基于5G的智慧校園專網(wǎng)建設(shè)研究

羅方簡(jiǎn)

【摘要】5G技術(shù)應(yīng)用是提升智慧校園專網(wǎng)建設(shè)及穩(wěn)定運(yùn)行重要基礎(chǔ)，本文以5G的智慧校園專網(wǎng)建設(shè)為主，結(jié)合案例對(duì)建設(shè)方法及要點(diǎn)進(jìn)行闡明，便于日后5G技術(shù)推廣及促進(jìn)發(fā)展，為我國通信系統(tǒng)升級(jí)與智慧校園建設(shè)提供保障。

【關(guān)鍵詞】5G;智慧校園;專網(wǎng)建設(shè)

中圖分類號(hào)：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.18.052

現(xiàn)階段有關(guān)基于5G的智慧校園專網(wǎng)建設(shè)等相對(duì)研究較少，基于該問題現(xiàn)狀，要求行之有效的措施對(duì)其進(jìn)行分析研究，如以靈活性經(jīng)濟(jì)型網(wǎng)絡(luò)部署為主、以網(wǎng)絡(luò)安全及環(huán)境穩(wěn)定為主、以靈活可靠的網(wǎng)絡(luò)條件為主、以自主智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為本等，本次研究采用結(jié)合實(shí)際案例及建設(shè)需求，將具體建設(shè)方案及5G植入效果進(jìn)行闡述，為智慧校園專網(wǎng)全面建設(shè)提供些許參考。

1. 5G應(yīng)用智慧校園專網(wǎng)建設(shè)的必要性

隨著當(dāng)下我國教育體制改革逐漸完善，校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)作為其發(fā)展布局重要組成部分，具有十分重要的影響意義，經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)，智慧校園作為一種多元化開放智能教育模式，在我國校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中廣泛推廣實(shí)施。教育信息化及常態(tài)化影響，必將造成新技術(shù)、新模式的革命創(chuàng)新，首先智慧校園是融合多種信息技術(shù)、智能技術(shù)的人工智能網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)架構(gòu)，如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)、線上開放式教學(xué)模式等，基于網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定、信息數(shù)據(jù)傳輸及共享存儲(chǔ)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及技術(shù)十分關(guān)鍵，5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于對(duì)傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化升級(jí)，同時(shí)智慧校園網(wǎng)絡(luò)中對(duì)其可控制、可調(diào)節(jié)的主導(dǎo)智能化介入尤為重視，5G技術(shù)可充分滿足智慧校園專網(wǎng)建設(shè)需求，其諸多特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)也非常適應(yīng)專網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如5G技術(shù)的高效率寬帶功能、低延時(shí)優(yōu)勢(shì)、廣泛連接等特點(diǎn)等都可與邊緣計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行融合，對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的安全隱患可及及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理，可是實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的重新部署及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。經(jīng)分析分析后發(fā)現(xiàn)智慧校園中多為體現(xiàn)在邊緣計(jì)算、云計(jì)算等方面，5G計(jì)算應(yīng)用對(duì)提升邊緣計(jì)算能力與云計(jì)算效果發(fā)揮意義重大，對(duì)未來智慧校園專網(wǎng)建設(shè)具有促進(jìn)意義。

2. 5G智慧校園專網(wǎng)建設(shè)需求分析——以A學(xué)校專網(wǎng)工程為例

2.1 以靈活性經(jīng)濟(jì)型網(wǎng)絡(luò)部署為主

首先本次智慧校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署中提升其簡(jiǎn)化性，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及部署中多為復(fù)雜多變，涉及問題較多，對(duì)實(shí)際應(yīng)用及維護(hù)保障極為不利，因此設(shè)計(jì)中要強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)承載的統(tǒng)一性，減少多種網(wǎng)絡(luò)形式介入部署，并在其過程中充分考慮經(jīng)濟(jì)成本問題，如規(guī)避異構(gòu)互聯(lián)造成的經(jīng)濟(jì)成本投入疊加。例如在傳統(tǒng)校園網(wǎng)絡(luò)中需根據(jù)不同業(yè)務(wù)進(jìn)行多種物理設(shè)備應(yīng)用，間接造成網(wǎng)絡(luò)管理工作壓力增加，無疑為網(wǎng)絡(luò)管理及應(yīng)用造成一定難度，而5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件與硬件之間的解耦，讓軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定義詮釋。如不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景發(fā)生變化中可通過軟件程序調(diào)節(jié)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu)設(shè)置，避免通過實(shí)體施工手段采用物理架構(gòu)的方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。簡(jiǎn)單來說通過5G技術(shù)應(yīng)用發(fā)揮，以一次性部署的方式完成多次性重復(fù)操作使用。在實(shí)際操作及控制中工作人員可通過平臺(tái)界面完成基礎(chǔ)操作、簡(jiǎn)單設(shè)置，該特點(diǎn)具有十分靈活的功能作用，對(duì)不同業(yè)務(wù)及場(chǎng)景適應(yīng)、轉(zhuǎn)變具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。同時(shí)降低運(yùn)維成本及提升操作靈活性。

