第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

在国家教育信息化2.0行动计划不断推进之时，各中小学校也正在积极地推进教学方式由传统的纸质教学向电子化的教学转变。基础教育的核心单元为小学，它的信息化设施的建设水平会直接对教学效果的提高、学校管理的改善以及教师和学生的信息素养培养造成重大影响。目前很多小学已经引入了智慧教室、在线学习平台、交互式电子班牌、校园安全监控系统等一系列的信息化应用，而所有的这些创新性的信息技术都依靠着稳定、高效的校园网络环境来完成高效协作、顺畅运作的目标。在此时校园网络基础设施是否健全对于信息化建设成效有着十分重要的作用[1]。

目前大部分小学校园网络基础设施建设存在着明显的结构缺陷。早期校园网络系统大多是分散式的部署方式，各个功能区（教学楼、办公楼、运动场等等）各自独立地创建出各自不同的局域网，没有建立统一规划的规划以及各功能区之间的跨区域协调机制[2]。伴随着教育信息化的不断发展，原有的网络架构在容量扩容、协议兼容、安全防护等各方面存在着明显欠缺，传统的硬件设施不能适应现代信息技术的发展。无线信号覆盖范围不均、视频监控视频流传输带宽有限、缺少集中管控平台等问题都会造成智慧课堂环境无法得到改善并存在一定的安全隐患[3]。

从小学校园特殊的应用环境出发，必须对校园网络基础设施进行系统的改善和设计。在具体实施时要考虑教学楼、宿舍楼等建筑物不同的功能特点和信息点的分布情况，结合无线设备的布置密度以及安防监控节点的需求，准确地找到核心机房的位置，从而形成满足实际需要的网络架构体系[4]。另外还要对骨干光纤线路的设计方案进行统筹规划，做好关键硬件的选择工作，编制详细的项目预算报告。上述整体设计不但可以给该校信息技术的发展提供强有力的保障，而且能给同类型机构网络建设提供具有参考价值和示范意义的经验[5]。

本文以校园网络系统近五到十年内更新换代的要求为对象，主要研究的是教学、管理功能向现代方向转变的目标。以实际应用案例的形式把理论知识转化成网络拓扑结构规划、物理线路部署改善、预算管理体系建设等各方面的内容，有效提高研究人员的实践操作水平。主要的成果就是创建出一套标准的技术档案资料体系，由详细的施工图集、准确的成本核算表单、完整的硬件选型目录等组成，给工程实施阶段技术上的支持和运维上的保障打下了良好的基础[6]。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

在全世界范围之内，发达国家的基础教育信息化发展存在着明显的阶段性特点。以美国非营利机构Schools，Inc.发布的《K-12校园网络基础设施白皮书》为例，它从网络架构的设计、出口带宽的设置、无线信号覆盖范围、数据中心的布局等各方面展开了详细的分析，并且也特别突出了宽带冗余能力、统一认证体系、内容过滤功能以及终端设备的管理能力等方面的重要意义[14]。就欧洲各国而言，在校园网的建设当中更加重视绿色低碳的理念，用低功耗的硬件设备、周期性的关闭AP节点、改善机房环境等方法来推进校园网络向着可持续发展模式转变[15]。

国外小学网络技术架构大多用的是三层以太网结构的设计。核心层一般使用双机热备的方式提高系统的冗余性和可靠性，汇聚层按照建筑物分区进行模块化的部署，接入层用PoE交换机给无线接入点、视频监控设备等供电[16]。在无线通信领域中，Wi-Fi 6标准已经得到了全球范围内的广泛使用，单个AP设备可以很好地处理高并发用户连接的需求，可以满足教室区域大流量传输的要求。就校园安全监控而言，学校用专用VLAN把视频流传输通道分隔开来，然后将数据传输网络中的视频信息送到集中存储服务器上[17]。国外校园网络建设重视全方位的防护体系创建，上网行为管控、入侵检测告警、日志审计等各项功能均被当作基本的配置要素嵌入到整个方案里[18]。

1.2.2 国内研究现状

近些年来，我国中小学智慧校园创建步入了迅速发展的轨道。因此各地方的教育行政部门陆续发布了一些有指导作用的文件。中小学数字校园建设规范是由教育部制定的，对于校园网络采用核心-汇聚-接入三层结构有明确的要求，同时对校园网出口带宽、无线覆盖范围和质量等技术指标也做了具体的规定。各地根据自身的实际情况逐步形成了信息化建设方案以及相关的实施细则，给智慧校园的发展提供重要的制度支持和技术保障[7]。

就技术实施而言，国内的小学网络环境创建大多采取以太网同PON（无源光网络）联合组网的形式。新建设施或者大规模的改造项目一般选择部署GPON入户系统，用分光器和ONU设备来达到资源配置的目的，以此减少布线工程费用；传统的学校由于运维方便以及对已有的设备兼容性问题，仍然坚持使用三层以太网结构[8]。校园Wi-Fi服务已经渐渐成为一种可以满足高并发并发访问、漫游快、智能认证等需求的综合系统了。安防监控系统同地方教育部门平安校园平台数据对接之后，可以达成紧急事件处置，人脸识别等诸多功能的综合管理[9]。

目前我国小学校园网络的设计已经形成了比较成熟的理论体系和技术支持。各个学校由于建筑环境、功能定位、经费分配等各方面的因素存在差异，使得各个学校的建设模式以及运营效率存在着较大的差别。根据具体情况进行合理的规划并达到资源充分利用的目的，是目前急需解决的问题[10]。

1.3 主要研究内容

本文主要研究某所小学校园网络系统的规划设计，按照工程实施内在逻辑顺序，从需求分析、方案设计、预算编制等关键环节入手展开研究与实践论证。

首先要开展校园网络需求全面调查。要对校园建筑的功能分区、楼层结构、房间用途等主要因素进行综合考察，重点分析教学楼、办公楼、图书馆、体育馆、学生宿舍等重要场所信息点布置情况、无线网络覆盖范围和技术参数等有关内容，并确定机房接入节点所在的情况。在此基础上要结合各种业务的服务质量标准、带宽需求等各方面的情况来考虑，为之后的设计方案的提出提供充分的依据[11]。

本研究聚焦于校园网络的关键技术要素展开深入探讨。通过对三层网络架构的设计原理以及它在小学教育场景中如何适应的解析，提出虚拟局域网（VLAN）的分类标准以及IP地址的规划方案，并且从无线网络布线的方式以及安全监控系统的组网方式这两个方面来对其进行全面评价，以期给整个的设计框架赋予科学的理论支持和实际的操作指南[12]。

根据调研和对技术的评价来确定校园网络整体架构的设计并给出具体的实施方案。根据网络拓扑结构设计以及核心机房布局的规划确定光纤线路敷设路径；对核心层、汇聚层交换机、无线接入点（AP）、视频监控终端等重要设备的型号规格做了具体的定义。对项目所需要的辅助材料做了精确数量的测算和配给。

在骨干光缆线路的设计阶段开始以后，按照已有的路由规划原则分段计算核心机房与各个目标建筑物之间光缆敷设距离，同时制定出施工工艺标准和质量检测规定。作为构成建筑物之间物理联系的主要部分，此过程有重大的实际意义和理论价值[13]。

通信工程项目的预算编制要严格依照国家有关法规以及行业标准，创建起项目全生命周期成本管理的体系。该过程需要对工程量进行准确的计量，对设备材料采购成本进行估算，对于人工和间接费用进行分配，并且要对关键技术参数加以评价。主要从网络基础设施带宽承载能力、系统可靠性和数据安全保障度等主要方面着手，以基础为依托来完善施工组织设计，确定质量验收的标准。

