南京工业大学：“彩光”网络，铺设数字化转型高速公路

  【天极网网络频道】文：南京工业大学 信息管理中心

  南京工业大学是首批国家“高等学校创新能力提升计划”牵头高校、江苏高水平大学建设高峰计划A类建设高校。为更好对接学校十四五发展规划，体现智慧校园建设专项规划“九个一”的主体内容，学校启动了“九个一”中的“一张网”——全光网络建设项目，它承载着支撑教育信息化和推动学校内涵式发展的重要任务。此次全光网建设目标是：有力保障、适度领先，采用性能可靠、易于管理的网络产品，旨在构建一个高效、稳定、智能化的校园网络环境，以支持学校的高质量发展。

找准问题，对症下药

  学校校园网始建于1995年，经过近30年的建设，已成为具有超大规模的园区网络。随着教育新基建和数字化转型的深入，传统的校园网络的局限性凸显，已成为师生关注的焦点问题。

  终端数10倍增长，原无线网难承载，师生用网体验不佳

  自2015年起，学校开始建设无线网络，无线网建设初衷是有线网络的有效补充，经过一期和二期工程，教学办公的公共区域部署了2000多个无线AP，解决了校园内无线网络有无问题。随着信息技术飞速发展和移动终端普及，目前校园内无线上网终端数量相较2015年已增加近十倍，移动终端成为用网主力，无线上网也演变成校园上网最主要途径，师生对无线网络质量的期望随之提高，这对原有无线网络的承载能力提出了巨大挑战，提升无线用网体验成为师生诉求的焦点。

  多阶段建设，网络结构复杂，管道桥架资源紧张

  多年来随着网络的不断扩展，校园主干环网管道和各楼宇桥架资源紧张，特别是在学生宿舍区，楼内桥架和线槽几乎都已经满载。目前学校有线网络信息点超过5万个，规模庞大结构复杂，由于分阶段建设，部分远离校园网核心的区域还存在单点故障，缺乏线路冗余，有带宽和性能瓶颈。以上现象对校园网安全稳定运行带来隐患，网络改造势在必行。

  宿舍楼房间密集，弱电间供电稳定安全需要关注

  学校共有学生宿舍约9500间，宿舍楼宇房间密集，共158间弱电间，大多空间狭小，供电稳定性较差，对于扩展星型形网络拓扑来说，供电不稳定会直接影响到关键节点下游所有设备联网，严重时会造成整个片区网络中断。作为网络、通信和安全系统的关键基础设施部署场所，宿舍区弱电间供电稳定安全一直是我们关注的问题。

  网络故障定位繁琐，运维手段落后

  学校多阶段的校园网建设造成各阶段网络设备厂家，型号，性能各不相同，网络结构复杂，而我们的运维手段大部分还停留在人工完成，效率较低。由于缺少智能网管软件的主动报警机制，面对报修需要手动进行逐级排查，从核心设备到汇聚层，再到接入层，这不仅影响了网络的快速恢复，也增加了运维负担。面对视频会议、线上直播等高带宽低延时场景保障时，运维工作压力大。

  多方论证，寻求创新解法

  基于学校《智慧校园建设专项“十四五”发展规划》中“一张网”建设目标和师生对网络使用的需求和期待，信息管理中心面向全体师生开展调研。通过“i南工”平台进行了线上用网需求调研，并通过“智慧南工”网上办事大厅向各二级单位发放核验表，以确认各楼宇房间的用网场景。同时走访兄弟学校，学习新一代校园光网技术的建设与应用经验，邀请同行专家进行论证，为全光网建设提供建议指导。经过半年多的深化设计，综合考虑了现状、未来发展、万兆时代远距离传输需求以及施工成本、安全性、维护成本和网络结构合理性等因素，最终我们决定采用极简以太彩光方案，对江浦校区的宿舍区及办公区网络进行全面升级，覆盖14000多个房间，涉及23种房间使用功能，10个网络建设场景，以实现校园网的高带宽承载和优化管理维护。

图1：南京工业大学校园网络架构设计

  学校整网采用大二层结构，办公区和宿舍区核心侧分别采用VSU技术异机房各部署两台超聚合核心交换机，与接入层设备全光互联;宿舍区及办公区各选取5个分汇聚机房按照管理的楼宇范围内的终端设备数量部署对应的超聚合交换机;各楼栋内的汇聚采用无源透明汇聚设备部署在大楼的光纤汇聚节点;末端接入设备由原来传统部署在楼宇弱电间迁移到用户室内成为入室设备，入室设备通过光纤连接到楼栋无源汇聚设备，每8台接入设备汇聚成一芯主干光线到分汇聚机房。接入层依据不同场景的用网需求部署对应的入室设备(如图2所示)，无论哪种类型的入室设备都采取统一供电方案，其中宿舍区采用集中降压后为入室光AP供48V直流电;教室等光交换机入室的场景则采用集中供220V交流电;其他办公科研场景采取集中供交流电入室或在交流电入室前降压为直流两种方式灵活组合供电。

