基于5G的智慧校園專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)

余勝泉 陳 璠 李 晟

(1.北京師范大學(xué) 未來(lái)教育高精尖創(chuàng)新中心，北京 100875； 2.“移動(dòng)學(xué)習(xí)”教育部-中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100875； 3.中國(guó)移動(dòng)產(chǎn)業(yè)研究院(成都)北京分院，北京 100191)

一、智慧校園專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)需求

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、5G等新一代信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為我國(guó)教育信息化發(fā)展帶來(lái)全新動(dòng)力，智慧校園勢(shì)必將取代數(shù)字校園成為當(dāng)今教育信息化領(lǐng)域發(fā)展的主流。許多學(xué)校在推進(jìn)數(shù)字校園建設(shè)中已取得了較好的成績(jī)，但仍存在亟待解決的問(wèn)題，如煙囪式建設(shè)，數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，網(wǎng)絡(luò)靈活性差(余鵬等，2020)； 校內(nèi)感知設(shè)備零散分布，相互獨(dú)立，學(xué)校難以統(tǒng)一管理(盧向群等，2019)；校園網(wǎng)絡(luò)無(wú)法承載多路并發(fā)的高清視頻、AR/VR課堂，阻礙教育業(yè)務(wù)的順利開(kāi)展(盧向群等，2019)；應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)相互獨(dú)立，系統(tǒng)數(shù)據(jù)難以支持個(gè)性化教育(趙磊磊等，2020)。由于傳統(tǒng)數(shù)字校園采用多種網(wǎng)絡(luò)混合的形式，如有線(xiàn)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、電視網(wǎng)、電話(huà)網(wǎng)等，使數(shù)字校園不僅面臨網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)互聯(lián)帶來(lái)的問(wèn)題，也無(wú)法應(yīng)對(duì)諸多新型應(yīng)用場(chǎng)景的用網(wǎng)需求，因此只有改變數(shù)字校園的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施才能破解現(xiàn)階段的難題，邁向智慧校園，而建設(shè)基于5G的教育專(zhuān)網(wǎng)不失為一種理想的解決方案。

基于5G的教育專(zhuān)網(wǎng)是融合5G切片技術(shù)和邊緣計(jì)算技術(shù)，滿(mǎn)足教育單位業(yè)務(wù)、連接、計(jì)算、安全等需求的、可管可控可感知的專(zhuān)用云網(wǎng)服務(wù)，具有高可靠、低成本、大并發(fā)、提供主動(dòng)智能服務(wù)的特點(diǎn)，是未來(lái)學(xué)校的新型信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。由于用網(wǎng)場(chǎng)景的特殊性，學(xué)校對(duì)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍與質(zhì)量、時(shí)延性、數(shù)據(jù)安全性等性能指標(biāo)要求較高，因此需要針對(duì)教育領(lǐng)域搭建靈活、便捷、安全、可靠、穩(wěn)定、智慧化的教育專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，為智慧校園建設(shè)進(jìn)行深層次賦能。智慧校園專(zhuān)網(wǎng)應(yīng)滿(mǎn)足以下需求：

1)網(wǎng)絡(luò)部署簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)、靈活：統(tǒng)一學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)承載，使學(xué)校無(wú)需部署多種網(wǎng)絡(luò)，降低學(xué)校網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)互聯(lián)的成本與復(fù)雜性。傳統(tǒng)的數(shù)字校園中，不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景需要部署多套物理設(shè)備，使網(wǎng)絡(luò)管理工作異常復(fù)雜，5G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)軟件與硬件解耦，實(shí)現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生變化時(shí)，學(xué)校可通過(guò)軟件設(shè)置重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而非挖溝、打洞、布線(xiàn)等基于實(shí)體空間改造網(wǎng)絡(luò)，利用5G的技術(shù)特性，實(shí)現(xiàn)一次性部署網(wǎng)絡(luò)多次重復(fù)使用，學(xué)校可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)界面的簡(jiǎn)單配置，實(shí)現(xiàn)靈活應(yīng)對(duì)新業(yè)務(wù)場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)性能與功能要求，明顯降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維成本與難度，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性。

2)安全可靠的用網(wǎng)環(huán)境：根據(jù)訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)的身份、業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供針對(duì)性的用網(wǎng)環(huán)境。針對(duì)學(xué)生群體，系統(tǒng)將所有數(shù)字內(nèi)容分層管理，根據(jù)學(xué)生的年級(jí)、學(xué)習(xí)需求等提供針對(duì)性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；針對(duì)教師群體，實(shí)現(xiàn)公私業(yè)務(wù)流動(dòng)無(wú)縫切換實(shí)現(xiàn)靈活辦公，同時(shí)還需保障數(shù)據(jù)的安全性。另外，鑒于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在公有云存在較大泄漏隱患，校園網(wǎng)還需采用邊-云融合的形式實(shí)現(xiàn)學(xué)校數(shù)據(jù)的專(zhuān)有存儲(chǔ)和管理。

3)靈活穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施：針對(duì)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，尤其需要保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。教育數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)較集中的地方，如平板電腦教室、智慧運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等，具有訪(fǎng)問(wèn)的高并發(fā)性，易造成學(xué)校網(wǎng)絡(luò)阻塞、吞吐量低、傳輸時(shí)延增大從而導(dǎo)致用戶(hù)體驗(yàn)差，邊緣服務(wù)器的支持使網(wǎng)絡(luò)能穩(wěn)定持續(xù)地傳輸數(shù)據(jù)和保持較高的響應(yīng)速度。針對(duì)有多個(gè)校區(qū)的學(xué)校，校園專(zhuān)網(wǎng)還應(yīng)能夠支持多個(gè)校區(qū)廣域互聯(lián)、內(nèi)部專(zhuān)網(wǎng)統(tǒng)一的訪(fǎng)問(wèn)控制以及不同校區(qū)專(zhuān)網(wǎng)與公網(wǎng)的流量分類(lèi)管理與計(jì)費(fèi)。