2.2 以網(wǎng)絡(luò)安全及環(huán)境穩(wěn)定為主

網(wǎng)絡(luò)安全及環(huán)境穩(wěn)定是任何網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與部署需求，智慧校園由于其自身功能與運(yùn)行特點(diǎn)，更要詮釋與體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全及環(huán)境的可靠性，首先在用網(wǎng)環(huán)境設(shè)置要以用戶身份為核心，對(duì)其訪問權(quán)限進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。本次智慧校園專網(wǎng)建設(shè)中年主要面向?qū)ο鬄閷W(xué)生，根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況對(duì)其數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行層次分化，以提升管理效率，包括學(xué)生基礎(chǔ)信息、年級(jí)班級(jí)、學(xué)習(xí)需求等提出具有時(shí)效性的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，充分滿足學(xué)生實(shí)際需求。在面向教師群體中要強(qiáng)化學(xué)校辦公的靈活性，包括教學(xué)需求、業(yè)務(wù)需求、保障需求等，提升公私業(yè)務(wù)流動(dòng)與協(xié)同的靈活調(diào)試、協(xié)同開展，此時(shí)要側(cè)重對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的安全保護(hù)、存儲(chǔ)備用，基于對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)及隱患的綜合考慮，建議選擇邊-云融合模式，構(gòu)建校園數(shù)據(jù)信息的專項(xiàng)管理及存儲(chǔ)。

2.3 以靈活可靠的網(wǎng)絡(luò)條件為主

智慧校園專網(wǎng)是基于不同業(yè)務(wù)及場(chǎng)景進(jìn)行智能分析、智能提供，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)具有智能的可調(diào)性、變化性，在不斷的可調(diào)及變化中需穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，經(jīng)過對(duì)相關(guān)校園業(yè)務(wù)及活動(dòng)內(nèi)容能分析，教育數(shù)據(jù)集中訪問部位十分關(guān)鍵，如不對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理，則會(huì)導(dǎo)致訪問量頻發(fā)，造成網(wǎng)絡(luò)阻礙等問題發(fā)生，如吞吐量降低、傳輸延時(shí)等，極大影響客戶使用體驗(yàn)感受?；诖吮敬螌＞W(wǎng)建設(shè)中選擇邊緣式服務(wù)設(shè)備，該設(shè)備是以5G技術(shù)為主，具有高穩(wěn)定、高傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，如校園中包含多個(gè)校區(qū)，通過本次專網(wǎng)建設(shè)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)校區(qū)廣域互聯(lián)，內(nèi)部專網(wǎng)統(tǒng)一的訪問控制以及不同校區(qū)專網(wǎng)與公網(wǎng)的流量分類管理與計(jì)費(fèi)。

2.4 以自主智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為本

智慧校園中的“智慧性”尤為關(guān)鍵，如何發(fā)揮與體現(xiàn)智慧校園中的智慧屬性，是本次專網(wǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)的核心所在，本次專網(wǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)中以5G技術(shù)為主，5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)數(shù)字校園的升級(jí)創(chuàng)新，將傳統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)用孤立性進(jìn)行智能關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)變，將智能教育設(shè)備及環(huán)境條件給予營造，專網(wǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)中通過邊緣智能分析感應(yīng)終端，將“小數(shù)據(jù)”功能及支撐給予體現(xiàn)，管理者通過對(duì)小數(shù)據(jù)的分析操作、管控執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)化的智能化控制，同時(shí)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展設(shè)備的協(xié)同式管理，可對(duì)不同業(yè)務(wù)及場(chǎng)景中的智能感知、數(shù)據(jù)獲取、識(shí)別分析等給予實(shí)現(xiàn)。在該過程過程中通過大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用，對(duì)主體需求進(jìn)行智能化篩選與歸類，提出執(zhí)行重點(diǎn)，形成主動(dòng)性智能服務(wù)效應(yīng)，該智能服務(wù)可諸多對(duì)學(xué)習(xí)需求、場(chǎng)景、特征等進(jìn)行自動(dòng)分析、自動(dòng)鑒別，經(jīng)過智慧分析提出個(gè)體滿足方案，，實(shí)現(xiàn)從人找信息到信息找人的轉(zhuǎn)換，從而構(gòu)建萬物互聯(lián)、全面感知、可靠傳輸、智能處理、主動(dòng)智能的智慧校園。

3. 基于5G技術(shù)建設(shè)應(yīng)用分析——以A學(xué)校專網(wǎng)工程為例

本次研究采用實(shí)際案例分析形式，以A校園智慧專網(wǎng)建設(shè)為例，通過對(duì)該學(xué)校進(jìn)行走訪調(diào)查分析，對(duì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，便于下一步工作安排及開展部署，該專網(wǎng)主要以5G技術(shù)為主，抓專網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)如下：第一、終端層;第二、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)分析層;第三、能力層及服務(wù)層等。

