2024高品质以太全光校园网建设白皮书2.0

view 高品质以太全光校园网建设白皮书 fo版本：2.0 Only ev自 Onlyifo eview Only 清华大学复旦大学浙江大学 西安交通大学 东南大学电子科技大学武汉理工大学 华为技术有限公司 发布日期：2024年5月 Onlyforpreview 版权声明 本白皮书著作权属于清华大学、复旦大学、浙江大学、西安交通大学，东南大学、电子科技大学、武汉理工大学、华为技术有限公司共同所有。转载、摘编或以其他任何方式使用本自皮书的全部或部分内容的应注明来源，违反上述声明者，著作权方将追究其相关法律责任。 OnlyOnlyforpreview 主编委员：王雷 previe 编写说明 副主编委员：（按拼音排序 程剑、郭金亮、胡轶宇、姜林、李国栋、季声阳、刘为、罗涛、马云龙、任立勇、孙鹏飞、王健、韦乃文、夏尊、向望、肖鹏、杨加园、袁书宏、张振博、赵祎鑫、赵泽宇 forpreview 主编单位： 清华大学复旦大学浙江大学 西安交通大学 东南大学 电子科技大学武汉理工大学 华为技术有限公司 参编单位： 武汉大学 华中科技大学天津大学 南开大学山东大学四川大学中山大学 中国海洋大学厦门大学 湖南大学 兰州大学 华南理工大学重庆大学 中央民族大学 西安电子科技大学 郑州大学 合肥工业大学西南交通大学重庆邮电大学太原理工大学 forpreview forpreview 中国石油大学（华东） 河北工业大学贵州大学 北京外国语大学南昌大学 内蒙古大学 四川农业大学 广西大学 湖南省教育厅信息中心贵州省教育厅 甘肃省教育厅 深圳大学城 orpreview 参编委员：（按拼音排序） 崔亚强、曹敏、陈刚、陈果、陈亮、陈玲、陈其松、陈文波、陈艳、陈哲、樊富有、冯雯、高鸿峰、谷素琴、郭涛、郭晓东、郝莉、何小波、侯德俊、 胡东辉、季飞、李大鲲、李辉、李科、李善玺、李育强、梁飞鸽、梁翔、林 初建、刘建国、刘浪、刘丽、刘琳琳、刘涛、刘巍、刘听、柳斌、吕春明、马传连、彭涛、尚华、尚雅婷、施泽全、宋海波、苏兴龙、孙涛、汤岭球、 唐蓉君、唐燕梅、田爱宝、田昌鹏、田航、童明、涂光友、屠君、王辉、王继涛、王健、卫小伟、文良海、吴春旺、谢胜军、许红宇、许卓斌、杨红波、占传杰、张建华、张明、张伟利、张永胜、张子蛟、赵进创、赵琼、赵 彦灵、周海平、周静 Onu Onlyforpreview Onlyforpreview 前言 prevlew 本书内容 本书以高校校园网络的发展趋势和面临的挑战为切入点，详细介绍了华为高品质以太全光校园网解决方案的架构。本方案涵盖了高教网络的万兆光纤入室、极简融合承载、极致体验保障、极速网络接入、极简智能运维和一体网络安全六个子方案，对六个子方案的应用场景、关键技术分别进行了介绍，并通过介绍华为高品质以太全光校 园网解决方案的成功案例，向读者全面呈现华为高品质以太全光校园网解决方案在智 慧高校中发挥的重要作用。 previe 读者对象 本书适合教育行业相关的ICT从业人员、教育行业投身数字化转型的参与者或决策者，以及对智慧高教网络解决方案感兴趣的读者。阅读本书需要具备以下经验和技 能： 一定的数据通信产品基础知识，了解IP网络架构等。 前言 在工作中对高教网络有诉求，具有实际网络规划设计、操作和运维经验。 Onlyforprevie Onlyforpreview Onlyforpreview 前言 Onlyforpreview 目录 view 第1章校园网发展趋势 1.1智慧校园发展势 1.2校园网面临的挑战 1.3下一代校园网典型特征8 第2章高品质校园网关键技术11 2.1万兆光纤入室 2.2极简融合承载.22 2.3极速网络➓入.25 2.4极致体验保障33 2.5极简智能运维43 2.6一体网络安全46 第3章校园网典型场景网络方案52 3.1教室场景52 ili 目录 3.2办公场景58 3.3宿舍场景.66 第4章高品质校园网产品选型 .70 4.1CloudEngineS系列园区交换机71 4.2AirEngineWi-Fi6/7系列AP.81 4.3iMasterNCE-Campus...91 4.4iMasterNCE-Campuslnsight92 第5章高品质校园网成功案例94 5.1西安交通大学--智慧学镇94 5.2东南大学--数智东南.97 5.3武汉理工大学--极简宿舍➓入.102 5.4宁夏大学---未来教室 第6章总结与展望 ..105 .108 第7章参考文献...113 Onlyforpreview IV 目录 第1章 校园网发展趋势 摘要 本章主要介绍高校智慧校园的发展趋势，总结了高校数字化转型给校园 网络建设带来的挑战，并给出下一代校园网的典型特征。 e 1.1智慧校园发展趋势 “教育是国之大计、党之大计”，二十大报告对教育强国战略作出了全面系统性部 署，明确指出要推进教育数字化。校园数字化和智慧化建设，已成为提高教育质量，提升学校竞争力的重要抓手。高等学校的数字化转型是一项惠及教师、学生、管理者、服务者、访客和合作伙伴等全体人员，涉及教学、科研、管理和服务全业务流程的系统工程。随着云计算、大数据、物联网、人工智能、第五代移动通信等新技术的迅速发展和普及，智慧校园建设已迈向应用融合创新不断深化的新阶段，网上课堂 VR沉浸式教学、智慧教室、人脸识别闸机、智能门锁等新型智慧应用不断涌现。 校园网发展趋势 教学模式正在从传统教学可智慧教学演进 线上教学、沉浸式教学和智慧教室等新兴教学模式占比逐年上升。席卷全球的新冠疫情大大加速了在线学习的发展，据教育部统计，仅截至2020年5月8日，我国1454所高校开展了线上教学，103万名教师在线开设了107万门课程，合计1226 万门次课程，其中既包括理论课，也包括实验课，参加在线学习的天学生共计1775 万人，合计23亿人次11。近年来沉浸式教学在职业院校取得了长足发展，和普通高 校相比，职业院校智慧教育应用场景更加丰富，智慧实训和VR实验教学是职业院校 区别于其他高等院校的特色应用场景。在2023世界数学教育天会上，教育部陪部长怀进鹏表示，全国有近55%的职业学校教师开展混合式教学，探索运用虚拟仿真、数字李生等数字技术和资源创设教学场景，解决实习实训难题，215个示范性虚拟仿真 实训基地培训项自分布全国2]。近年来，各大院校纷纷加速了智慧教室的建设，通过智慧教室建设，在实现录播直播、同步课堂、互动教学、多路视频流自助、声音大脑、多语种翻译等教学功能的同时，可以充分体现“以学生成长为中心”“尊师重 生”等内涵理念。例如，截止到2021年底，浙江天学已建成627间智慧教室，涵盖 交互研讨型教室、远程互动型教室、精品录播型教室等6大类型[3]。 实验室成为高校科研工作的主地 高等学校实验室既承载了国家科研工作任务，也承载了学校人才培养的任务，是学校学术水平的最直接体现。为加快科技创新改革，国家加大高校实验室的建设投入。据教育部统计，近十年来，高校牵头建设了60%以上的学科类国家重点实验 室、建设了30%的国家工程（技术）研究中心。除国家重点实验室外，学校还建有各种研究中心，以清华大学为例，截至2023年4月23日，学校正在运行的校级科研机构共430个[4]，真中政府部门批准建立的科研机构共171个，学校自主批准建 立的科研机构共135个，学校以协议形式与校外独立法人单位联合建立的科研机构 共124个。 物联网和无线化正在加速高校后勤服务智慧化 以物联网和无线化为代表的数字化技术，孵化出了无人扫地车、人脸识别闸机、无人超市、无接触刷卡结账、无线资产盘点、配电无人值守等智能系统，广泛应用到学校后勤服务的餐饮、公寓、物业、商超、绿化和能源管理等各个场景，天幅提升了 校园网发展趋势 学校后勤的便捷性、安全性和体验感，即满足了师生的个性化需求，又大幅降低了后 勤服务成本。