基于HFC技术的中小学校园网解决方案.doc

中、小学校园网络解决方案 基于HFC技术的中小学校园网解决方案 华东师范大学教育信息技术系 张 健 葛惠强一、校园网络建设的意义及目前存在的问题2000年教育部要求在5 10年时间内实现“校校通”。越来越多的中小学校要求建设自己的校园网络，并有许多学校已经建成投入使用，但是这其中存在着很多问题。请看下面几个典型案例。 案例1：北京某商业职高，在申请成为全国重点职高过程中，要求学校建有校网园。于是该校用了160多万元人民币，建起了电子商务专用计算机教室、微机实验室、管理信息系统、教师电子备课室。但目前利用率极低，除了6-7名教师使用电子备课室打一些教案外，大部分设备闲置，而且配置极不合理，设备启动之初就面临老化问题。 案例2：山东某高中，花了几十万人民币，建成了教学区的双向电视网络。每个教室配备一台电视机，由主控室将买来的VCD教学光盘放好。教师在课堂上控制播放给学生看。但是为了强调升学只能在假期里稍微用一下。而且由于教师缺乏使用网络辅助教学的经验，教学效果并不明显。 从上面列出的案例不难发现，主要存在以下几个方面的问题：对于校园网建设缺乏科学的认识，盲目地追求硬件建设的档次，没有考虑到实际应用的要求，存在盲从心理；缺乏对教师进行计算机基础应用及网络应用培训，或者培训力度不够，教师在实际的教学活动中，不会运用合适的教学方式来发挥网络作用，促进教学质量的提高；在校园网的建设过程中忽视了资源库建设等等。 由于缺乏相应的教育应用软件，现在所谓的“校园网”多是一些系统集成商基于先进的硬件设备的解决方案，距离服务教学、提高教学效果还有很大差距。正如教育部基础教育司初、中等学校校园网建设规范（征求意见稿）中所明确指出：校园网的建设要考虑学校的实际需要和可能，以满足教育教学的需要为根本出发点。校园网建设应坚持“培训在先、建库在先、然后建网”的原则。要实现学校教师、技术与管理人员的全员培训，形成一支能使校园网正常持续运行的软、硬件管理建设的骨干队伍。二、面向中等规模学校的宽带校园网络解决方案在教育部基础教育司初、中等学校校园网建设规范（征求意见稿）中明确指出：有条件的学校校园网建设可考虑三网（数字网、电视网、广播网）融合的方案，以满足学校的实际需要和规范校园的整体建设。本方案正是为适应教育的发展需要，对校园网络系统做出的规划与建设。1、校园网络功能及建网原则校园网应该是用来存储、传递和处理教学信息，让学生进行交互操作、分组讨论、师生问答讨论，并能对学生学习情况做出反馈评价的教学环境。为此，校园网应该能够提供丰富的多媒体资源，如资源库、视频点播、课件点播等等，还应该能够通过导航策略，对学生自主学习、协作学习提供有效的帮助手段，帮助学生完成知识建构过程。另外，如果条件许可，还可运用虚拟现实技术实现虚拟社区、虚拟城市等环境，为学生提供一种身临其境的感觉。因此，在校园网络的建设过程中应遵循以下原则：重视联网技术的先进性，但并不片面追求技术上的超前性，将实用性放在首位，同时考虑网络的可扩充性，做到实用性、先进性和扩充性相互统一。同时，还应该注意网络的安全性。2、校园网络组建技术目前在校园网建设中，主要采用了FDDI（分布式光纤数据接口）、ATM（异步传输模式）、以太网、HFC（光纤同轴混合网）等网络组建技术。其中HFC技术比较适应于中小学校园网络建设。HFC（Hybrid Fiber Coaxial，光纤同轴混合网） 是在有线电视网（CATV）的基础上发展起来的一种宽带接入技术，其网络结构为树型或总线型，从前端至小区光节点采用光纤传输，从光节点到用户终端采用电缆，小区光节点所辖用户一般在500户左右，整个光节点内部可提供约1GHz的带宽，有光节点内的所有用户共享。在HFC的前端，语音、数据、视频等多媒体信息经调制后与电视射频信号一起传输到用户端，经过分离器提取多媒体信息，并恢复成数据包形式，通过类似IEEE802.3的共享介质接入机制MLAP（Mac Level Access Protocol）进入用户终端设备。