在此基础上，创建了一个具备系统性特点并且可以执行的校园网络设计及实施计划。

第2章 校园网络需求分析

2.1 校园建筑与使用功能

该小学的校园建筑群有六栋主体结构，综合办公楼、教学楼A和B、图书馆、体育馆和多功能食堂全部都在二十余层。各个建筑功能定位不同，其网络需求也有所不同，所以要依据每个建筑功能及使用特性来进行详细的分析和科学的评价。

综合办公楼是校园里担负着行政管理以及教师办公工作的主体建筑，共有五层。首层设有弱电设施区，可以作为学校级网络系统集中管理点；二到五层为校长室、教务处、总务处及六至十八间标准化教师教室办公室，设多功能报告厅一处。信息化建设包含有线通信网络规划布置，无线网络覆盖改善和安全监控系统健全这三大部分。因为行政人员的日常工作高度依赖于信息技术，因此根据工位的需求来规划有线端口，保证高效运行，无线网络要达到全区域无死角覆盖的目的，满足移动办公场合下便捷的要求。就安全保障而言，应在公共走廊、主要出入口和重要办公场所附近安装高清摄像头等安防设施来创建全方位的安全防范系统，在校内部部环境安全可靠的基础上提高安全防护力度。

教学楼A和B都是四层的结构，是学校公共功能区，分为普通的教室、教师办公室和公共走道等基本区域。校园网络流量的集中地，各类教室除了传统多媒体授课、交互式电子黑板展示和多终端访问的教学环境外，还要有智慧课堂里教师设备和学生设备高并发访问的能力。因此建筑规划必须留有足够的有线接口，用高密度的AP组网来提高无线网络的覆盖面积和稳定性。就安防体系的建设而言，在走廊的出口和入口处设置智能摄像头，可以达到全方位的视频监控效果，并且能提高安全管理工作水平。

本馆总面积3层，为藏书区、阅览区、电子阅览室、自主学习区等各个功能区所构成。因为阅览区大部分使用无线网络服务，而且读者自带设备上网需求较大，所以建议适当增加无线AP布点密度来提高网络性能。电子阅览室中每一台计算机都应该有一个单独的有线接口来保证网络连接的稳定和可靠。根据安全角度，在出入口、重要的书架通道等处设置监控摄像头，建立完善的视频监控系统来达到全方位的覆盖以及安全管理的目的。

体育场馆分上、中、下三层，其中上层是供观众使用的楼包厢以及各类管理人员使用的房间，下层为比赛场地及多功能活动区。它的独特的空间布局有着很强的通透性和高的层高优势，在无线网络的部署过程中，应该主要解决信号传输损耗的技术难题。可采用合适的AP设备高度布置和合理的分布方法来达到全面覆盖的目的。视频监控系统的摄像机布置要针对重要的出入口、观众区和比赛场地周边这些关键地段做系统的设置，从而使得赛事期间安全监管需求被完全地满足。

食堂综合体的空间布局分为上下两层，下层设置有厨房、餐饮服务等设施的场所以及会议室、活动场地等上层的空间。从网络架构角度来讲，该建筑大部分依靠无线覆盖技术来给予基本网络支撑，从而符合师生日常使用要求。根据多功能厅的特殊要求，在区域内布放有线端口设备，保证各种设备可以正常连接并且稳定运行。安防体系上，在安装监控系统的时候同时对厨房进出口和餐饮区进行安全防卫工作。

根据建筑功能属性进行深入分析可知，各个分区之间信息通信的需求具有很大的不同之处。只有实行分类设计、个性化的方案才能使功能得以完全实现并尽可能少有资源的浪费发生。

2.2 各楼宇信息点、无线与安防需求

采用建筑功能分区的系统分析法、功能房间统计法和单位面积指标推演法等方法来准确预测各个楼宇中对有线信息接口、无线接入点位、安全监控设施实际的需求规模。

综合办公楼的楼层布局将办公区和多功能会议室等各方面的活动安排在一起。根据工作席位空间布局特点及实际使用需求，每一层都设置了大约二十个有线端口，用点位布置方案保证端口分布满足工位配置标准。为了保证整个区域信号的覆盖，而且避免出现盲区，在楼层里用多个AP节点进行布设，全方位覆盖办公区域及公共场所。安防监控系统在走廊的两端以及楼梯间这些重要的地方设置有高清的摄录设备，从而营造出一种没有死角的可视化管理环境。以上元素一起构成该建筑整个功能需求的专业评价系统。

教学楼A、B两楼结构形式大体一致，为四层至六层的楼房，每层楼下共有普通教室4-6间或者一个教师休息室。多媒体讲台作为校园网络的节点，要具有有线信息接口来完成数据传输的功能，还要留出电子班牌等智能设备的接入口。根据实际情况进行实际使用需求分析，每一间教室至少要设有一个以上有线信息点，保证网络连接的稳定可靠。从无线覆盖的角度来看，由于课堂教学中多终端并发访问的情况，在每个教室里单独设置高性能的无线接入点（AP），或者采用分布式密集型AP的方式覆盖区域内所有的设备。根据走廊区域移动学习的需求来规划无线信号强度分布策略。安防监控系统要对每层楼道出入口、楼梯间及主要教室门口等处设置高清摄像头来形成整个楼宇综合信息化管理系统和技术保障体系。

图书馆第三层功能区的布局特点是明显的不同。首层属于藏书区，主要的信息点需求是做好工作人员办公区无线网络的覆盖，二层属于阅读服务核心区域，在人流量大的时候要适度增加AP设备的数量来保证移动终端的连接性能和稳定性，三楼电子阅览室需要较大的有线端口数量以支持多个计算机设备同时使用。从安防监控角度讲，每个楼层的入口、通道以及重要的地方要加装摄像头等安防设施来创建一个全方位的安防体系。

体育馆各楼层虽然占地面积较大，但是功能分区具有很高的集中性特点。首层运动场地有线网络端口需求较少，无线网络设计要考虑到高大空间信号传输衰减的影响，应该适当增加接入点（AP）的数量来提高覆盖质量；二层看台和管理区的信息点需求很少。安防监控领域，在出入口以及场区周边安装摄像头就可以达到整体的安全防护目的。

食堂活动楼各楼层主要是餐饮服务区、多功能活动室。餐饮区用的是无线网络，多功能活动室设置有线网络接口作备用方案。安防系统的重点是设置在厨房的出入口，收银台等主要位置。

根据分楼层、分区详细的分析可以统计出校园有线网络端口、无线接入点、安防监控设备的数量。具体的数据不仅可以给设备选型和物资采购计划的编制提供依据，也可以成为工程造价预算编制的重要支撑因素。

2.3 上联机房与业务需求

上联机房属于校园网络架构的枢纽性节点，它要担当起全网流量的汇聚、分发和输出的重任。选址规划要综合考虑诸多要素，首先应该选择校园的中心地段作为布设光缆的最佳区域，并尽可能缩短线路敷设的距离，其次应设置两路以上的市电供电系统，同时配装UPS不间断电源系统来保证供电的可靠，另外要满足电子设备正常工作所需要的温湿度控制、防尘、防雷接地等安全条件，还要方便开展日常的巡检和保养工作，不能把设备安置在过于偏僻或者难以到达的地方。

根据现场勘查数据以及多方案比选分析可知，本方案确定上联机房设于综合办公楼一层弱电室。该区域处在校园的核心地带，到各个主要建筑之间的距离比较均匀，具备较好的适用性和合理性。经过评价，该弱电间具有改造为机房的技术条件，内部空间大，可以满足多个服务器或者网络设备的安装要求，靠近配电室，可以得到双路电源保障，设有独立的通风系统，给精密空调的布置打下了基础，地线资源充足，可以进行统一接地。建设机房一方面可以提高行政管理人员日常巡检、保养的熟练程度，另一方面可以大幅度减少日常运行成本，更加主要的是可以大大提高整个系统的运行效率。

