系統建設必要性
《數字中國建設整體布局規劃》指出，要夯實數字中國建設基礎，打通數字基礎設施大通脈，加快傳統基礎設施數字化、智能化改造。
當前，我國進入數字中國建設的快速發展階段，以5G、AI、虛擬現實為代表的新型基礎設施建設和新興信息技術，正在促進教育模式和教學方法轉變，通過優質教育資源共享，提高教學質量，不斷助力教育數字化轉型與發展。
高校新基建同樣也迎來了迅猛發展的新契機。高校數字化轉型以信息化建設為主導，以新基建為重要基礎。如何抓住新基建的風口、實現教育信息化快速騰飛，成為擺在信息化工作者面前的機遇和挑戰。
武漢理工大學校長楊宗凱教授指出，教育新基建為高等教育數字化轉型提供數字基座。高校校園網絡作為新基建中的重要一環，為學校的師生提供了獲取資源、協同工作的有效載體，為高校教學、科研、管理、服務等方面提供了有力支撐，是高校日常運轉和高速發展的基礎。
高校校園網絡的運行情況直接關系到學校的發展與建設。隨著校園網絡用戶數量的不斷增加和需求的多樣化發展，網絡擁塞、網絡異常、網絡故障等狀況不時出現，高校校園網絡在管理、運營、維護方面面臨巨大挑戰。因此，通過技術手段對網絡運行情況進行感知、分析、評估已經勢在必行。
目前，高校校園網絡主要采取用戶主動反饋網絡情況，再派網絡管理人員進行判斷處理的模式。但校園網絡用戶數量和需求的激增以及網絡管理人員的不足，導致問題處理滯后，校園網絡用戶使用體驗不佳，管理部門也難以實時掌握網絡運行等情況。
為此，建立一個校園網絡質量感知評估系統來實現對網絡的全面感知具有十分重要的意義。校園網絡質量感知評估系統能夠實現網絡的感知、分析和評估，并根據分析結果進行干預，以系統的形式實現對網絡的全流程、全狀態管理，以技術手段實現對網絡的感知和評估，以智能方式為學校管理建設提供精準、合理、科學的決策，提升高校網絡服務質量和網絡治理能力。
系統建設方案建議
建設思路
高校校園網絡用戶量大，認證方式多種多樣，具有極強的不確定性，監控難度較大。通過對高校校園網絡進行質量評估，分析影響網絡質量的因素及特征，能夠提高對校園網絡服務質量的監管能力，從而更有效地提高校園網絡服務質量。
通過建設包括網絡質量感知、網絡數據分析、智能預警、數據駕駛艙四大模塊在內的校園網絡質量評估系統，為網絡管理部門提供實時監測網絡服務質量的服務，并提供可視化的展示，實現主動感知網絡異常，自動進行故障分析，從而提高校園網用戶對網絡服務質量的滿意度。系統框架如圖1所示。
圖1 高校校園網質量評估系統框架
建設方案
校園網絡質量感知評估系統主要包括網絡服務質量感知、網絡數據分析、智能預警以及數據駕駛艙等四大模塊。
首先通過網絡服務質量感知模塊進行網絡質量評估，并存儲網絡質量指標的測量結果，為后續網絡分析提供數據支撐。網絡服務質量可以通過多維度的網絡性能指標進行衡量，而性能指標的選取會影響綜合評估的結果是否科學、是否全面。
網絡健康度指標包括了基本健康度指標、應用健康度指標和綜合評級指標三個方面。本系統主要對時延、抖動、上下行速度等基本健康指標進行質量評估。基于對網絡質量感知數據以及接入終端設備信息進行的綜合分析，計算出用戶終端的網絡質量指數、各樓棟的網絡質量指數以及全校的網絡質量指數，多維度反映出校園的網絡質量狀況，并對網絡設備提前干預提供決策輔助。
在網絡質量感知以及數據分析的基礎上，建立合理的指標體系和預測模型，主動感知網絡異常，出現異常及時預警，從而實現提前干預和維護，從被動變為主動，提升網絡服務管理質量。以便管理員能快速掌握全校的實時網絡質量情況，并以數據駕駛艙的形式展示網絡質量感知指標、數據分析結果、模型監測與預警等。
領導登錄駕駛艙后可以進行系統管理，便捷地查看監測結果、故障分析結果、統計分析報表等，通過多維度指標的交叉融合分析，為科學決策提供精準數據支撐。
網絡質量感知模塊
網絡質量感知模塊主要是對網絡質量進行測量。衡量網絡質量的指標很多，在網絡運行狀態的監測過程中，需要遴選出一定的標準對網絡質量做出評估。
