现代化校园网的建设与应用

现代化校园网的建设与应用

教育信息化是实现教育现代化的基础，是国民经济和社会信息化的重要组成部分，也是教育发展全局中的关键环节。在2003年教育部提出了未来5年教育信息化的总体目标：继续加强基础设施建设，构建国家公共教育信息化平台，加强信息技术在教学中的应用，推进多层次、多功能的资源开发、交流和共享机制的形成，提高各类社会成员的信息素养，满足人们随时随地终身学习的需求，提升现有教育质量和水平，为国家信息化提供人才支持和知识贡献。根据目标和实际情况，各大、中、专院校纷纷建立或升级改造自己的网络系统和教学系统，以适应不断扩展的教学需求和社会需求。一直以来，我国高校网络信息化建设的各个方面一直都走在网络发展的前端。当前，我国教育系统信息化的主要任务是教学资源整合、应用系统建设和网络升级改造三个方面。教育信息化应用系统建设主要包括教学平台、管理平台和信息平台这三大应用平台的建设，包括多媒体网络教学、教务管理系统、办公系统、财务系统、图书管理系统、一卡通系统,加上近几年来如火如荼的无线校园网.这些典型的应用系统让网络与教学、工作紧密地结合起来，充分发挥了校园网资源的作用。基于对教育行业信息化的深入理解，并结合自身产品即网络分析系统的技术特点，推出了高效、安全、可靠的教育行业解决方案。

现代化教育总体框架大致分为以下几个部分:

一.校园网和无线校园网的整体覆盖架构.

校园网是学校发展的重要基础设施，是提高学校教学和科研水平不

可缺少的支撑环境。校园网一方面它为学校提供各种本地网络应用，另一方面它是沟通学校校园网内外部网络的桥梁。目前校园网有以下几个显著特点：

1、高速的局域网连接――校园网的核心为面向校园内部师生的网络，因此园区局域网是该系统的建设重点，并且网络信息中包含大量多媒体信息，故大容量、高速率的数据传输是网络的一项基本要求；

2、信息结构多样化――校园网应用分为电子教学(多媒体教子图

书馆等)、办公管理和远程通讯(远程教学、互联网接入、FTP服务、数据业务等)三大部分内容。数据类型复杂，不同类型数据对网络传输有不同的质量需求；

3、安全可靠――校园网中同样有大量关于教学和档案管理的重要数据，不论是被损坏、丢失还是被窃取，都将带来极大的损失；

4、操作方便，易于管理――校园网面积大、接入复杂，网络维护必须方便快捷，设备网管性强，方便网络故障排除。

5、认证计费――学校对学生上网必须进行有效的控制和计费策略，保证网络的利用率。校园网网络系统从结构层次上分为核心层、汇聚层和接入层；从功能上基本可分为校园网络中心、教学子网、办公子网、宿舍区子网、图书馆子网等。根据校园网用户数量的多少和网络应用的情况，可以分为大型校园网、中型校园网、小型校园网三种。基于上述校园网的特点，我们在设计校园网络时必须充分考虑网络的先进性、标准化和开放性、可靠性和可用性、灵活性和兼容性、实用性和经济性、安全性和保密性、扩展性和网络的灵活性等特性，充分利用有限的投资，建设一个性价比比较高的综合性网络。

校园网建设目标

校园网建成以后应能满足学校现代化教学及管理需要，实现教育现代

化、提高教学水平，通过计算机信息管理系统提高学校日常管理的效率，通过计算机网络加强学校与学校之间的资源共享、学校与家长之间的沟通。为此，校园网应达到以下目标：

1．实现教学管理网络化，完成学校教学管理信息的采集、处理、查询、统计、分析。同时，实现学校各部门办公自动化，提高学校管理工作效率。对学校行政、人事、财务、工资、教学管理、学生、后勤等各种基本数据进行收集、整理，按用户需求提供必备的查询、维护权限。必要时可打印输出。