校园网络设计的前一环是业务需求分析，给架构方案的确定赋予主要准则。小学校园网络业务大致可以分为以下4类，分别是办公室和教学有线网络服务（用于教师终端接入，多媒体教学设备安装以及打印机设置等）、校园无线网业务（覆盖教职工和学生的办公和智慧课堂使用需求，且要通过细致化的操作来管控用户权限并调节流量大小）、校园安全监控系统里视频传输业务的处理情况（视频传输过程中存在着较高的大流量和实时性诉求，在该环节上对上行链路效能加以改良十分必要），还存在一个网络运维管理系统，用虚拟局域网（VLAN）把各个类型的网络设备放到一个中心化的统一管理之中，以便于集中化的统一管理控制。四个方面一起构成校园信息化基础设施规划的主要内容。

表2-1 各建筑网络需求汇总表

建筑	楼层	信息点	AP	摄像机	接入交换机
综合办公楼	5	120	20	10	5
教学楼A	4	80	32	8	4
教学楼B	4	80	32	8	4
图书馆	3	48	18	6	3
体育馆	2	20	10	6	2
食堂活动楼	2	24	8	4	2
合计	20	372	120	42	20

图2-1 各建筑终端需求分布

出口端依靠互联网专线资源来组建网络安全体系，利用路由器、防火墙以及上网行为管理设备来创建起包含网络地址转换（NAT）、安全防护、访问控制等功能的模块。根据业务需求的系统性分析，可以制订出整个VLAN划分方案、IP地址分配方式及多层安全防护方案，从而给技术实现给予详细而规范的指导参照。

第3章 校园网关键技术

3.1 三层网络架构

三层网络架构因为具有明显的技术优势以及广泛的应用价值，已经成为大中型园区网络基础设施建设的主要形式。本架构以功能划分为基础，把网络系统分成三个主要的组成部分即核心层、汇聚层和接入层，并且用明确的角色定位以及协同来达成整体的优化。核心层属于数据传输的主要节点，它完成整个网络流量的调度和高速路由规划工作，汇聚层执行接入层数据汇总、承载业务并保证VLAN间通讯的任务，而接入层面向终端设备提供物理连接和供电服务。分层设计大大提高了网络的可扩展性以及管理效率，并且创建出有效的故障隔离方式，给系统长久稳定运行提供保证。

校园网络环境下三层架构的部署方案有较大的实际意义。核心层一般位于中心机房，使用双核心交换机堆叠或者VRRP协议来建立冗余机制，大大提高了系统的稳定性以及带宽的性能；汇聚层按照建筑结构进行分区配置，每个楼栋独立放置一台汇聚交换机，主要担当起处理本楼栋下接入层设备间数据传递的作用，并且借助万兆光纤同核心层形成高效互通局面；接入层依据楼层散布来实施物理布局，在每一层安设多个接入交换机，以应对教室，办公室，公共区域的众多信息点位，无线终端和安防监控设备这类通信事务的技术支援。该种层次化的网络架构设计可以大大提高校园网络的运行速度以及稳定性。

图3-1 网络系统拓扑图

该分层架构的设计有诸多方面的优势。第一，在接入层与汇聚层之间划定广播域的界线，有效减少由于广播风暴而造成的网络性能的损失；第二，用层次化的故障隔离方式，一个接入交换机宕机只会对某个楼层造成影响，不会波及其他地方，从而极大改善了系统的可靠性以及维修速度；第三，在扩展性的方面，它使得系统可以适应不同的组织架构变动或者业务发展的需要，学校新增一所教学楼的时候，只需增加一些汇聚设备与接入设备即可迅速达成功能的更新换代，并且不需要做很大的网络改造工作；第四，在安全性上具有很强的灵活性，在汇聚层做VLAN级别的访客控制，在核心层做统一的安全防护的配置方式，给整个系统赋予全方位的保证体系。

三层数字集群相比扁平化网络或者单级联，初期的硬件购置以及部署成本虽然较低，但是从长期运行效率改善和系统扩充能力来讲拥有明显的优势。由于高校学生数量多、功能需求繁杂，而且网络稳定性要求高，在这样的校园信息化环境下，三层架构已经成为实现技术可行性与经济实用性的较好选择。

3.2 VLAN与IP地址规划

虚拟局域网(VLAN)是一种用交换机、路由器等网络设备把物理网络划分成逻辑网络的解决方案。主要功能就是改善广播域的隔离，加强网络安全防护体系，简化网络运维。教育机构校园网络架构设计时，合理的建立VLAN就显得十分重要。一般根据业务特性及用户群体特点来对VLAN进行分组配置，并给每一个VLAN指定一个独立的IP地址池，再利用汇聚层或者核心层三层交换机完成不同VLAN之间的数据传输工作。

本方案中VLAN部署的原则有两点，一是把具有相同功能特性的流量汇聚到同一个流量分割域内，从而形成一个安全的防护体系以及资源调度系统，二是对不同的业务流量进行精确的安全隔离，使办公区和视频监控等重要的业务数据传输保持物理隔离，三是提前预留足够的VLAN标识资源，为以后业务的发展和不断改进做好技术上的准备。

校园网络系统的主要应用模块为办公教学有线业务，而办公教学有线业务的运行要靠独立虚拟局域网（VLAN）来完成。这样的设计架构有诸多优势，它既可以很好地把各个建筑间的广播数据流隔离开来，在某一个区域内发生故障时只会影响到该区域内的设备和用户，也可以借助以楼区为单位的数据流监视机制并配合相应的访问控制方案来提升系统安全，最重要的是，对各个区域内的设备进行保养或者功能更新的时候，只需要更改对应VLAN的设置规则，就无需做全面的网络重组。

无线业务一般会划分成两个互相隔离的虚拟局域网，各自服务不同的用户群体。教职工用的VLAN专门为教师办公、教学展示等高安全性环境服务，校园内部以及互联网上给教职工设置安全访问权限同时还有多种安全保障措施。学生专用的VLAN主要是用于智慧教室终端设备接入的，由于此应用场景对网络安全要求不高，所以选择较低的安全防护等级，并且结合外部的内容过滤、带宽限制等各个功能模块。这两种VLAN使用不同的服务集标识（SSID）来进行管理，根据设备认证信息自动分到不同的网络分区中。

在安防监控系统里，需要依靠单独的VLAN网络架构来把前端采集设备（摄像机）和存储设备（NVR）分成两拨，并且借助物理隔离的方式来同办公网络区分开来。本设计可以明显减小视频数据给办公网络造成的影响，还可以有效地防止由于非法访问、恶意行为等所造成的安全威胁。对网络管理设备及其相关接口，创建专有VLAN环境并加上严格的访问控制措施，只允许认证过的管理终端接入到核心网络节点上，以此来提高整个系统安全水平。

IP地址规划要同VLAN配置深度结合，一起塑造起高效有序的网络架构体系。采用私有地址空间，根据各个VLAN的需求来划分连续的/24子网段，以达到减少资源使用的目的。核心层、汇聚层设备的管理端口应归属于某个管理VLAN的地址池中，可以简化网络配置操作，也可以提高维护效率。给边缘终端、服务器这些重要的节点做静态IP地址绑定，有益于提升系统的稳定状况，并且能加快故障查找的速度。科学合理的IP资源分配计划能有效地提高网络管理的效率，也可以有效的降低运营的成本。

图3-2 VLAN与IP地址规划

3.3 无线与安防技术

校园信息化创建关键支撑技术之一是无线网络，因为无线网络具有安装灵活、方便的特点而被传统有线网络所补充。校园环境中小学校园环境中的无线网络主要有两项功能，即教师在办公室里的移动化办公以及智慧课堂场景下学生用终端设备做多媒体展示、即时互动答题、小组合作等操作。虽然不同的应用场景对于网络性能的具体指标有着一定的差别，但是两者都需要有稳定可靠的信号覆盖区域以及高效并发用户接入的能力来保证服务质量。

