| 标题 | 智慧校园条件下的弱电工程研究 |
| 范文 | 陶槊++陈滨 摘要：随高校全面开展的智慧校园建设，新的产品与技术的应用，必将对弱电系统的设计和施工产生新的要求与标准。在即将到来的5G网络时代的移动智能化高校环境下，实现各弱电子系统集成一体化，需对弱电系统予以新的认识。在建设高效可靠地校园信息系统中，依靠实践与总结，来探讨新技术与规范，对弱电工程方法进行改进，即通过对需求分析、设计施工、项目管理、检查验收、维护使用各方面的研究与提炼，寻找在智慧校园弱电系统建设改造、维护使用的策略、思路及注意事项。 关键词：智慧校园；弱电工程；设计施工；维护 中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）30-0263-03 The Electronic Engineering Search at Smart Campus TAO Shuo1， CHEN Bin2 （1.Network Center， Hefei Science and Technology of College， Hefei 231201， China； 2. Electronic Dept.， Hefei Science and Technology of College， Hefei 231201， China） Abstract： With the rapid implementation of construction of smart campus， as well as the application of new technologies and products， it is evitable to appear new challenges for electronic projects in demands and standards. In the approaching of 5-Generation Network times at intelligent campuses， especially， in order to realize the electronic system integration， it is taken for granted that the subject has been updated by new recognitions. In the development of efficient and reliable campus information system， with the discuss and search， it has been practiced and concluded some progressive methods in several respects of demanding analysis， design， building， project management， verification， and maintenance as well， so as to scrutinize the constructing， maintaining policies， ideas and cautions for electronic engineering at smart campus. Keywords： smart campus； electronic engineering； design； construction； maintenance 1 概述 目前我国高校弱电系统已经由“全数字化”向“智能化”推进，并且各校也在摸索和研究建设一套可靠的智慧化校园的技术与方案。随着校园智能设备的接入，对弱电系统的要求更加严苛，并也极大的充实了对弱电系统应用范围。它由原先的综合布线系统、有/无线网络、安防监控，卫星电视、广播、固话、会议系统，楼宇智控、一卡通系统，现在加入智慧课堂/图书馆/社群、云计算虚拟化、物联网（IoT： Internet of Things）远程控制系统，所有系统又可以根据不同的客户需求加以组合与互联。这就不仅要在校园内完善各类信息系统建设，还要根据各子系统的任务需要通过中继中转链接，从而造成弱电系统技术、协议、设备的多样化、复杂化，迫使我们对弱电系统在设计、施工、工艺、标准上都要有所更新。 2 设計原则 根据我国高校应用特点，对整个弱电系统要求以集中化管理、模块化设计、智能化应用有机组合，各类信息系统为学校的教、学、研、管理、财务、后勤、生活提供服务（《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2006）），实现统一出口、综合认证，安全高速的信息互联与处理。所以建设改造原则成为设计指标的矛盾统一：即高效性/稳定性、先进性/成熟性、经济性/前瞻性、安全性/易维性等。 3 需求分析 通过本校技术力量或专业集成商对各院校弱电工程建设/升级进行项目分解，明晰使用需求，搞清高校具体背景、应用、资金等，这些决定了网络的架构、规模和选型，直至影响后续的弱电服务项目、施工进程、质量，最终决定了用户体验QoE和系统水平。 做需求分析时，有必要帮助使用者提供案例对比，给出参照性意见，而不是一味对用户需要做叠加，特别对于新系统设计，对未明确确切用途场合情况下，务必耐心帮助用户做好功能点定位工作。 