楊勇 鄭定成

（德宏職業(yè)學(xué)院 云南省德宏傣族景頗族自治州 678400）

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，高職院校學(xué)生公寓由過去的提供居住空間逐漸演變?yōu)榧瘜W(xué)習(xí)、生活和娛樂一體的學(xué)生生活社區(qū)。而網(wǎng)絡(luò)是這一切的基礎(chǔ)，為了向?qū)W生提供更加方便快速的上網(wǎng)環(huán)境，過去的校園網(wǎng)建設(shè)成本高，施工周期長制約了學(xué)生公寓網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。隨著光纜技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)覆蓋成本不斷下降，校園網(wǎng)的覆蓋范圍已經(jīng)從辦公區(qū)和教學(xué)區(qū)逐步向?qū)W生公寓進(jìn)行覆蓋。學(xué)生公寓網(wǎng)絡(luò)成為高職院校校園網(wǎng)的重要組成部分，也是集教學(xué)、科研和行政管理的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。學(xué)生享受網(wǎng)絡(luò)帶來便捷的同時，也為學(xué)校的管理帶來更多的挑戰(zhàn)，為了既滿足學(xué)生的需求，又方便學(xué)校管理，于是智慧公寓概念也孕育而出。先進(jìn)的技術(shù)需要配合完善的設(shè)計是智慧學(xué)生公寓建設(shè)的成敗關(guān)鍵，接下來將從以下幾個方面進(jìn)行設(shè)計，盡可能的完善基于全光網(wǎng)絡(luò)的智慧學(xué)生公寓功能設(shè)計實現(xiàn)。

1 現(xiàn)有公寓網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)

隨著云教育、遠(yuǎn)程教育的普及應(yīng)用，越來越多的高職院校的學(xué)生對自身知識儲備不斷提高和對國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的渴望，現(xiàn)有傳統(tǒng)的線下教育已經(jīng)難以滿足其需求。各類名校的微課、網(wǎng)課等越來越受到高職學(xué)生的青睞。學(xué)生公寓成為學(xué)生線上學(xué)習(xí)的主要地點，但傳統(tǒng)的學(xué)生公寓網(wǎng)絡(luò)存在以下幾個問題。

1.1 信息點數(shù)量少，接入方式單一

學(xué)生公寓傳統(tǒng)設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)存在信息點數(shù)量少，大部分為有線接入，需要學(xué)生加裝無線路由器等設(shè)備，給學(xué)生造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也加大了學(xué)校對網(wǎng)絡(luò)的管理難度。

1.2 帶寬小、速率低

云教育、遠(yuǎn)程教育大部分為視頻教學(xué)資源，某些教學(xué)資源需要開啟虛擬設(shè)備實訓(xùn)，占用大量帶寬，學(xué)生公寓內(nèi)上課的學(xué)生數(shù)量多時，會造成學(xué)生公寓的網(wǎng)絡(luò)阻塞甚至癱瘓，難以適應(yīng)海量信息傳輸需求。

1.3 可擴(kuò)展性問題

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，各類流量越來越多，路由表呈指數(shù)級增長路由器性能對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生制約。學(xué)生公寓網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時僅作為數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，對于新型的智慧校園建設(shè)難以滿足其智慧場景的擴(kuò)展。若需要建設(shè)智慧學(xué)生公寓，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)難以支持有線數(shù)據(jù)接入、無線數(shù)據(jù)接入、視頻接入、語音接入等功能，需要另外投資建設(shè)。

1.4 施工難度大、成本高

傳統(tǒng)金屬線纜傳輸距離短，在局域網(wǎng)中交換機到信息點的傳輸距離僅為0.1 千米，交換機需要獨立供電。布線施工難度大，成本高。

隨著學(xué)生公寓的信息量獲取越來越大，帶寬要求也越來越高。傳統(tǒng)以太網(wǎng)難以滿足學(xué)生在公寓內(nèi)上網(wǎng)學(xué)習(xí)和學(xué)校對學(xué)生公寓的管理需求。對學(xué)生公寓的網(wǎng)絡(luò)改造必須采用高帶寬、高速率、多業(yè)務(wù)原則進(jìn)行設(shè)計。

