5G視域下的智慧校園網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建與研究

肖荊

（湛江科技學(xué)院 廣東省湛江市 524094）

5G 技術(shù)相比4G 技術(shù)，具有超高的寬帶、海量的接入以及低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)能力，所以5G 技術(shù)可以推動(dòng)很多行業(yè)和技術(shù)等方面的發(fā)展，尤其是在教育教學(xué)數(shù)字化應(yīng)用中，5G 技術(shù)為智慧校園的建設(shè)提供了廣闊的發(fā)展契機(jī)，給廣大師生的學(xué)習(xí)、工作和生活提供了更多的智慧服務(wù)和支持，隨著信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于校園，使課堂教學(xué)內(nèi)容變得更加豐富，使教學(xué)形式得到創(chuàng)新、教學(xué)課程得到改革，最終有利于建設(shè)出新時(shí)代的智慧校園。

1 5G技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 具有高數(shù)據(jù)傳輸速率

和4G 技術(shù)相比，5G 技術(shù)有著非常高的傳輸速度，通常5G 網(wǎng)絡(luò)是4G 網(wǎng)絡(luò)速度的100 倍左右，因此5G 網(wǎng)絡(luò)可以在更短的時(shí)間內(nèi)傳輸更多的資料和信息，給人們的生活帶來(lái)了極大的便利[1]。當(dāng)今社會(huì)是信息時(shí)代的社會(huì)，高效的傳輸速率有利于快速提高工作效率和生產(chǎn)效率。

1.2 具有輕量化的云技術(shù)應(yīng)用

5G 技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)輕量化的云端儲(chǔ)存，不僅可以給用戶節(jié)省大量的時(shí)間和空間，還可以使用戶利用云技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)資料的儲(chǔ)存和管理，有利于更好的為用戶提供應(yīng)用空間。

1.3 具有多用戶接入特點(diǎn)

5G 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更多用戶的接入，所以5G 技術(shù)有著巨大的網(wǎng)絡(luò)容量，當(dāng)成千上百臺(tái)設(shè)備同時(shí)連接時(shí)，可以滿足寬帶用戶不斷增長(zhǎng)的需求，同時(shí)也可以滿足網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)多樣化的需求。

2 智慧校園5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的現(xiàn)狀

2.1 缺乏有效的管理建設(shè)機(jī)制

智慧校園5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過(guò)程中，從制度層面進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，5G 網(wǎng)絡(luò)在智慧校園的建設(shè)中缺乏有效的管理建設(shè)機(jī)制。由于數(shù)字校園建設(shè)通常都是臨時(shí)需求的驅(qū)動(dòng)力，因此缺乏核心理念，由于智慧校園在建設(shè)中，對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)沒(méi)有一個(gè)明確的目標(biāo)，所以導(dǎo)致智慧校園在整個(gè)建設(shè)過(guò)程中缺乏頂層的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

2.2 集成整合程度不高

智慧校園在5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，站在應(yīng)用的角度來(lái)看，由于集成整合程度不高，所以智慧校園的5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)行效率又不高[2]。而學(xué)校部門之間在系統(tǒng)信息開(kāi)發(fā)和獨(dú)立采購(gòu)信息中出現(xiàn)獨(dú)立分割的狀態(tài)，使得學(xué)校計(jì)算機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物理上的互聯(lián)，但由于邏輯接口無(wú)法兼容，使得數(shù)據(jù)之間的信息不能進(jìn)行實(shí)時(shí)共享而影響到了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2.3 缺少全面系統(tǒng)規(guī)劃性

在智慧校園5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，從建設(shè)角度來(lái)看，由于缺少全面系統(tǒng)的規(guī)劃性，導(dǎo)致智慧校園在5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)重復(fù)性的建設(shè)。由于5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的各個(gè)業(yè)務(wù)屬于獨(dú)立的系統(tǒng)部署，所以很難做到全校性的管理和運(yùn)行，從而使應(yīng)用功能和擴(kuò)展功能之間出現(xiàn)操作困難的情況。

2.4 缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)