4)主動(dòng)智能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：5G技術(shù)可以推動(dòng)傳統(tǒng)數(shù)字校園向智慧校園轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)暨服務(wù)。5G通信技術(shù)賦能傳統(tǒng)數(shù)字校園中孤立的感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能教育裝備互通互聯(lián)，邊緣云智能分析感知終端匯聚的海量“小”數(shù)據(jù)支撐管理人員對(duì)校園裝備進(jìn)行精細(xì)化管理和智能化控制。各類(lèi)智能裝備與物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同工作，支持不同應(yīng)用場(chǎng)景下的智能感知、識(shí)別和數(shù)據(jù)采集，通過(guò)大數(shù)據(jù)的分析計(jì)算實(shí)現(xiàn)按需和主動(dòng)的智能服務(wù)，理解學(xué)習(xí)的場(chǎng)景和特征，智慧化地適應(yīng)個(gè)體需求，實(shí)現(xiàn)從人找信息到信息找人的轉(zhuǎn)換(余勝泉，2016)，從而構(gòu)建萬(wàn)物互聯(lián)、全面感知、可靠傳輸、智能處理、主動(dòng)智能的智慧校園。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

以5G為代表的前沿技術(shù)擁有較大的技術(shù)使能潛力，有望變革傳統(tǒng)數(shù)字校園的各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景。將5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、邊緣計(jì)算等技術(shù)與教育深度融合，將促進(jìn)智慧校園發(fā)生重大變革，對(duì)傳統(tǒng)的教與學(xué)帶來(lái)顯著沖擊(余勝泉，2016)。利用5G技術(shù)的高帶寬、低時(shí)延、大連接的技術(shù)特性和切片技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)促進(jìn)智慧校園建設(shè)，使得教學(xué)環(huán)境智能化、教師服務(wù)社會(huì)化、人才培養(yǎng)個(gè)性化、教學(xué)評(píng)價(jià)多樣化、學(xué)校管理科學(xué)化(余勝泉，2018)。根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)需求將5G智慧校園專(zhuān)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景分為：高帶寬場(chǎng)景、大連接場(chǎng)景、低時(shí)延場(chǎng)景和網(wǎng)絡(luò)分級(jí)管控場(chǎng)景(見(jiàn)圖1)。

圖1 5G智慧校園專(zhuān)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景

(一)高帶寬場(chǎng)景

該場(chǎng)景需要采集音視頻等多模態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高，主要面對(duì)的業(yè)務(wù)包括：高清視頻遠(yuǎn)程教學(xué)、AR/VR教學(xué)、精準(zhǔn)教研智能分析、敏感人群檢測(cè)、校園安全行為分析、學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)監(jiān)測(cè)、學(xué)生心理健康預(yù)警、課堂交互行為分析、教學(xué)預(yù)警分析等。

基于5G的智慧校園借助智能化的終端設(shè)備將采集到的數(shù)據(jù)安全、可靠、穩(wěn)定地傳輸?shù)皆贫耍?lián)合智能分析技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，輔助系統(tǒng)主動(dòng)、智能地服務(wù)教與學(xué)，以及支撐學(xué)校管理層科學(xué)決策。如高清視頻的穩(wěn)定傳輸保障了遠(yuǎn)程教學(xué)的順利開(kāi)展，邊緣計(jì)算支持網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)功能或達(dá)到遠(yuǎn)程即現(xiàn)場(chǎng)的效果，學(xué)?？梢赃M(jìn)行多地教室同步授課，還能滿(mǎn)足“面對(duì)面”個(gè)別化教學(xué)需求(張坤穎等，2019)。而VR/AR教學(xué)也依賴(lài)于5G網(wǎng)絡(luò)高速率地傳輸數(shù)據(jù)，使教師可開(kāi)展多種基于VR/AR的教學(xué)，如虛擬實(shí)驗(yàn)課、虛擬創(chuàng)客、STEM教育、游戲化學(xué)習(xí)等寓教于樂(lè)的教學(xué)形式，給予學(xué)生沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升學(xué)習(xí)者的知識(shí)感知和保留度。

課堂教學(xué)是學(xué)校教育的主陣地，借助教育數(shù)據(jù)提升課堂教學(xué)效率也依賴(lài)于5G網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)匯聚的課堂教學(xué)數(shù)據(jù)支撐課堂交互行為分析和教學(xué)預(yù)警分析，系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)向教師反饋課堂教學(xué)效果以及預(yù)警潛在問(wèn)題，助力教師為學(xué)生提供精準(zhǔn)的智能教學(xué)服務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)“因材施教”。

利用智能感知技術(shù)采集并存儲(chǔ)教學(xué)全過(guò)程的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)深度分析數(shù)據(jù)，可有效評(píng)估學(xué)生的學(xué)業(yè)成就、學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)、心理健康、體質(zhì)狀態(tài)和認(rèn)知水平(余勝泉，2020)，幫助教師基于數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)和實(shí)時(shí)獲悉學(xué)生的心理、身體健康，提升學(xué)習(xí)效果的同時(shí)促進(jìn)學(xué)生健康成長(zhǎng)。

5G網(wǎng)絡(luò)除了服務(wù)于教學(xué)外，也能助力精準(zhǔn)教研。穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)和全方位的物聯(lián)網(wǎng)能收集多方面的教研數(shù)據(jù)并將其可靠地傳輸?shù)皆贫耍瑪?shù)據(jù)中心內(nèi)置的數(shù)據(jù)分析技術(shù)智能分析教研數(shù)據(jù)，幫助教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身的問(wèn)題，助力教師精準(zhǔn)破解教學(xué)難題(余勝泉，2018)。

