智慧校园背景下的智能化高校网络运维研究.pdf

2023年9 月计算机应用文摘第3 9 卷第17 期智慧校园背景下的智能化高校网络运维研究吕玉峰，叶昊亮，首招勇，刁曙豪（海军军医大学，上海2 0 0 43 3）摘要：随着智慧校园建设工作的持续推进，高校的信息化程度越来越高，对网络运维能力的要求也越来越高。传统的高校网络运维方式已难以满足智慧校园科学化、精细化、多维化、智能化的要求。文章分析了高校网络运维的现状，在此基础上，提出了智能化高校网络运维系统的构建设想，详细阐述了其架构和功能，并提出建设意见，以提升校园网络运维水平、增强师生用网体验、助力智慧校园建设。关键词：智慧校园；智能网络运维；网络安全中图法分类号：TP393Research on intelligent university network operation and maintenanceAbstract:With the continuous promotion of the construction of smart campuses,the level ofinformatization in universities is increasing,and the requirements for network operation andmaintenance capabilities are also increasing.The traditional network operation and maintenancemethods of universities are no longer able to meet the requirements of scientific,refined,multi-dimensional,and intelligent smart campuses.The article analyzes the current situation of networkoperation and maintenance in universities,and based on this,proposes the construction idea of anintelligent university network operation and maintenance system.It elaborates on its architecture andfunctions in detail,and proposes construction suggestions to improve the level of campus networkoperation and maintenance,improve the network experience of teachers and students,and assist inthe construction of intelligent campuses.Key words:smart campus,intelligent network operation and maintenance,network security1引言回顾教育信息化3 0 余年的发展历程，我国高校信息化建设历经传统校园阶段、数字校园阶段，现在正向智慧校园阶段迈进 1。2 0 18 年，教育部及国家标准委相继颁布教育信息化2.0 行动计划智慧校园建设总体框架等政策文件，明确了高校开展智慧校园建设的总体框架和思路 2 2智慧校园2.1智智慧校园的具体涵义智慧校园是教育信息化的最新发展阶段，它以物联网、云计算、大数据、人工智能等新兴互联网技术为基础，依托各种校园应用信息系统，构建校园智慧化环境。智慧校园的主要目标是实现教学、科研、保障、管理等校园业务的网络化、电子化、数字化与智能化，文献标识码：Aunder background of smart campusLV Yufeng,YE Haoliang,SHOU Zhaoyong,DIAO Shuhao(Naval Medical University,Shanghai 200433,China)以更好地服务高校师生 3 2.2智慧校园体系架构本文在参考国内多所高校智慧校园架构的基础上，采用结构化体系描述智慧校园的总体系统架构 4。