基于QinQ技术的校园定位系统的设计与研究
——以巢湖学院为例

侯加兵 吕家云 霍文强

（巢湖学院，安徽 巢湖 238000）

1 引言

近年来，随着信息技术的快速发展，以物联网、云计算、大数据分析等为代表的新技术促进各大高校进行智慧校园建设。所谓智慧校园[1]，它是以促进信息技术与教育教学融合、提高教学效果为目的，为全校师生提供一种环境全面感知、智慧型、数据化、网络化、协作型一体化教学、科研、管理和生活服务，并对教育教学进行洞察和预测的新型校园。

智慧校园时代对信息化提出更高的要求，从学校管理的角度出发，希望信息化部门提供学生定位功能[2]，以便快速、准确找到学生的具体位置，通过分析能够得到学生生活轨迹，便于学校更加高效地展开学生管理工作，为学生提供更好、更优质的服务。目前常见的定位技术有很多，基于卫星定位系统如GPS、北斗系统，这些主要应用于移动端进行定位，技术难度大，开发成本高，不适合高校场景；基于Zigbee、RFID技术定位系统，需要重新部署大量的终端设备，建设费用高昂，同样难以应用于高校定位系统的设计[3]。

如何利用高校现有资源和技术，设计一种适合高校环境的定位系统是众多学者研究的热点。本文提出设计一种基于QinQ技术的校园网定位系统，系统以校园网为基础，利用上网用户数据资源，并结合大数据技术，可快速获取学生网络、位置、设备等信息，通过综合分析，准确定位学生所在校园地理位置，为学校学生管理提供定位服务[4]。

2 QinQ技术校园网中的应用

QinQ最初主要是为拓展VLAN的数量空间而产生的，它是在原有的802.1Q报文的基础上又增加一层802.1Q标签实现，使VLAN数量增加到4K*4K，随着城域网的发展以及运营商精细化运作的要求，QinQ的双层标签又有了进一步的使用场景，它的内外层标签可以代表不同的信息，如内层标签代表用户，外层标签代表业务，这样可以有效地实现用户精确定位和业务分流。另外，QinQ报文带着两层TAG穿越运营商网络，内层TAG透明传送，也是一种简单、实用的VPN技术，因此它又可以作为核心MPLS VPN在城域网VPN的延伸，最终形成端到端的 VPN技术。

巢湖学院是一所地方性本科院校，学校非常重视信息化建设，在学校“十三五”规划中明确提出建设智慧校园目标，校园网作为学校信息化基础设施，为建设智慧校园提供基本保障，这就需要校园网从规划、设计、建设、运行、维护和管理等方面都必须满足智慧校园建设的需求。2016年学校进行了校园网改造，采用QinQ技术将传统的三层网络架构改造成“扁平化”大二层架构，通过分期建设完成校园网无线、有线全覆盖，在网络规划设计时利用QinQ的外层标签，对每幢楼宇进行定义，QinQ的内层标签对每层交换机的端口进行定义，同时对全校近4000个AP的地理位置进行编号，通过收集每位网络用户的内层标签、外层标签、AP编号等信息，锁定学生的在线位置信息。

3 系统设计与实现

3.1 校园网规划与设计

以学校升级改造校园网为契机，对校园网进行整体规划与设计，采取功能布局和区划管理，校园网的拓扑结构如图1所示，包含了交换机设备、路由设备、BRAS、无线AP设备，其中交换机和无线AP分布于全校各个区域，实现校园网有线、无线校园全覆盖，为校园范围内定位信息收集提供先决条件[5]。

图1 学校网络拓扑图

根据区划管理将学校网络区域分为教学办公区域、教职工住宅区域、学生区域、无线区域，利用QinQ技术分区域、分建筑物、分楼层对交换层进行编号、标识，完成网络规划设计表设计，具体见表1，通过交换机外层VLAN ID、内层VLAN ID，可基本确定学生上网的位置信息，帮助系统定位学生位置。

表1 网络规划设计表（部分）

3.2 数据的来源

3.2.1 用户上网认证系统

学校采用全新架构的用户上网认证系统，与BARS进行实时通讯，办公用户有线无线认证方式为PORTEL+MAC免认证，学生用户有线采用PPPOE认证、无线采用PORTEL+MAC免认证，认证系统详细记录了用户名、姓名、所在学院、上网时间、内层VLAN ID、外层VLAN ID、流量、MAC、IP地址、终端型号等信息，通过从上网认证系统周期性读取在线用户的数据，完成用户信息表（user_info）设计，具体见表2，该表基本确定学生用户的大致位置，至于具体位置仍需要进一步确定。

表2 用户信息表

3.2.2 校园WIFI（校园无线网）

校园WIFI，也称为校园无线网，QinQ技术可对校园WIFI的外层VLAN ID识别，内层VLAN ID只能一个固定值表示是校园WIFI，若要进一步发现无线网用户的具体位置信息，这时校园WIFI的AP设备和AC设备起着关键性作用，学校在校园无线网规划、设计之初，就已对全校的4000多个AP，依照安装位置进行编号，AC作为管理AP的设备，利用SNMP协议收集所有AP的MAC地址、位置编号、接入终端信息，通过周期性读取，完成校园WIFI设备信息表设计，具体见表3。

表3 WIFI设备信息表

3.2.3 系统的设计与实现

在定位系统ORACLE数据库里建立两个表，即用户信息表和WIFI设备信息表，使用在线用户的设备物理地址TM_MAC作为主关键字关联，可完成对在线用户的位置信息进行定位。系统架构设计图见图2：

图2 系统架构设计图

采集到的数据存在ORACLE数据库中，通过公共代码库进行采集和存储，前台页面利用学校已建成的GIS系统展示定位位置，系统通过输入姓名查询当前的具体位置，通过输入姓名、日期、时间等字段查看活动轨迹，具体见图3、图4。

图3 学生位置图

图4 学生活动轨迹图

4 结束语

本文以校园网为基础，利用QinQ技术和校园网的区划管理，完成外层VLAN ID、内层VLAN ID、AP位置标识等关键数据的收集，通过对收集的数据进行综合分析，确定学生用户上网位置，借助校园GIS系统，可快速准确定位学生的具体位置，帮助学校对学生实行精细化管理，在此基础上，可进行进一步的大数据挖掘，对学生的活动轨迹和行为进行深层次地分析，为学校辅助决策提供数据支撑[6]。