學(xué)校還可利用分布在各處的高清攝像頭、傳感器等實(shí)現(xiàn)高效精準(zhǔn)的敏感人群檢測(cè)、校園安全行為分析，為學(xué)生提供全天候、無(wú)死角的安全保障服務(wù)，打造綠色、健康、安全的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。

2.大連接場(chǎng)景

該場(chǎng)景主要服務(wù)于以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。在大連接場(chǎng)景下，設(shè)備終端分布廣泛、數(shù)量眾多，局部地區(qū)設(shè)備密度大。利用5G的技術(shù)特性，結(jié)合邊緣計(jì)算，為校園終端設(shè)備賦予連接性、智能性，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景、全方位、全天候的監(jiān)控與管理，確保校園安全，構(gòu)建智慧物聯(lián)校園，營(yíng)造綠色、安全、可靠的教學(xué)環(huán)境。代表性的業(yè)務(wù)場(chǎng)景包括：電子圍欄、管網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、能源使用分析、火災(zāi)自動(dòng)預(yù)警、無(wú)接觸智能門(mén)禁等。

電子圍欄是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的有監(jiān)控的特定安全區(qū)域，用于防止非法侵入或者非法逃逸。通過(guò)紅外對(duì)射傳感器、5G基站信號(hào)定位，并配合高清攝像頭構(gòu)建的電子圍欄，有效防止區(qū)域非法入侵。5G基站信號(hào)定位可以收集到移動(dòng)終端設(shè)備碼信息，并上傳到云平臺(tái)，智能監(jiān)控軟件進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，如碰撞分析、伴隨分析、脫離分析等，實(shí)現(xiàn)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控。比如，幼兒園的平安校車(chē)，當(dāng)有小孩脫離安全區(qū)域或滯留車(chē)內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)預(yù)警。攝像機(jī)對(duì)固定區(qū)域進(jìn)行視頻掃描偵測(cè)，如果有人異常闖入，前端會(huì)通過(guò)預(yù)警閃爍、語(yǔ)音提示、激光跟蹤對(duì)入侵者進(jìn)行警示，可應(yīng)用于校門(mén)、圍墻監(jiān)控等場(chǎng)景。

管網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)借助5G智能終端對(duì)學(xué)校宿舍、辦公樓的水電、路燈等進(jìn)行智能化的管控，終端設(shè)備將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，自?dòng)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，掌握管網(wǎng)內(nèi)動(dòng)態(tài)?？刂浦行膶?duì)終端數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析掌握校園的能耗使用情況，提升能源利用率，構(gòu)建綠色智能、人和物可管的智聯(lián)校園。針對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的異常情況，系統(tǒng)自動(dòng)分析預(yù)警，使安全隱患前置化、隱患排查精細(xì)化、隱患處置數(shù)據(jù)化，全方位地保障校園安全，建設(shè)一個(gè)平安和諧的校園環(huán)境。無(wú)接觸智能門(mén)禁對(duì)校園內(nèi)人員、車(chē)輛通行進(jìn)行控制管理，門(mén)禁系統(tǒng)同時(shí)支持與報(bào)警、視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)響應(yīng)。

3.低時(shí)延場(chǎng)景

該場(chǎng)景中教育裝備遠(yuǎn)程控制及實(shí)驗(yàn)儀器遠(yuǎn)程共享，對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求極高，主要針對(duì)的業(yè)務(wù)包括：實(shí)驗(yàn)儀器遠(yuǎn)程控制、教育機(jī)器人控制、智能設(shè)備遠(yuǎn)程控制等。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要學(xué)生通過(guò)實(shí)際動(dòng)手操作將理論與實(shí)踐相結(jié)合更好地理解教學(xué)內(nèi)容，但部分大型儀器昂貴，實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備數(shù)量有限，常常無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求(呂強(qiáng)等，2016)。通過(guò)遠(yuǎn)程的方式，實(shí)現(xiàn)大型儀器遠(yuǎn)程操作與共享是一種解決方法。5G與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇，通過(guò)構(gòu)建遠(yuǎn)程開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使學(xué)生在沒(méi)有教師的監(jiān)督下有充足的時(shí)間遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)(尹學(xué)松等，2016)。但遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求極高，傳統(tǒng)的校園網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿(mǎn)足。5G網(wǎng)絡(luò)可以將時(shí)延降低至1ms，真正為學(xué)生帶來(lái)“遠(yuǎn)程即現(xiàn)場(chǎng)”實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)。

除遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)外，教育機(jī)器人也成為新一代教育信息化發(fā)展的重要產(chǎn)物。教育機(jī)器人分兩類(lèi)：一種是為教學(xué)活動(dòng)服務(wù)的，是教師良好的教學(xué)工具，可用于輔助學(xué)習(xí)者進(jìn)行機(jī)器人領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐；另一種是教育服務(wù)類(lèi)機(jī)器人，被直接用于智能輔助教學(xué)過(guò)程(盧宇等，2020)。無(wú)論哪種教育機(jī)器人，都有大量研究發(fā)現(xiàn)它們是教師教育、學(xué)生學(xué)習(xí)的得力助手，5G技術(shù)的低時(shí)延以及內(nèi)生支持的邊緣技術(shù)，可有效支持控制教育機(jī)器人所需的快速響應(yīng)需求，迅速執(zhí)行命令。