在智慧校園5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，從數(shù)據(jù)角度看，我們可以發(fā)現(xiàn)，智慧校園缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致智慧學(xué)生出現(xiàn)嚴(yán)重的信息孤島現(xiàn)象。同時(shí)智慧學(xué)校在校園的初級(jí)階段，依靠業(yè)務(wù)解決問(wèn)題，造成對(duì)數(shù)據(jù)價(jià)值的認(rèn)識(shí)不足，內(nèi)外部數(shù)據(jù)信息得不到及時(shí)打通，智慧學(xué)校在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的采集、管理、使用、歸檔中的不重視，最終會(huì)使相同的數(shù)據(jù)出現(xiàn)重復(fù)錄入的情況。

2.5 信息服務(wù)不及時(shí)

智慧學(xué)校的建設(shè)中，因?yàn)閷W(xué)校資源具有較大的分散性，同時(shí)學(xué)校對(duì)資源缺乏相應(yīng)的信息整合，所以站在不同用戶的角度看待，校園網(wǎng)上信息由于發(fā)布不及時(shí)且更新不集中，導(dǎo)致校園網(wǎng)站會(huì)出現(xiàn)無(wú)實(shí)用服務(wù)信息，對(duì)于學(xué)生、老師、家長(zhǎng)而言，不利于他們獲取足夠有效的信息資料[3]。

3 5G背景下智慧校園建設(shè)的新思路

3.1 資源管理

由于智慧校園的資源基本全上全部?jī)?chǔ)存在5G 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中，所以在對(duì)相關(guān)資源的研究和管理中，需要對(duì)公共資源、外購(gòu)資源以及自建資源做好充足的管理工作。隨著智慧校園的教育資源不斷增加，學(xué)校可以根據(jù)自身的特點(diǎn)，針對(duì)教育教學(xué)中的教育方式等進(jìn)行不斷素材的積累，同時(shí)采用線上和線下相結(jié)合的方式，開(kāi)展慕課、微課等網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)。

3.2 用戶管理

通過(guò)依托5G 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，智慧校園能夠支持大量用戶的接入，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)多方面的共同管理。在智慧校園5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，加入教師與家長(zhǎng)的使用功能，老師可以隨時(shí)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上傳教學(xué)資源，同時(shí)也可以給學(xué)生布置不同的作業(yè)以及考試任務(wù)，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中完成對(duì)應(yīng)的作業(yè)或者考試試題后，直接提交作業(yè)和試卷[4]。在這個(gè)過(guò)程中，老師和家長(zhǎng)都可以直接查看學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，有利于更好的安排后期課程教學(xué)。當(dāng)老師批改完學(xué)生的作業(yè)和考試習(xí)題后，可以用數(shù)據(jù)分析生成學(xué)生容易出錯(cuò)的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)而有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，同時(shí)智慧學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)還可以自動(dòng)生成學(xué)生的學(xué)習(xí)報(bào)表并發(fā)送給家長(zhǎng)，使家長(zhǎng)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況有更深層的了解。

3.3 系統(tǒng)管理

智慧校園的系統(tǒng)管理通常包含三個(gè)部分，分別是智能登錄系統(tǒng)、移動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)、云處理分析系統(tǒng)。雖然各個(gè)系統(tǒng)路線的建設(shè)比較明朗，但在智慧校園5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)中，依舊需要做好對(duì)應(yīng)的規(guī)劃。在智慧教室的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)于步入教室的學(xué)生，通過(guò)自動(dòng)生成智能登錄系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的動(dòng)態(tài)匹配，同時(shí)將學(xué)生的相關(guān)檔案錄入到系統(tǒng)中，使學(xué)生在智慧課堂教學(xué)登錄時(shí)，有著對(duì)應(yīng)的賬號(hào)和密碼，避免以往課堂簽到的過(guò)程，當(dāng)學(xué)生登錄個(gè)人賬號(hào)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在后臺(tái)進(jìn)行簽到，有效提高教學(xué)效率。智慧校園在建設(shè)過(guò)程中，由于打破傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，使得課堂教學(xué)上，老師的教學(xué)內(nèi)容可以利用不同的移動(dòng)設(shè)備，直接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)投屏，而學(xué)生可以利用手機(jī)、電腦等設(shè)備同步接收到老師的教學(xué)內(nèi)容。在這個(gè)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容同時(shí)還支持課后查看，有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)后可以再次進(jìn)行復(fù)習(xí)，而5G 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的構(gòu)建，可以將這些所有的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在云平臺(tái)中，并實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)信息的統(tǒng)計(jì)匯總，達(dá)到了有效的監(jiān)督和評(píng)價(jià)分析。

