2024数字校园联网新纪元网络构建与发展白皮书

数字校园联网新纪元 ——网络构建与发展白皮书 中通服中睿科技有限公司2024年5月 版权声明 本白皮书所载的材料和信息，包括但不限于文本、数据、图片和观点，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本白皮书版权归中通服中睿科技有限公司所有，并受法律保护。如需转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明来源。违反上述声明者，将追究其相关法律责任。 编写委员会 指导单位： 广东省通信产业服务有限公司研究总院 编制单位： 中通服中睿科技有限公司 专家组： 胡焕中黄向军黎卫晶阎迅郑锐生董力钟志成 编写组： 黄劲安邝荣君韩钰昕王升龙宋为民宋永胜戴永红丘少明梁广智李海添黄果何明冯锡源顾蓥苹 目录 1.概述1 1.1数字校园网络建设的政策背景1 1.2数字校园网络建设现状3 2.数字校园网络建设需求分析5 2.1校园网络需求总体描述5 2.2校园场景需求分析6 2.2.1教学区6 2.2.2行政区7 2.2.3生活区7 2.2.4大型场馆8 2.2.5室外区域9 3.通用数字校园网络设计方案10 3.1传统PON全光网组网10 3.1.1组网方案及组网原则10 3.1.2组网方案特点12 3.1.3适用场景13 3.2传统PON全光+云WIFI混合组网14 3.2.1组网方案及组网原则14 3.2.2组网方案特点15 3.2.3适用场景16 3.3FTTR-B组网16 3.3.1组网方案及组网原则16 3.3.2组网方案特点18 3.3.3适用场景19 3.4基于5G的数字校园专网19 3.4.1组网方案及组网原则19 3.4.2组网方案特点24 3.4.3适用场景25 4.云网融合赋能数字校园28 4.1双域专网打破地域局限28 4.1.1双域专网组网方案28 4.1.2双域专网在校园场景中的应用32 4.1.3演进方向33 4.2边缘云融合丰富校园业务场景36 4.2.1网络架构37 4.2.2场景方案39 4.3SD-WAN解决多校区接入难题43 4.3.1SD-WAN带来的好处43 4.3.2多校区典型组网场景44 4.3.3基于SD-WAN技术的5G专网多校区互联方案46 5.数字校园网络业务展望48 5.1标准规范引领数字校园网络建设48 5.2生态伙伴共谋发展49 附录：中睿科技在数字校园网络建设领域的优势50 1.概述 计算机技术、多媒体技术、网络技术，以及智能化建筑技术的迅猛发展，不仅对人们的学习、生活、工作方式产生巨大的影响，而且引发了学校教学模式、教学方法、学习方式和教学环境等支撑环境建设的变革。目前，各大院校、中小学校园已逐渐呈现出由信息化向数字化演进的趋势，以技术为导向发展到以业务为导向，正在探索将大数据、移动互联、云平台等信息技术与教育业务交叉融合的新模式。未来数字校园建设将以“以人为本、面向服务、信息互通、数据共享”为核心建设思路，提供及时、准确、高效、便捷的校园数字化服务，提供满足跨部门的业务管理、面向全校用户便捷的信息服务。通过“管理化+服务化”的思路帮助学校实现由传统应用系统以管理为核心转向前端以服务为核心，实现学校各类资源的整合和配置优化，提高学校的管理水平和办学效率，使高校数字化应用达到较高水平。 数字校园的各种业务需求，离不开基础网络的支撑，因此发展数字校园，必须重视校园网络的建设问题。事实上，近年来随着各级学校的办学规模扩大，原有教学楼、宿舍楼改造后，网络设备端口短缺、无线网络覆盖不足的现象渐趋明显；而疫情期间由传统线下改为线上的教学模式也对网络承载能力带来了新的考验，促使校园网络建设者对容量规划提出更高的要求；加上对数字校园目前的信息化业务需求和将来的数字化应用预判，校园网络的建设应遵循更科学、更有前瞻性的原则进行。本白皮书将从业务需求出发，结合现阶段校园网络建设中存在的不足，为数字校园网络建设提出合适的解决方案，并引入云计算、5G双域专网等新技术，望能为校园网络建设者提供更有效的参考意见。 