另外，隨著教育信息化的持續(xù)發(fā)展，學(xué)校引入大量的智能裝備，使校園內(nèi)充斥著種類(lèi)繁多、數(shù)量眾多的校園智能裝備，給學(xué)校管理人員管理裝備帶來(lái)很大壓力。5G技術(shù)賦能學(xué)校高效管理教育裝備，可以對(duì)學(xué)校的所有教育裝備進(jìn)行物聯(lián)化和互聯(lián)化，實(shí)時(shí)收集教學(xué)設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)，智能化分析，可視化呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的統(tǒng)一管理和監(jiān)測(cè)；可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝備故障，保證教育設(shè)備可用性，有效提高區(qū)域裝備使用率；可以實(shí)時(shí)掌握裝備現(xiàn)狀，為科學(xué)采購(gòu)提供有效數(shù)據(jù)支撐；可支持教學(xué)設(shè)備間的數(shù)據(jù)流互通互用，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制，通過(guò)可視化運(yùn)營(yíng)運(yùn)維界面，有效降低維護(hù)成本。

4.網(wǎng)絡(luò)分級(jí)管控場(chǎng)景

該場(chǎng)景面向綠色、安全校園的需求，主要利用5G的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，對(duì)不同身份的用戶(hù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)的安全控制，利用切片技術(shù)為學(xué)校各類(lèi)教育業(yè)務(wù)構(gòu)建專(zhuān)用、虛擬、隔離、按需定制的邏輯網(wǎng)絡(luò)，滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的差異化需求。傳統(tǒng)校園網(wǎng)絡(luò)中的教師、學(xué)生以及外來(lái)訪(fǎng)問(wèn)人員，無(wú)論其身份有多大差異，都融合在同一張校園網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)師生的信息安全、數(shù)據(jù)隱私帶來(lái)極大隱患。另外，不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求差異顯著，如遠(yuǎn)程教學(xué)的高清視頻傳輸與評(píng)價(jià)場(chǎng)景中學(xué)生行為數(shù)據(jù)采集，若采用同一網(wǎng)絡(luò)為多種業(yè)務(wù)提供相同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，必然導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的相互沖突，難以有效地平衡與管控，也無(wú)法達(dá)到某些極限場(chǎng)景中的網(wǎng)絡(luò)需求。

利用5G的切片技術(shù)針對(duì)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的用網(wǎng)需求部署專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只包含特定應(yīng)用場(chǎng)景的功能，可極大提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)效率，網(wǎng)絡(luò)性能也能得到保障。智慧校園建設(shè)中，針對(duì)不同業(yè)務(wù)類(lèi)型劃分不同網(wǎng)絡(luò)，可以使不同速率要求的業(yè)務(wù)都得到滿(mǎn)足；針對(duì)學(xué)生、教師、外來(lái)訪(fǎng)問(wèn)人員劃分不同網(wǎng)絡(luò)，有效保障各類(lèi)用戶(hù)的數(shù)據(jù)安全，同時(shí)針對(duì)不同身份的用戶(hù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)控制，如針對(duì)學(xué)生而言可做到上網(wǎng)行為可溯源，過(guò)濾掉不健康的信息和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能，為學(xué)生搭建綠色、健康的校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；針對(duì)教學(xué)、教研、教管、評(píng)價(jià)等應(yīng)用場(chǎng)景，也可以部署專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，保障應(yīng)用安全、穩(wěn)定、可靠地執(zhí)行。

三、邊-云融合的教育專(zhuān)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

5G教育專(zhuān)網(wǎng)既可以服務(wù)于學(xué)校內(nèi)業(yè)務(wù)的開(kāi)展，也支持校區(qū)間、教育單位之間互通互聯(lián)。它是運(yùn)營(yíng)商基于公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)頻段為教育機(jī)構(gòu)部署的網(wǎng)絡(luò)，但與5G公網(wǎng)邏輯隔離。學(xué)?；谶\(yùn)營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò)部署滿(mǎn)足自身需求的校園專(zhuān)網(wǎng)，具體的校園專(zhuān)網(wǎng)有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一種是學(xué)校內(nèi)部部署的物理隔離的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，另一種是所有學(xué)校共享教育專(zhuān)網(wǎng)的公共網(wǎng)絡(luò)資源，使用5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)構(gòu)建的邏輯隔離的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)(Harrison，2019)。采用第一種方式構(gòu)建專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，學(xué)校間仍相互獨(dú)立，每所學(xué)校都需要部署全套的5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及承擔(dān)校園網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維工作，學(xué)校之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)集中管理的數(shù)據(jù)共享；第二種專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式依賴(lài)于運(yùn)營(yíng)商，網(wǎng)絡(luò)部署工作與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維工作由專(zhuān)業(yè)的運(yùn)營(yíng)商及專(zhuān)業(yè)運(yùn)維公司承擔(dān)。由于第二種網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是所有學(xué)校共享同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)，避免了第一種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式可能導(dǎo)致學(xué)校之間不互通的問(wèn)題，有效支持學(xué)校間數(shù)據(jù)共享，支撐教育管理部門(mén)依賴(lài)學(xué)校客觀、全面的數(shù)據(jù)科學(xué)決策。

比較完整、通用的5G教育專(zhuān)網(wǎng)整體架構(gòu)如圖2所示，各學(xué)校的教育專(zhuān)網(wǎng)均可在此通用結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)剪裁得到適合本校的專(zhuān)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。專(zhuān)網(wǎng)構(gòu)建了教育中心云、區(qū)域云和邊緣云的多層級(jí)教育云環(huán)境，中心云主要提供全局性的能力服務(wù)，如AI數(shù)據(jù)分析、高速互聯(lián)等；區(qū)域云主要實(shí)現(xiàn)區(qū)域教育整體管理與資源共享，如區(qū)域性智能教育管理與公服務(wù)等；邊緣云主要負(fù)責(zé)校內(nèi)特色應(yīng)用以及需要實(shí)時(shí)控制的應(yīng)用等，如智能教育裝備管理等。將多級(jí)教育單位融合在同一教育專(zhuān)網(wǎng)中，可滿(mǎn)足國(guó)家級(jí)、區(qū)域級(jí)、校園級(jí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和高速網(wǎng)絡(luò)使用需求，使各層級(jí)服務(wù)能在專(zhuān)網(wǎng)層級(jí)融合與多級(jí)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)暨服務(wù)，對(duì)用戶(hù)更便捷透明，避免應(yīng)用的碎片化與信息孤島現(xiàn)象。教育專(zhuān)網(wǎng)通過(guò)覆蓋各級(jí)教育單位和學(xué)校，匯聚各類(lèi)應(yīng)用中的教育基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、用戶(hù)行為數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換、治理和共享，為管理和教學(xué)提供科學(xué)、可靠的數(shù)據(jù)支撐，通過(guò)教育大數(shù)據(jù)打造教育生態(tài)圈，共同推進(jìn)教育信息化的發(fā)展。

