WIFI6與5G技術(shù)在教育城域網(wǎng)中的融合應(yīng)用前景研究

徐強(qiáng)

【摘要】? ? 近來(lái)，無(wú)線WIFI6局域網(wǎng)技術(shù)開(kāi)始逐漸走入校園，而移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也同時(shí)在漸進(jìn)發(fā)展、不斷迭代，目前已經(jīng)發(fā)展到5G技術(shù)，能夠?qū)烧呓Y(jié)合的移動(dòng)智能終端也如雨后春筍般出現(xiàn)在我們身邊，將WIFI6、5G這兩種不同屬性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有機(jī)結(jié)合，在城域網(wǎng)組網(wǎng)、控制帶寬以及進(jìn)行有效負(fù)載均衡方面擁有很多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的研究方向之一。作為從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商下載數(shù)據(jù)的一種主要方式，WIFI6可以異構(gòu)集成到5G網(wǎng)絡(luò)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的高速無(wú)線訪問(wèn)，增加系統(tǒng)容量并提供高質(zhì)量的通信服務(wù)。是教育信息化建設(shè)的核心組成部分之一，也是公共管理的重要組成部分。本文對(duì)WIFI6與蜂窩技術(shù)在教育城域網(wǎng)中的融合應(yīng)用進(jìn)行了前景研究。

【關(guān)鍵詞】? ? WIFI6? ? 蜂窩技術(shù)? ? 教育城域網(wǎng)? ? 融合

教育城域網(wǎng)的信息資源是通過(guò)數(shù)字處理以及使用信息和通信技術(shù)將教育資源整合到學(xué)校的教學(xué)，研究和管理中形成的。它是根據(jù)學(xué)科知識(shí)體系和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的要求，將不同的教育資源進(jìn)行全面的整合。

近年來(lái)，智能移動(dòng)終端如雨后春筍般出現(xiàn)在我們身邊，應(yīng)用的廣度和深度之大，已經(jīng)開(kāi)始倒逼多模式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須進(jìn)行有效融合。

網(wǎng)絡(luò)帶寬的提升速度超乎想象，海量的各型各類多媒體內(nèi)容充斥我們的身邊，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容應(yīng)用的訴求，也逐漸由過(guò)去的單向接受，向雙向推送轉(zhuǎn)變。這使得日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量已經(jīng)被網(wǎng)絡(luò)帶寬所拖累，已經(jīng)成為有效溝通的瓶頸，而這也成為研究WIFI6-5G網(wǎng)絡(luò)融合網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力。

一、相關(guān)概念

1.1教育城域網(wǎng)的概念

建立教育城域網(wǎng)的目標(biāo)是共享資源，包括硬件和軟件資源，同時(shí)進(jìn)行教育大數(shù)據(jù)的收集、處理、分析。目前，區(qū)域教育網(wǎng)絡(luò)可以概括如下：校園網(wǎng)作為核心單元，在一定的教育思想和教育理論的指導(dǎo)下，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的某些技術(shù)特征，可以在共享信息和資源的學(xué)校中實(shí)現(xiàn)區(qū)域性特征。教育城域網(wǎng)是一種基于教育和培訓(xùn)以及大數(shù)據(jù)分析處理的分布式區(qū)域網(wǎng)絡(luò)資源系統(tǒng)。

1.2 WIFI6簡(jiǎn)介

作為一種高效，流行和經(jīng)濟(jì)的移動(dòng)無(wú)線技術(shù)，在過(guò)去的十年中，WIFI技術(shù)不斷發(fā)展和完善，為運(yùn)營(yíng)商級(jí)網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，WIFI網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度又從最初的54Mbps到802.11a再到600Mbps到802.11n再次提高。再演變至802.11ac以及ad協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)速度已經(jīng)超過(guò)1G。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)延遲也大大縮短，同時(shí)WIFI6針對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的控制功能也得到一定程度的增強(qiáng)。

WIFI6極大地拓展了之前WIFI5有限的無(wú)線帶寬，是傳統(tǒng)wifi無(wú)線技術(shù)的衍生、發(fā)展和集成。與固定的有線網(wǎng)絡(luò)相比，它不僅在成本和帶寬方面具有優(yōu)勢(shì)，而且由于無(wú)線技術(shù)的便利性，更加方便各類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在校園中進(jìn)行有效部署，WIFI6和5G網(wǎng)絡(luò)之間的通信和協(xié)作具有非常廣闊的發(fā)展前景。

