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軟體定義式解決方案,吹響中、小學安全管理的福音-專訪
 
校園安全向來為社會大眾所重視,尤其在2015年發生了舉國震驚的北投文化國小女童割喉案後,學生尚屬未成年的中、小學,更被認為是安全保障的重點,畢竟每個家長都無法接受自己的子女在校就學時發生什麼意外變故。
 
撰文:王奕超
  好友人數
 

 
然而,校園安全系統往往面臨系統林立、缺乏整合的問題,作為安防重點的校園類型,中、小學校園又存在著人力和經費上有限的困境。隨著以軟體來驅動、整合的軟體定義式(Software-Defined)架構的興起,這樣的校園安防窘境開始出現比較好的改善契機。為了瞭解這樣的架構對於資源有限的中、小學校園的具體幫助和可行性。

Q:請您談談一般中、小學單位在校園安全管理上面對的問題、困境?
1.維護人力不足
中小學總務處負責門禁與監視系統的採購,學務處與警衛為第一線使用單位,繁忙的業務使得規畫與維護所分配到的時間捉襟見軸。由於校園各式安防系統(門禁卡機、大門開關機電整合、監視錄影、求救鈴)牽涉不同領域的專業知識,必須花費不少心力與時間才能深入了解,也才能和廠商有效溝通。若不具備相關專業知識將較難釐清各種做法的優缺點,此時最主要就是仰賴廠商的專業能力與施工品質。

2.維護經費不足
學校需要廠商的專業能力與施工品質,而廠商則必須衡量目標市場、報價能力與施工成本。實務上校園安防專案經常會面臨行政作業時間緊迫以及專案經費不足的情境,為使專案能順利執行,「最低報價」或「樽節經費」經常會是這類專案在決策時無法忽視的因素。

3.現實的供需現象
由於上述的因素,有資源的專案相對較容易遴選專業能力強,施工品質佳的廠商。而對於資源相對匱乏的單位或專案,則有可能會發生沒有廠商願意投標、或是因為施作後功能無法符合使用者需求而在後續面臨必須重新建置的問題。

4.軟硬體整合
由於專案經費大多是分期核撥,不同廠商、不同時期的產品經常會遇到相容性的問題。實務上經常會遇到後面執行的專案為了順利執行,就將前案打掉重做,或是與前案各自獨立運作。隨著時間的推移,可能會造成校園門禁系統有好幾套,監視系統也有好幾套,異質化的軟硬體技術使得校園安防的管理維護成本大幅提高。

Q:Software Defined技術能為校園安全管理提供了什麼樣的解決方案?有什麼便利、優勢?在推動上會碰到什麼問題?
軟體定義式的觀念近年來從虛擬化(computer virtualization)擴展到軟體定義式網路(software-defined networking,SDN)、軟體定義式儲存(software-defined storage,SDS),甚至到後來業界提出了「軟體定義一切」(Software-Defined Everything)的概念,致力讓所有的實體設備都成為軟體驅動的載具。這些解決方案都同樣具有「提高硬體擴充彈性、降低系統整合門檻」的優點。上述方案雖然相當優異,但一般給人的印象是專案金額很高,國中小不容易有導入的經費。那為什麼還值得我們關注?其實Software-Defined Everything的概念早已悄悄的影響各個產業,隨著物聯網(Internet of Things, IoT)的趨勢,軟體定義式的解決方案並不局限於大型架構價格高昂的SDN或SDS。令人振奮的,在許多地方我們發現軟體定義式的作法更能節省建置成本,降低導入門檻。

1.線路乙太網路化
門禁卡機線路從RS-485演化到網路通訊;監視系統從傳統類比式cable線路演化成數位式網路線路;投影機環控從RS-232演化到網路PJLink;甚至RS-232與RS-485也虛擬化成作業系統內的軟體虛擬插槽。這些演化都是呼應物聯網的大趨勢,一個主要特徵就是大部分的cable、RS-232、RS-485線路都可用乙太網路線路取代。我們可以將重複佈線的經費節省下來,集中資源部屬10G網路基礎建設,然後使用網路高可用度的技術——例如將設備間多條實體鏈路合併為一條邏輯鏈路的乙太網路通道(etherchannel) ——全面性的提升轄下各種被虛擬化線路的可用度,大幅降低線路高可用度的建置成本。