本系統選取了質量和速率兩個方面的性能指標，其中質量指標主要反映用戶上網線路的網絡連通性質量，通過記錄網絡的抖動時間、延遲時間，繪制抖動和時延的變化曲線圖，記錄網絡質量變化趨勢。速率指標主要用于反映用戶上網線路下載和上傳文件的速率，根據設定的質量等級劃分閾值展示等級結果。
網絡數據分析模塊
通過對網絡質量感知模塊中所得網絡質量參數進行不同指標的權重分配，綜合計算得出一個網絡質量指數，指數可以直觀反映出各個用戶終端的網絡服務質量。
然后結合各個樓宇中每個用戶終端網絡質量指數以及無線接入設備的在線數量和終端硬件等信息，分析得出各樓棟的網絡指數。
最后綜合全校范圍內各樓棟的網絡指數，分析得出一個全校網絡指數，可以反映出整體校園的網絡質量狀況。通過多維度的網絡質量指數全面地反映校園網絡質量。
智能預警模塊
智能預警模塊可以實現網絡故障自動診斷與處理，通過網絡數據分析模塊得到的網絡質量指數建立預測模型，依據所有校園網絡用戶的歷史網絡質量指標數據以及樓宇內的終端設備信息，建立在正常情況下質量指標隨時間變化的參考數值。
若當前網絡數據超出可控的范圍就應當被判定為異常網絡數據，對于出現網絡異常的IP地址，通過解析IP編碼規則，定位出該網絡設備所在的物理地址，并記錄該網絡設備的相關硬件數據，用于后續的故障處理與統計分析。
預警模塊采用三級預警機制，其中一級為最嚴重級別的報警，會采用短信或郵件形式向管理人員報警；二級預警嚴重級別次之，會在系統界面上進行消息提醒；三級預警機制會向服務器發送異常信息并自動記錄異常日志。
數據駕駛艙模塊
數據駕駛艙模塊可輔助網絡管理部門進行決策，在駕駛艙中可以看到實時更新的網絡服務質量指數、異常網絡數據、異常報警模塊以及數據統計模塊等，破除無線、有線以及網絡硬件設備之間的數據壁壘，對各類數據指標進行有效“融合”；通過大屏直觀展現校園網絡整體狀態，實現數據可視化的同時添加了動態交互效果，構建便捷管理的校園感知系統。后臺系統存儲網絡檢測結果并進行故障自動分析、記錄測試結果、質量監控與評判等。
預期效果
本系統將在數據駕駛艙中實現網絡服務質量感知、網絡數據分析、智能預警三大模塊的集成。用戶可以通過網絡服務質量感知模塊隨時隨地進行網絡質量測量，精確了解網絡質量指標，提升對網絡性能狀況的感知度。
利用網絡數據分析模塊，實時分析計算各維度的網絡質量指數，直觀反映出用戶終端、各樓棟以及全校的網絡質量狀況，得到全校網絡數據的綜合分析報告。
每當有用戶進行網絡質量檢測時，網絡質量預測模型會基于新的用戶網絡數據進行訓練更新，并預測該用戶IP網絡數據是否出現異常，若判定為網絡異常則立即進行故障定位，并根據三級提醒機制進行相應級別的提醒。
管理員通過數據駕駛艙可以實時掌握全校的網絡質量狀況，及時發現網絡異常，同時根據全校的網絡異常數據以及相應的硬件設備信息，對全校的網絡終端設備進行提前干預和統籌管理，提升學校網絡質量管理的信息化水平，最終提高全校師生對網絡質量的服務滿意度。
結語
在物聯網、大數據、云計算等新興技術的推動下，數字化轉型為教育發展和新格局重塑帶來了革命性的影響。各高校都在強化信息技術與教育教學工作深度融合，推進教育數字化轉型，推動構建以學生發展為中心，連接、開放、共享、個性化、智能化的教育新格局。校園網絡質量評估系統的建設將為全體師生提供穩定快捷的校園網絡服務提供堅實基礎。
高校校園網絡質量感知評估系統是一項長期的系統工程，需要站在系統性的視角，充分考慮系統評價指標和技術應用的全面性，不斷地進行擴充、完善、優化和更新，通過迭代升級推動系統建設，最終實現以高校校園網絡質量感知評估系統助力校園網絡協同管理、智能治理，為依托物聯網、人工智能和5G等信息技術構建“全聯接、全感知、全智能”的新型智慧校園奠定基礎。
來源：《中國教育網絡》2023年5月刊
作者：馬斌、陳安琪、王東（武漢理工大學信息化辦公室）
責編：陳榮
