5G智慧校園應用

趙暉 彭廣成 吳彥銘 中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司江西省分公司 南昌市 332000

0 引言

“十九大”的召開，標志著教育信息化進入到第二階段，從以“教育信息化”為重點的1.0時代進入到以“信息化教育”為重點的2.0時代，重點是業(yè)務融合、應用創(chuàng)新。要求積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動，提升學校信息化建設與應用水平，推動信息技術與教育教學的深度融合，切實加快全國教育信息化進程，以教育信息化支撐和引領教育現(xiàn)代化，服務教育強國建設。教育信息化是教育現(xiàn)代化的核心動力。在教育信息化的實踐過程中，技術的不斷發(fā)展給教育服務的組織方式帶來了顯著影響。特別是5G及物聯(lián)網(wǎng)技術的迅速普及，使得以泛在感知網(wǎng)絡為支撐的無縫的、沉浸式的智能教育體驗得以實現(xiàn)。5G及物聯(lián)網(wǎng)等新興技術的蓬勃發(fā)展，為打造更智慧化的教育和校園提供了可能，注入了新動力。

1 5G的技術特點

5G網(wǎng)絡是第五代移動通信網(wǎng)絡的簡稱，與之前的四代移動網(wǎng)絡相比較而言，5g網(wǎng)絡在實際應用過程中表現(xiàn)出更加強化的功能，并且理論上其傳輸速度每秒鐘能夠達到數(shù)十GB，這種速度是4G移動網(wǎng)絡的幾百倍。對于5g網(wǎng)絡而言，其在實際應用過程中表現(xiàn)出更加明顯的優(yōu)勢及更加強大的功能。他的特點體現(xiàn)在更高的速度，5G網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸速率遠遠高于以前的蜂窩網(wǎng)絡，最高可達10 Gbit/s，比先前的4G LTE蜂窩網(wǎng)絡快100倍。5G的超大帶寬傳輸能力，即便是看4K高清視頻、360度全景視頻以及VR虛擬現(xiàn)實體驗都不會出現(xiàn)卡頓的情況。更低的時延，5G的一個新場景是無人駕駛、工業(yè)自動化的高可靠連接。人與人之間進行信息交流，140毫秒的時延是可以接受的，但是如果這個時延用于無人駕駛、工業(yè)自動化就很難滿足要求。5G對于時延的最低要求是1毫秒，甚至更低。更多的連接數(shù)，物聯(lián)網(wǎng)將是5G發(fā)展的主要動力，業(yè)內(nèi)認為5G是為萬物互聯(lián)設計的。從需求層次來看，物聯(lián)網(wǎng)首先是滿足對物品的識別及信息讀取的需求，其次是通過網(wǎng)絡將這些信息傳輸和共享，隨后是聯(lián)網(wǎng)物體隨著量級增長帶來的系統(tǒng)管理和信息數(shù)據(jù)分析，最后改變企業(yè)的商業(yè)模式及人們的生活模式，實現(xiàn)萬物互聯(lián)。

2 智慧校園的建設要求

智慧校園的建設是以“三通兩平臺”為基礎，著力構建多層次、全覆蓋、智慧型教育信息化體系，全面實現(xiàn)教育管理和教育教學信息化，推進信息技術與教育教學的深度融合、教育教學的深刻變革。實現(xiàn)數(shù)字校園環(huán)境、數(shù)字教育資源、信息管理服務三個“全面覆蓋”，推動教師信息技術應用能力、學生信息素養(yǎng)、信息技術與教育教學融合水平、信息化管理和領導水平四個“整體提升”。信息技術改變了人類的工作和學習方式，并賦予職業(yè)和職業(yè)教育新的內(nèi)涵和要求。一方面，傳統(tǒng)職業(yè)的工作方式和工作流程正在發(fā)生一系列的變革，而且一些新興職業(yè)的“工作空間”和“工作方式”本身就依賴以互聯(lián)網(wǎng)為核心的信息技術；另一方面，由于信息化技術方法與手段的深入使用，職業(yè)教育的辦學模式和教學模式也將隨之發(fā)生革命性變革。

智慧校園建設與應用是教育信息化的重要組成部分，既適應了社會和職業(yè)的信息化要求，同時也延伸了職業(yè)教育的辦學空間。職業(yè)教育的教學活動除了發(fā)生在校園內(nèi)的教室、實驗室、實訓室等傳統(tǒng)教學環(huán)境和校園外的工廠、車間、賓館、醫(yī)院等職業(yè)活動場所中，也發(fā)生在基于信息技術的網(wǎng)絡空間中。依托數(shù)字校園，構建基于網(wǎng)絡的跨越學校、企業(yè)和社會的辦學模式，是提高職業(yè)教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，建立現(xiàn)代職業(yè)教育體系的重要途徑和方向。