本设计采用了集中式无线网络架构，用AC（无线控制器）和Fit AP一起工作的方式来实现。AC为Fit AP的集中管理设备，采用旁挂的方式接入在核心交换机，实现对于全网 Fit AP 设备的配置下发、软件更新、射频参数调节等管理工作。通过AC的统一调度可以按照终端的位置、信道的好坏来动态地改变AP的功放及分配到哪些信道上，大大提高网络连续性和稳定性。同时AC采用不同的SSID创建独立的VLAN映射表，使用安全防护措施来保证用户之间数据流隔离和访问权限控制的效果，可以降低系统级别上的维护工作量并且提高系统的安全性。

校园安全防范体系的中心就是创建起完备的安防监控系统。以网络摄像机和PoE技术为基础，用接入层和汇聚层的网络架构来完成视频数据的集中采集、传输。所用的全数字高清网络摄像机带有红外夜视功能，能适配廊道、门禁等人眼难窥视的地方。各个路的视频流采用各自的带宽通道来传送，有效地阻止了由于网络繁忙而造成图片质量下降的现象，从而保证了画面是稳定的、清楚的。视频信息最后被集中保存，核心设备来完成视频的分析任务。

安防监控系统要依靠虚拟局域网(VLAN)的设计来达成和办公网络的逻辑隔离，从而加强安全防护力度并削减视频流对于办公网络带宽的影响。根据存储架构选择集中式或者分布式两种方式来部署：集中式存储方式下，所有的前端摄像机采集到的数据全部集中起来，在指定的时间段里对它们进行轮换式覆盖保存，在这个过程中要考虑到各种因素对主干网络造成的影响，以达到减小其压力的目的；分布式的存储方式使用各个区域独立部署的网络视频录像机（NVR），把重要的报警数据本地存储起来，只上传一些特殊的事件信息到中心服务器，以此来大大降低主干网络的压力。

摄像机布设规划要以全局覆盖、局部盲点规避为主攻方向，加强校园重要部位视频监控的布置工作。对学校大门、建筑出入口、公共走廊、楼梯间、食堂操作区、财务室等重要部位的监控系统设置有特别的关注，在各个功能区内空间特点和安全需求的基础上，对半球形或者线形镜头的安装高度以及视角宽度的匹配进行比较。

把物联网技术同智能安防系统结合起来，一方面可以大幅度推动校园信息化创建进程，另一方面也能给师生营造起高效且安全的科研教学环境。

第4章 系统总体方案与设备选型

4.1 总体架构与拓扑

根据需求调研和技术可行性分析的结果来确定系统的总体结构。该设计目的在于将前面的研究成果进行综合集成，对网络结构、物理布置、硬件选择和模块间的相互作用等各个方面进行统一规划。其主要目的就是保证当下的业务需求得到充分的满足，同时也给未来三年的技术升级留出足够大的空间和弹性支撑。

本设计采用三层网络架构，主要结构是用综合办公楼一层中心机房内双核心交换机的组网方案来实现。此双核心交换系统用堆叠或者虚拟化集群的方式组成一个统一的逻辑实体，具有高可靠性以及冗余性。所有主要设备都配有万兆上行端口，与汇聚层设备相连，留有千兆端口给出口路由器、服务器等主要节点的接入预留。核心层是网络的关键层次，主要承担跨VLAN的数据传输工作，并且还要对所有的流量做集中处理以及优化调度，以此来保证整个网络性能稳定地工作。

根据建筑群空间布置特点，每一个建筑内部均有一个汇聚层交换机做核心节点。各个汇聚层设备通过万兆光纤和核心层交换机相连，然后用千兆光纤向下级接入层交换机。在该体系当中，汇聚层完成两件事，一方面把接入层传来的流量数据集中到核心层，有效地削减了端口之间竞用的现象，另一方面也在本机上对某些VLAN规则做出规定，以减轻核心层的处理负荷，从而改善整个网络的操作效能和稳定性。

根据楼宇的空间结构来设计接入层网络架构，采用分层分布式的方式。各楼层均有高冗余接入交换机多台以保证系统的可靠性以及灵活性。所有的接入设备都是通过千兆光模块经过光纤介质和核心汇聚层交换机连接，再通过百兆或者千兆以太网端口同终端设备进行数据交流。为了满足施工方便和操作安全的需要，在设计时必须将POE（Power over Ethernet）技术综合考虑进来，给所有的POE支持设备以稳定的，高效的供电保证。

出口区网络架构中的主要部分有路由器，它既和运营商的专用网相接又能够做地址转换，防火墙是集成了很多安全保护功能的设备，包括访问权限控制，入侵检测分析以及虚拟私人网络（VPN），并且可以对整个系统的安全状况实施全面监控。

本网络采用典型的分层树状结构，分为核心层、汇聚层和接入层三层来构成一个分布式多级网络。该设计方案有层次清楚、故障隔离效率高和良好的可扩展性等特点。在核心和汇聚层之间的关键链路设计里，采用冗余的方式提升系统的可靠程度，用每台汇聚交换机两条不同的万兆光纤链路分别连接到两个核心交换机，达到负载均衡、数据传输冗余的效果。

4.2 核心机房选址与光缆路由

核心机房选址属于整体设计的重要部分。根据现场考察及综合评价，本设计最后确定把综合办公楼一层弱电间设为核心机房的建设场地，对核心机房进行专门的改造来满足标准化机房的技术要求。设计所设出的机柜个数有若干组标准机柜来存放核心交换设备、服务器等主要设备。为了保证网络系统的高可用性，在机房内布置了不间断电源系统（UPS）来应对由于电力中断等造成的故障。根据实际情况安装精密空调设备以达到室内温湿度控制的目的，给各种电子信息设备提供可靠的支持。

图4-1 校园总平面图及骨干光缆路由示意图

核心机房与各种建筑物之间的连接处，光缆路由设计的好坏对网络传输效率以及系统的稳定情况都有重要的作用。骨干光缆要从核心机房ODF端口引出，在校园弱电管道或者桥架上进行布线，分别连接到综合办公楼、教学楼AB区、图书馆、体育馆和食堂活动区的弱电间。在外围环境中敷设时为了提高防干扰性以及抗拉强度一般采用机械强度较大的铠装单模光缆。

光缆路由规划应符合以下原则，即先选择最短路径、不设重复绕路、力求节省资源和降低费用的原则，在重型车辆行驶的路段、施工频繁的工作场地处要避开，使线路安全可靠；充分利用已有的通信管道、沿建筑外墙敷设可以大大节约基础设施的建设投资；每个分段区间要有明显的起点、终点及具体的走向说明，给后续的勘察、验收和运营带来可靠的依存性。

核心机房同其他建筑物之间在物理连接上存在着较大的不同。综合办公楼由于其地理位置距离核心机房较近，所用的光缆敷设长度较短；体育馆、教学楼B等远离核心区的建筑，由于距离远，需要敷设的光缆更长。确定光缆铺设长度时不能只根据几何直线距离来估算，要考虑到布线过程中会产生的路径绕行、弯曲调整、两端接头预留和施工余量等各方面因素。设计方案中应有具体真实的实地测量数据、合理充裕的附加施工预留和终端多余长度的安排，经综合评价保证每一段光缆都符合工程规范要求。