2．发挥计算机在教学中的作用，实现多媒体课件制作网络化，逐步实现教师备课电子化、多媒体化。

3．保证网络系统的开放性、可持续发展性，便于以后集成视频点播、远程教学等功能。

4．网络系统必须安全可靠，保证教学数据的安全运行，并能满足学校不断发展的需要。

5．校园网以INTERNET的方式来组织网内信息。建立校内电子邮局，同时校园网能与INTERNET全面接入。

6．接入中国教育科研网（CERNET）及因特网（INTERNET），实现真正意义上的数据共享、信息共享。

校园网建设要求

校园主干网通过多模光纤连接各子系统。各局域网采用快速以大网。系统采用星形结构连接。将来可扩充至学校教职工住宅区。

具体技术要求如下；

1、网络具有传递语音、图形、图像等多种信息媒体功能，具备性能优越的资源共享功能。

2、校园网中各终端间具有快速交换功能。

3、中心系统交换机采用虚拟网技术对网络用户具有分类控制功能。

4、对网络资源的访问提供完善的权限控制。

5、网络具有防止及便于捕杀病毒功能能，保证网络使用安全。

6、校园网与INTERNET网相连后具有"防火墙"过滤功能，以防

止网络黑客入侵网络系统。

7、可对接入因特网的各网络用户进行权限控制。

主干网络

根据学校校园网络环境、规模和网络建设的技术要求以及网络技术的发展趋势和技术经济性观点，我们把整个学校计算机网络设计分为主干网和工作组网两个层次。网络主干由主干交换机和分布在各建筑中的主干节点以及之间的光纤组成。需要选择适当的高速交换机作为网络的主干核心，这关系到网络的整体性能和系统的灵活性。主干设计是本方案的重点之一，主干网的选择要考虑带宽、可靠性、先进性等特点，要以当前及未来网络技术的发展和业务量的发展为基础，同时兼顾资金的承受能力、主干网络设计得好坏直接影响到本校园网设计的成败。当前，各种新的应用及高速处理机和主机系统的发展。对网络吞吐率及带宽性能的要求越来越高。多媒体应用的出现更要求现代网络能适应高带宽、低时延的要求，同时由于WEB浏览器应用不断扩大，更要求IP网络的性能不断优化。校园网的用户对网络的需求已经不再满足于对文件及打印的共享，而是对高速及更多带宽网络的需求。

工作组网络

交换式高速以太网具有灵活的扩展能力，它融合了以太网机制的即插

即用和线路交换的高带宽低延迟等诸多优点，而价格不到FDDI利ATM 的一半。以太网机制的即插即用使网络扩充容易，而且扩充成本较低；星形拓扑结构使主干具有良好的可靠性；线路交换的高带宽低延迟更符合现代计算机技术的发展对网络主干的要求，为容量的扩充留有充分的余地。由于交换式高速以太网仍采用以太网的CSMA/CD协议，因此与各工作组之间不存在协议转换的问题，不仅效率高、管理简单，而且网络结构简单，能够为各种应用提供多种连接手段，维护和扩充费用

小。传统以太网是共享型局域网，网里如有很多用户会产生争用，使每个用户的平均带宽减少，导致在网络主干和服务器等关键资源处形成瓶颈。交换式高速以太网为用户提供独立的、点对点的联接．凡是联接到交换器端口的用户都独占高速以太网的10／100MbpS网段。交换式高速以太网与ATM一样都采用星地拓扑结构，它的高带宽使各主干节点留有充分的扩展余地。故工作组网络采用交换式快速以太网。到桌面可采用交换100M、交换10M或共享100M。

无线校园网

二．无线网覆盖

最具有现代化标志的网络架构，在网络技术飞速发展的今天,WLAN以它独有的特点及优势成为一种经济廉价高效的组网方式!随着笔本,WIFI手机PDA等无线产品的普及和应用,无线校园网必将成为校园网络的趋势!

WLAN技术的优势

WLAN是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网

络接入。WLAN技术使网上的计算机具有可移动性，能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。与有线网络相比，WLAN具有以下优点：

◆安装便捷：无线局域网的安装工作简单，它无需施工许可证，不需要布线或开挖沟槽。它的安装时间只是安装有线网络时间的零头。

◆覆盖范围广：在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而无线局域网的通信范围，不受环境条件的限制，网络的传输范围大大拓宽，最大传输范围可达到几十公里。

◆经济节约：由于有线网络缺少灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要，所以往往导致预设大量利用率较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划，又要花费较多费用进行网络改造。WLAN不受布线接点位置的限制，具有传统局域网无法比拟的灵活性，可以避免或减少以上情况的发生。

◆易于扩展：WLAN有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样，WLAN就能胜任从只有几个用户的小型网络到上千用户的大型网络，并且能够提供像"漫游"（Roaming）等有线网络无法提供的特性。