2.硬體虛擬化(hardware virtualization)
軟體定義式的解決方案在分批建置時有機會採用不同廠牌型號的相容硬體,只要能和硬體虛擬化軟體相容即可。這樣的建置策略能在分次建置以及得標廠商不同的情境下,增加專案整合成功的機會。

3.系統整合客製化
軟體定義式的解決方案經常都提供豐富的應用程式介面(Application Programming Interface,API),提供使用者或系統整合商進行自動化與客製化的開發工作,這能夠讓系統整合的門檻降低。就學校端來說,利用豐富的API可以大幅降低開發難度,更有機會以校內的軟體研發人才,或是組成跨校的軟體研發聯盟來解決共通的系統整合問題;就系統整合商來說,豐富的API能大幅節省專案所需投入的人力與時間成本,在專案資源不足時也比較不會因為要求客戶將舊系統作廢置換成新系統的高額代價使專案進退維谷,並且更能依照客戶現有的軟硬體環境進行友善的客製化系統整合。

Q:請您分享一下貴校目前安全管理佈署、運作的解決方案實例。
在整合校園門禁與監視系統之前,黎明國中已歷經了導入VMware「伺服器虛擬化」、Citrix「桌面虛擬化」與DataCore「儲存虛擬化」的軟體定義式解決方案相關經驗。依循「軟體定義一切」以及物聯網的精神,我們發現在校園門禁與監視系統同樣也能採用軟體定義式的解決方案去提高硬體擴充彈性、降低系統整合門檻。

1.以校園自由軟體SFS3為基礎進行系統整合
校園自由軟體SFS3是採用多縣市策略聯盟共同發展的學務管理系統,目前以臺中市教育網路中心為開發及維護主力,使用縣市為臺中市、彰化縣、苗栗縣、嘉義縣(國小)、雲林縣、屏東縣、臺東縣、澎湖縣、連江縣(馬祖)、桃園縣(部分)、台南市(部分)、台商學校(部分)。由於是自由軟體,程式碼與資料庫欄位的定義都開放給開發者參考;因為是針對中、小學設計,系統所架構的組織也與台灣的中小學相符。以SFS3為基礎進行系統整合可以降低專案成本,並且相關的導入經驗可以複製到任何採用SFS3的學校,讓專案開發具有重複使用的特性與價值。



黎明國中的安防系統目前是以SFS3為基礎,在管理權限上透過Active Directory 服務介面(Active Directory Service Interface ,ADSI)與微軟(Microsoft)的Actice Directory Domain Service溝通,而我們使用的門禁和監控系統——嘉因資訊門將系統(Tquark OGSystem)和奇偶科技(GeoVision )的GV-NVR的溝通,則分別透過Tquark OGSystem API和GeoVision GV-NVR SDK進行。

2.採用Tquark OGSystem建構軟體定義式的安防解決方案
我們的核心安防是採用Tquark OGSystem來建構軟體定義式的解決方案。OGSystem以開放式的軟體架構可連接多達18家廠商75款門禁控制器機型,這對於資源較少導致分期建置的國中小校園門禁專案可說是一種能讓前後期專案整合成功的方法。



值得一提的,Tquark OGSystem也內建了整合GeoVision GV-NVR的機制,因為國中小的開發人員經常僅有資訊組長一人,這可節省許多寶貴的客製化程式開發時間。

3.門禁卡採用使用者現有的Mifare格式卡片,節省發卡成本
導入門禁系統後,卡片的發放與管理也是一項挑戰。我們考慮過「客製化悠遊卡」、「印製專用卡貼」等方案,最後我們決定由使用者自備現有悠遊卡、公車卡等Mifare格式卡片登錄到系統並在這張卡片貼上校徽小貼紙以方便識別。使用者卡片遺失或缺損時,只要到系統重新登錄,舊卡號會自動取消並由新卡號取代。

4.大門開關機電系統整合採用PLC,後續可自行修改或進行加值開發
由於我們的電動大門廠商、門禁控制器廠商以及門禁軟體廠商是不同的廠商而非統包,為使系統成功整合必須設法讓各個介面順利連接,採用可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller)可因應現場軟硬體與線路的需求快速調整。印象最深的是此專案在暑假施工,開學前兩週學校臨時決定要加裝「關門倒數計時LED顯示器」,因為此專案是使用PLC來控制馬達,因此我們開始尋找可以用NO接點控制倒數計時的LED顯示器,並在兩天內將程式修改進行測試,最後總算趕上開學前完工,這個專案讓我們深刻體會到PLC的彈性與效率。廣義來說,PLC可視為「軟體定義式」的電路控制,再次突顯了軟體定義式解決方案的優點。