光缆路由规划要顾及到今后网络扩展的需求，有条理地安排冗余纤芯。当主用光纤出现问题或者需要扩大传输带宽的时候，可以激活备用资源来迅速扩容，从而减少由于布线造成的工作流程成本和时间上的耗费。在条件许可的前提下，应该首先选择高芯数光缆沿主干路敷设，在核心节点设置光交接点，为新增加的接入设备、延伸线路留出足够宽裕的空间。

4.3 设备选型与数量统计

设备选型属于整体方案实行的重要部分，它须要遵照系统的、科学的评价框架加以评判。首要任务就是对设备的功能特性及其性能指标是否满足目前的需求进行全面的分析，并根据对未来发展的预测留出足够的弹性空间来应对环境的变化；应该首先采取标准化或者模块化的建造方案，这既有利于后期运维工作的开展，又利于资源的有效整合；选用水质处理设备时要选择高性能，高可靠性的产品型号，并且优先选择能够多点联网或多口接驳的应用型设备产品；在能耗和运行费用之间寻求最佳点，并且尽力改善系统本身的效率，在保证一定预算的情况下达到最大的经济回报。

在选型核心交换机的时候，首先要关注它的交换容量、端口密度和系统可靠度这些主要指标。该设备在网络架构中是核心节点，应该有较好的数据处理能力来完成对汇聚层业务流量的高效传输。设计方案要将双电源冗余配置同风扇热备机制结合在一起，还要支撑起堆叠技术实现冗余部署的作用，以此来大幅度加强整个系统层面的可靠程度和可用水准。

汇聚层交换机的选择要考虑上行链路带宽容量、下行端口配置。该层次一般会用万兆接口来搭建核心网络架构，并通过千兆端口给下游的设备分配流量资源。所选设备需要有虚拟局域网（VLAN）划分、链路聚合技术、生成树协议等模块，并且可以进行服务质量（QoS）的控制。

在接入层交换机选择的时候，主要考虑三个技术指标，即PoE供电能力、端口配置密度和上行链路的数据传输能力。由于无线访问点（Wireless Access Point，WAP）、IP视频监控摄像头这些典型的终端设备常常使用PoE（电力线）供电模式，所以，安排单个终端设备的最大输出功率以及整个PoE的预算时候，必须要考虑目标环境下并发的数目，而且要留出足够的安全余量，以便于系统长期的正常运作。从端口配置的角度来说，信息点实际的数目直接影响到物理端口的数量，在实际操作中为了达到以后业务发展的需要会留有适当的冗余端口；关于上行接口的设计，应当首先选用千兆或者万兆光纤模块，以此来保证网络传输速率和带宽具备足够的冗余区间。

选择无线接入点（AP）的时候首先要保证其技术符合Wi-Fi 6标准，由于它的高并发能力以及极低的延迟特点，在教室等高密度使用环境下有明显的优越性。采用具有POE供电功能的设备可以简化网络布线的过程，并且可以有效地减少施工成本，提高部署的灵活性。就无线控制器(AC)来说，需要按照实际的AP数量来制订科学合理的配置方案，预留出足够多的管理冗余空间，以此来保证系统在稳定的基础上满足将来可扩展的需求。

本文所选用的安防监控设备为高清网络半球型摄像机，它具有红外夜视的功能可以满足室内走廊和出入口的环境要求。该机种支持POE供电模式，可以直接用交换机联动控制。存储资源的分配要按照摄像机数目，视频录制时间等技术参数来做综合评定并加以安排。

图4-2 综合办公楼网络平面图

教学楼A是学校主要的教学场所之一，有4层，主要起上课的主要作用。在支持多元化教学模式、智能化教育发展背景之下，该建筑内所有的教室都配备有线网络接口以及无线通信设备。为了保证公共区域的安全，在人流较多的走廊等处设置监控设备，可以对所有的重点场所进行全方位的监控。根据信息化建设标准及技术规范，本项目准备安装一台汇聚交换机、四台接入交换机、三十两个无线接入点（AP）、八套摄像头，达到信息传递目的以及校园安全的目的。

图4-3 教学楼A网络平面图

教学楼B和A的教学功能一样，均设为四层建筑，用以完成教学活动中的教室布置、教学安排等任务。各个教室均有1个有线网口、数个小区无线点，并可为信息化教学保驾护航同时，给移动终端提供便利的上网环境。按安防系统建设要求，在每个层高走廊端部、楼梯口各设一个视频监控摄像头来完成整个区域全方位的视频监测工作，符合行业标准的要求。该建筑全部使用汇聚型交换机一台、接入型交换机四台、Wi-Fi 6无线AP设备三十二个和八个高清网络摄像机来组建起一个完整的通信网以及安全防护体系。

图4-4 教学楼B网络平面图

该图书馆的建筑总面积为三层，功能分区以及空间布局经过精心的设计，各个部分的功能明确、分工清楚。首层是藏书，信息点设置简单；第二层是阅览室，人流量大，重在无线网络的优覆盖；第三层是电子阅览区，每台终端都配有有线连接接口。在重要的进出口、书架通道等处安装监控摄像头。就整体的网络结构而言，汇聚层交换机一台，接入层交换机三台，无线AP共十八个（每个区域6个），视频监控终端六套，具体的分布情况见附录图4-5。

图4-5 图书馆网络平面图

该体育馆是双层结构的体育馆，一层是篮球场地和多功能厅，空间上比较开放，净高较高。无线网络规划要重视信号传输损耗问题，依照实际情况来改进AP设备高度和分布密度。二层主要是观众席和管理人员服务设施，信息化端口需求比较小。安防监控系统在入口、看台、场区周界等处设了六路高清摄像机。整体建筑内部形成了以核心交换机为核心、用两台接入层交换机进行支撑的一种网络结构，并且安装了10个无线接入点以及相关的其它安防设备。

图4-6 体育馆网络平面图

该食堂综合楼主体结构采用框架结构，第一层设厨房和就餐区，第二层设多种功能活动室。餐饮区展开无线网络覆盖工作，多功能活动区设限流口给临时借用留有余地。安全监控，以主要厨房出入口、收银台等地为中心点设置传感器。整个建筑中设置汇聚交换机一台、接入交换机两台、无线AP设备八台、视频监控摄像头四个，具体布置如下图4-7所示。

图4-7 食堂活动楼网络平面图

根据设备选型统计分析的结果可知，各个网络设备所采取的具体配置方案如下表所示。核心层采用双机运行模式，有2台，汇聚层共6台，接入层20个节点，无线接入点AP120个，配套的无线控制器1个，出口路由器和防火墙各1个，上网行为管理和网络管理服务器各设1个，网络摄像机42台。以上配对数据既是工程预算编制的根据，也是第二章需求分析所对应的一整套项目设计方案。

4.4 安装材料配置

在校园网络基础设施建设当中，除了核心网络设备以外，还要对所有的辅助材料进行统筹规划，也就是选型和配置工作，包括线缆、连接元件、机柜或机架、电源供给装置以及其他辅助材料等。材料选择直接影响施工质量的好坏，也是保证整体网络性能的主要因素。

建筑间传输信息的最主要介质是光缆，有明显优势。采用铠装单模结构的光缆，在室外环境布置时可以提高其抗压、电磁屏蔽性能，并且可采用管道或者直埋敷设方式，在复杂的室外环境中也能满足各种要求；而室内垂直布线环境则首先选择多模光纤，以满足各个楼层终端设备之间的信息交流需要。设计时要对目前的业务流量以及发展趋向进行全面考察，根据一定的比例留有余量给未来的扩展使用，保证网络架构稳定并具备良好的扩展性。

六类非屏蔽双绞线是水平布线的重要材料，它有较好的传输特性，既能满足千兆位以太网的数据传输要求，又满足小学教室、办公环境信息基础设施的要求。为了保证信号传输的稳定、可靠，水平电缆的实测敷设长度要严格按照行业规定控制。施工时每条水平电缆必须由配线间直接接至信息点终端，并且不能进行任何形式的连接或者转接操作。

