WIFI6與5G技術在教育城域網(wǎng)中的融合應用前景研究

徐強

【摘要】? ? 近來，無線WIFI6局域網(wǎng)技術開始逐漸走入校園，而移動網(wǎng)絡技術也同時在漸進發(fā)展、不斷迭代，目前已經(jīng)發(fā)展到5G技術，能夠將兩者結合的移動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)絡架構有機結合，在城域網(wǎng)組網(wǎng)、控制帶寬以及進行有效負載均衡方面擁有很多優(yōu)點，已經(jīng)成為網(wǎng)絡應用領域的研究方向之一。作為從網(wǎng)絡運營商下載數(shù)據(jù)的一種主要方式，WIFI6可以異構集成到5G網(wǎng)絡中，以實現(xiàn)對多種網(wǎng)絡服務的高速無線訪問，增加系統(tǒng)容量并提供高質量的通信服務。是教育信息化建設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WIFI6與蜂窩技術在教育城域網(wǎng)中的融合應用進行了前景研究。

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

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

近年來，智能移動終端如雨后春筍般出現(xiàn)在我們身邊，應用的廣度和深度之大，已經(jīng)開始倒逼多模式無線網(wǎng)絡必須進行有效融合。

網(wǎng)絡帶寬的提升速度超乎想象，海量的各型各類多媒體內容充斥我們的身邊，人們對網(wǎng)絡內容應用的訴求，也逐漸由過去的單向接受，向雙向推送轉變。這使得日益增長的網(wǎng)絡流量已經(jīng)被網(wǎng)絡帶寬所拖累，已經(jīng)成為有效溝通的瓶頸，而這也成為研究WIFI6-5G網(wǎng)絡融合網(wǎng)絡的動力。

一、相關概念

1.1教育城域網(wǎng)的概念

建立教育城域網(wǎng)的目標是共享資源，包括硬件和軟件資源，同時進行教育大數(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下，根據(jù)網(wǎng)絡的某些技術特征，可以在共享信息和資源的學校中實現(xiàn)區(qū)域性特征。教育城域網(wǎng)是一種基于教育和培訓以及大數(shù)據(jù)分析處理的分布式區(qū)域網(wǎng)絡資源系統(tǒng)。

1.2 WIFI6簡介

作為一種高效，流行和經(jīng)濟的移動無線技術，在過去的十年中，WIFI技術不斷發(fā)展和完善，為運營商級網(wǎng)絡奠定了基礎，WIFI網(wǎng)絡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)絡速度已經(jīng)超過1G。與此同時，網(wǎng)絡訪問延遲也大大縮短，同時WIFI6針對網(wǎng)絡服務的控制功能也得到一定程度的增強。

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

1.3移動數(shù)據(jù)傳輸技術

蜂窩移動通信發(fā)展非常迅速，因此業(yè)務需求遠遠超出了最初的預測。在大多數(shù)情況下，運營商僅限于固定頻率范圍，幾乎沒有希望擴大該范圍，并且無法根據(jù)需求的發(fā)展擴展原始的模擬技術。新技術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通訊技術同上述WIFI6技術一樣，超快的網(wǎng)速、極小的網(wǎng)絡延遲成為5G通訊技術的標簽。

二、在教育城域網(wǎng)中5G網(wǎng)絡與 WIFI6 網(wǎng)絡的融合

2.1 5G網(wǎng)絡與WIFI6融合的架構

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用，5G網(wǎng)絡與WIFI6的無界融合是實現(xiàn)用戶雙向數(shù)據(jù)溝通及交流的重要途徑，在可以預見的時間段內，一定會成為5G網(wǎng)絡系統(tǒng)設計中的優(yōu)選方案。用戶終端可以使用S2a、b、c接口通過可穿透高級分組核心的交互式體系結構（WLAN）訪問城域網(wǎng)范圍內的各種服務。

基于S2a接口的融合體系結構支持經(jīng)過認可的WLAN訪問。通常， PDN網(wǎng)關在WLAN和PDN網(wǎng)關之間建立受信任的PDN連接，并在WLAN中成為用戶的配置節(jié)點。

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

如果需要利用不受信任的WLAN進行網(wǎng)絡傳輸，可以通過S2b接口進行。設備與PDN網(wǎng)關之間可以通過S2b接口建立連接。可以在不受信任的WLAN和網(wǎng)絡設備之間建立相對安全的接口連接，雙方可以在安全隧道中建立數(shù)據(jù)聯(lián)系。

而通過S2c接口可以同時進行可信任和不受信任的WLAN訪問。

5G網(wǎng)絡與WIFI6網(wǎng)絡是兩種從協(xié)議到模式都完全不同的無線網(wǎng)絡，所以他們之間在沒有媒介的情況下，完全不可能實現(xiàn)通常意義上的互聯(lián)互通，為了實現(xiàn)將固定部署的小型校園基站或者5G網(wǎng)絡中的流量需求轉嫁到到WIFI6上，目前大致有三種方法：1、基于網(wǎng)絡的IP流移動性（NBIFOM），2、本地IP接入（LIPA），3、選擇性IP流量卸除（SIPTO）。同時關于5G網(wǎng)絡與WIFI6網(wǎng)絡之間互聯(lián)互通的技術標準也在緊鑼密鼓的制定中，其中有兩個關鍵的網(wǎng)絡融合方式Hotspot和NGN技術是基于802.11u協(xié)議提出的。