1.3移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

蜂窩移動(dòng)通信發(fā)展非常迅速，因此業(yè)務(wù)需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了最初的預(yù)測(cè)。在大多數(shù)情況下，運(yùn)營(yíng)商僅限于固定頻率范圍，幾乎沒(méi)有希望擴(kuò)大該范圍，并且無(wú)法根據(jù)需求的發(fā)展擴(kuò)展原始的模擬技術(shù)。新技術(shù)可以更有效地利用頻譜，并為用戶提供更高的安全性和舒適度。

而新興的5G通訊技術(shù)同上述WIFI6技術(shù)一樣，超快的網(wǎng)速、極小的網(wǎng)絡(luò)延遲成為5G通訊技術(shù)的標(biāo)簽。

二、在教育城域網(wǎng)中5G網(wǎng)絡(luò)與 WIFI6 網(wǎng)絡(luò)的融合

2.1 5G網(wǎng)絡(luò)與WIFI6融合的架構(gòu)

隨著終端用戶需求的不斷提升，在教育城域網(wǎng)環(huán)境下，為了滿足各類終端的應(yīng)用，5G網(wǎng)絡(luò)與WIFI6的無(wú)界融合是實(shí)現(xiàn)用戶雙向數(shù)據(jù)溝通及交流的重要途徑，在可以預(yù)見(jiàn)的時(shí)間段內(nèi)，一定會(huì)成為5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的優(yōu)選方案。用戶終端可以使用S2a、b、c接口通過(guò)可穿透高級(jí)分組核心的交互式體系結(jié)構(gòu)（WLAN）訪問(wèn)城域網(wǎng)范圍內(nèi)的各種服務(wù)。

基于S2a接口的融合體系結(jié)構(gòu)支持經(jīng)過(guò)認(rèn)可的WLAN訪問(wèn)。通常， PDN網(wǎng)關(guān)在WLAN和PDN網(wǎng)關(guān)之間建立受信任的PDN連接，并在WLAN中成為用戶的配置節(jié)點(diǎn)。

S2a接口可以代理5G網(wǎng)絡(luò)的IPv6協(xié)議，并通過(guò)安全的隧道協(xié)議進(jìn)行外部地址代理。S2a接口同樣可以滿足終端用戶通過(guò)受信任的wlan進(jìn)行身份驗(yàn)證和注冊(cè)信息的重定向。

如果需要利用不受信任的WLAN進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，可以通過(guò)S2b接口進(jìn)行。設(shè)備與PDN網(wǎng)關(guān)之間可以通過(guò)S2b接口建立連接。可以在不受信任的WLAN和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立相對(duì)安全的接口連接，雙方可以在安全隧道中建立數(shù)據(jù)聯(lián)系。

而通過(guò)S2c接口可以同時(shí)進(jìn)行可信任和不受信任的WLAN訪問(wèn)。

5G網(wǎng)絡(luò)與WIFI6網(wǎng)絡(luò)是兩種從協(xié)議到模式都完全不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，所以他們之間在沒(méi)有媒介的情況下，完全不可能實(shí)現(xiàn)通常意義上的互聯(lián)互通，為了實(shí)現(xiàn)將固定部署的小型校園基站或者5G網(wǎng)絡(luò)中的流量需求轉(zhuǎn)嫁到到WIFI6上，目前大致有三種方法：1、基于網(wǎng)絡(luò)的IP流移動(dòng)性（NBIFOM），2、本地IP接入（LIPA），3、選擇性IP流量卸除（SIPTO）。同時(shí)關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)與WIFI6網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)互通的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在緊鑼密鼓的制定中，其中有兩個(gè)關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)融合方式Hotspot和NGN技術(shù)是基于802.11u協(xié)議提出的。

2.2 WIFI6-5G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

其實(shí)WIFI6-5G融合網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是一種Mesh網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)Mesh網(wǎng)絡(luò)是在骨干網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，利用Mesh節(jié)點(diǎn)作為路由，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，提供一定的路由器功能，以方便終端用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行性管理和使用。但在WIFI6—5G融合網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中所有的有效工作節(jié)點(diǎn)不論是功能還是所處地位都是平等的。

在WIFI6-5G融合網(wǎng)絡(luò)中，所有接入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，共同組成了一個(gè)大型多路徑多跳點(diǎn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，所在網(wǎng)絡(luò)中正常工作的全部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都可以承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)，他們可以共同組成大一統(tǒng)的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，更重要的是完全可以使用較低功率的發(fā)射功率進(jìn)行大范圍的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，這一點(diǎn)，作為在城域網(wǎng)教育教學(xué)環(huán)境中部署的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備尤為重要，將射頻輻射對(duì)環(huán)境的影響降至忽略不計(jì)。