配线设施属于通信系统架构里的关键部分，从资源配置和工程开展的角度来说，它有着十分重大的战略价值。其中光纤配线架主要完成光缆终接、跳纤管理、室内和室外接口转换等工作，一般设置在机房或者专用设备区域，网络配线架主要进行水平布线资源的整合优化，具备方便调度线缆的功能。信息插座属于一种终端接入设备，主要设置于各个功能区域的信息节点处，可以配备单端口或者双端口面板来满足不同的需要。中心机房多用立式标准机柜进行集中化布置，楼层弱电间一般采用壁挂式机柜，符合空间条件又利于安装。

网络基础设施的稳定运转要依靠供电系统、辅助设备等设施是否健全。在核心设备配置方面，由于不间断电源（UPS）的重要性，对其容量的设计也必须加以科学的测算。楼层弱电间的微型 UPS方案可以给局部环境提供可靠性的保证。桥架、线槽设计要以布线规范性、安全性为原则，对标签标识、扎带固定、防火封堵、接地保护等项目成本进行细化核算，从而达到整体造价有效控制的目的。

表4-1 主要设备型号及数量统计表

设备名称	规格型号	单位	数量
核心交换机	华为 CloudEngine S5732-H48UM2CC（48口万兆+扩展）	台	2
汇聚交换机	华为 S5731-S24P4X（24口千兆+4口万兆上行）	台	6
接入交换机	华为 S5735-L48LT4X-A1（48口千兆PoE+4口万兆）	台	20
无线接入点AP	华为 AirEngine 5762-12SW（Wi-Fi6 双频）	台	120
无线控制器AC	华为 AC6508	台	1
出口路由器	华为 NetEngine AR6300	台	1
下一代防火墙	华为 USG6525E	台	1
上网行为管理	上网行为管理网关 AC-1000	台	1
网管服务器	2U 机架式服务器（网管/认证）	台	1
IP网络摄像机	200万像素红外半球摄像机（PoE）	台	42

第5章 骨干光缆线路设计

5.1 路由原则

作为校园网络系统里承上启下的重要传输媒介，骨干光缆线路的设计质量会对整个通信系统稳定工作以及性能表现产生决定作用。规划路由路径的时候，要对诸如路径长度，施工难易程度，后期运作便利情况，安全防范水平等诸多方面实施综合权衡。

主要体现在设计出最优的路由路径上。光纤敷设时应先走直线，尽量少弯曲和迂回，减小光纤长度以及施工量，提高工程施工的效率。由于校园复杂的地理环境，比如建筑基础、地下管线、绿化带等等给布线造成了诸多的限制，因此，在实际的操作过程中需要采取一定的灵活性来调整规划方案，从而找到一种技术可行性与经济性之间最为契合的方案。在此基础上选择经济效益最好的实施方案进行实施部署。

路径规划过程中安全性能一直被当作重要因素来考虑。光缆线路设计时要防止重载交通经常通过的地方，以减小机械碾压造成的损害机率；还要避开市政管网修建、园林更新等主要施工场合带来的危险。不能绕行时，采用穿管保护或者加深敷设深度等方式提高线路抗干扰性。对室内入户点的选择要考虑后期的运维方便以及不受外力的影响，墙体上部隐蔽处或者符合规范的专业进线孔位等都是可以的。

首先就是要把施工过程中所有的环节都考虑进去，以保证施工的效率和方便。资源富余时，首先选用已经设置好的弱电管道进行光缆敷设是节省投资、加快进度最有利的措施之一。当现有的管道资源不足的时候，建议采用建筑外墙挂载或者桥架固定的方式来部署，在实际情况中选取合适的卡钩类型来保证结构的稳定性。新建区域应选择绿化带或者非机动车道作主要的线路走廊，并且要尽可能减少对交通秩序、校园日常运作所造成的影响。

光缆路径规划已经将维护能力放在长久规划里重点考虑的问题之一。敷设作业过程中，在拐点、终端、接头处应设置明显标志，方便以后运维人员快速找到并进行有关工作。预留光缆长度要依照实际情况来合理确定，既要防止出现资源的闲置状况，也要为应急抢修工作留出足够的备用量。各段光缆在通信机房及弱电间的ODF终端处完成完整的成端工作，严禁在其中部发生裸露接头等违章行为。

路由设计首先要考虑它的前瞻性以及适应性。在主干道管网或者光缆规划时，应留有备用管孔和纤芯，且科学安排冗余，为将来增加设备或者网络做准备。

5.2 逐段缆长计算

骨干光缆长度不是直接以直线距离来确定的，而是将多个因素结合在一起进行考虑的一项工程。综合考虑实际敷设路径、弯折造成的衰减影响、施工时的冗余和两端留有预留长度这些变量。该环节是否准确会直接影响到光纤采购决策是否科学、项目成本预算是合理、可靠的。

实际路由勘测是电缆路径准确测量的步骤。工程师在工程的设计过程中，必须对施工现场的核心机房ODF端口向各个建筑内的弱电间的ODF接口的全部长度进行现场测量，并以此为依据将这些数据输入计算机系统当中，生成出详细的地图。该过程必须考虑路由走向中弯度、高程变化、迂回路线等因素的影响，不能用地图上直线距离来估算。对因客观条件所限不能进行实地测量的特殊区域，利用建筑平面图及管线分布图进行辅助推算分析。

光缆工程前期规划与设计中要考虑到施工附加长度，依据实际路由测量数据。此种附加量体现的是施工期间由于弯曲、扭转载载以及拉伸之类外力引发的光纤材料物理上的改变和潜在的伤害作用。其取值一般会按照路由总长的比例来估算，并且还会受到地形地貌特点以及敷设路径复杂情况这两方面的共同作用；对于地形起伏较大或者转弯较多的地方应该适当增大附加系数；不同的敷设方式（管道敷设和架空敷设等）其附加长度分布也存在着差别。

作为核心设计参数，预留长度的确定需在ODF（Optical Distribution Frame）安装环节予以重点考量。根据熔接和盘纤工艺的光纤余长科学评价在核心机房ODF区域，在建筑弱电间ODF位置预留相应的空间。本参数本身具有的物理属性，它所对应的设计值不会受到路由长度的影响，在实施线路敷设工作时必须加以统一的统筹考虑。

图5-1骨干光缆逐段设计缆长

用前面的方法可以得到骨干光缆的合理分段长度。由于建筑物到核心机房的距离以及所经过的路径环境不同，所以各段光缆实际敷设长度也大不一样。整合各个分段的设计长度时，应当以准确的数值为依据，还要考虑到线路的延伸、施工的冗余、附加损耗等诸多方面的影响，不能仅仅把原来的测量数据相加。因此，如果不能对工程物资的实际需要做出准确评估，就会造成工程物资采购计划和成本预算的不科学、不合理。

5.3 敷设与测试要求

光纤布线工程品质好坏关系到通信网络的传输性能和长久稳定，创建系统化的施工规范以及质量评定体系有着十分明显的实际意义。实践上必须按照设计图纸、技术标准进行施工，各个环节都要详细做记录、跟踪、复核验收工作。

光缆敷设作业开始前要对路由环境的适配性做出整体上的评估。对管道内敷设工程，先清除淤积物，排除积水后检查管道内有无杂物；对外墙外置方案，在进行墙体稳定性的检查后选择承载力好的支撑点作为固定点。桥架或者卡钩的安装必须保证结构的稳定性，并且转角处要符合相关标准中关于最小曲率半径的规定。光缆在运输、储存过程中不得受压、碰撞等造成物理损伤，在进场后还要进行外观质量、通断性能的检测工作。

