徐強(qiáng)
【摘要】? ? 近來,無線WIFI6局域網(wǎng)技術(shù)開始逐漸走入校園,而移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也同時在漸進(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)對多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的高速無線訪問,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,智能移動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)開始倒逼多模式無線網(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,人們對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容應(yīng)用的訴求,也逐漸由過去的單向接受,向雙向推送轉(zhuǎn)變。這使得日益增長的網(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簡介
作為一種高效,流行和經(jīng)濟(jì)的移動無線技術(shù),在過去的十年中,WIFI技術(shù)不斷發(fā)展和完善,為運(yùn)營商級網(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1G。與此同時,網(wǎng)絡(luò)訪問延遲也大大縮短,同時WIFI6針對網(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有限的無線帶寬,是傳統(tǒng)wifi無線技術(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,而且由于無線技術(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移動數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)
蜂窩移動通信發(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。在大多數(shù)情況下,運(yùn)營商僅限于固定頻率范圍,幾乎沒有希望擴(kuò)大該范圍,并且無法根據(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)見的時間段內(nèi),一定會成為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接口通過可穿透高級分組核心的交互式體系結(jié)構(gòu)(WLAN)訪問城域網(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)過認(rèn)可的WLAN訪問。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受信任的wlan進(jìn)行身份驗(yàn)證和注冊信息的重定向。
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S2b接口進(jìn)行。設(shè)備與PDN網(wǎng)關(guān)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(luò)設(shè)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(jìn)行可信任和不受信任的WLAN訪問。
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線網(wǎng)絡(luò),所以他們之間在沒有媒介的情況下,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流移動性(NBIFOM),2、本地IP接入(LIPA),3、選擇性IP流量卸除(SIPTO)。同時關(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,共同組成了一個大型多路徑多跳點(diǎn)無線網(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,在一個可以統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織的架構(gòu)下通過可靠的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。
在這樣的一個龐大復(fù)雜而又多功能的綜合性網(wǎng)絡(luò)中,必定會存在大量的智能手機(jī)終端在同時使用,而手機(jī)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(luò)也可以有點(diǎn)對點(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,同時通過WIFI6連接組成點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)。融合網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸模式也同時存在很強(qiáng)的異構(gòu)性,包括傳統(tǒng)移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的5G數(shù)據(jù)連接,以及點(diǎn)對點(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),如沒有開啟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)卡同時可以通過移動5G CPE 接入網(wǎng)絡(luò)的筆記本電腦;
3)臨時網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn):通過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無線網(wǎng)卡的臺式電腦。
同時也可以將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)對點(diǎn)連接的特點(diǎn),在不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過媒介節(jié)點(diǎn)通過多跳進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
三、結(jié)束語
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,一個上午的直播帶來的流量就達(dá)到150T,而150T的流量,僅僅給不到13萬的在校學(xué)生提供了3個小時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)帶來超大的流量負(fù)載壓力。
除了升級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是教育城域網(wǎng)發(fā)展中的必經(jīng)之路。
參? 考? 文? 獻(xiàn)
[1]劉乃安.無線局域網(wǎng)(WLAN)——原理、技術(shù)與應(yīng)用[D].西安電子科技大學(xué),2017.
[2]段水福,歷曉華,段煉.無線局域網(wǎng)(WLAN)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].浙江大學(xué),2017.
[3]魏格利,張大威.Microsoft Mobile移動應(yīng)用開發(fā)寶典[M].北京:清華大學(xué)出版社,2018.
[4]盧方方.IEEE 802.11a物理層關(guān)鍵技術(shù)的研究及吞吐量的提高[D].大連海事大學(xué),2017.
[5]陳華強(qiáng).無線局域網(wǎng)的安全技術(shù)研究[D].復(fù)旦大學(xué),2018.