基于5G與MEC的高校圖書館網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與應(yīng)用服務(wù)構(gòu)建

陳娟 黃梓陽

摘 要：文章基于5G與MEC（邊緣計(jì)算）對高校圖書館新一代網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行探討，研究高校圖書館可通過5G網(wǎng)絡(luò)的新特性構(gòu)建具有3種不同特點(diǎn)的5G圖書館專網(wǎng)并分析其特性。同時，文章展望了5G網(wǎng)絡(luò)在高校圖書館讀者服務(wù)、圖書館導(dǎo)覽、沉浸式閱讀、讀者及安防管理方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：5G網(wǎng)絡(luò);邊緣計(jì)算;高校圖書館;網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃;讀者服務(wù)

1? ? 5G與MEC

5G即第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，具備超大帶寬、超低時延、超大連接的特點(diǎn)，對比傳統(tǒng)的4G-LTE技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)以其穩(wěn)定高速的無線連接能力和靈活開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可快速構(gòu)建起基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)連接與服務(wù)的智慧連接體系，加速社會數(shù)字化的發(fā)展，為下一步社會信息化變革奠定基礎(chǔ)[1]。

多接入移動邊緣計(jì)算（Mult-access Edge Computing，MEC）平臺是部署于無線基站內(nèi)部或無線接入網(wǎng)邊緣的云計(jì)算設(shè)施（即邊緣云），通過構(gòu)建基于云平臺的虛擬化環(huán)境（如OpenStack），為移動化設(shè)備提供本地化的云服務(wù)形式。MEC技術(shù)作為5G的基礎(chǔ)技術(shù)特征之一，在5G連接的技術(shù)要求下，將實(shí)現(xiàn)云端計(jì)算的就近處理、就近分析和就近反饋，有效分擔(dān)中心云端運(yùn)算壓力，大幅降低端到端的數(shù)據(jù)傳輸時延，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低網(wǎng)絡(luò)壓力，實(shí)現(xiàn)同一區(qū)域內(nèi)更大物聯(lián)網(wǎng)終端的并發(fā)連接。同時在此過程中，諸多的計(jì)算與存儲同樣可通過邊緣計(jì)算，由本地終端轉(zhuǎn)移至云端的統(tǒng)一平臺進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一納管，在統(tǒng)一數(shù)據(jù)的支撐中，基于數(shù)據(jù)分析的人工智能場景成為可能，進(jìn)而賦予互聯(lián)互通的萬物以智能，實(shí)現(xiàn)單一數(shù)據(jù)采集的“互聯(lián)萬物”向機(jī)器智能下沉的“智聯(lián)萬物”發(fā)展。目前，MEC已發(fā)展為5G移動通信系統(tǒng)的重要技術(shù)之一，并在智慧園區(qū)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等多個領(lǐng)域得以落地應(yīng)用[2]。

2? ? 現(xiàn)代通信技術(shù)與高校讀者服務(wù)創(chuàng)新

現(xiàn)代通信技術(shù)同樣也在圖書館領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了圖書館讀者服務(wù)從傳統(tǒng)的紙質(zhì)資源服務(wù)向數(shù)字化資源服務(wù)的轉(zhuǎn)變，使讀者可以借助各類終端的連接，更加高效地獲取圖書館數(shù)字化資源。同時借助通信網(wǎng)絡(luò)，圖書館也可不斷進(jìn)行讀者教育、書籍推廣、音視頻服務(wù)等方面創(chuàng)新，充分實(shí)現(xiàn)讀者線上線下服務(wù)的相互結(jié)合。在5G和MEC新一代通信技術(shù)的加持下，結(jié)合云VR/AR、全息投影、遠(yuǎn)程互動教學(xué)、在線會議等新型技術(shù)，高校圖書館讀者服務(wù)形式與服務(wù)內(nèi)容也必將更加豐富多彩。通信技術(shù)的發(fā)展也在不斷打破高校圖書館讀者服務(wù)的物理邊界，通過對高校圖書館網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新規(guī)劃和設(shè)計(jì)，未來在高效、穩(wěn)定、安全的通信網(wǎng)絡(luò)支持下，可讓高校圖書館的服務(wù)延伸到校園各個角度[3]。

3? ? 高校圖書館5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方式

3.1? 基于圖書館5G獨(dú)立專網(wǎng)的部署方式

圖書館5G獨(dú)立專網(wǎng)產(chǎn)品是指在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下，充分利用切片和邊緣計(jì)算等技術(shù)，結(jié)合專有無線設(shè)備，為圖書館用戶構(gòu)建一張大帶寬、低時延、物理封閉、高安全保障性的通信基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)[4]。該模式下圖書館業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與服務(wù)數(shù)據(jù)高度保密，圖書館內(nèi)網(wǎng)與通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)端到端完全隔離。從無線基站、傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)用戶面+控制面，端到端為圖書館管理用戶與讀者用戶單獨(dú)建設(shè)，提供物理獨(dú)享的5G專用網(wǎng)絡(luò)，滿足圖書館管理用戶與讀者在帶寬、時延與連接性各類方面的數(shù)據(jù)傳輸需求（見圖1）。