2 全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

全光網(wǎng)絡(luò)目前主要采用GPON 標(biāo)準(zhǔn)，GPON 是一種點到多點結(jié)構(gòu)的無源光網(wǎng)絡(luò)，采用WDM 技術(shù)，實現(xiàn)單纖雙向傳輸，一個典型的GPON 系統(tǒng)由OLT、ONT、ODN 組成。 OLT 放在中心機房，ONT 為用戶端設(shè)備。ODN 是光配線網(wǎng)，主要由一個或數(shù)個分光器來連接OLT 和ONT，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)。OLT 替代以太網(wǎng)中的匯聚交換機，提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口。OLT 提供網(wǎng)絡(luò)集中和接入的功能外，還可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理配置。分光器是一個簡單設(shè)備，它不需要電源，一個分光器的分線率為2、4、8、16 和32，并可以多級連接。ONT 替代以太網(wǎng)的接入交換機，實現(xiàn)成本低廉的以太網(wǎng)交換功能，在GPON 中，OLT 到ONT 間的距離最大可達(dá)20 千米。

2.1 抗干擾性

光纖具有極好的抗干擾性能，而且可在極細(xì)的光纖導(dǎo)管內(nèi)通過很寬的帶寬。而金屬線極易受外界電磁脈沖干擾，而且通過帶寬非常狹窄，光信號傳輸回?fù)p耗比電信號損耗低，特別是畸變小。

2.2 保密性

光纖重量比金屬線輕，材料成本也不高。光纖信息對外界的輻射也非常小，光纖電纜埋入地下不容易被探測與竊聽，保密性能好。

2.3 可擴(kuò)展性

多端口ONT（ONT 是一種光網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，能夠通過光信號接收語音、數(shù)據(jù)和視頻并以相應(yīng)的格式傳輸給相應(yīng)的用戶，還附帶無線功能模塊）、PoE 等功能滿足學(xué)生公寓等區(qū)域的多終端接入。每間宿舍僅需要一根光纖即可，節(jié)省布線，管理簡便。全光網(wǎng)絡(luò)同時提供數(shù)據(jù)、語音、視頻接口，實現(xiàn)三網(wǎng)融合。利用虛波長通道技術(shù)，在加入新的節(jié)點時，可不影響原有網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，直接實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源，降低了網(wǎng)絡(luò)成本。擴(kuò)容也很方便，如一條帶寬為 2M 的標(biāo)準(zhǔn)光纖專線很容易就可以升級到 4M、 10M、 20M，最大可達(dá) 100M，并且無需更換任何設(shè)備。

2.4 無源性

光纜具有傳輸距離長，速率快等優(yōu)點。其分光節(jié)點不依靠電源就能進(jìn)行傳播，因此比傳統(tǒng)以太網(wǎng)信號傳輸上免去了強電布線降低了施工成本和后期的使用成本。使用單芯光纖，采用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)進(jìn)行復(fù)用，通過無源分光器逐級分光擴(kuò)展，可以節(jié)省光纖和光模塊成本。分光器到ONT 之間全部是無源的，能耗低，安靜，故障率低 。

2.5 靈活性

體積小、重量輕、便于施工維護(hù)，設(shè)備按需配置、進(jìn)一步節(jié)省初期成本?？梢詢H僅安裝少數(shù)的ONT 設(shè)備，隨著用戶數(shù)的增多，才會逐步增加ONT 設(shè)備的數(shù)量。如果是傳統(tǒng)以太網(wǎng)LAN 部署方式，需要滿配交換機端口來支持“即開即用”模式。無源分光器可以靈活部署在任何環(huán)境，滿足遠(yuǎn)距離學(xué)生公寓的覆蓋，上電后可以自動發(fā)現(xiàn)和添加ONT，完成ONT 設(shè)備部署、遠(yuǎn)程軟調(diào)，大大提高部署效率，運維效率。