4 智慧校園5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)要素

4.1 云計(jì)算技術(shù)要素

云計(jì)算主要基于互聯(lián)網(wǎng)提供的自助式服務(wù)，因此云計(jì)算技術(shù)有可拓展性、虛擬性、安全可靠性以及大規(guī)模化等優(yōu)勢(shì)。在云計(jì)算技術(shù)要素中，利用該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)和分配，因此在智慧校園的建設(shè)中，構(gòu)建云計(jì)算技術(shù)需要從底層云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行，同時(shí)在構(gòu)建基礎(chǔ)平臺(tái)上進(jìn)行云計(jì)算應(yīng)用程序。由于大數(shù)據(jù)通常以多元化的形式存在，智慧校園在收集龐大數(shù)據(jù)資源的過(guò)程中，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，提取隱藏的數(shù)據(jù)現(xiàn)象和規(guī)律，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)校園資訊的實(shí)施、有效掌握，并將大數(shù)據(jù)和云計(jì)算服務(wù)與應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)相整合，從而推動(dòng)智慧校園網(wǎng)絡(luò)拍你個(gè)頭的一體化建設(shè)。

4.2 軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)要素

軟件定義網(wǎng)絡(luò)可以利用分層技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)的隔離，通常在分層技術(shù)中，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層和控制層剝離后進(jìn)行集中管理，可以使網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用變得更加靈活。而網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)是利用軟件、硬件的抽象功能和解耦功能，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行整合，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)新業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)和資源共享[5]。由于軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)的應(yīng)用提升了智慧學(xué)校底層基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的性能，因此有利于降低智慧學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本。

4.3 互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要素

通常情況下，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展和延伸，在物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中，可以利用射頻識(shí)別以及紅外感應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)信息傳感技術(shù)將物體和互聯(lián)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧學(xué)校進(jìn)行智能化的識(shí)別、操控和管理。由于學(xué)校的建設(shè)設(shè)施主要有教室、圖書(shū)館、宿舍、食堂、辦公室、操場(chǎng)等，所以在這些區(qū)域安裝感應(yīng)設(shè)備，可以將學(xué)校連接成一個(gè)整體而形成物聯(lián)網(wǎng)。校園物聯(lián)網(wǎng)通常以信息網(wǎng)絡(luò)為背景，并利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及智能化等手段作為教學(xué)工作，因此在校園環(huán)境和學(xué)習(xí)生活等方面需要進(jìn)行綜合化管理。

5 智慧校園5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

5.1 智慧校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)

智慧校園搭建的首要任務(wù)是基礎(chǔ)平臺(tái)的搭建，其次才是逐步完成應(yīng)用層的建設(shè)，在對(duì)學(xué)校各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)整合，可以實(shí)現(xiàn)校園信息資源的共享，從而建設(shè)安全運(yùn)維體系可以保障校園網(wǎng)絡(luò)的有效運(yùn)行。智慧校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)的建設(shè)中，分為有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)兩種，針對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)而言，任何接入層交換機(jī)的千兆光纖上聯(lián)系匯聚交換機(jī)中，采用M-Lag 堆疊技術(shù)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。由于匯聚交換機(jī)通常由光纖網(wǎng)絡(luò)上聯(lián)接入核心交換機(jī)，所以為了更好的確保網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行的穩(wěn)定性，在有線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，可以將有線設(shè)計(jì)分為網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，并允許在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架使用中隨著教學(xué)的需求變化，而針對(duì)性的對(duì)不同層次網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容。針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)而言，需要將無(wú)線AP 部署在學(xué)校所需要的無(wú)線覆蓋區(qū)域，一般選擇的區(qū)域有教學(xué)區(qū)域、宿舍區(qū)域、食堂以及辦公室等區(qū)域。這些區(qū)域主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的接入，同時(shí)也涵蓋了各個(gè)區(qū)域的AP 通過(guò)有線連接到POE交換機(jī)中，在集中的控制和管理中，提供數(shù)據(jù)加密以及信息推送等功能。