◆传输速率高：WLAN 的数据传输速率现在已经能够达到54Mbit/s，传输距离可远至20km以上。应用到正交频分复用（OFDM）技术的WLAN，甚至可以达到300Mbit/s.此外，无线局域网的抗干扰性强，网络保密性好。对于有线局域网中的诸多安全问题，在无线局域网中基本上可以避免。而且相对于有线网络，无线局域网的组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。

2．设计思路

1）现场勘查

在WLAN工程中，需要通过现场勘查的方式了解建筑物和周围各种物质的材质，从而来确定WLAN设备的安装位置。由于无线信号是在空气中直线传播的，无线电波传输、接收数据的能力及传输速度都受到周围环境中各种物体的影响。无线信号每遇到一个障碍物，就会被削弱一部分；尤其是像浇注的钢筋混凝土墙体、金属、纸张和陶瓷等，对无线信号的影响都非常大。

2）组网结构

将采用目前最流行的无线局域网组建的方式，即“SplicMAC”架构，主要采用LWAPP协议，使用“瘦”AP与WLAN控制器组网的方式，适用于教室内部WLAN组网。因为AP数量较多，原始的“胖”AP组网方式，管理难度高，工作量大，并且无法保证移动性强的实时数据流通信。但“胖”AP可以部署在小型WLAN中，如操场图书馆WLAN。

3）无线标准

WLAN技术主要是遵循IEEE 802.11x系列标准，而目前国内无线网络设计和部署时主要采用支持IEEE 802.11 a/b/g标准的无线AP、控制器及无线终端等设备。符合IEEE 802.11n标准（下一代高速无线局域网标准）的设备现在已经渐渐成熟，并走向市场，因此设计的时候也要考虑到无线网络标准的发展和应用。

4）故障管理

鉴于总体WLAN流量负载、信号盲区（设备故障导致）、信号

干扰和恶意接入点等问题，我们可以采用自动射频（Automatic RF）技术，对周边无线信号进行自动监测和扫描，以实现功率的自动分配，在无线AP 设备的增加、减少或出现故障的时候，通过无线控制器（WLANController）实现对无线AP功率的自动调整，可以避免因单点故障造成的信号盲区，也可以避免因功率的增强而造成信号的冲突和干扰，最终实现各AP区域动态无缝的对接。另外，自动RF技术还可以对恶意信号及恶意接入点等干扰源进行检测、扫描、定位和驱离。同时借助自动RF技术实现动态信道

（Dynamic Channel）分配技术，避免相邻AP点之间的信道重叠而导致信号冲突。还可以通过RF监测各AP的负载情况，以实现流量的负载均衡。5）连续性和时延性

鉴于对无线网络中移动性和实时性较强数据流的传输连续性问题和时延性问题，可以采用无线漫游（WLAN Roaming）技术，可以实现2层Roaming 和3层Roaming，既可以在同一控制器域内部实现不同AP之间的无缝漫游，也可以实现跨越到不同控制器域之间AP的Roaming，这样就可以保证无线语音和数据网络的实时畅通。

6）安全方面

在WLAN安全方面，除了从网络结构、硬件设施、安全策略和RF检测等管理端的技术手段以外，还需要对无线网络的客户终端实施安全认证技术，通过安全认证系统对接入端的网络用户进行验证、监控、管理及日志记录等操作。

7）冗余配置

硬件冗余，可以对无线控制器等核心设备提供一定的软硬件冗余备份，对部分重要AP点位还可以双线路备份。

8）服务质量保障（QoS）

QoS方面，实现的标准是IEEE 802.11e，对实时性要求高的语音和视频等多媒体流，在进行数据传输的时候，对数据进行传输优先级的分类，普通的数据流传输可以降低优先级；而对于语音和视频数据，则可以提高它们的优先级。

3．网络拓扑

以下是一个典型的无线局域网的分布式Split MAC架构的拓扑简图，这个拓扑简图或许可以适用于此项目的无线网络的架构，如图所示:

通常架构图如下

下图为国内某高校的实施案例：

综合整体现代化校园覆盖一下几点：

1建立学术中心，交流中心，无线教学，电子图书全校范围调阅。

2校园网本地化自主运营、自我管理可以在言论、敏感文字、行为管理上有主导权。避免泄露，散播学术上和行为上的违法活动。

3本地管理可以提供部分勤工俭学和实习的岗位。有利的强化实践能力，及临近辅导作用。

4有效的控制作息时间和上网时间，创造一个健康的现代化校园网络氛围，杜绝沉迷游戏，强化现代化校园的实际功能和应用。

5 在线通过内部网学习，同缆双网，既可实现Internet 的访问，也可以实现内部网络高速内容交换。高速的访问内部视频学习服务器，即时的通过校园网和同学进行通讯和交流。

6电子信息平台将取代板报形式，以多媒体视频或动态更新的形式及时的形象的表述动态的公告新闻、学述擂台等，促进学习氛围的健康发展。

7 建立教学平台数据中心，精品课程录像，学生可以点播形式进行学习、

巩固知识，建立资源交流中心，相互学习、相互计论、相互推荐优等资源。

8 ２１世纪讲究的现代化和效率问题学生在校园内的任何一个地方都可以通过网络进行学习交流，甚至课程可以在树阴下进行，如果学生厌烦了吵闹的宿舍环境可以抱着笔记本找一个僻静的位置进行学习。

9 建立校园数字电台，通过网络广播高质高速的广播或校园电视台省去高成本的无线电台。

10通过投影仪或者触控模块，改革现有的黑板,教师在办公室里做好课件用文字或图像生动形象的授课,省于粉笔等手写单调、速度又慢的教学方法。讲课趣味性、生动性和学生理解性都可以得到质的提高，讲完课后可以保存为视频，那些听不懂没听明白的可以过后通过学习服务器再次听课。直到听明白为止！

11在全球数字化浪潮的影响之下，高等学校数字化校园建设受到广泛的重视，全国各地的高校借中国教育科研网(CERNET)建设的强力推动，正在从各个侧面接触数字化校园建设这个主题。近年来，随着智能卡的推广和使用，将多项管理职能和社区服务、认证融为一体的校园“一卡通”正在各高校普及开来。校园“一卡通”以智能卡为信息载体，结合了微电子技术、单片机技术、计算机网络技术及数据库技术等诸多高新科技，使其具有电子身份识别和电子钱包的功能，替代校园传统的日常生活所需的教师工作证、学生证、借书证，以及与现金相关交易的食堂饭卡(券)、医疗证、上机证、门票等，达到教、学、考、评、住、用的全面数字化和网络化，真正实现“一卡在手，走遍校园”。

下面为整体现代化校园效果图:

技术更快发展和用途拓展，摄像机精度越来越高，自动化程度越来越强，现数字化教室已经发展为学校和其他培训机构教学质量检测和沟通一种先进手段。它可以给校长及主管教学工作领导提供一套教学全过程可信资料，尤其对培养年轻教师有双向促进作用，是提高教学质量，向45 分钟要成绩先进手段。数字化教室是以电动云台控制彩色摄像机为基础,装配多倍三可变镜头（电动调整光圈、距离、倍率）、高灵敏度拾音器组成操作方便、实用性很强摄录系统。

校园监控系统是多个数字化教室组成综合系统，该系统每间教室和校园内重要位置设置摄像机和拾音器、音箱等设备，对校园每个角落一览无余，是集教学、管理于一身高级音视频传输系统。