圖2 5G教育專(zhuān)網(wǎng)整體架構(gòu)

專(zhuān)網(wǎng)以云網(wǎng)融合的移動(dòng)邊緣平臺(tái)(mobile edge platform，MEP)為基礎(chǔ)，借助5G切片技術(shù)和邊緣計(jì)算技術(shù)將校園內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和校間網(wǎng)絡(luò)融合，滿(mǎn)足學(xué)校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)靈活部署、教育數(shù)據(jù)安全可控、校園網(wǎng)絡(luò)高速穩(wěn)定以及學(xué)校間互通互聯(lián)的需求。移動(dòng)邊緣平臺(tái)部署在學(xué)校內(nèi)部，是一體化的5G集成平臺(tái)，學(xué)?？筛鶕?jù)自身業(yè)務(wù)靈活分配網(wǎng)絡(luò)資源及控制學(xué)校的數(shù)據(jù)流向，既實(shí)現(xiàn)本地卸流，加快本地運(yùn)算速度，又實(shí)現(xiàn)學(xué)校內(nèi)部數(shù)據(jù)不外泄，公共教育數(shù)據(jù)也可以多級(jí)教育單位共享，保證教育單位能獨(dú)立管控內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，也使各教育單位保持互通。移動(dòng)邊緣平臺(tái)提供系統(tǒng)級(jí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理與接入，可打通信息孤島，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一門(mén)戶(hù)，統(tǒng)一認(rèn)證，統(tǒng)一服務(wù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的軟件接口，動(dòng)態(tài)接入外部應(yīng)用與能力服務(wù)，構(gòu)建自我優(yōu)化的教育云平臺(tái)生態(tài)體系。移動(dòng)邊緣平臺(tái)還支持校園內(nèi)部多終端的數(shù)據(jù)采集和全方位多維度的數(shù)據(jù)分析，為學(xué)校師生提供個(gè)性化服務(wù)。

根據(jù)教育專(zhuān)網(wǎng)的整體架構(gòu)可進(jìn)一步設(shè)計(jì)出多校區(qū)連接的教育專(zhuān)網(wǎng)架構(gòu)(見(jiàn)圖3)。與傳統(tǒng)數(shù)字校園利用云計(jì)算進(jìn)行集中式數(shù)據(jù)處理不同，多校區(qū)的教育專(zhuān)網(wǎng)以邊云協(xié)同的形式服務(wù)于智慧校園，主要包括中心云、邊緣云。中心云將數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)功能下沉到“邊緣”后，主要負(fù)責(zé)管理多個(gè)邊緣云以及為邊緣云提供充足的虛擬化資源和各類(lèi)共性能力服務(wù)，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)度、算力分發(fā)使網(wǎng)絡(luò)資源利用率最優(yōu)化。由于中心云由大量的虛擬服務(wù)器組成，可提供持久化存儲(chǔ)以及為需要大計(jì)算量的應(yīng)用提供資源，如教育數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)據(jù)分析等。中心云通過(guò)教育云網(wǎng)融合管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)協(xié)同的連接和管理，利用核心網(wǎng)專(zhuān)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)學(xué)校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)的通信，提供安全的連接，保障通信的私密性。而邊緣云承載大量的計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能以及智能終端的管理任務(wù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)本地化、近距離部署，使網(wǎng)絡(luò)具有低時(shí)延、高帶寬的傳輸能力。由于邊緣云靠近用戶(hù)側(cè)，通過(guò)感知用戶(hù)使用網(wǎng)絡(luò)的情境信息(如網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、位置等)，可有效提升用戶(hù)的用網(wǎng)體驗(yàn)，提高服務(wù)質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)本地化的互通互聯(lián)，可有效降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、提高網(wǎng)絡(luò)帶寬，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)隱私數(shù)據(jù)本地化傳輸與存儲(chǔ)，保障用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全性。邊云融合解決了傳統(tǒng)云計(jì)算平臺(tái)負(fù)載過(guò)大網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“云-邊-端”一體化的應(yīng)用分發(fā)，使網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更穩(wěn)定可靠。

圖3 多校區(qū)教育專(zhuān)網(wǎng)架構(gòu)

這種邊-云融合的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)形態(tài)，保證了學(xué)校網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)獨(dú)立性，也為校區(qū)間、學(xué)校間、不同層級(jí)教育行政部門(mén)間的應(yīng)用互聯(lián)與共享提供了可能。以中心云-邊緣云組成的核心控制系統(tǒng)和服務(wù)系統(tǒng)為學(xué)校的業(yè)務(wù)開(kāi)展提供了專(zhuān)業(yè)可靠的服務(wù)，可以開(kāi)辟以SaaS為主要形態(tài)的服務(wù)市場(chǎng)，將重塑教育信息化軟件市場(chǎng)，由資源與平臺(tái)建設(shè)轉(zhuǎn)向服務(wù)建設(shè)。