图2：南京工业大学各场景实际部署效果

  一张无源彩光网，构建高速、安全数字底座

  这次全光网络建设是学校近10年来建设规模最大、投资金额最大的单体信息化建设项目。经过半年的建设，校园网实现了主网扁平化网络架构，江南江北校区间资源跨江互联共享。目前运行效果良好，主要表现在以下4个方面：

  一纤一室，一室一设备，高性能Wi-Fi 全覆盖

  校园网络升级实现了资源优化，显著提升了网络性能。跨江校区互联带宽从40G增至400G，主网核心至汇聚点主干从10G提升至200G，教学办公区互联网出口带宽也从8G扩容至12G，确保了网络的高速互联和稳定运行。

  光纤入室，为每个房间提供了现阶段至少独享千兆的网络接入，为未来高带宽的应用场景打下了基础。全光网升级支持Wi-Fi 6和Wi-Fi 7的部署，特别是在教学办公区和高密度场所，提供了充足的带宽和稳定的无线接入保障，校内手机Wi-Fi在线已成为常态。智慧教室享有万兆光交换入室，可以随意增加或改变终端，构建了持久耐用、易于扩展的高带宽网络环境。宿舍区通过"一室一光纤、一室一设备"的极简部署，完成宿舍网速300%的大幅度提升，室内AP安装也更简洁美观，极大改善了学生的上网体验。

  全光网络，弱电间无源，主干光纤1:8收敛

  全光网建设引入以太彩光技术对校园网络进行革新升级。使用了超聚合彩光交换机搭配彩光模块，将8对不同波长的光信号通过一根光纤传递到各楼宇，有效节省骨干光缆资源，链路效率和带宽性能得到双重提升;各楼宇内采用无源的透明汇聚设备，再将一根光纤上8个波长的光信号分开到不同房间，这样每栋楼宇内实现全链路光电分离，从各区域汇聚点到入室实现中间链路无源，有效减少因链路中间节点断电带来的连环网络故障，同时也大大降低了弱电间的消防安全隐患。

图3：超聚合彩光交换机及无源透明汇聚部署效果

  接入层集中供电，光电分离，安全可靠

  全光网建设项目中，供电设计方面的创新尤为突出。我们根据不同场景，定制了三种供电方案：220V交流集中供电，末端降压、220V交流集中供电+PoE供电、集中降压后48V直流供电。其中，集中降压后48V直流供电的方式是非常值得推广。这种供电方式主要适用于宿舍场景和部分公共场所。它的部署方式是在楼宇弱电间部署无源的透明汇聚，强电间部署集中降压供电设备，实现设备的数据与供电分离部署，数据走弱电间链路，全程无源，供电走强电链路，学校交由后勤统一管理，以确保供电的可靠安全。此供电方案的优势是降压后入室供电为48V直流电，相对比220V交流供电更安全，同时可避免学生宿舍内违规用电的风险。在宿舍场景，我们一共部署了600多个集中供电设备，单个设备的输出功率是 600 瓦，可以给24个宿舍间的面板AP提供48V直流电。在公共区域比如食堂，图书馆、报告厅等部署高密 AP 的场景，单个供电设备可以支持8台左右高密AP的供电需求。

  智能运维，全网一张图，无感处理，师生体验好

  本次全光网建设搭配的SDN智能运维工具是INC(意图网络指挥官)，可以提供有线无线全网一体化可视智能运维，支持接入设备即插即用、免配置上线，故障检测最多只需查链路、看状态、换设备3步，即可完成。新设备接入光网后配置自动下发，无需人工干预，让我们信息化部门的运维重心从设备端转向客户端。根据学校要求，SDN工具配置了定制功能，实现原学校有线网络也一并纳管，全网一张图，师生获得“无感处理”的网络保障体验。

  全光网建设让校园网迎来了真正意义上的整网升级改造。全光网络是学校信息传输的“高速公路”，它的建成并投入使用，为学校科研创新、教学改革和管理服务提供了坚实的网络基础平台，标志着学校在教育数字化转型征程上迈出了关键一步，助力学校办学提质升级，加速教育数字化转型进程，以数字化大动脉赋能学校高质量内涵式发展。