本系统与闭路电视系统相结合，可使每间教室达到音视频互相交

流，既有利于教学内容交流，又有利于教务和考试管理进行，对学校日常管理、观摩课、示范课和年轻教师培养，起着举足轻重作用。（一）、校园监控(校长评估)系统主要功能：

1.管理人员可对任意一间教室进行监控、监听、对讲，便于考试等管理；

2.教室内除授课教师和学生外,没有其他摄制和听课人员，整套工作是安装前、后和天花板上摄像机及高灵敏拾音器完成，上课人员感觉不到任何干扰；

3. 主控室可控制任意一间教室内镜头作全方位（360＆#176;）旋转、变焦、变距、拍摄特写；

4. 多个监视器监看不同摄像机拍摄画面,对教室内教学全过程从不同方位进行监控、录像；

5.控制人员可对教室内教师教态教法、语态、板书以及学生活动进行全方位拍摄和录像；

6. 主控室内应用录像主机可对任意一间教室进行观摩课录像；

7.控制人员可操作电动云台、多倍变焦镜头对教师动作、学生回答、板书内容拍摄特写镜头；

8. 主控计算机内可作校园平面图，可方便将任一点摄像头所拍摄内容即时拉入屏幕；

9. 可对教室内声音进行同步录音；

10.对主校区内所有监控点进行录制；

11. 主控室可组织管理人员对某班上课情况进行听课，不影响该班级正常上课；

12. 副控（校长室、会议室）具备上述各项功能；

13. 对讲功能，监控时（学生自习、无教师时）发现课堂纪律散乱，主、副控均可对该班讲话；

14.控制人员对录像数据进行简单处理即可将所拍摄内容制作成教学课

件；

15. 与闭路电视系统结合达到音视频互相传递。

16. 教室内人员可使用按键请求与管理中心对讲。

（二）．校园监控系统主要用途：

1. 考试时监看各班纪律情况；

2. 各班自习时监看纪律情况；

3. 各保密机构如财务、库房监控；

4. 监控教师上课情况，了解教师执教态度、特点、优缺点；

5. 组织教师对某班进行听课；

6. 和闭路电视系统结合可将每个教室情况互相转播；

7. 防盗监控；

8. 优秀教师重要课程实况录像，以利于其他教师观摩、学习；

9. 外聘特级教师示范课；

10. 组织教学管理人员以及学科带头人主控室对青年教师进行听课，记录优点﹑缺点、实际问题进行课后对比、提高；

11.专业教研组实验课和教研组针对该课讨论、修改；

12. 学校重点课程资料留存；

13.学校重大活动如外请专家、学者讲课，进行政治思想教育、爱国主义教育；

14. 和闭路电视系统结合把数字化教室活动和课程向全校实况转播；

15. 学校送电教馆评审优秀公开课节目录制；

16. 学校留存档案和兄弟学校之间资料交流。

17. 将校园网与互联网进行连接，具备权限前提下可以全球任何方监控校内任一监控点。

（三）校园监控系统原理

校园监控系统主要由摄像部分﹑传输部分﹑控制部分以及显示

记录部分四大部分组成。摄像部分包含有彩色摄像一体机（含有三可变镜

头）﹑室内全方位云台﹑防尘罩等等；传输部分主要由视频服务器组成；控制部分中包含有图像切换﹑动作控制等等。

（1）摄像部分

摄像部分是电视监控系统前沿部分，是整个系统“眼睛”，摄像

机把监视到内容变为图像信号，视频服务器将数字音视频信号传送到控制中心监视和存储设备。摄像部分是系统原始信号源，摄像部分好坏以及产生图像质量影响着整个监控系统质量。，电视监控系统采用具有清晰度高﹑灵敏度好彩色摄像一体机；采用光圈﹑聚焦﹑变焦三可变镜头；采用水平方向旋转350＆#176;，垂直方向可旋转＆#177;45＆#176;电动室内用云台；采用具有防盗、防破坏、防尘性能强防尘罩，等等。

（2）传输部分

电视监控系统传输部分主要由图像信号传输、声音信号传输，以

及对摄像机、镜头、云台等进行控制控制信号传输。本方案中，我们考虑到学校一些具体情况，我们将采用佳安特数码科技有限公司穿越者视频服务器来传输图像、声音和控制信号，其主要优点就是图像传输后不会产生噪声失真，可以保证原始图像信号清晰度及灰度等级，主要利用学校现有局域网进行传输，既最大限度节约了成本又免去了重复铺设线缆繁琐。（3）控制部分

控制部分有两种方案可选，一种是采用计算机鼠标和键盘进行控制，另一种是采用专用控制键盘和矩阵主机来控制。节约系统成本和尽量延长设备淘汰周期，我们推荐使用第一种方案，使用计算机来进行控制。

（4）显示和记录部分

显示部分主要设备是计算机显示器和大屏幕电视（或投影机），其中大屏幕电视用作主显示，计算机显示器用作辅助显示，以方便管理人员对前端监控点进行控制时使用。记录部分主要由存储主机和磁盘阵列组成。每台存储主机可以对80路音视频进行同步存储，可以设定存储主机按时间计划录像等录像模式，以节省硬盘空间。

随着现代化教育的展开，科技的不断发展。学生作为这个时代的前端群体也不断的在影响着我们改革的进步。现代化教育的改革不断能有力的提高教学质量，而且在招生方面也是作为一个亮点出现在学生和家长的选择意念之间，在学院评估和领导政绩上也是一个大的提升。