高校智慧校园架构从下至上分为设备感知层、网络层、支撑层、应用层、访问层5 个层级，并建设有智慧校园安全防护体系与智慧校园运维保障体系，具体框架如图1所示。（1)设备感知层由网络交换设备、安全设备、存储设备、服务器及各类感知设备组成，主要为智慧校园提供基础硬件支撑，并实时地获取设备的运行状态与性能参数,是智慧校园数据资源生产者之一。(2)网络层依托现有校园网络架构，主要包括有线网络、无线网络及5 G移动网络，为智慧校园提供安全高速的网络环境，实现了设备间的快速联接和校园各类数据的高速传输。20（3)支撑层是智慧校园的核心，主要提供硬件资源的虚拟化服务、数据的处理与分析服务、人工智能服务、应用服务等，为智慧校园的各项智能应用提供业务支撑。(4)应用层主要包括智慧校园的具体应用与服务，如智慧教学、智慧科研、智慧保障、智慧管理等，是智慧校园建设的主要功能点。（5)访问层支持教师、学生、管理人员、运维人员等不同身份用户通过多种终端接入智慧校园体系，为全校师生提供精细化、个性化、智能化的服务 5 智慧校园体系架构图罡示大屏PC客户访问层教师应用层智慧教学智慧校园运维保障体系机器学习支捍层欢递采集网格层有线网络交换设备图1智慧校园体系架构图2.3香智慧校园的相关特征教育信息化发展已经进入智慧校园阶段，其建设内涵也由数字校园阶段的“数据整合、应用集成”转变为智慧校园阶段的“以人为本、深度融合”。相较于数字校园，智慧校园具有以下特征。(1)智能终端的高速互联。随着信息技术的发展，越来越多的智能终端设备出现在校园的教学与生活场景中。笔记本电脑、手机、智慧大屏、智能穿戴设备等智能终端通过网络将校园内的所有个体连接起来，能够实时地感知、监测师生状态，为智慧校园的建设提供了硬件基础。(2)应用系统的充分融合。数字校园阶段的信息化建设开发了许多校园应用系统，并尽可能地对多种应用系统进行集成与整合,实现信息与数据的共享 6 。而智慧校园应用了人工智能、机器学习、数据挖掘等新一代互联网技术,将各种业务系统与软硬件资源进行融合发展，构建一体化的智慧校园空间。(3)校园工作的高度智能。数字校园的各类设备终端虽然存有大量的数据，但数据格式和数据标准各不相同，导致“数据孤岛”现象明显。智慧校园通过校园中不同业务、不同平台、计算机应用文摘不同系统数据的融合，对其进行统一处理与存储,并借助分布式计算、大数据分析及挖掘、大数据可视化等技术对校园大数据进行挖掘、分析、呈现，为校园的教学、科研、保障、管理提供智能化数据支撑。3网络运维现状网络是高校校园信息化业务的支撑基础与连接纽带。基于网络的应用涵盖师生校园教学与生活的各个方面。高校网络应持续提升安全性与稳定性，为智慧校园应用提供高速、稳定、全覆盖的基础网络环境。随着校园信息化建设的不断深人，终端接入类型手机越来越多、业务系统越来越复杂、数据处理量越来越学生管理人员智慧科研智意保障人工智能应用服务数据处理数据存储基础设施服务lass无线网络存储设备安全设备2023年第17 期运雄人员大 7 ,这给网络运维工作带来了巨大的挑战。然而，现阶段许多高校的网络运维工作仍然停留在工具化智慧管理运维阶段，存在运维响应不及时、故障定位不精准、网智慧校园安全防护体系络运维不智能等问题。网络运维的发展滞后于教育服务与信吧共享平台数据挖摄5G网络服务器信息化发展的脚步，无法为智慧校园的建设、管理与维护保驾护航。3.1故障感知不灵敏，响应不及时随着高校教育信息化发展的深入，校园内终端设备、监控设备、基础网络设施的等各类通信设备的数惠知设备量日益增长，网络故障发生的频率也随之上升，显著增加了运维人员的工作量。在传统运维模式下，运维人员无法实时地掌握校园网络运行情况，大多是在用户打电话报障后才得知故障的存在。由于高校网络规模庞大、设备繁多，并且大量的信息点位和应用系统分散在不同楼宇内，运维人员需耗费大量时间在前往故障点的路途中,进一步延长了运维响应的时间，降低了运维的速度 8 ,3.2故故障定位不精准，运维难度大智慧校园的一个核心标志就是各业务、平台的深度融合发展。随着各业务系统融合程度的提高，运维人员需要面对更加复杂的系统架构、跨部门的运维需求,以及更小细粒度的运维对象。