此類模式可實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商將具體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下沉到圖書館物理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出館，最大限度地保障圖書館5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的信息安全。同時可針對不同圖書館終端的連接需求進(jìn)行個性化開發(fā)，保障不同數(shù)字資源的傳輸網(wǎng)絡(luò)個性化需求。此類模式對圖書館信息化部門的建維能力要求較高，且需要較大的投資成本。

3.2? 基于運(yùn)營商5G切片的部署方式

5G網(wǎng)絡(luò)切片是5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展帶來的新型屬性，基于運(yùn)營商與客戶簽訂的業(yè)務(wù)服務(wù)協(xié)議（SLA），為不同垂直行業(yè)、不同客戶、不同業(yè)務(wù)提供相互隔離、功能可定制的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，是一個提供特定網(wǎng)絡(luò)能力和特性的端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)[5]。5G網(wǎng)絡(luò)的軟件化、自動化、模塊化等功能，確保了網(wǎng)絡(luò)功能切片的實(shí)現(xiàn)，為用戶提供了一種無須采購硬件設(shè)施，而直接向運(yùn)營商采購定制化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的新形式。

目前各大通信運(yùn)營商正加大5G網(wǎng)絡(luò)切片的布局建設(shè)與商業(yè)應(yīng)用能力構(gòu)建，高校圖書館可通過與運(yùn)營商進(jìn)行深度合作，在運(yùn)營商共用通信網(wǎng)絡(luò)上租用特殊通道，避免讀者在享受圖書館數(shù)字資源的傳輸時，受到非圖書館數(shù)字資源用戶終端對其網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行的搶占。同時5G切片網(wǎng)絡(luò)比APN連接等方式保障程度更好，實(shí)施方式更靈活，可以更全面地承載圖書館讀者服務(wù)與設(shè)備管理（見圖2）。該類模式的制約問題為后續(xù)如何打通圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與校園網(wǎng)，需要在頂層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)層面進(jìn)行具體規(guī)劃。

3.3? 基于校園網(wǎng)5G-MEC的部署方式

目前諸多高校已啟動屬于自身學(xué)校的高校邊緣云部署規(guī)劃，通過在校園網(wǎng)絡(luò)出口部署具有邊緣計(jì)算能力的教學(xué)邊緣云，針對目前校園內(nèi)、外網(wǎng)不穩(wěn)定的問題。各高?？赏ㄟ^云網(wǎng)融合服務(wù)網(wǎng)關(guān)，靈活部署，將5G、WiFi、有線網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)渠道充分打通，滿足學(xué)校層面的不同應(yīng)用場景需求[6]。圖書館可將自身業(yè)務(wù)模塊開發(fā)為高校教學(xué)邊緣云中特有的服務(wù)單元進(jìn)行部署及運(yùn)行。該模式既可節(jié)省物理設(shè)備的部署成本，又可保持與高校通信網(wǎng)絡(luò)的一致性，是現(xiàn)階段圖書館進(jìn)行5G專網(wǎng)建設(shè)的較優(yōu)選擇（見圖3）。

目前該類建設(shè)模式制約問題為缺乏具體應(yīng)用場景，需要針對不同高校圖書館特點(diǎn)進(jìn)行具體業(yè)務(wù)場景的開發(fā)。在基礎(chǔ)場景的基礎(chǔ)上進(jìn)行迭代升級，進(jìn)而豐富圖書館業(yè)務(wù)在5G邊緣云上的應(yīng)用。一般而言，各個高校圖書館均擁有自身信息化服務(wù)部門，對自身信息化應(yīng)用場景具有較深認(rèn)知與一定的服務(wù)開發(fā)能力，圖書館可作為此輪高校5G-MEC教學(xué)網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)建設(shè)的首批對象，將圖書館網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用場景與學(xué)校MEC建設(shè)相融合，成為高校邊緣云部署的首批實(shí)踐者。

4? ? 應(yīng)用場景

4.1? 多屏互動的讀者服務(wù)

近年來，高校圖書館讀者服務(wù)終端的使用主體與具體形態(tài)呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢。入館者擁有的手機(jī)、PAD、個人電腦等終端，圖書館提供的研究室顯示屏、借閱器等均可為讀者提供形象生動的信息化服務(wù)。但不同終端之間的服務(wù)內(nèi)容與連接形式是獨(dú)立的、割裂的，無法進(jìn)行貫穿使用，這制約了數(shù)字化信息在不同終端中的流動以及讀者在交互數(shù)字信息中的效率?；趫D書館5G網(wǎng)絡(luò)泛在接入的特點(diǎn)，可以將不同終端利用5G網(wǎng)絡(luò)接入統(tǒng)一云平臺，并在云平臺上部署多屏互動平臺和空中服務(wù)平臺。其中，多屏互動平臺可以支持手機(jī)、平板、電視、投屏等多終端接入，而且5G帶來的超高清和低時延的特性可以極大地改善讀者服務(wù)的互動性體驗(yàn)。而空中服務(wù)平臺可以為圖書館管理方、數(shù)字資源提供方、讀者個人用戶提供專屬數(shù)字化空間，方便不同用戶利用統(tǒng)一的平臺調(diào)用資源，打破不同終端擁有主體的數(shù)字資源共享制約[7]。