1.1数字校园网络建设的政策背景 随着校园信息化革命不断深入，高校的信息化建设也随着整个大环境迅速发展，先后经历了IT基础设施阶段、MIS系统阶段、信息化校园阶段，进入到数字校园发展阶段。随着云计算、虚拟存储技术和物联网等热门技术的出现，信息技术开始向时间和空间延伸，教育形态和模式也正在发生着剧烈的变化，呈现出以人为本、多元开放、数据融合、创新驱动的发展趋势。 进入“十四五”规划期间，国家陆续发布了和数字校园建设相关的多项政策及指导意见。2021年3月，十三届全国人大四次会议表决通过了关于国民经济和社会发展《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》的决议，《规划》中指出：“建设高质量教育体系。全面贯彻党的教育方针，坚持优先发展教育事业，坚持立德树人，增强学生文明素养、社会责任意识、实践本领，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。推进基本公共教育均等化，增强职业技术教育适应性，提高高等教育质量，推进高等教育分类管理和高等学校综合改革，构建更加多元的高等教育体系，建设高素质专业化教师队伍，深化教育改革。” 同期，教育部为扎实推进教育信息化2.0行动计划，积极发展“互联网+教育”，推动信息技术与教育教学深度融合，提升高等学校信息化建设与应用水平，支撑教育高质量发展，颁发《高等学校数字校园建设规范》和《关于加强新时代教育管理信息化工作的通知》。《规范》指出：“在教育信息化2.0发展中，应对信息技术的迅猛发展和积极发展‘互联网+教育’的发展需求，结合高等学校信息化发展实际，以标准规范促进教育信息化支撑引领教育现代化发展，指导全国各高等学校充分利用云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等技术，不断改善学校办学条件，营造网络化、数字化、智能化、个性化、终身化的教育教学环境，促进信息技术与高等学校人才培养、科学研究、文化传承与创新、社会服务、国际交流等方面的深度融合和创新应用，提高教育教学质量和科研服务水平，提升科学决策和教育治理能力，培养具有创新精神和实践能力的高素质人才。”《规范》又提到，“基础设施为各类信息化应用提供技术、设备和物理环境支持，是数字校园的基础。基础设施建设的总体要求应根据学校数字校园建设现状和规划，确定适度超前的基础设施建设性能和容量等指标。”《通知》内则提到：“全面贯彻落实全国教育大会精神，深化教育领域‘放管服’改革，以数据为驱动力，利用新一代信息技术提升教育管理数字化、网络化、智能化水平，推动教育决策由经验驱动向数据驱动转变、教育管理由单向管理向协同治理转变、教育服务由被动响应向主动服务转变，以信息化支撑教育治理体系和治理能力现代化。”同时， 《通知》也明确了工作目标为“到2025年，新时代教育管理信息化制度体系基本形成，信息系统实现优化整合，一体化水平大幅提升；数据实现‘一数一源’，数 据孤岛得以打通，数据效能充分发挥；在线服务灵活便捷，‘一网通办’深入普及，服务体验明显提升；现代化的教育管理与监测体系基本形成，多元参与的应用生态基本建立；教育决策科学化、管理精准化、服务个性化水平全面提升，支撑构建高质量教育体系。” 同年7月，教育部等六部门印发了《关于推进教育新型基础设施建设构建高 质量教育支撑体系的指导意见》，《意见》中指出：“到2025年，基本形成结构优化、集约高效、安全可靠的教育新型基础设施体系，并通过迭代升级、更新完善和持续建设，实现长期、全面的发展。建设教育专网和‘互联网+教育’大平台，为教育高质量发展提供数字底座。汇聚生成优质资源，推动供给侧结构性改革。建设物理空间和网络空间相融合的新校园，拓展教育新空间。开发教育创新应用，支撑教育流程再造、模式重构。提升全方位、全天候的安全防护能力，保障广大师生切身利益。”《意见》中也提到，“教育新型基础设施建设是国家新基建的重要组成部分，是信息化时代教育变革的牵引力量，是加快推进教育现代化、建设教育强国的战略举措。” 