5. 要建構理想的安防體系,仍有賴實務經驗的累積
雖然借助軟體定義式架構的高擴充彈性和低整合門檻,能為安全管理帶來很大的便利,然而對於系統建置的規劃能力更是攸關安防成敗的關鍵,而這方面無法依賴技術,必須有賴實務經驗的累積。

以監視系統來說,監控影像畫面在監看螢幕的配置,往往關係到安全事件發生時,尋找目標畫面的速度,在這方面我們的經驗是先將校園劃分成幾個主要區域,並讓位置接近、原則上同一區域的監視攝影畫面收納到同一個監看螢幕,而畫面排列的順序盡量和監視攝影機在現場的配置方位一致,這樣可以讓使用者在尋找目標畫面時更直觀、便捷。

至於監控設影機的架設規劃則須多多思慮以避免死角。一般而言,人員必定行經的地方,例如走廊,校園重要區域或具潛在危險性的地方,如辦公室、實驗室等,是一定要架設監視攝影機;其次,像是離辦公室遠,但學生會出入的校園角落,如樹枝集中場、資源回收場、腳踏車棚等,為避免有意外發生,我們也都有監視攝影機的佈建。另外,警衛把關的大門之外的其他出路口,甚至包含午餐車、資源回收車、垃圾車等所有會進出的車輛在校園中的動線,就我們自己的經驗,也都需要有攝影機進行監控,才能及時掌握校外人士入校後的動態,杜絕不可預測的傷害。

必須注意的是,監視系統的施工廠商,在規劃上常只是在校園平面圖簡單做標示,很有可能因為對於校園環境的不熟悉,而不經意在建置監視攝影機時造成疏漏,以我們學校為例,教室兩側皆存在著走廊,就曾經發生過廠商僅在一邊走廊架設監視攝影機,造成另一邊走廊完全成為監控死角的情形,因此學校單位有必要在規劃過程中隨時進行檢視,尋找是否有盲點,而不是完全放任給廠商處理。

此外,安全設備適用與否的判定,也不可能預先就完全能夠掌握,最終還是需要實際接觸、試驗才能真正了解。像是學校大門開關機電系統的防壓感測器,由於是用以保障通過大門的行人之安全,因此敏感度其實非常重要,我們也是經過實測後才發現有些感測器能感測到「走路」的行人,但不能感測到「奔跑」的行人。也因為這樣才讓我們意識到必須測試防壓感測器對於「奔跑」的反應,並最終發現「回歸反射型光電感測器」比較符合我們的要求。

只是,「回歸反射型光電感測器」使用後卻發現會有雨天誤報的問題,因此我們又特別在發射器和反光板上都做了簡易型雨遮,才真正建置出能因應我們需求的防壓感測器。

Q:以您個人的摸索經驗,給其他學校單位在安全管理整合上的建議?
軟體定義式的校園門禁與監視系統為使用者與系統整合商帶來新的機會,讓解決方案更具「提高硬體擴充彈性、降低系統整合門檻」的優點。從我們的經驗來看,對各廠牌的門禁控制器相容性佳的門禁系統軟體、自由軟體、豐富的API以及採用PLC控制器都是有助於專案成功的條件。

雖然軟體定義式的解決方案讓安全管理系統建制門檻降低,但要能有效進行系統整合,安防系統要能降低失誤、發揮效果,仍有賴於單位內採購人員、技術人員、學務人員與業界夥伴的通力合作。我們在專案執行的過程中,技術方面受到本校畢業校友臺中高工自動控制科陳宇強同學的大力協助,讓我們在施工之前釐清了很多重要的問題。

在安防系統的建置規劃上,則從總管學生行為、安全等生活事務的生活教育組組長的經驗中得到許多寶貴、意想不到的實務知識。這些都讓我們體會到聯想集團創辦人柳傳志所說的:「在動手前要想得比較清楚」這個非常重要的道理。誠摯建議各單位在導入安全管理系統時,盡量給予單位內採購人員與技術人員充足的時間先諮詢學校生活教育組組長,並和廠商深入溝通,設法「在動手前釐清問題並預先規劃解決方案」。畢竟能將專案執行成功,會比萬一執行失敗後的各種補救措施經濟有效多了。
 

 
   

 
 
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