4.2? 云AR圖書館導(dǎo)覽

結(jié)合5G和AR技術(shù)，高校圖書館可設(shè)置智慧圖書館導(dǎo)覽系統(tǒng)，不僅解決了讀者在檢索、定位文獻(xiàn)中的效率問題，還可增強(qiáng)讀者在書籍借閱過程中的趣味性和互動性，為讀者提供多樣化的借閱體驗(yàn)和服務(wù)，滿足讀者在借閱書籍過程中對文獻(xiàn)內(nèi)容的深層次體驗(yàn)和全方位了解的信息需求。讀者可通過二維碼索書號，自動生成該文獻(xiàn)所在的場館地點(diǎn)與書架號，結(jié)合5G、數(shù)字孿生場館與室內(nèi)定位技術(shù)，讀者可通過AR技術(shù)實(shí)時具體導(dǎo)航到文獻(xiàn)所在位置，解決多層書架反復(fù)查找的難題。另外，通過對熱門書籍進(jìn)行AR建模，還可實(shí)現(xiàn)三維立體呈現(xiàn)，對書籍進(jìn)行簡介與推廣等多樣化的功能和體驗(yàn)。

4.3? 云VR浸入式閱讀

VR技術(shù)應(yīng)用于書籍閱讀興起于2016年，可為讀者提供閱讀內(nèi)容立體生動、閱讀形式交互自如與閱讀環(huán)境個性可控等功能。文科屬性的高校，可重點(diǎn)開發(fā)旅游、考古等VR閱讀書籍，為學(xué)生提供足不出戶便可觀看各大名山高川，并可實(shí)現(xiàn)隨意翻轉(zhuǎn)觀看各處細(xì)節(jié)的功能。理工屬性院校則可注重對較為晦澀難懂的科學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)字建模，把復(fù)雜的科學(xué)現(xiàn)象在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中模擬出來，根據(jù)需要突出的重點(diǎn)和細(xì)節(jié)進(jìn)行交互式實(shí)驗(yàn)或操作，更有助于讀者對科技知識要點(diǎn)的理解。同時在VR浸入式閱讀體驗(yàn)中，讀者可根據(jù)自身閱讀習(xí)慣和需要，設(shè)計(jì)專屬于自己的閱讀環(huán)境，在互不干擾的情況下打造專屬于自身的閱讀數(shù)字空間。

4.4? 遠(yuǎn)程互動讀者教育

通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程互動讀者教育，可實(shí)現(xiàn)圖書館與讀者之間泛在化的接觸，使讀者可以隨時隨地享受到圖書館對其進(jìn)行的信息化素養(yǎng)教育與讀者教育。特別是在2020年新冠疫情的影響下，各高?！巴Ｕn不停學(xué)”的政策亦要求圖書館通過線上教育方式向?qū)W生提供形式多樣的讀者教育活動，特別是針對數(shù)字文獻(xiàn)利用的教學(xué)教研活動?；?G的大帶寬與低時延，可以加強(qiáng)館員與讀者之間的聯(lián)系，提供更加高效的雙向互動，提高讀者的積極主動性，方便館員及時掌握讀者的學(xué)習(xí)情況，真正實(shí)現(xiàn)多屏互動信息化教育。同時遠(yuǎn)程互動讀者教育可通過直播、錄播、點(diǎn)播等多種形式開展，打破時間、地點(diǎn)等物理限制，不管學(xué)生是校內(nèi)還是校外，固定還是移動，白天還是黑夜，都可以隨時根據(jù)自身需要完成學(xué)習(xí)活動，實(shí)現(xiàn)讀者教育的個性化[8]。

4.5? 圖書館安防管理

圖書館安防保障首先建立在圖書館內(nèi)部的信息采集點(diǎn)，如安全食品監(jiān)控、火災(zāi)警報(bào)預(yù)防、盜竊警報(bào)的基礎(chǔ)上。基于5G網(wǎng)絡(luò)萬物互聯(lián)的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)圖書館設(shè)備的實(shí)時在線與智能化監(jiān)控，及時將潛在的危險(xiǎn)推送至圖書館的安保部門與安保人員。在安防事故發(fā)生之前，可以通過全面的信息采集、事先監(jiān)管降低圖書館安防潛在風(fēng)險(xiǎn);在安防事故發(fā)生時，安防事件可以得到及時記錄并通知相關(guān)人員;在安防事故發(fā)生之后，安防部門可以再次復(fù)盤對應(yīng)情況，形成圖書館安防的良性信息反饋機(jī)制，進(jìn)一步保障圖書館安全。

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（編輯 王雪芬）