在WIFI6—5G融合網(wǎng)絡(luò)中，所有的接入設(shè)備，如筆記本電腦，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，各類手機(jī)、平板電腦等，都不再是僅僅進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入的單純的客戶端，而是作為組成網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)分子，在一個(gè)可以統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織的架構(gòu)下通過(guò)可靠的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。

在這樣的一個(gè)龐大復(fù)雜而又多功能的綜合性網(wǎng)絡(luò)中，必定會(huì)存在大量的智能手機(jī)終端在同時(shí)使用，而手機(jī)終端和移動(dòng)通訊基站都會(huì)有專屬的4G/5G數(shù)據(jù)傳輸鏈路，同時(shí)，它們和WIFI6網(wǎng)絡(luò)也可以有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接。這些設(shè)備同樣形成了構(gòu)成了整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的WIFI6-5G異構(gòu)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。在這個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)就是那些可以同時(shí)連接wifi6或5G網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備。

WIFI6-5G融合網(wǎng)絡(luò)是一種在5G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，同時(shí)通過(guò)WIFI6連接組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的一種異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。融合網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸模式也同時(shí)存在很強(qiáng)的異構(gòu)性，包括傳統(tǒng)移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的5G數(shù)據(jù)連接，以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的WIFI6連接。

可以根據(jù)城域網(wǎng)中各接入設(shè)備的屬性將接入WIFI6-5G網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備分為四種：

1）5G節(jié)點(diǎn)：直接接入5G網(wǎng)絡(luò)基站的節(jié)點(diǎn)，如沒(méi)有開(kāi)啟WIFI6網(wǎng)絡(luò)功能的智能手機(jī)、平板電腦;

2）網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)：可以同時(shí)連接5G網(wǎng)絡(luò)和wifi6網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合型異構(gòu)節(jié)點(diǎn)，如擁有WIFI6網(wǎng)卡設(shè)備和5G網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)，擁有WIFI6網(wǎng)卡同時(shí)可以通過(guò)移動(dòng)5G CPE 接入網(wǎng)絡(luò)的筆記本電腦;

3）臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)：通過(guò)WIFI6進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接的節(jié)點(diǎn)，包括網(wǎng)絡(luò)中的筆記本電腦，平板電腦、擁有WIFI6無(wú)線網(wǎng)卡的臺(tái)式電腦。

同時(shí)也可以將WIFI6-5G融合網(wǎng)絡(luò)中的連接方式分為兩種：

1）移動(dòng)終端（如5G智能手機(jī)）與基站的5G接入：由于5G網(wǎng)絡(luò)的特性，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，終端與基站始終保持它們之間只有一跳;

2）通過(guò)WIFI6網(wǎng)卡設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)：該類接入設(shè)備可以基于WIFI6網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的特點(diǎn)，在不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過(guò)媒介節(jié)點(diǎn)通過(guò)多跳進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著信息化教學(xué)手段的快速普及，信息展現(xiàn)方式的日新月異，大數(shù)據(jù)分析在教育教學(xué)中的應(yīng)用日益增多，這些都給教育城域網(wǎng)的建設(shè)帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的wifi5或4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不堪重負(fù)，2020年開(kāi)始涌現(xiàn)出的各類直播課、在線課堂更是讓傳統(tǒng)教育城域網(wǎng)壓力劇增，甚至達(dá)到不堪重負(fù)的地步。南京市秦淮區(qū)在2020年2-5月份的在線直播課中，僅僅一天，一個(gè)上午的直播帶來(lái)的流量就達(dá)到150T，而150T的流量，僅僅給不到13萬(wàn)的在校學(xué)生提供了3個(gè)小時(shí)左右的在線直播服務(wù)。這類應(yīng)用給傳統(tǒng)的城域網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)超大的流量負(fù)載壓力。

除了升級(jí)5G網(wǎng)絡(luò)之外，分流成為卸除5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓力的有效途徑。而WIFI6憑借其極高的傳輸速度、簡(jiǎn)單的部署方案、極佳的擴(kuò)展性和靈活性、極小的網(wǎng)絡(luò)延遲成為5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分流的首選方案。WIFI6與5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更高層次的深度融合一定會(huì)是教育城域網(wǎng)發(fā)展中的必經(jīng)之路。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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