由此可见，基础设施已成为数字校园建设承载的重要支撑。教育新型基础设施是以新发展理念为引领，以信息化为主导，面向教育高质量发展需要，聚焦信息网络、平台体系、数字资源、智慧校园、创新应用、可信安全等方面的新型基础设施体系。基于现有政策背景，立足于师生需求，改善和提升校园基础网络质量是数字校园建设的重点工作，在网络质量得到保证的前提下，通过构建数字化的科研环境、教学环境、管理环境和生活环境，以达到提升学校综合实力的目的。 1.2数字校园网络建设现状 目前我国大部分学校都拥有自己的校园网络，一般采用FTTB+LAN的传统接入方式，架构上划分为接入层、汇聚层和核心层三个层次，其中接入层以超五类网线或超六类网线为主要传输介质，带宽为百兆或千兆；汇聚层与核心层采用全光连接，部署在环境保障较好且便于扩容的校园中心机房，带宽一般为千兆或万兆。但随着学校办学规模扩大，特别是在某些学校经历了教学楼、宿舍楼等建筑物的改造后，原有校园网络出现了设备端口缺失、覆盖不足的情况。另外，疫 情期间，校园教学模式从传统的线下教学转换为线上教学，加上各类不同的校园信息化资源建设不断加入，广大师生对校园内无线网络全覆盖、网络宽带的要求也越来越高，校园原有的传统网络性能远远不能满足现有需求。具体而言，主要存在以下几方面问题： 首先是网络带宽问题。随着校园规模的扩大、数字化创新应用的增加，校内人均带宽的要求和接入端口的数量需求也在不断上升。但在已建成的校园网络中，要提高校园内的人均带宽，增加网络接入端口，一方面因为涉及建筑物的内部结构破坏或者影响装修美观而导致改造工作难以实施，另一方面大规模改造所带来的改造成本也较高。因此，一般的做法只是在原有的网络端口上接入工作组交换机，以此来对网络端口进行扩容，但该做法对网络带宽并无实质性的提升，同时也引致网络结构进一步的复杂化，为维护工作带来不便。 其次是多业务子网带来的重复建设和管理维护问题。数字校园建设带来了多种信息化、数字化的新应用和新业务，例如视频监控、自助服务系统、能源监控系统等，一般情况下，新业务都会在接入层单独建设业务子网，然后再到汇聚层、核心层，因此业务不断增加的同时，就会带来大量的重复建设，而业务子网的增多也加大了校园网络的管理和维护难度。 第三是接入层的网络质量存在不足。一方面，目前终端设备丰富，无线网络覆盖已成为刚性需求，但仍然存在部分校园未能满足无线网络全覆盖的标准；另一方面，接入层网络设备的安装环境大多分布于不规则的空间内，在散热、供电、防鼠、防盗方面均存在隐患，一定程度上增加了设备的故障率；此外，一些校园网络会通过增加冗余链路提高接入层网络的可靠性，但在网络变动时，网络配置的生成树协议容易因为生成树重构而引起生成树振荡，从而增加网络瘫痪的风险，而接入层网络存在大量的工作组交换机也容易引起环路风险。在出现网络故障时，一般只能由网络管理员按照自身的经验逐步排查，缺乏有效的排查工具，除了对网络管理员的技术水平要求较高之外，排障的效率也较低，为数字校园的各项业务应用带来诸多不便。 4 2.数字校园网络建设需求分析 数字校园建设是为了提高学校的教学质量和管理效率，满足现代化教育的需求，对学校的相关业务和校园环境进行数字化建设，支撑各业务开展智能化应用的整体工程。数字校园建设的目标是结合学校业务需求，充分利用信息技术特别是智能技术，实现学校在信息化条件下育人方式的创新性探索、网络安全的体系化建设、信息资源的智能化联通、校园环境的数字化改造、用户信息素养的适应性发展以及核心业务的数字化转型。 2.1校园网络需求总体描述 数字校园是物理校园的数字化转型和扩展，是基于校园的具体业务进行流程梳理和实体校园数字化，以提升校园整体的运行效率，实现教学、科研、管理、服务等业务的顺利开展。具体的业务需求包括以下几个方面： 教学管理数字化：包括教学环境信息化、教务数字化管理、教学质量智能监控、学生数字化管理、学情数据智能分析等； 学生服务数字化：包括学生入学管理数字化、学生信息管理数字化、学生活动