5.2 智慧校園云平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案

由于智慧校園5G 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)中，業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)通常按照區(qū)域可以劃分為內(nèi)網(wǎng)接入?yún)^(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、共享區(qū)等，所以將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域和業(yè)務(wù)區(qū)域進(jìn)行物理隔離，實(shí)現(xiàn)智慧校園云平臺(tái)的設(shè)計(jì)。但由于智慧校園網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)在網(wǎng)絡(luò)接入和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)區(qū)，利用虛擬技術(shù)可以搭建出安全資源池，所以通過(guò)改變校園傳統(tǒng)建設(shè)中的安全硬件模式，從而實(shí)現(xiàn)了共享區(qū)域和業(yè)務(wù)區(qū)域平臺(tái)承載的應(yīng)用[6]。在對(duì)智慧校園云平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，需要建立健全網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、資源的可視化監(jiān)控，并對(duì)校園內(nèi)原有的硬件資源進(jìn)行合理評(píng)估，有利于使原有外置存儲(chǔ)進(jìn)行整合，因此在建立數(shù)據(jù)分布式和集中式兩種共享存儲(chǔ)資源池中，對(duì)扁平化網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)化資源池進(jìn)行彈性和靈活的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試，可以構(gòu)建非常簡(jiǎn)易的數(shù)據(jù)中心構(gòu)架，給智慧學(xué)校構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)過(guò)程中節(jié)約大量的成本。

5.3 智慧校園安全和運(yùn)營(yíng)管理的設(shè)計(jì)方案

在智慧校園網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)中，校園安全顯得非常重要，所以在智慧校園的管理中，學(xué)生的安全必須放在首位。而在智慧校園建設(shè)的方案設(shè)計(jì)中，將三維地圖作為載體，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全校室內(nèi)外的監(jiān)控，從而提供最直觀以及最高效的校園安全管理體驗(yàn)。在智慧校園的建設(shè)中，按照電子監(jiān)控設(shè)施，確保對(duì)校園的死角位置監(jiān)控到位，并與計(jì)算機(jī)和值班人員進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控的目的，將全校的監(jiān)控和終端智能感知進(jìn)行統(tǒng)一的云存貯，可以打造出安全、可靠的校園安防管理服務(wù)。在智慧校園5G 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)中，加強(qiáng)應(yīng)用服務(wù)，可以讓師生感受到智慧化校園建設(shè)帶來(lái)的改變，使教學(xué)效率和管理效率得到明顯的提升。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著5G 技術(shù)的快速發(fā)展，給智慧校園的建設(shè)帶來(lái)了更大的幫助，而5G 技術(shù)作為一種新的信息技術(shù)載體，可以有序的推進(jìn)智慧教育向著更高層次的階段發(fā)展，使智慧校園在建成后能夠感知環(huán)境、記錄行為、實(shí)現(xiàn)物理環(huán)境和虛擬環(huán)境的融合，但由于我國(guó)5G 建設(shè)尚處于探索期，因此學(xué)校購(gòu)買先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備會(huì)占據(jù)學(xué)校大部分的預(yù)算費(fèi)用，使得學(xué)校財(cái)政壓力比較大，同時(shí)相關(guān)技術(shù)人員比較短缺，很容易造成資源的浪費(fèi)，為了更好的發(fā)揮教育場(chǎng)景中的服務(wù)價(jià)值，需要克服和認(rèn)識(shí)到5G 技術(shù)給教育行業(yè)帶來(lái)的困難，才能逐漸推動(dòng)教育事業(yè)向著更好的方向發(fā)展。