目前许多高校尚无完善的智能化信息系统，难以收集并分析运维过程中生成的相关数据,探寻故障发生的根本原因与规律，实现故障的精准预测与快速定位。运维人员只能依靠自身的专业知识和工作经验去定位故障点，增大了运维的难度。3.3故障处理不智能，运维成本高学校的信息部门每天会产生大量的运维数据（如设备运行日志、故障记录、运维数据、保障记录等）。然而,这些数据的格式和标准尚不统一，导致运维人员现阶段只能简单地对数据关键信息进行可视化分析 9 ,无法进行统一的分析处理，也无法深入挖掘数2023年第17 期据的潜在价值。在处理故障时，运维人员无法借助智能化手段快速地查询、分析、对比以往运维数据，从而获取安全可行的处理方式。这在很大程度上增加了运维风险,降低了运维效率。4智慧校园背景下的高校网络运维策略随着智慧校园建设的不断深入，校园内网络硬件的规模不断提升、校内用户数量持续增长、各类应用系统层出不穷,校内运维故障的类型和数量也大幅提升 10 。然而,运维人员的数量和精力是有限的,传统运维方式已经无法满足智慧校园背景下的高校网络运维需求,因此迫切需要建立一套高效、安全、智能的智慧校园运维保障体系。智慧校园运维保障体系的建设需紧密贴合智慧校园科学化、精细化、维度化、智能化的特点与要求 11。在智慧校园总框架的基础上,构建一套集监控、巡检、报障、建议、呈现多功能于一体的智能化高校网络运维系统。4.1系统总体框架智能化高校网络运维系统的总体框架（见图2）是基于智慧校园总框架设计的，包括设备感知层、网络层、支撑层、应用层、访问层5 个层级。智能化高校网络运维系统架构图运维人员管理人员防问层电脑应用层网络监控机装学习支撑数据统计数据滴洗网络层有线网络设备知层惠知设备图2 智能化高校网络运维系统架构图(1)设备感知层由感知设备、网络交换设备、安全设备、服务器、移动终端等设备组成，负责实时地获取智慧校园内所有终端设备的运行状态与运行参数，并通过网络传输这些数据。(2)网络层依托现有校园网络架构，主要包括有线网络、无线网络以及5 G网络，连接校园内所有设备,宛如人体的血管网络一样遍布整个校园系统。(3)支撑层负责数据的处理、存储与分析,将来自不同厂商网络设备所产生的数据按照统一的数据标计算机应用文摘准与格式进行清洗转换,并存储在相关数据库中。根据应用层的具体需求进行数据的统计、分析、特征归纳分类以及机器学习训练。（4)应用层调用支撑的数据并根据特定的功能需求，构建网络监控、网络巡检、自主报障、运维建议、分析呈现五个功能模块，实现对智慧校园网络的全面监控与智能化管理。（5)访问层包括信息中心的智慧校园态势大屏、运维人员的计算机与手机终端、师生的手机与智能穿戴设备，支持各类人员登录系统进行管理、运维、报障等操作，并能实时地将全校网络状态、故障信息分布、运维人员分布等重要网络态势信息呈现在管理及运维人员的终端设备上。4.2系统具体功能智能化高校网络运维系统包含网络监控、网络巡检、自主报障、智能运维、分析呈现等五个应用功能模块，可以有效地解决现阶段传统网络运维模式存在的故障感知不灵敏、故障定位不精准、故障处理不智能等问题,从而提高了运维效率,节约了人力资源 12 。（1)网络监控功能实时监控校园各网络设备的运行状态与关键性能参数。当设备关键性能参数出现异常或超过设定的阈值时，系统自动将报警信息发送至相关运维人员手机中，提醒运维人员前往检修，做到故障感知更敏感，及早消除故障。教师学生曲示大屏手机网络邀检自主报章人工智能特征旧纳无线网路交换设备安全设备21(2)网络巡检功能可在每日上班前和重大网络保障活动前对校内所有网络设备进行智能化巡检。基智能手表/手环于设备的关键性能参数生成巡检报告及设备优化建运雄建议分折星现数雅挖理数据存储5G网络服务器议，为运维人员提供数据支撑，为全校师生提供更加稳定可靠的网络支撑。（3）自主报障功能包括系统自动报障与用户自主报障两部分。自动报障是指系统根据网络监控及网络巡检功能，发现网络异常状况并上报故障；用户自主报障是指发生故障时,用户通过手机、计算机、智能手表等终端设备将故障消息上报至信息中心。系统移动餐铺融合了多种报障方式，提高了报障速度，缩短了故障存续时间，降低了故障造成的损失。