四、應(yīng)用架構(gòu)

圖4 基于5G教育專(zhuān)網(wǎng)的智慧校園架構(gòu)

基于5G教育專(zhuān)網(wǎng)的應(yīng)用架構(gòu)包括終端層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)與能力平臺(tái)層和智慧校園服務(wù)層。學(xué)校使用多種智能感知終端、個(gè)人終端、教育裝備實(shí)現(xiàn)全方位、多角度地收集數(shù)據(jù)，利用5G網(wǎng)絡(luò)安全、穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和學(xué)習(xí)分析技術(shù)深入、全面地分析數(shù)據(jù)，構(gòu)成八大能力平臺(tái)提供多方面的服務(wù)：學(xué)習(xí)、教學(xué)、育人、評(píng)價(jià)、教研、教師培訓(xùn)、教育管理、公共服務(wù)，從而為教師、學(xué)生、管理人員提供智能化的支持服務(wù)和解決方案。

1.終端層

終端層主要借助各類(lèi)智能終端全方位地感知智慧教育情境信息以及利用智能終端為學(xué)校師生提供個(gè)性化服務(wù)。智能終端借助5G通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物的互聯(lián)和通信，使智慧校園能達(dá)到智能感知、智慧管理、智慧服務(wù)等目的。智能終端主要分為個(gè)人終端和教育裝備。

個(gè)人終端包括智能手機(jī)、筆記本電腦、智慧筆、VR/AR裝備等。師生使用個(gè)人終端可以隨時(shí)隨地獲取學(xué)習(xí)資源，與學(xué)習(xí)同伴實(shí)時(shí)互動(dòng)、共享學(xué)習(xí)資源，終端設(shè)備也能實(shí)時(shí)采集用戶(hù)的數(shù)據(jù)，如認(rèn)知、行為、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)風(fēng)格等，支撐系統(tǒng)提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)服務(wù)。

教育裝備包括教學(xué)儀器、安防監(jiān)控、帶傳感器的實(shí)驗(yàn)儀器等。常見(jiàn)的教學(xué)儀器包括智能麥克、智能大屏、數(shù)字視頻展示臺(tái)、音視頻采集器等，是教師面對(duì)面教學(xué)或遠(yuǎn)程教學(xué)的基礎(chǔ)性工具。安防監(jiān)控采用高清視頻監(jiān)控以及拾音器等傳感設(shè)備實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，全天候地監(jiān)控與管理，確保校園安全。帶傳感器的實(shí)驗(yàn)儀器指各種數(shù)字化的智能儀器，如數(shù)字探究實(shí)驗(yàn)室等，可以采集、傳輸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析和安全控制。

個(gè)人終端和教育裝備匯聚校園數(shù)據(jù)，為學(xué)校智慧管理和個(gè)性化服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。海量終端設(shè)備接入校園網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)載急劇增加，采用邊云協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)接入方式能有效應(yīng)對(duì)海量終端接入網(wǎng)絡(luò)的需要，多級(jí)邊緣云實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分流和承載海量的終端接入。智能終端將所采集的“小”數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給近端邊緣云，系統(tǒng)主動(dòng)為用戶(hù)提供個(gè)性化、智能化服務(wù)。

2.網(wǎng)絡(luò)層

智慧校園網(wǎng)絡(luò)包括核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)和邊緣節(jié)點(diǎn)。其中，核心網(wǎng)為信息處理中心，通過(guò)控制面和數(shù)據(jù)面分離以及控制面集中化實(shí)現(xiàn)本地分流、靈活路由等；無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入，通過(guò)控制面與數(shù)據(jù)面分離實(shí)現(xiàn)覆蓋與容量的分離，通過(guò)簇化集中控制實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)資源的集中協(xié)調(diào)管理(中國(guó)移動(dòng)政企公司等，2019)；承載網(wǎng)是連接無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)、核心網(wǎng)的端到端網(wǎng)絡(luò)，5G技術(shù)的高帶寬、低時(shí)延、廣連接特性對(duì)承載網(wǎng)的帶寬、容量、時(shí)延和組網(wǎng)靈活性方面有較高的需求；邊緣節(jié)點(diǎn)是帶有緩存和計(jì)算處理能力的節(jié)點(diǎn)部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣，與移動(dòng)設(shè)備、傳感器和用戶(hù)緊密相連，減少核心網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。

由于智慧校園往往有多種應(yīng)用場(chǎng)景，5G網(wǎng)絡(luò)切片通過(guò)網(wǎng)絡(luò)虛擬功能將原有的5G網(wǎng)絡(luò)分割為多個(gè)相互獨(dú)立的虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片都能適配特定的應(yīng)用場(chǎng)景，提供合理的網(wǎng)絡(luò)控制和高效的資源利用。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是在原有的硬件基礎(chǔ)設(shè)施中切分出多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片在設(shè)備、接入網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)方面實(shí)現(xiàn)邏輯隔離，適配不同應(yīng)用場(chǎng)景并滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需求(萬(wàn)芬等，2019)。網(wǎng)絡(luò)虛擬化是基于通用硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)軟件和硬件解耦，學(xué)校對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖母律?jí)將學(xué)校從重復(fù)的物理網(wǎng)絡(luò)部署中解放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)一次部署，多次重復(fù)使用。學(xué)?？蓪?zhuān)注于為全校師生提供教學(xué)、學(xué)習(xí)、生活相關(guān)的適應(yīng)性服務(wù)，既高效滿(mǎn)足特定場(chǎng)景的用網(wǎng)需求，也節(jié)省了學(xué)校的財(cái)力、物力和人力資源，提升網(wǎng)絡(luò)部署效率和資源利用率。