在對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行搜集中，A學(xué)校采用多種智能設(shè)備，如智能感知終端設(shè)備、教育智能設(shè)備等，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)全方位、全角度的綜合采集、整理分析，并利用5G網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性對(duì)其進(jìn)行快速傳輸。在數(shù)據(jù)處理方面本次選擇大大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)等，對(duì)所有采集整理后的信息數(shù)據(jù)給予給予全面處理分析。另外在提供平臺(tái)服務(wù)方面，A學(xué)校根據(jù)自身需求，在提供服務(wù)方面主要以能力平臺(tái)為主，提供服務(wù)包括學(xué)校模塊、教學(xué)模塊、育人模塊、評(píng)價(jià)模塊、教研模塊、培訓(xùn)模塊、管理模塊、公共服務(wù)模塊等。

終端層，A學(xué)校智慧專網(wǎng)終端層主要通過智能終端對(duì)其情景、信息等進(jìn)行采集分析、智能執(zhí)行，針對(duì)性提供智能服務(wù)。本終端層利用5G技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人物、人人、物物之間的信息互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通，智慧校園專網(wǎng)可滿足智能管理、智慧分析、智慧服務(wù)及智慧感知，在具體應(yīng)用實(shí)施中主要通過個(gè)人終端與教育設(shè)備完成。擬定設(shè)計(jì)的個(gè)人終端包括智能手機(jī)、智能平板、智能筆及相關(guān)通訊信息設(shè)備等。教育設(shè)備主要包括顯示儀器、實(shí)驗(yàn)裝置、監(jiān)控設(shè)備及相關(guān)智能教學(xué)設(shè)施、設(shè)備等。在該過程中學(xué)生及教師可通過5G信號(hào)傳輸，利用個(gè)人終端對(duì)校園諸多信息、數(shù)據(jù)等進(jìn)行采集利用，學(xué)生可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)、實(shí)時(shí)搜索、實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)等，并可與智慧圖書館、智慧寢室及智慧食堂等進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)，通過智能感知與數(shù)據(jù)分析，在物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下滿足所需，簡(jiǎn)化人的介入與操作，極大提升體驗(yàn)度與效率。

網(wǎng)絡(luò)層，本次專網(wǎng)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)層主要以核心網(wǎng)部署、承載網(wǎng)部署、無線接入網(wǎng)部署、邊緣節(jié)點(diǎn)部署為主。核心網(wǎng)部署主要是對(duì)全部信息進(jìn)行分析處理，在處理中主要利用控制面、數(shù)據(jù)面分離效應(yīng)開展，促進(jìn)靈活性路由形成、強(qiáng)化本地分流。無線接入網(wǎng)部署主要為無線接入提供服務(wù)，強(qiáng)化覆蓋與容量的有效分離，簇化集中控制實(shí)現(xiàn)無線資源的集中協(xié)調(diào)管理。并提升承載網(wǎng)的承載效應(yīng)，5G技術(shù)的高帶寬、低時(shí)延、廣連接特性對(duì)承載網(wǎng)的帶寬、容量、時(shí)延和組網(wǎng)靈活性方面有較高的需求;邊緣節(jié)點(diǎn)是帶有緩存和計(jì)算處理能力的節(jié)點(diǎn)部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣，與移動(dòng)設(shè)備、傳感器和用戶緊密相連，減少核心網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，如圖2。

數(shù)據(jù)及能力平臺(tái)層架構(gòu)。數(shù)據(jù)及能力平臺(tái)層架構(gòu)設(shè)計(jì)中要結(jié)合邊緣計(jì)算方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算及存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)型創(chuàng)新，主要實(shí)現(xiàn)從核心下沉轉(zhuǎn)變“邊緣”模式，可有效規(guī)避網(wǎng)絡(luò)時(shí)延發(fā)生，減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，A學(xué)校完全實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)管理、控制自主化，讓數(shù)據(jù)信息安全及隱私的到明顯提升。該平臺(tái)層架構(gòu)主要包括：AI/大數(shù)據(jù)界面平臺(tái)、A學(xué)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)安全及運(yùn)維系統(tǒng)、個(gè)性化教育大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、教育應(yīng)用集成系統(tǒng)、教育活動(dòng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、云計(jì)算系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)日志數(shù)據(jù)等。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，智慧校園專網(wǎng)建設(shè)是未來教育發(fā)展主要方向，只有通過5G硬件、軟件及智能化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)不同層面技術(shù)創(chuàng)新給予詮釋，才能進(jìn)一步提高5G在智慧校園中的功能發(fā)揮。通過本次研究闡明對(duì)基于5G的智慧校園專網(wǎng)建設(shè)的重要性，為相關(guān)工作開展提供參考。

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