4 方案设计 随着技术不断升级，网络结构日趋多样，高校内使用群体复杂，信息来源丰富，要满足院校所提出的技术要求，特别是对高校科研教学的先导性特点，需在系统设计前对技术层次进行充分评估。除满足系统的先进性、健壮性，应尽量避免对体系内容、系统应用层或用户使用习惯的颠覆性改变，这不仅是出于经济性的考虑，更是信息无缝化演进的要求。 但在另一方面，根据高校网络工程建设经验，特别在施工中遇到的问题又告诉我们，要拟定高效可靠的弱电系统方案，减少潜在问题，应尽可能采用业界成熟系统架构。这就要求设计者在具备足够技术积累的前提下，能够对所有项目条件做合理取舍。 4.1 架构设计 在目前水平下，任何弱电系统的建设与改造，“全数字”方案以以太网为基础，接入其他介质（同轴、光纤、rs485总线、电波等），对智能控制、IoT的智能设备控制最终也都是经过有/无线设备对接，为体现智慧化校园理念，SDN[1]要求采用高配置的交换机、高容量服务器、存储设备，以保证性能和降低设备部署成本，因此要对网络架构设计做以下规划： （1） 为配合智慧校园需要，核心设计普遍采用扁平化大2层扁平化（Flat 2-layer network[2]）架构的10G/40G/100G网络，这样以汇聚接入层千兆全光纤接入，终端接入正由百兆向千兆普及，对云计算、数据中心（HCI：Hyper-converged Infrastructure）nas、san，在综合布线设计上需要注意对光纤系统容量做充分预留。 （2） 无线覆盖是未来智慧校园建设重点，鉴于现代校园移动产品换代速度，可以采用最新的802.1x全局统一认证模式，这样可以在对SSID、信道划分、频段选取，带宽上保持优势。为体现一体化管理，采用中央AC（Access Control），这样接入端则采用PoE交换机+Fit AP（瘦AP）模式，以简化施工、维护工作。 （3） 无论是云监控系统，还是无线AP（Access Pointer）都要做好现场勘查工作，必要时借助无线接入器（如TL-WAL7210N）连接终端测试，依靠射频资源管理（Radio Resource Management）技术[3]做好现场勘查工作，合理分配信道、切换、区间干扰、QoS，才能做好方案设计。 （4） 通过对2011-2017年安徽13所高校维护记录统计，只要是品牌产品，核心因系统故障瘫痪的可能性很小，非冗余单核心瘫痪的平均概率<0.5小时/年，而目前向周围市郊、县迁址的各大高校，受地域限制，许多还在使用农用电，经常性的断电造成的接入层断网概率远大于核心层断网概率，因此对这类校区全面的UPS保护设计应予以充分考虑。但如果未来5G愿景计划实现，利用UND[4]节能技术，将有望解决这一难题。 4.2 基础线路 出于成本与扩展考虑，需要对信息点预留数量和位置做充分论证，随时掌握房间功能和陈设的变化，这样才能保证未来应用的便利。另一个被长期忽略的问题，就是对桥架的尺寸、路径的设计，必须先行规划，因为它与装修、水电工程等相互影响，这样对接下来的施工、验收、美观、检修、保养产生一系列问题，举一案例，弱电桥架一般是弱电线缆公用，通常设计时桥架横截面=槽内线缆面积之和×3～5倍，但当有4G wLAN不规则外形分频器/合路器出现时，就会造成桥架盖板无法盖上情况，所以在桥架设计前还要对产品做充分考察。 根据我国高校应用成果来看，目前光纤到桌面还无法全面取代传统以太网，在7类线（CAT7）还未成为行业标准的前提下，使用大众化UTP cat5E-cat6A网线基本要求外，对接头（RJ45）内部线序要求、做工更为讲究，否则不仅对影响网速，严重时会造成端口数据包不停的重发，不利于使用寿命；在数据中心，对高密度综合布线则须考虑屏蔽问题。标准光纤（SFP：1310nm/10km）接口，因为设备的开通年代、选型的差异，造成接口（FC/SC/ST-MPO/MTP）[5]的跳纤匹配上尽可能做到前后统一，或及时更新。 其他，如IoT、智能一卡通完成感应和定位后，信息向 “物”的本地控制部分传输，如有涉及应用广泛的RS485 +USB，为避免系统响应水平急速下降，在设计前要对现场线路（实际≤300m）/支线（≤5m）距离、接入点数量（实际<200）、干擾源等做考察了解，合理安排接入点。 随着5G网络时代的到来，移动、高速、实时智能技术在高校应用，其超密集异构网络的组建[4] 将有利于弱电系统的一体化集成、物联网传输链路接入，但对无线小区密度会有一个数量级的增加，这对整个设计和施工的要求也将增加。 在大型数据中心，利用智能配线架，主副扫描仪（rj45&15），实时跳线（第9根导线，监视），保安控制器，实现端口技术+芯片技术+链路技术融合。它有2种模式[5]： （1） EOR模式：智能布线系统硬件系统布在跳线连接集中管理设备和MDA等连接区域； （2） TOR模式：在跳线连接集中管理EDA和MDA等连接区域。 在区域化构架和混合结构数据中心，智能布线硬件系统置于任何需要对跳线集中管理的连接区域。智能布线系统虽然价格偏贵，但与传统的布线系统相比，支持高密度设备与用户的运行，绿色节能，易于结构化管理、扩展，新智能设备融合，做到维护显示直观图形化，智能导航；信息数据的集成自动化处理，远程操控。 以后设计应当包含物联网RFID（射频识别）电子配线架的设计，包括了RFID电子识别器分组模块集合（含跳线）+控制器+后台管理。 