3 智慧校園建設存在的主要問題

現(xiàn)有網(wǎng)絡帶寬低，滿足不了大規(guī)模高清視頻并發(fā)傳送；校園無線網(wǎng)絡未做覆蓋；機房維護力量不夠；幾個校區(qū)的網(wǎng)站分布在不同的地方，且由不同單位在維護；學生位置信息未采集，到校離校時間不能實時統(tǒng)計，存在安全隱患。校園內(nèi)各種“物”的管理手段缺失； 現(xiàn)有IC卡不能互連互通，分校區(qū)的學生和老師來主校區(qū)參加會議或活動，就餐極其不方便，學生和教師集中就餐等待時間過長；校區(qū)間信息傳達不便利，教師去分校上課浪費大量時間在路上，效率低下；學校開展大型活動不能實時展現(xiàn)；學校教學方式單一，僅限于老師口傳身授和簡單多媒體教學。

4 5G智慧校園的應用

5G技術條件下，場景驅(qū)動特征明顯，可以針對教育領域的不同場景、不同服務對象按需提供定制服務，建立新型智慧教育體系，如如VR/AR、遠程教育、視頻監(jiān)控等。充分發(fā)揮5G的高速率、低時延、高可靠、大連接、低功耗等特性，通過數(shù)據(jù)匯聚應用和前后端能力智能調(diào)配，實現(xiàn)資源投入和配置方式優(yōu)化，并通過打造開放聚合平臺、拓展增值業(yè)務，獲得大連接基礎上的差異化價值。通過在省內(nèi)某重點高中進行5G網(wǎng)絡應用，我們實現(xiàn)了省內(nèi)首個基于5G的智慧校園信息化建設，具體實現(xiàn)方案如下：

（1） 系統(tǒng)結(jié)構圖

圖1 5G智慧校園系統(tǒng)結(jié)構

（2）在學校建設5G網(wǎng)絡環(huán)境，利用5G宏基站對校園進行5G網(wǎng)絡全覆蓋；建設統(tǒng)一的校園無線WIFI，無線網(wǎng)可以在各校區(qū)間無縫漫游；在無線AP設備上加裝物聯(lián)網(wǎng)模塊，實現(xiàn)無線網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)的校園覆蓋。通過使用新一代無線網(wǎng)絡技術促進網(wǎng)絡融合應用，總體提升校出口寬帶，為滿足學校開展日益豐富的高清視頻、教學等對網(wǎng)絡帶寬、時延均要求相當高的應用的要求，形成有線、無線、物聯(lián)網(wǎng)、5G網(wǎng)的融合網(wǎng)絡。

（3）采用云計算技術，實現(xiàn)校園網(wǎng)站及全部應用統(tǒng)一上云，集中管理，釋放維護壓力。為學校建設統(tǒng)一管理、統(tǒng)一認證的智慧校園平臺。

（4）通過學生佩帶的物聯(lián)網(wǎng)卡，手環(huán)等設備，利用學校全覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)信號，可以實現(xiàn)學生出入校無感知考勤，校園內(nèi)實時定位，歷史軌跡查詢，并為今后走班排課提供支持。利用物聯(lián)網(wǎng)對校園內(nèi)的停車場、路燈、垃圾桶等“物”進行全方位管理，利用物聯(lián)網(wǎng)感知技術對校園環(huán)境進行監(jiān)測，所有數(shù)據(jù)均能在管理頁面實時查看和處理，實現(xiàn)對校園“人 - 物 -景”的全方位感知。

（5）人臉識別消費系統(tǒng)，打破校區(qū)之間的隔斷，實現(xiàn)各個校區(qū)刷臉自由消費，統(tǒng)一結(jié)算，極大的方便了跨校園參加活動的師生就餐，大幅度縮短等候時間，消費信息實時推送至手機，并能生成營養(yǎng)報告。

（6）基于5G的4K/8K高清視頻同步教學系統(tǒng)和視頻教學教研系統(tǒng)，充分利用5G網(wǎng)絡的eMBB和uRLLC等特性，為師生提供零距離的同步互動教學體驗和面對面的教學視頻會議召開。利用5G網(wǎng)絡移動性，建設校園網(wǎng)絡電視臺，在學校開展大型活動時，可以提供多角度的高清視頻直播服務。

5 結(jié)論

5G智慧校園的建設，是利用新一代寬帶無線網(wǎng)絡技術，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術相結(jié)合，助力校園建設的新的嘗試，取得了良好的效果，得到省市政府領導和地方教育主管部門的高度贊賞。未來我們還將通過不斷改善校園信息技術基礎設施，營造網(wǎng)絡化、數(shù)字化、個性化、泛在化的智慧教育環(huán)境，更好地促進信息技術與教學教研的深度融合和創(chuàng)新應用，提高教育教學質(zhì)量和科研服務水平，在5G體育教學，5G遠程全息教學，5G+VR理化實驗，5G幼兒專注力學習等教育領域展開研究，把新一代寬帶移動通信網(wǎng)絡的建設成果推廣到各級民生領域，為實現(xiàn)人民對美好生活的向往而努力。