2.6 壽命長

圖1：全光網(wǎng)絡(luò)學(xué)生宿舍拓?fù)鋱D

光纖的壽命平均為30年，金屬網(wǎng)線普遍壽命不足10年，而且光纖比較細(xì)，穿孔小，對房屋結(jié)構(gòu)破壞少，一次性投資，30年不需要重復(fù)布線。

隨著“光進(jìn)銅退”趨勢的進(jìn)一步發(fā)展，光纖將逐步取代傳統(tǒng)的銅纜。目前全光網(wǎng)絡(luò)也是各大運營商為家庭提供高速寬帶鏈接的主要方式，該接入方式僅由一根細(xì)細(xì)的光纜就能為家庭提供了電視、電話、有線數(shù)據(jù)接入、無線數(shù)據(jù)接入和家庭監(jiān)控業(yè)務(wù)。運營商的廣泛使用也證明全光網(wǎng)絡(luò)是非常適合終端用戶高速、便捷的接入。

3 智慧學(xué)生公寓的模塊設(shè)計

智慧學(xué)生公寓的模塊設(shè)計因遵循先進(jìn)性、可擴(kuò)展性和安全性的原則。學(xué)生公寓的網(wǎng)絡(luò)需求大致為高帶寬、高速率、無縫漫游、多業(yè)務(wù)擴(kuò)展等。

3.1 全面覆蓋的高速上網(wǎng)模塊

采取光纖入房間的設(shè)計思路，每個房間用合適的ONT 可以實現(xiàn)有線無線的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，同時光纜能夠提供千兆以上的傳輸速率，為學(xué)生公寓的每個房間提供了有線和無線的高速網(wǎng)絡(luò)接入，同時也為學(xué)生公寓的智慧業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的接入口。

3.2 實名上網(wǎng)認(rèn)證模塊

傳統(tǒng)的學(xué)生公寓網(wǎng)絡(luò)通常只提供用戶網(wǎng)絡(luò)的接入需要，忽略了學(xué)校對學(xué)生公寓網(wǎng)絡(luò)的管理控制。實名上網(wǎng)認(rèn)證模塊的加入，可以基于學(xué)生上網(wǎng)賬號對學(xué)生的上網(wǎng)行為進(jìn)行管理控制。

3.3 緩存服務(wù)器模塊

在校園網(wǎng)內(nèi)設(shè)置緩存服務(wù)器模塊。緩存指的是將需要頻繁訪問的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容存放在離用戶較近、訪問速度更快的系統(tǒng)中，以提高內(nèi)容訪問速度的一種技術(shù)。緩存服務(wù)器就是存放頻繁訪問內(nèi)容的服務(wù)器。這樣能夠為學(xué)生提高了再次訪問線上資源的速度。

3.4 人臉識別模塊

在學(xué)生公寓樓棟主要出入口處，通過安裝人臉識別功能的前端智能攝像機，設(shè)定各種考勤規(guī)則。當(dāng)學(xué)生人臉出現(xiàn)時，攝像機能夠自動識別人臉信息通過與人臉數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，識別畫面中的人員。極大的方便學(xué)校對學(xué)生公寓的日常管理。

3.5 防擁擠和防翻越識別模塊

在學(xué)生公寓的主要過道和公寓的圍墻邊安裝具有流量分析功能和防止翻閱圍墻功能的前端智能攝像機，當(dāng)主要學(xué)生通道出現(xiàn)人員擁擠或?qū)W生翻閱圍墻的情況，攝像機將通過設(shè)定的擁擠和翻越規(guī)則發(fā)出報警，并能在學(xué)校監(jiān)控中心快速切換擁擠或翻越視頻畫面，防止學(xué)生出現(xiàn)踩踏事件。