（4)智能运维功能是指系统接收故障信息后,分析故障类型和运维人员工作状态,智能规划运维方案,并以信息提醒的方式通知运维人员。通过系统前期建立的分析模型对故障特征进行识别,分析对比数据库中的运维数据,为运维人员提供科学、合理的参考案例与解决方案，实现智能化辅助校园网络运维工作。(5)分析呈现功能统计并分析系统中的网络设备运行状态、校内设备故障率、故障类型排行等不同维度的数据,并以图形化方式呈现。这帮助管理人员更加全面、深入地掌握校园网络的运行情况，并对多发22故障和疑难故障开展针对性研究与优化,降低故障率，保障校园网络的安全。4.3完善体系建设科技与管理相辅相成，因此，高校智慧校园运维与保障体系的建设发展离不开完善的运维人才培养制度与规章管理制度。（1)提高运维人员专业技术水平，注重人才队伍建设。智慧校园的智能化运维并不是简单的由人工智能代替运维人员去工作，而是将运维人员的工作重点由处理故障变成分析故障的根本原因并消除故障。运维人员的身份定位从传统的故障维修人员转变为智能化运维的创造者与管理者。(2)加强与校内师生的学习交流,深人了解师生对智慧校园网络运维的需求与建议。以师生的实际需求为牵引，全面推进智能化高校网络运维体系的建设，构建智能、高效、可靠的智能化校园空间。(3)围绕智慧校园建设总框架,完善规章制度。科学规范的智能化运维管理制度可以帮助运维人员更好地规范运维流程、减少人为影响因素、提高运维效率，让智能化网络运维在制度的保障下更加健康地发展 13 5结束语本文以智慧校园背景下高校网络运维的发展建设为需求，将提升高校网络运维能力作为核心目标。在智慧校园的总体框架基础上，提出了智能化高校网络运维系统的设想,并对具体的结构和功能模块进行了阐述。通过构建全面、多维、智能的高校运维体系，实现了校园网络状态全面呈现、故障隐患全面排查、运维过程全面协助。这为全校师生提供了安全、稳定的网络环境，为运维人员提供了科学、智能的决策辅助，为管理人员提供了全面、立体的网络态势呈现，同时也为智慧校园建设工作提供了可靠、稳定的支撑。参考文献：1 胡钦太,郑凯，林南晖.教育信息化的发展转型：从“数字校计算机应用文摘园”到“智慧校园”J.中国电化教育，2 0 14（1）：3 5-3 9.2濮怀宇，程蓓,周钢，等.军队院校智慧校园建设研究J.实验技术与管理,2 0 2 0,3 7(6：2 9-3 3.3】徐青山,张建华,杨立华.高校智慧校园建设的顶层设计及实践应用一一以“智慧北航”为例 J.现代教育技术，2016,26(12):112-118.4乔世娇，梁照，刘阳.大数据背景下智慧校园建设探讨J.信息与电脑（理论版）,2 0 15（10）：48-49.5蒋东兴,付小龙,袁芳,等.大数据背景下的高校智慧校园建设探讨J.华东师范大学学报（自然科学版），2 0 15(S1):119-125+131.6刘邦奇,孙曙辉.智慧校园的融合发展与技术实现 J.现代教育技术,2 0 18,2 8(1):7 3-7 9.7阮晓龙,许成刚,刘明哲.智慧校园统一运维监控服务平台的设计与实现J.网络安全技术与应用，2 0 18（2）：10 3-107.8 何文乐.融合物联网智慧校园安防系统优化设计 J.信息技术,2 0 18,42(11):13 9-141+147.9于长虹.智慧校园智慧服务和运维平台构建研究 J.中国电化教育,2 0 15(8)：16-2 0.10 向艳,郑强，牟星亮.浙江大学高校网络运维的综合防护之道 J.中国教育网络,2 0 17(11)：3-5.11 刘辉.高校思想政治教育应用大数据的现实困境与诉求J.思想理论教育,2 0 15(9):6-8.12郭庆利.基于大数据的高校智慧校园数据中心运维研究J.信息与电脑,2 0 19(2):2-7.13梁尔民，焦宝臣，张四海.校园网络运维策略与应用J.网络安全和信息化，2 0 2 0（7）：3-6.作者简介：吕玉峰（19 9 5 一），本科，助理工程师，研究方向：网络管理、智能化运维。叶昊亮（19 8 3 一），本科，工程师，研究方向：信息网络管理、信息安全、信息技术教学（通信作者）。首招勇（19 8 4一），本科，高级工程师，研究方向：网络智能化运维管理及安全工作。刁曙豪（19 9 2 一），本科,助理工程师,研究方向：网络系统架构。2023年第17 期