4.3 设备选型 作为院校网络系统负责人须根据院校最大需求，慎重接受集成商的意见，这不是可以简单通过设备参数下单的问题，因为涉及广大的设备供应商和无数的功能产品，当多设备混合时，因为匹配问题，许多不可预料的情况就会发生，尤其存在突发性暴增数据和图像数据流时，许多不能用简单的产品手册就可解释，它不仅需要方案设计人员娴熟的理论功底，还需要有长期一线的工作经验。目前，为保证选型的安全，绝大多数情况都采取稳妥的绝对高配的办法来避免风险。 5 工程实施 任何一个优质的弱电工程的实现都是依靠专业队伍、严格管理来执行方案、工艺与规范的结果。在工程开工时，各施工单位就必须向甲方提交的进场施工方案书，提供真实可信的组织人事、施工纲要、进度计划、质量管控等说明，由甲乙双方项目负责人共同监督执行[6]。根据工程实践，要满足国标的各项要求，最好对每一步工序进行实时质量规范，如在光缆工程质量管控上，抽检时，最好运用的最终产品做一下实测工作，避免造成工程反复。根据国标，远距光缆（1km<长度<10km）竣工测试，其光端收发器两端光衰减<40dB认为合格（《本地通信光缆线路工程施工规范》YD/T5138（2014年修订版）），但对有些设备就不一定能建立互联，如用电脑ping时，当光端收发器两端光衰减>18dB，便无法链接，提示“destination host unreachable”。在维护阶段，一般单位不会装备光纤探测器或光故障定位仪之类专业工具，出现光链路故障后，使用红光笔测试，即使肉眼可看清红光信号，也未必代表其光链路绝对可用。 通过各类线路敷设对接、设备调试实践获得的经验认为，对线路最好建立4级标记体系，在维护时，可直接通过标记即可了解对端情况，无需再跑到对端校验或核对备案材料，减轻工作强度，规避误判。 另外，中国目前各监理公司对设备材料的管控习惯是让乙方提供《产品质量检验报告》，这给承建者提供运作空间，从而存在漏洞，甲方难以真正把关材料质量。所以我们认为监理公司要有效履行职责，必须自行完成从抽检-送检-取证各环节的工作，不应依赖他人。 6 竣工验收 在验收阶段，如果无法实现对全部信息点和设备性能、功能的测试，目前简单的作法是10%-20%抽样测试（《综合布线工程验收规范》GB/T50312-2016）与长时间试运行相结合。但对某些区段的测试却不能简化，如地线的测试，严格遵循国家地线测试标准，通过摇表测试<1Ω，在电井内漏电保护，杜绝与强电共用接地排，桥架外壳保证接地。 如果能在前阶段对工程质量保留了完整的管控记录，通过核对施工方移交的成册的竣工资料，能极大地减轻用户方对验收的核查工作量。 7 检修维护 使用隔离法、逐点测试法、排除法、替换法、抽样法等等手段，终端使用命令（OS通用命令ping /tracert/netstat/ipconfig/等）、软件（sniffer/fluxay等等）、设备维护指令集组合，硬件使用巡线仪器，可以定位目前以太网设备的大部分故障。通常的做法有几种： （1） 系统法：根据现象，判断物理/软件/系统故障，这包括对各单元的增删、配置参数、设置协议进行修正与测试； （2） 功能法：根据网络功能的运行状况，对线路/单机/交换机/路由器/防火墙故障点分别排查； （3） 层次法：利用IEEE OSI7层法-TCP/IP[7]4层法，根据习惯和经验，由易到难对故障现象从上到下/从下到上逐级判断，直到对定位故障点，典型的案例即是网卡-ping-telnet问题判断。 对数字程控电话（PABX、ISDN）使用测试话机+插线器即可定位线路故障。在光缆测试中，受测试工具的限制，一般单位装备的红光笔只能确定链路的通断。设备问题一般只能依靠维护指令集。 随着未来各种智能弱电系统设备的接入，故障判断手段会进一步拓展，但相应的故障检测手法也将面临多样化趋势。 8 总结 本文通过对建设改造需求分析、设计、实施与维护等全阶段的工作进行了全面探讨，特别对以往各种弱电施工中遇到的各类问题和经验也加以总结，并借鉴吸收他人的成功做法，希望能找出一套完整的建设与维护可靠高效的校园弱电系统的方法与策略，为未来智慧校园建设提供指导与帮助。 参考文献： [1] Goransson P.， Black ， Culver T. Software defined networks ： a comprehensive approach （2nd ed.）， Morgan Kaufmann Publishers Inc.， San Francisco， CA， 2016. [2] 吴公铎.扁平化架构在企业级网络中的应用[D].陕西师范大学，2013：3-9. [3] Ming Yu. A Dynamic Radio Resource Management Technique for Multiple APs in WLANs[J] IEEE transactions on wireless communication，2006，15（7）. [4] 赵国锋，陈婧. 5G移动通信网络关键技术综述[J].重庆邮电大学学报：自然科学版，2015，27（4）. [5] 張宜等. 数据中心综合布线系统应用技术[M].电子工业出版社，2016：67. [6] 何继伟. A公司主楼弱电工程项目的质量管理研究[D].山东大学，2012. [7] 杨林.网络互联组网配置技术[M].电子工业出版社，2011. |
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