景，它的內(nèi)外層標(biāo)簽可以代表不同的信息，如內(nèi)層標(biāo)簽代表用戶，外層標(biāo)簽代表業(yè)務(wù)，這樣可以有效地實(shí)現(xiàn)用戶精確定位和業(yè)務(wù)分流。另外，QinQ報(bào)文帶著兩層TAG穿越運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)層TAG透明傳送，也是一種簡單、實(shí)用的VPN技術(shù)，因此它又可以作為核心MPLS VPN在城域網(wǎng)VPN的延伸，最終形成端到端的 VPN技術(shù)。

巢湖學(xué)院是一所地方性本科院校，學(xué)校非常重視信息化建設(shè)，在學(xué)?！笆濉币?guī)劃中明確提出建設(shè)智慧校園目標(biāo)，校園網(wǎng)作為學(xué)校信息化基礎(chǔ)設(shè)施，為建設(shè)智慧校園提供基本保障，這就需要校園網(wǎng)從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)和管理等方面都必須滿足智慧校園建設(shè)的需求。2016年學(xué)校進(jìn)行了校園網(wǎng)改造，采用QinQ技術(shù)將傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)改造成“扁平化”大二層架構(gòu)，通過分期建設(shè)完成校園網(wǎng)無線、有線全覆蓋，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)利用QinQ的外層標(biāo)簽，對(duì)每幢樓宇進(jìn)行定義，QinQ的內(nèi)層標(biāo)簽對(duì)每層交換機(jī)的端口進(jìn)行定義，同時(shí)對(duì)全校近4000個(gè)AP的地理位置進(jìn)行編號(hào)，通過收集每位網(wǎng)絡(luò)用戶的內(nèi)層標(biāo)簽、外層標(biāo)簽、AP編號(hào)等信息，鎖定學(xué)生的在線位置信息。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 校園網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

以學(xué)校升級(jí)改造校園網(wǎng)為契機(jī)，對(duì)校園網(wǎng)進(jìn)行整體規(guī)劃與設(shè)計(jì)，采取功能布局和區(qū)劃管理，校園網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，包含了交換機(jī)設(shè)備、路由設(shè)備、BRAS、無線AP設(shè)備，其中交換機(jī)和無線AP分布于全校各個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)有線、無線校園全覆蓋，為校園范圍內(nèi)定位信息收集提供先決條件[5]。

圖1 學(xué)校網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

根據(jù)區(qū)劃管理將學(xué)校網(wǎng)絡(luò)區(qū)域分為教學(xué)辦公區(qū)域、教職工住宅區(qū)域、學(xué)生區(qū)域、無線區(qū)域，利用QinQ技術(shù)分區(qū)域、分建筑物、分樓層對(duì)交換層進(jìn)行編號(hào)、標(biāo)識(shí)，完成網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)表設(shè)計(jì)，具體見表1，通過交換機(jī)外層VLAN ID、內(nèi)層VLAN ID，可基本確定學(xué)生上網(wǎng)的位置信息，幫助系統(tǒng)定位學(xué)生位置。

表1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)表（部分）

3.2 數(shù)據(jù)的來源

3.2.1 用戶上網(wǎng)認(rèn)證系統(tǒng)

學(xué)校采用全新架構(gòu)的用戶上網(wǎng)認(rèn)證系統(tǒng)，與BARS進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，辦公用戶有線無線認(rèn)證方式為PORTEL+MAC免認(rèn)證，學(xué)生用戶有線采用PPPOE認(rèn)證、無線采用PORTEL+MAC免認(rèn)證，認(rèn)證系統(tǒng)詳細(xì)記錄了用戶名、姓名、所在學(xué)院、上網(wǎng)時(shí)間、內(nèi)層VLAN ID、外層VLAN ID、流量、MAC、IP地址、終端型號(hào)等信息，通過從上網(wǎng)認(rèn)證系統(tǒng)周期性讀取在線用戶的數(shù)據(jù)，完成用戶信息表（user_info）設(shè)計(jì)，具體見表2，該表基本確定學(xué)生用戶的大致位置，至于具體位置仍需要進(jìn)一步確定。

表2 用戶信息表

3.2.2 校園WIFI（校園無線網(wǎng)）

校園WIFI，也稱為校園無線網(wǎng)，QinQ技術(shù)可對(duì)校園WIFI的外層VLAN ID識(shí)別，內(nèi)層VLAN ID只能一個(gè)固定值表示是校園WIFI，若要進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)無線網(wǎng)用戶的具體位置信息，這時(shí)校園WIFI的AP設(shè)備和AC設(shè)備起著關(guān)鍵性作用，學(xué)校在校園無線網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)之初，就已對(duì)全校的4000多個(gè)AP，依照安裝位置進(jìn)行編號(hào)，AC作為管理AP的設(shè)備，利用SNMP協(xié)議收集所有AP的MAC地址、位置編號(hào)、接入終端信息，通過周期性讀取，完成校園WIFI設(shè)備信息表設(shè)計(jì)，具體見表3。

表3 WIFI設(shè)備信息表

3.2.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在定位系統(tǒng)ORACLE數(shù)據(jù)庫里建立兩個(gè)表，即用戶信息表和WIFI設(shè)備信息表，使用在線用戶的設(shè)備物理地址TM_MAC作為主關(guān)鍵字關(guān)聯(lián)，可完成對(duì)在線用戶的位置信息進(jìn)行定位。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖見圖2：

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

采集到的數(shù)據(jù)存在ORACLE數(shù)據(jù)庫中，通過公共代碼庫進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，前臺(tái)頁面利用學(xué)校已建成的GIS系統(tǒng)展示定位位置，系統(tǒng)通過輸入姓名查詢當(dāng)前的具體位置，通過輸入姓名、日期、時(shí)間等字段查看活動(dòng)軌跡，具體見圖3、圖4。

圖3 學(xué)生位置圖

圖4 學(xué)生活動(dòng)軌跡圖

4 結(jié)束語

本文以校園網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用QinQ技術(shù)和校園網(wǎng)的區(qū)劃管理，完成外層VLAN ID、內(nèi)層VLAN ID、AP位置標(biāo)識(shí)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的收集，通過對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，確定學(xué)生用戶上網(wǎng)位置，借助校園GIS系統(tǒng)，可快速準(zhǔn)確定位學(xué)生的具體位置，幫助學(xué)校對(duì)學(xué)生實(shí)行精細(xì)化管理，在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)行進(jìn)一步的大數(shù)據(jù)挖掘，對(duì)學(xué)生的活動(dòng)軌跡和行為進(jìn)行深層次地分析，為學(xué)校輔助決策提供數(shù)據(jù)支撐[6]。