光缆敷设时应控制牵引张力的精度，牵引张力的作用点应放在加强芯上，不得直接作用于光纤主体或者松套层上。施工时保持牵引速度的稳定，防止急刹车、剧烈拉伸造成的影响。按照相关规定，弯曲半径必须大于光缆外径的一定倍数，对进线端、转弯处、ODF终端等重要部位的操作要加以特别注意，严格按接头盒安装规范进行操作，保证最终的连接损耗值符合设计要求。

建筑物内部光缆敷设要设置良好的防水、防火防护。采用耐高温、阻燃性能好的密封材料填塞进线孔来达到防水、防火的目的。对于ODF终端部位来说，需要加强光缆金属构件的接地设计，防止感应雷击和静电聚集造成的安全问题。当光缆与电力线路平行或者交叉布放的时候，应该合理布置安全间隔，从而大幅减小电磁干扰的危险。

光缆工程竣工验收的主要内容就是检测光缆的各项性能指标。OTDR是主要的测试仪器，主要用来测量光缆全长、接头损耗、背向散射曲线等，并对各个纤芯分别做单独测试，以评价光纤的实际衰减值是否符合设计要求。并且要同步进行接地电阻测量，保证系统有良好的电气特性和稳定的连接质量。

项目竣工以后，就要将包含有路由图、光纤配置表、光时域反射（OTDR）测量数据以及接续损耗记载等全部竣工资料加以系统整理，并且加以妥善保存。该些文件既是工程验收的准绳，又是今后运维管理的技术支撑。只有所有检测指标都合格、所有的必要文件齐全时，才认为光缆线路工程已经具备了正式交付的条件。

第6章 工程预算与性能论证

6.1 编制依据与原则

校园网络基础设施建设中，工程预算起着核心的作用，它要把设计方案转化成具体的经济量化成果，给项目立项、可行性评价和资金筹措等关键决策环节赋予重要的参照。预算编制工作要严格按照行业或者国家的标准规范来完成，依靠标准化的定额体系和统一的计价规则来进行操作，从而达到数据准确、执行符合的目的。

本研究的预算编制工作严格按照通信建设工程概预算编制规程、通信建设工程预算定额的规定进行，以上两个规范是由工业和信息化部制定并发布的，是通信工程造价管理领域的重要技术标准。具体的实施环节上，也严格按照国家现行标准对于材料消耗量的有关要求来执行。预算中所列材料单价和设备购置费用，在没有特别注明的情况下，均按目前市场公允价格来定。

设备采购预算编制工作应坚持以下几个基本原则，第一个是完整性原则，即对设备购置费、主要材料费、人工及机械费、企业管理费等各方面的支出都进行涵盖，保证项目支出的范围全面无缺失；其次为精确性原则，要求工程量计算、单价确定要认真细致，根据市场行情合理估算价值，严格按照国家或者行业有关标准执行；再次为可验证性原则，所有的项目都要有清楚的来源，比如施工图纸标记或者是分项清单记载，以便日后查阅核实；最后是实用性原则，即所形成预算成果既要契合政策法规的规定，又要契合现实的建设需求，防止因为投入过多或者过少致使资源分配失调的情况出现。

工程项目预决算的编制工作牵涉到诸多主要表格，各个部分之间形成了良好的联系。主要材料明细表起材料数量统计作用，需要安装设备清单起采购成本核算作用，建筑安装工程费用估算表则用来汇总施工直接费、安全文明施工措施费等直接成本。工程建设其他费用概算表包含勘察设计费、工程监理费和项目建设管理费。经过以上各个表格数据汇总、分析，得到覆盖全口径工程总投资的总概算表。

预算编制必须严格按照设计方案的规范要求执行，主要构成要素（主干光缆长度、设备选择、信息接口数量等）要准确对应到设计文件、图纸中具体的指标数值上。设计方案发生调整或者修改的时候，应当对应着修改预算内容，并且保证成果性文件里各项数据保持一致性、完整性。

6.2 工程量汇总

6.2.1 工程费用预算

工程费用预算主要是由设备购置费、重要材料费和建筑安装工程费三部分组成。设备购置费包含核心交换机、汇聚层交换机、接入层交换机、无线接入点（AP）、监控设施等主要网络设备的购买费用；主要材料费包含户外光缆、室内光缆、网线、机柜、不间断电源（UPS）等主要材料的购买费用；建筑安装工程费包含线路敷设、布线施工、机房建设、各个设备调试和系统集成等各种施工服务成本的核算。

表6-1 工程费用预算汇总表

费用类别	除税金额（元）
设备购置费	509900.00
主要材料费	136736.00
建筑安装工程费	71129.96
合计	717765.96

6.2.2 安装工程费计算

建筑安装工程费用主要是设备、材料的安装施工费用，包括人工费、机械使用费等。按照通信建设项目预算定额规范，对光缆敷设、双绞线布放、机柜安装等重要工序都作出了具体的人工消耗定额。本项目直接工程费总和为69，707.36元，其中安全文明施工费为建安费用的2%，即1，422.60元，二者之和就是建筑安装工程的全部费用。

表6-2 建筑安装工程费明细表

费用名称	除税金额（元）
直接工程费	69707.36
安全生产费	1422.60
建安工程费合计	71129.96

6.2.3 器材费计算

安全工程项目的总成本中，器材费（设备购置费、主材费）所占的比例比较大。本项目设备购置费为509，900元，主要采购了交换机等设备10种，以及AP、摄像头等物资17种共136，736元，主要采购物品种类包括光纤、网线、机柜、UPS电源等共计17种。上面两项支出加起来就是项目全部器材费的大部分构成。

表6-3 器材费汇总表

费用类别	除税金额（元）
设备购置费	509900.00
主要材料费	136736.00
器材费合计	646636.00

6.2.4 单项工程费用汇总

单项工程总造价是设备购置成本、主材费用和建筑安装费用三个主要部分加起来，还要考虑增值税对于总体造价的影响。虽然其逻辑框架比较清楚，但是实际操作过程中还需要对各个项目数据之间的内在联系进行认真考虑，防止出现信息缺失、重复统计等问题。

根据设备清单核对设备采购总价，按照主材明细统计主材总成本，两者相加得出器材费总额，参考《建筑安装工程费用概算表》中有关标准，估算包括直接工程费和安全生产费在内的建安工程总造价，最后将两种费用相加即可得到工程费用总额。

工程费用小计只反映未税额，按照通信工程建设费用核算规范的规定，要按照国家统一规定的税率计征增值税。目前实践中，增值税是以不含税工程费小计为计税依据、按照法定税率进行征收的。将经计算出来的增值税额与工程费小计相加，即可得到包含增值税在内的全部工程造价。

工程造价核算体系包含直接建设成本，也包含工程建设期的其他相关费用。此类费用牵涉勘察设计、工程监理和建设单位管理等诸多方面，并非施工环节主要花费，但是对整个项目推进起着关键的支持作用。按照目前的法律法规和行业标准，上述费用一般为工程费总额的一定比例。确定其他费用不含税总额之后，要根据增值税政策规定，对税费因素加以全面考虑，从而准确得到包含税金的总投资额，给项目财务分析和决策提供可靠的依据。

表6-4 单项工程费用汇总表

费用名称	除税金额（元）	含税金额（元）
设备购置费	509900.00	565989.00
主要材料费	136736.00	151776.96
建筑安装工程费	71129.96	78954.26
工程建设其他费	71776.60	71776.60
合计	789542.56	868496.82
增值税(11%)	—	86849.68
总计	—	876392.24

6.2.5 工程建设其他费用预算

工程建设其他费用，是除设备购置费、材料购置费、建筑工程费以外的其它必要支出，虽然它并不直接涉及到物资采购和人力资源成本的支付，但是它对于项目的顺利进行起着重要的支撑作用。此类费用对于保证工程建设整体进度、质量起到关键的、无法取代的作用。