3.6 快速報警模塊

在學(xué)生公寓區(qū)域設(shè)置報警路燈桿，日常做路燈使用，在緊急情況時可以通過路燈桿上的報警按鈕快速向?qū)W校安全保衛(wèi)部門進(jìn)行報警。

3.7 智能水電表

房間內(nèi)應(yīng)安裝智能水電表，通過水電系統(tǒng)自動結(jié)算，方便管理，同時能快速檢測故障，也方便學(xué)生自助充值。

3.8 各種自助和擴(kuò)展模塊

如自動售貨機、自助洗衣、自助充水電、自助廚房、自助電吹風(fēng)等各種各樣的無人自助場景。

4 全光網(wǎng)絡(luò)智慧學(xué)生公寓的設(shè)計與實現(xiàn)

全光網(wǎng)絡(luò)的特點結(jié)合智慧學(xué)生公寓的設(shè)計模塊要求。其總體設(shè)計原則應(yīng)易管理、易部署、易維護(hù)、高性能、高可靠的網(wǎng)絡(luò)，其總體設(shè)計借鑒網(wǎng)絡(luò)運營商的家庭寬帶接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路，采用扁平化架構(gòu)，扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是將網(wǎng)絡(luò)劃分為業(yè)務(wù)控制層和寬帶接入層的二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。采用全光網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生公寓網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1 所示。

4.1 工作區(qū)子系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

光纖直接進(jìn)入學(xué)生公寓的每個房間，在每個房間內(nèi)安裝ONT設(shè)備，這樣ONT 設(shè)備能夠為該宿舍提供有線數(shù)據(jù)連接、無線數(shù)據(jù)連接。在工作區(qū)信息點的擴(kuò)展上還能夠為學(xué)生宿舍提供了語音接口和視頻接口，為未來智慧校園功能擴(kuò)展提供了如人臉識別考勤查寢、獨立宿舍廣播以及其他物聯(lián)網(wǎng)控制等豐富應(yīng)用場景。

4.2 干線子系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

全光網(wǎng)采用了二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，光纖傳輸距離長，不需要強電配套，同時免去了匯聚層設(shè)備，能夠使干線子系統(tǒng)的敷設(shè)變的簡單方便。干線的敷設(shè)在設(shè)計初應(yīng)考慮使用多芯數(shù)光纜，以備學(xué)生公寓的未來擴(kuò)展需要。從建筑群子系統(tǒng)到學(xué)生公寓區(qū)域，在學(xué)生公寓區(qū)域設(shè)置光纖分纖箱，可以取消各棟公寓的設(shè)備間子系統(tǒng)，在樓層區(qū)域的配線設(shè)備替換為光纖分光器。

4.3 中心機房設(shè)計實現(xiàn)

中心機房的采用OLT 設(shè)備（OLT 是全光網(wǎng)的局端設(shè)備，相當(dāng)于傳統(tǒng)以太網(wǎng)的核心交換機或路由器支持IP 業(yè)務(wù)為ONT 分配帶寬，）作為全光網(wǎng)絡(luò)的核心路由設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接?？杉友b防火墻及上網(wǎng)行為管理等設(shè)備方便對學(xué)生公寓網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。

5 結(jié)論

綜上所述，基于全光網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)成熟度高、維護(hù)方便、干擾小、布線距離長、壽命長、價格比銅纜低優(yōu)勢，在高職智慧學(xué)生公寓的構(gòu)建工作中可以起到很好的支撐作用，保證了學(xué)生對高帶寬的網(wǎng)絡(luò)信息需求，其易于擴(kuò)展的優(yōu)勢也為未來更加豐富的智慧學(xué)生公寓的智慧場景提供了各項基礎(chǔ)支撐，給學(xué)校和廣大師生帶來更好的網(wǎng)絡(luò)使用體驗和管理模式。學(xué)生公寓作為學(xué)生課外生活和線上學(xué)習(xí)的重要場所，全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是學(xué)校對學(xué)生公寓網(wǎng)絡(luò)新建和改造的重要選擇之一。