3.數(shù)據(jù)與能力平臺(tái)層

數(shù)據(jù)與能力平臺(tái)層利用邊緣計(jì)算將數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)從“核心”下沉到“邊緣”，減少了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，使學(xué)?？勺灾鞴芸?cái)?shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。數(shù)據(jù)與能力平臺(tái)層包括AI/大數(shù)據(jù)平臺(tái)、校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、安全管理與運(yùn)維平臺(tái)、個(gè)體教育大數(shù)據(jù)、教育應(yīng)用集成平臺(tái)、教育活動(dòng)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)日志數(shù)據(jù)等。

AI/大數(shù)據(jù)平臺(tái)、校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)日志數(shù)據(jù)為學(xué)校最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，服務(wù)于學(xué)校各項(xiàng)業(yè)務(wù)的開(kāi)展，學(xué)?？筛鶕?jù)自身的業(yè)務(wù)需求自主使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

云計(jì)算平臺(tái)主要部署校園網(wǎng)的核心控制系統(tǒng)，是構(gòu)建數(shù)據(jù)共享的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。相比于集中部署的云計(jì)算平臺(tái)，邊緣計(jì)算平臺(tái)部署于基站側(cè)、基站匯聚側(cè)或核心網(wǎng)邊緣側(cè)，可管理海量的終端設(shè)備，提供高可靠低時(shí)延組網(wǎng)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算和緩存加速、網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放等基礎(chǔ)能力(中國(guó)移動(dòng)政企公司等，2019)。多級(jí)邊緣計(jì)算為智慧教育提供實(shí)時(shí)、可靠、智能和泛在的端到端服務(wù)。

教育應(yīng)用集成平臺(tái)主要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接口，將外部的能力服務(wù)、第三方的應(yīng)用服務(wù)按照學(xué)校業(yè)務(wù)需求，接入校園網(wǎng)絡(luò)空間，并對(duì)應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一用戶(hù)、權(quán)限控制、數(shù)據(jù)交換及使用計(jì)費(fèi)的處理。

安全管理和運(yùn)維平臺(tái)涵蓋人、資產(chǎn)相關(guān)的安全管理，教學(xué)、考試相關(guān)的教務(wù)管理，裝備的智能管控，以及校園網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維管理。安全管理和運(yùn)維平臺(tái)是建設(shè)智慧校園、平安校園、智聯(lián)校園的基礎(chǔ)性平臺(tái)。

個(gè)體教育大數(shù)據(jù)和教育活動(dòng)大數(shù)據(jù)主要用來(lái)為師生提供個(gè)性化的教育服務(wù)，其中個(gè)體教育大數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和學(xué)習(xí)分析技術(shù)為個(gè)體用戶(hù)建模，全面分析和多角度地探究個(gè)體學(xué)習(xí)、生活各方面的發(fā)展?fàn)顩r，以此提供精準(zhǔn)服務(wù)。

教育活動(dòng)大數(shù)據(jù)則主要聚焦于教和學(xué)。在學(xué)生層面分析認(rèn)知、行為等數(shù)據(jù)以此了解學(xué)習(xí)者在教學(xué)環(huán)節(jié)或自主學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)和知識(shí)掌握情況等，通過(guò)多元、多樣的形式對(duì)其進(jìn)行即時(shí)的、精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)和干預(yù)。在教師層面打造智能服務(wù)平臺(tái)，減少教師機(jī)械、重復(fù)的教學(xué)工作，發(fā)揮教師育人的核心價(jià)值，一方面服務(wù)于教師自身的專(zhuān)業(yè)成長(zhǎng)，另一方面提升教師的教學(xué)效率。

4.智慧校園服務(wù)層

智慧校園服務(wù)層借助5G的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，針對(duì)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的需求將網(wǎng)絡(luò)劃分成不同的“車(chē)道”，為各業(yè)務(wù)提供獨(dú)占的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，保障所有業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)質(zhì)量。智慧校園針對(duì)教師、學(xué)生、管理人員、家長(zhǎng)提供了多樣化的服務(wù)，包括學(xué)習(xí)、教學(xué)、育人、評(píng)價(jià)、教研、教師培訓(xùn)、教管、公共服務(wù)。

學(xué)習(xí)方面，系統(tǒng)利用多模態(tài)數(shù)據(jù)分析學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，精準(zhǔn)了解學(xué)生核心知識(shí)的學(xué)科能力水平，針對(duì)性地提供學(xué)習(xí)支架支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

教學(xué)方面，系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)時(shí)進(jìn)行學(xué)情分析，方便教師及時(shí)了解班級(jí)的整體學(xué)習(xí)情況和學(xué)生個(gè)體的學(xué)習(xí)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化和個(gè)性化結(jié)合的包容性教學(xué)。

育人方面，學(xué)校致力于打造開(kāi)放的智慧校園環(huán)境，幫助家長(zhǎng)實(shí)時(shí)了解孩子的學(xué)習(xí)狀態(tài)、身體狀況和心理狀況，增強(qiáng)家校合作共育，拉進(jìn)家長(zhǎng)與學(xué)校的距離。

評(píng)價(jià)方面，教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)教育評(píng)價(jià)體系的重構(gòu)，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方式以教師主觀判斷為主、評(píng)價(jià)手段和評(píng)價(jià)內(nèi)容比較單一，而數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教育評(píng)價(jià)依據(jù)教育數(shù)據(jù)為學(xué)生提供客觀、公正、多元的個(gè)性化評(píng)價(jià)和適應(yīng)性學(xué)習(xí)服務(wù)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