此外，前端的带宽控制器可以通过编程方式对用户终端进行频率分配控制。该种接入方式能够充分利用现有资源，为用户提供较高的接入速率，而且通过城域宽带IP网将用户高速接入Internet。3、校园网的组建方案本方案针对两种情况：一是一些学校原来已经建成了单向或双向的闭路电视系统，而现在学校中的计算机等终端设备要求接入，实现校园的资源共享和多媒体教学功能。同时，学校要求接入Internet以更好地收集资料，服务教学，并进一步满足远程教学的需求，从而面临着网络的改造问题，或者花费更多资金建立一个计算机网。二是一些还未建网的学校要求进行电视教学，也要求有计算机校园网络，同样面临着的是建一个综合网，还是建两个相互独立的网络的问题。根据现有学校的需求和以后的发展，我们选择了HFC接入网络来作为校园网络的解决方案。主要是在原有的闭路电视系统的基础上稍加改造，避免了重新投资建新网。对于HFC的网络方案目前基本有两种方式：一是采用电缆调制解调器（Cable Modem）；二是采用桥接技术。两者的终端产品，都有以太网接口，在连接电视设备的同时可以连接计算机设备，很容易地利用闭路电视网络完成数据和视频的同时传输，方便教学。Cable Modem系统由终端设备、光节点、综合业务单元、供电节点组成。该系统遵照国际标准MCNS的规定，通信协议采用TCP/IP 。系统中可以实现的业务有Internet的高速接入、E-mail、计算机互连、办公等。采用CMTS的网络结构如图1所示。图1 Cable Modem方案结构图在利用Cable Modem对闭路电视网进行改造时，需要进行双向改造和扩频，工作量大，而且，每个教室都要配置一台价格较昂贵的Cable Modem，在前端需要配置一台或多台Cable Modem终端系统设备（CMTS），这些CMTS设备通过同轴电缆接入HFC，通过快速以太网端口接入城域宽带IP网。该系统对于一些已有闭路电视网络的学校，要花费大量资金用于改造，造价较高，不是最佳的解决方案。另外一种桥接技术。是一种优秀的改造方案。该方案在前端增加一个光节点设备，混合闭路电视信号和IP信号，实现信号在Cable电缆上的传输。由于起初只考虑电视信号的单向广播，并未考虑回馈信息问题，从而在闭路电视网络信号放大时采用了单向的放大器。因此，只要在单向放大器上桥接一个设备路由器。传输时，闭路电视信号顺着原来的路传送。而数字信号过放大器的时候，就被桥接过去。路由器只传送数字信号，在用户端使用信号分离器将数字信号和电视信号进行分离，分别接入PC机（或教室局域网）和电视设备。采用该方案，在前端接一个光节点设备，将IP骨干网的信号和校园的闭路电视信号混合，通过光纤分配到各教学楼，或直接通过同轴电缆传输。如果用光纤传输，在教学楼中用原闭路电视同轴电缆线分配，原来的分支器不会影响信号传输，如果有放大器，只要在其上桥接一设备即可实现数字信号的桥接传输。在教室内采用分离设备将信号分离，分别接到电视终端和计算机。如果是多媒体计算机局域网教室，可采用接到服务器，然后分配，教室本身的可以是10M或100M局域网，其类型可以有多种，所有计算机通过服务器接入校园网，实现因特网浏览。在该方案中根据不同的学校具体情况可采用不同的传输方式，主要是该方案可以充分利用原来的闭路电视网络，节约投资。如图2。 图2 利用桥接技术的校园网结构图该方案将学校分为办公、教学、图书馆三大主要模块。在办公模块中主要是完成学校的管理功能协调、组织整个学校工作的正常运行，完成数据生成、修改、查询，进行办公自动化、人员资料管理、课程管理等方面的工作，以及教师的教学备课；教学模块完成教学中需要的视频、音频数据制作，管理，播送等工作；在图书馆模块中设置专用的数据库服务器作为数据存储、管理系统，数据存放在光盘塔、硬盘阵列等系统中，支持图书馆子网和校园网用户的访问和查询。该方案为10M的共享带宽，也可以扩展到100M的带宽。作为教学应用，在同一时间不可能有大量的用户上网（Intern