2.2 WIFI6-5G網(wǎng)絡的結構特點

其實WIFI6-5G融合網(wǎng)絡本質上是一種Mesh網(wǎng)絡。傳統(tǒng)Mesh網(wǎng)絡是在骨干網(wǎng)絡的基礎上，利用Mesh節(jié)點作為路由，擴展網(wǎng)絡覆蓋范圍，提供一定的路由器功能，以方便終端用戶對網(wǎng)絡進行性管理和使用。但在WIFI6—5G融合網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡中所有的有效工作節(jié)點不論是功能還是所處地位都是平等的。

在WIFI6-5G融合網(wǎng)絡中，所有接入網(wǎng)絡的節(jié)點設備，共同組成了一個大型多路徑多跳點無線網(wǎng)絡，所在網(wǎng)絡中正常工作的全部網(wǎng)絡節(jié)點都可以承擔數(shù)據(jù)轉發(fā)業(yè)務，他們可以共同組成大一統(tǒng)的區(qū)域網(wǎng)絡，更重要的是完全可以使用較低功率的發(fā)射功率進行大范圍的網(wǎng)絡覆蓋，這一點，作為在城域網(wǎng)教育教學環(huán)境中部署的網(wǎng)絡設備尤為重要，將射頻輻射對環(huán)境的影響降至忽略不計。

在WIFI6—5G融合網(wǎng)絡中，所有的接入設備，如筆記本電腦，網(wǎng)絡通訊設備，各類手機、平板電腦等，都不再是僅僅進行網(wǎng)絡接入的單純的客戶端，而是作為組成網(wǎng)絡的有機分子，在一個可以統(tǒng)一協(xié)調組織的架構下通過可靠的協(xié)議進行數(shù)據(jù)的存儲和轉發(fā)。

在這樣的一個龐大復雜而又多功能的綜合性網(wǎng)絡中，必定會存在大量的智能手機終端在同時使用，而手機終端和移動通訊基站都會有專屬的4G/5G數(shù)據(jù)傳輸鏈路，同時，它們和WIFI6網(wǎng)絡也可以有點對點鏈接。這些設備同樣形成了構成了整體網(wǎng)絡架構中的WIFI6-5G異構網(wǎng)關節(jié)點。在這個異構網(wǎng)絡中的網(wǎng)關節(jié)點就是那些可以同時連接wifi6或5G網(wǎng)絡的終端設備。

WIFI6-5G融合網(wǎng)絡是一種在5G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的基礎上，同時通過WIFI6連接組成點對點網(wǎng)絡的一種異構無線網(wǎng)絡。融合網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸模式也同時存在很強的異構性，包括傳統(tǒng)移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中的5G數(shù)據(jù)連接，以及點對點的WIFI6連接。

可以根據(jù)城域網(wǎng)中各接入設備的屬性將接入WIFI6-5G網(wǎng)絡的節(jié)點設備分為四種：

1）5G節(jié)點：直接接入5G網(wǎng)絡基站的節(jié)點，如沒有開啟WIFI6網(wǎng)絡功能的智能手機、平板電腦;

2）網(wǎng)關節(jié)點：可以同時連接5G網(wǎng)絡和wifi6網(wǎng)絡的復合型異構節(jié)點，如擁有WIFI6網(wǎng)卡設備和5G網(wǎng)絡的手機，擁有WIFI6網(wǎng)卡同時可以通過移動5G CPE 接入網(wǎng)絡的筆記本電腦;

3）臨時網(wǎng)絡節(jié)點：通過WIFI6進行網(wǎng)絡連接的節(jié)點，包括網(wǎng)絡中的筆記本電腦，平板電腦、擁有WIFI6無線網(wǎng)卡的臺式電腦。

同時也可以將WIFI6-5G融合網(wǎng)絡中的連接方式分為兩種：

1）移動終端（如5G智能手機）與基站的5G接入：由于5G網(wǎng)絡的特性，在網(wǎng)絡運行中，終端與基站始終保持它們之間只有一跳;

2）通過WIFI6網(wǎng)卡設備接入網(wǎng)絡：該類接入設備可以基于WIFI6網(wǎng)絡中點對點連接的特點，在不同的網(wǎng)絡設備之間通過媒介節(jié)點通過多跳進行數(shù)據(jù)傳輸。

三、結束語

隨著信息化教學手段的快速普及，信息展現(xiàn)方式的日新月異，大數(shù)據(jù)分析在教育教學中的應用日益增多，這些都給教育城域網(wǎng)的建設帶來極大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的wifi5或4G網(wǎng)絡已經(jīng)不堪重負，2020年開始涌現(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，甚至達到不堪重負的地步。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，一個上午的直播帶來的流量就達到150T，而150T的流量，僅僅給不到13萬的在校學生提供了3個小時左右的在線直播服務。這類應用給傳統(tǒng)的城域網(wǎng)絡帶來超大的流量負載壓力。

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

參? 考? 文? 獻

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