作为校园网络系统设计费用核算的重要组成，其主要部分就是前期的勘察、规划。本环节设计人员要对学校建筑结构特点、弱电系统布置及线路走向等做出全面的评价，再依据调研结果制订出详细的施工图纸和造价方案。该项目的参与人员对于自身的专业知识以及经验有较高的要求，项目的经济效益应该通过科学合理的价格机制来体现出来。收费标准一般是按工程项目总造价的一定比例来计算的。

校园网络建设项目经济管理体系里，工程监理费起着重要的作用。由于校园网基础设施中存在管线敷设、光纤熔接、接地装置安装等很多隐蔽性的高风险环节，因此施工质量好坏直接影响到系统运行是否稳定、安全。引入专业的监理机构对项目的整个过程进行监督，可以及时发现和解决问题，也可以降低后期的运行成本。根据有关法规的规定，监理费一般按项目总投资额的一定比例计算，用合同约定的方式确定。

建设单位管理费是指在建设项目运行期间，为保证工程顺利实施所发生的各种综合管理工作费用，主要包括人员工资、办公耗材、差旅补助、各类会议费用等。虽然该类费用不属于工程实物投资的范围之内，但是它对项目高效运转起着举足轻重的功能性支撑作用，具有不能缺少的功能属性。按照现行法规的要求，此类支出一般实行限额控制，根据工程总造价占总投资额的比例进行核对并发放。

本章节所涉及的范畴有可行性分析费用、招标代理服务费和审计费用等具体的费用，每一个项目都必须依照有关法规的规定，根据实际情况来确定其具体的费用。编制其他费用预算的时候必须严格执行规范化程序，在不影响合理开支前提下，杜绝人为压缩合理支出的行为，让预算数据可以真实反映项目建设的实际操作性成本。

表6-5 工程建设其他费用预算表

费用名称	计算依据	除税金额（元）
勘察设计费	工程费×3.3%	32299.47
工程监理费	工程费×2%	17944.15
建设单位管理费	工程费×1.5%	10766.49
可行性研究等	工程费×1%	10766.49
合计		71776.60

6.3 性能论证

性能测试属于评价设计方案技术可行性的一个关键步骤，它的主要目的就是对网络架构能否达成业务需求展开检验，在遇到种种状况的时候保证系统的稳定运行。该部分主要是对带宽冗余、系统可靠、信息安全和管理方便等几个主要方面做全面的评价，以达到对方案技术性能的全面衡量。

带宽冗余度是决定着系统能否正常工作的一个十分重要的定量指标，其优劣对于系统的稳定起着决定性的作用。在网络架构设计时，核心层设备选择要重视交换容量参数，其数值必须比全网流量峰值大很多，避免由于内部处理能力而出现瓶颈的情况。汇聚层设备的选择要以接入层终端的需求为依据，并留出一定的安全余量来保证整个架构的承载力。就接入层端口的速率规划而言，应当依照末端用户不同的具体应用状况实施精细化调整，在教学区等高并发场合当中，特别看重改善服务质量并加快响应速度的目标。学校出口带宽设计要综合考虑全校师生人数、在线学习行为特点以及多媒体应用等各方面因素，使用科学的方法来制定出配置方案。

可靠性评价的关键就是看网络结构在出现故障的时候能否自动恢复。本研究采用双机冗余结构作为核心层关键的设计手段，在主核心交换机发生故障的时候，备用设备要能够无感知切换，全面接管原来的服务流量，保证连续性的服务。汇聚层和核心层依靠创建双通道冗余架构来应付突然出现的单条链路或者光纤断裂这类情况，从而保证数据传输不会被打断。同时接入层交换机电源冗余配置、链路聚合功能也考虑进来。根据以上分析可知，本设计的方案可以满足学校网络可靠性要求。

安全评价主要是从边界防护、内部结构和管理机制三个方面进行的。在边界防护上防火墙可以有效抵挡互联网上的各种威胁，并依靠入侵检测与防御系统实时监控和阻断异常流量；上网行为管理平台用内容过滤技术防止非法或者有害信息进入校园网。内网环境下采用基于虚拟局域网（VLAN）的逻辑隔离来达到各个业务模块以及用户之间进行有效隔离的目的，大大降低了横向攻击的风险。对网络管理体系进行精细化权限控制，只给专业的网管人员授权管理设备的管理IP，提高终端系统整体防护能力。

可管理性分析是研究网络架构运行维护的方便程度。本文采用集中式的无线控制器对所有的接入点AP进行统一管理，大大提高了无线网络整体运维效率。依靠网管服务器创建起来的实时状态监测、配置自动保存和异常警报系统，明显提升了问题查找及解决的能力。合理的划分出虚拟局域网（VLAN）和科学地规划出IP地址可以保证网络结构清晰、高效，也可以很好地为快速找到并解决技术问题提供支持。由此可以看出此方案具有非常优秀的网络可管理性特点。

图6-1 中心机房机柜布置与接地系统图

6.4 施工与验收

施工和验收在工程建设项目中属于重要的枢纽部分，对于保证工程质量起着决定性的作用。为了提高工程品质，在工程项目初期就应该确定施工标准和验收规范，给各参与方制定详细的操作手册以保证执行的统一性。

施工阶段要形成严密的组织体系来指挥校园教学与建设两方面工作相统一的运行。因为校园施工要保证校内课程正常进行，所以进度安排要和课表保持一致。土建工程施工（基槽开挖、支架搭设等）可以在寒暑假或者假期时间段集中进行，从而减少对日常教学秩序的影响。弱电系统布线工作（光纤敷设、网络配管等）可采用分区分层、分时分段的方法，在非上课时间逐步推进，避开高峰课时。设备安装和调试工作可以安排在课后进行，保证第二天的技术设施能够及时投入使用并达到教学的要求。

图6-2 安全生产示意图

施工时必须严格按照安全规范执行。高空作业人员要佩戴专业防护用品，在开展地下工程施工之前先做气体浓度检测工作，坚持先检测、后作业的原则。电气设施的布置要符合三级配电、二级保护的要求。光纤熔接时应该使用专用工具来防止端面被污染，双绞线制作要按TIA/EIA 568-B标准进行，保证线对排列整齐、规格一致。所有工艺环节均要详尽记录，隐蔽工程还要用影像资料永久保存。

工程项目验收分为分项验收和竣工验收两个大的方面。分项验收一般在关键工序完成后进行，即管道敷设、光缆布放、双绞线安装等具体的施工任务完成后进行，且作为进入下一阶段工作的前提条件；竣工验收主要是对整个工程系统进行一次全面的评价，即使用OTDR测试光纤传输特性、开展链路连通性测试来评价综合布线效果、完成设备调试并实现业务流程贯通性验证等。

光缆OTDR检测工作应该对所有光纤芯部进行检测，测试结果要体现出好的光学特性以及符合规范的损耗指标。双绞线链路认证测试要使用专业工具，对各个参数是否符合六类布线系统性能要求进行评定。设备功能测试主要针对的是VLAN配置、路由策略和安全机制这些关键模块的功能是否完整，指令执行是否正确。业务联调测试要在真实的环境里完成整个网络服务（有线或者无线的连通情况，视频监控的数据管理），来检验各个环节间的协作是否可靠，稳定。

工程竣工验收时建设方、设计方、承建方及监理单位要共同完成全面检查，出具完备的竣工资料。各项检测指标达到要求以后，各方共同签定竣工验收文件，标志着工程转入了运行维护阶段。同时还要对竣工档案进行整理和备案，施工图纸、检验数据清单、设备台账、技术资料等各类资料均需存档，为以后设施管理工作的顺利开展奠定基础。