以某高校为例，全校173个智能门禁，可精确记录每日20000+人次出入，10000+人次门禁刷脸，无人化值守每年节省能源费用353万，减少物业人员投入54人年，人力成本及维修费用减少34%[5]。 校园管理远程化和在线化成常态 我国高等教育正在由精英教育向大众教育转变，高校的办学规模不断扩大，伴随着招生数量、学校规模、校区数量的扩大，多校区办学成为高校中的常态。以C9高校为例，平均每所高校5个校区，校区最多的是中国科学技术大学，共10个校区。 在多校区大学的管理过程中，利用数学化校园把空间上相互独立的各校区联结起来：采用线上办公、视频会议和直播等技术手段，使不同校区、不同管理层级的人员通过网络进行沟通和互动，可构建出统一的校园文化。以北京理工天学为例，截至2023年2月底，智慧北理统一门户已上线269个服务、180个流程，累计服务师生近3.8 万次，累计流程发起数量超10万次；2022年信息中心提供视频会议技术支持的党政 办等部门会议，月均超30场，其中9月开学季共支持了8场直播和67场视频会议 [6]。 绿色低碳发展融入校园建设 党的十八大以来，教育系统高度重视教育系统节能减排工作，先后多次印发绿色低碳建设实施方案。在2022年10月31日，教育部最新印发的《绿色低碳发展国民 教育体系建设实施方案》中明确指出，“鼓励各地各校开展校园能耗调研，建立校园能耗监测体系，，建立涵盖节约用电、用水、用气，以及倡导绿色出行等全方位的校园能源管理工作体系”；要求“在新校区建设和既有校区改造中优先采用节能减排新技术产品和服务。.加快推动学校建筑用能电气化和低碳化，深入推进可再生能源 在学校建设领域的规模化应用。”[12]。 1.2校园网面临的挑战 教育数字化和智慧教育的发展，推动了线上线下融合互动，改善了教学方法，增 强了教学过程的创造性、体验性及启发性，撬动了课堂教学深层次变革，以智能化支 Y 校园网发展趋势 撑教育管理及评价效能。能够在个性化地学、差异化地教、科学化地评发挥独特优 势，通过信息跟踪挖掘、数字回潮分析、科学监测评价，描绘学生成长轨迹，为每个 学生提供个性化教育方案。但同时也带来了校园网接入终端规模急剧增长、接入及出 口带宽诉求极速膨胀、校园内专网数量不断增加和新的安全风险不断涌现等一系列网 络挑战。 挑战一：室内信息点位不断变化，带宽诉求越来越大 随着数字化转型进程的深入，校园网络所承载的数据流量特征在悄然发生变化。沉浸式教学大量使用VR终端，VR的沉浸性终端拥有远高于传统电视的视场角，为 了实现与4K视频一样的清晰度，其分辨率、顿率、码率都必须高于4K视频业务，对网络有着更高的带宽要求。经实测和理论分析，CloudVR典型业务网络指标要求 如图1-1所示[11]。 图1-1CloudVR典型业务网络指标 阶段起步阶段舒适体验阶段理想体验阶段 CloudVR 视频业务 带宽要求 =60Mbps 全视角：=440Mbps（12K） 全视角：=140Mbps1.6Gbps（24K) FOV:75MbpsFOV:=230Mbps（12K） 870Mbps（24K） RTT要求（注1） ≤20ms ≤20ms $20ms 丢包要求 9E-5 1.7E-5 1.7E-6 1Gbps（12K） 带宽要求 =80Mbps 260Mbps 1.5Gbps（24K） RTT要求 ≤15ms ≤8ms 丢包要求 1.00E-5 1.00E-5 1.00E-6 CloudVR 强交互业务 智慧教室建设不断升级，设备数量不断增加，信息点位数量不足，网络改造费时费 力。以浙江大学智慧教室建设为例，从早期的智慧教室1.0，到智慧教室3.0，经历 了电子化、在线化和智能化3个阶段[10]。这个过程中教室内先后增加了电子班牌，Wi-FiAP、多媒体设备、物联感知终端、中控屏、高清摄像头等，室内信息点位不断增长。智慧教室3.0场景下，每个教室内需要8个以上信息点位，包括1台教学 校园网发展趋势 PC，1~4个高密AP，2个电子白板，1~2个录制摄像头，1个中控