教研方面，5G針對(duì)傳統(tǒng)教研過(guò)程單一的問(wèn)題提供多種智能協(xié)同教研工具，促進(jìn)跨區(qū)域的、智能的教學(xué)改進(jìn)交流，結(jié)合系統(tǒng)智能分析教研數(shù)據(jù)幫助教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身的問(wèn)題，為教師精準(zhǔn)推薦優(yōu)質(zhì)的學(xué)科資源，提升教師學(xué)科能力。學(xué)校也充分考慮教師自身的專(zhuān)業(yè)成長(zhǎng)，提供優(yōu)質(zhì)的教師培訓(xùn)。

教管方面，教育管理涉及人和資產(chǎn)的安全管理、教學(xué)相關(guān)的教務(wù)管理以及學(xué)校設(shè)備的智能管控，5G結(jié)合網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)簡(jiǎn)化校園網(wǎng)絡(luò)管控、統(tǒng)一智能終端管理，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法為管理人員提供高效、快捷的管理服務(wù)。

另外，學(xué)校還包含大量的公共服務(wù)，如圖書(shū)館借閱、校園網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)等，滿(mǎn)足師生學(xué)習(xí)、生活方方面面的需求。由于學(xué)校為不同用戶(hù)提供了相互隔離的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，既能保障用戶(hù)的數(shù)據(jù)隱私和安全，還能為用戶(hù)提供較高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

五、5G+智慧校園演進(jìn)的核心動(dòng)力

可管、可控并能提供主動(dòng)智能服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)智慧校園發(fā)展的基礎(chǔ)，5G技術(shù)三大特性：高帶寬、低時(shí)延、大連接，以及邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以很好地支持智慧校園建設(shè)，邊-云融合的5G教育專(zhuān)網(wǎng)將承載智慧校園中教師、學(xué)生、管理人員各方面需求，將推進(jìn)教育信息生態(tài)發(fā)生巨大變化，這種新生態(tài)的核心進(jìn)化動(dòng)力體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1)人機(jī)融合，主動(dòng)智能：未來(lái)的智慧校園必定是人機(jī)協(xié)同的時(shí)代，主動(dòng)智能的環(huán)境將大幅增強(qiáng)人的認(rèn)知能力，教師與人工智能合作共贏，共同提高教育質(zhì)量。人工智能技術(shù)的發(fā)展擴(kuò)展了人類(lèi)的認(rèn)知和思維能力(余勝泉，2019)，人工智能技術(shù)將為教師賦能。人工智能一方面將教師從簡(jiǎn)單、重復(fù)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，使教師有更多的時(shí)間和精力關(guān)心學(xué)生，提高教學(xué)效率；另一方面人工智能助力教師解決各類(lèi)復(fù)雜問(wèn)題，成為教師的有益助手，幫助教師解決憑一己之力難以解決的難題(余勝泉，2016)。

2)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：5G教育專(zhuān)網(wǎng)利用切片技術(shù)搭建符合學(xué)校需求的教育專(zhuān)網(wǎng)，學(xué)校由原來(lái)的校園網(wǎng)絡(luò)搭建者、維護(hù)者轉(zhuǎn)變成教育網(wǎng)絡(luò)的使用者，而網(wǎng)絡(luò)的供應(yīng)與服務(wù)由運(yùn)營(yíng)商的專(zhuān)業(yè)人員承擔(dān)。簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后極大地降低了學(xué)校維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，使學(xué)校有更多時(shí)間、精力專(zhuān)注于提高學(xué)校教育質(zhì)量，為全校師生提供更個(gè)性化服務(wù)。

3)“人-機(jī)-物”三元互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)的普及以及人人擁有的移動(dòng)智能終端為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)提供了極大便利，互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展了學(xué)習(xí)空間，不再將學(xué)習(xí)局限于實(shí)體的物理空間中?；?G技術(shù)的智慧校園使“人-機(jī)-物”三元互聯(lián)的智能學(xué)習(xí)空間成為可能。這個(gè)學(xué)習(xí)空間中包括由網(wǎng)絡(luò)將教師、學(xué)生及有著相似學(xué)習(xí)興趣的人聚集起來(lái)構(gòu)成的社會(huì)學(xué)習(xí)空間，各類(lèi)智能終端互通互聯(lián)構(gòu)成的信息空間，包含各類(lèi)智能服務(wù)的服務(wù)空間，以及促進(jìn)全連接的網(wǎng)絡(luò)空間(余勝泉，2020)。智能學(xué)習(xí)空間中，不同的學(xué)習(xí)空間、學(xué)習(xí)情境無(wú)縫銜接，智能終端全連接、相互協(xié)同，實(shí)時(shí)感知教師、學(xué)生的需求，提供適應(yīng)性服務(wù)。

4)安全、可控的校園網(wǎng)絡(luò)：利用5G網(wǎng)絡(luò)的切片技術(shù)滿(mǎn)足不同用戶(hù)、不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的用網(wǎng)需求，提供的網(wǎng)絡(luò)相互隔離保障了用戶(hù)的用網(wǎng)安全和數(shù)據(jù)隱私，構(gòu)建安全、可控的校園用網(wǎng)環(huán)境。針對(duì)學(xué)生訪(fǎng)問(wèn)的校園網(wǎng)絡(luò)，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層控制，可及時(shí)隔離不利于學(xué)生成長(zhǎng)的有害信息，搭建綠色、健康、安全的校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。針對(duì)教師訪(fǎng)問(wèn)的校園網(wǎng)絡(luò)，過(guò)濾廣告等無(wú)用信息，為教師營(yíng)造高效、干凈的用網(wǎng)環(huán)境。5G教育專(zhuān)網(wǎng)為青少年提供綠色安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，整合終端、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用等多層次安全保障技術(shù)，為學(xué)校提供定制化的安全保障，同時(shí)5G教育專(zhuān)網(wǎng)基于運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)改進(jìn)而來(lái)，可完全借鑒電信級(jí)大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)校獲得來(lái)自運(yùn)營(yíng)商的電信級(jí)安全保障服務(wù)。