5G多場(chǎng)景智慧教育應(yīng)用專網(wǎng)建設(shè)探討

陸 杰 肖 嵐 肖三保 中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司南昌市分公司 江西省南昌市 330029

0 引言

利用運(yùn)營(yíng)商頻譜資源和大網(wǎng)運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)5G組網(wǎng)、切片和邊緣計(jì)算等技術(shù)，為行業(yè)客戶提供專屬覆蓋、網(wǎng)絡(luò)定制、數(shù)據(jù)隔離、質(zhì)量保證的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大帶寬、低時(shí)延、安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸，提供以5G SA技術(shù)為核心的“專建專維·專用專享”的專有網(wǎng)絡(luò)，滿足客戶在生產(chǎn)、辦公、管理等應(yīng)用的通信服務(wù)需求。

圖1 5G專有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

1 5G專網(wǎng)分類及介紹

1.1 5G獨(dú)立專網(wǎng)

5G獨(dú)立專網(wǎng)產(chǎn)品是指利用5G組網(wǎng)、切片和邊緣計(jì)算等技術(shù)，采用專有無(wú)線設(shè)備和核心網(wǎng)一體化設(shè)備，為客戶構(gòu)建一張?jiān)鰪?qiáng)帶寬、低時(shí)延、物理封閉的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)與運(yùn)營(yíng)商公眾網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)完全隔離，且不受運(yùn)營(yíng)商公眾網(wǎng)絡(luò)變化影響。

1.2 5G混合專網(wǎng)

5G混合專網(wǎng)產(chǎn)品是指以5G數(shù)據(jù)分流技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)無(wú)線和控制網(wǎng)元的靈活定制，為客戶構(gòu)建一張?jiān)鰪?qiáng)帶寬、低時(shí)延、數(shù)據(jù)不出園的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)。

該模式下客戶網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)本地卸載，可通過(guò)功能定制優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)客戶生產(chǎn)業(yè)務(wù)不受公眾網(wǎng)絡(luò)故障影響，保障生產(chǎn)安全。5G混合專網(wǎng)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見(jiàn)圖2：

圖2 5G混合專網(wǎng)架構(gòu)圖

1.3 5G虛擬專網(wǎng)

5G虛擬專網(wǎng)產(chǎn)品是指基于運(yùn)營(yíng)商5G公眾網(wǎng)絡(luò)資源，利用端到端QoS或切片技術(shù)，為客戶提供一張時(shí)延和帶寬有保障的、與公眾網(wǎng)絡(luò)普通用戶數(shù)據(jù)隔離的虛擬專有網(wǎng)絡(luò)。

2 5G教育專網(wǎng)選型

從三種類型專網(wǎng)特點(diǎn)來(lái)看，5G混合專網(wǎng)通過(guò)部署專用UPF 網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)客戶數(shù)據(jù)不出園區(qū)，本地靈活卸載，業(yè)務(wù)安全隔離，投資相對(duì)較小，因此5G教育專網(wǎng)優(yōu)先選用5G混合專網(wǎng)類型。

圖3 5G教育專網(wǎng)無(wú)線專網(wǎng)系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

3 5G教育專網(wǎng)建設(shè)方案

3.1 無(wú)線專網(wǎng)系統(tǒng)整體架構(gòu)

3.1.1 每個(gè)專網(wǎng)用戶配置1 張校園專用5G SIM 卡。5G SIM卡啟用專用DNN（即APN），IP地址池由校園內(nèi)網(wǎng)分配。通過(guò)專用5G SIM卡接入5G基站。

3.1.2 校園專網(wǎng)5G網(wǎng)絡(luò)主要由室分系統(tǒng)構(gòu)成，包括pRRU、rHub和BBU，無(wú)線信號(hào)由天線（pRRU附帶）接收，經(jīng)rHub匯聚，通過(guò)光纖傳輸?shù)紹BU。

3.1.3 BBU通過(guò)傳輸連接到運(yùn)營(yíng)商側(cè)的UPF，UPF通過(guò)防火墻和固定專線到教育專屬云平臺(tái)，與教育云平臺(tái)互通。

3.2 無(wú)線5G方案

3.2.1 組網(wǎng)方式：基站由專網(wǎng)用戶與公網(wǎng)用戶共享，通過(guò)5QI、預(yù)調(diào)度等無(wú)線空口技術(shù)保障專網(wǎng)用戶的體驗(yàn)。

3.2.2 頻譜方案：主要規(guī)劃NR 3.5G頻段，200M帶寬滿足容量需求，超大容量場(chǎng)景規(guī)劃2.1G+3.5G頻譜協(xié)同。（本方案是某運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行例舉，不同運(yùn)營(yíng)商5G無(wú)線方案略有不同）。

3.2.3 方案優(yōu)勢(shì)：

（1）通過(guò)資源優(yōu)先級(jí)分配及預(yù)調(diào)度等空口技術(shù)與專項(xiàng)調(diào)優(yōu)，保障專網(wǎng)用戶的業(yè)務(wù)需求和體驗(yàn)。

（2）NR 3.5G頻譜的200M帶寬較2.6G頻譜160M具備大帶寬優(yōu)勢(shì)，單小區(qū)提供2G小區(qū)容量；3.5G+2.1G的SUL（超級(jí)上行）特性，保障上行大帶寬需求；重點(diǎn)區(qū)域通過(guò)分布式Massive MIMO保障容量體驗(yàn)；數(shù)字化室分可通過(guò)小區(qū)分裂實(shí)現(xiàn)軟擴(kuò)容，無(wú)需硬件改造即可滿足后續(xù)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)需求。

3.3 傳輸承載方案

3.3.1 方案說(shuō)明：CSG（基站網(wǎng)關(guān)）連接基站，實(shí)現(xiàn)環(huán)狀組網(wǎng)；ASG（匯聚網(wǎng)關(guān)，可與CSG 合一）打通5GC大網(wǎng)；DC-GW承載MEC服務(wù)器組網(wǎng)，同時(shí)打通企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。如圖4所示。

3.3.2 方案優(yōu)勢(shì)：環(huán)狀組網(wǎng)和雙機(jī)熱備，提供高可靠性承載。

3.4 UPF建設(shè)規(guī)劃

與大網(wǎng)共享UPF，通過(guò)固定專線連接教育專網(wǎng)平臺(tái)。

3.5 系統(tǒng)軟件功能

系統(tǒng)軟件采用符合無(wú)線通信3GPP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的通信軟件，包括基站軟件以及邊緣計(jì)算UPF相關(guān)軟件，邊緣計(jì)算MEP 相關(guān)的應(yīng)用APP，依據(jù)教育智慧應(yīng)用具體類型，由第三方企業(yè)提供，負(fù)責(zé)對(duì)具體應(yīng)用的管理。

圖4 5G教育專網(wǎng)系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

基站軟件的作用：進(jìn)行5G信號(hào)的調(diào)制解調(diào)及傳輸，上行接收終端設(shè)備信號(hào)傳向核心網(wǎng)及服務(wù)器處理，下行通過(guò)5G信號(hào)給終端設(shè)備發(fā)送相關(guān)控制指令。

邊緣計(jì)算UPF的作用：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分流，根據(jù)設(shè)定的規(guī)則，只需要在專網(wǎng)內(nèi)部傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分離到教育云平臺(tái)，需要傳輸?shù)竭\(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)上的數(shù)據(jù)，分流到運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)設(shè)備上，最終傳輸?shù)絀nternet網(wǎng)絡(luò)。

3.6 網(wǎng)絡(luò)安全保障

除了繼承5G 空口和云化核心網(wǎng)的高安全標(biāo)準(zhǔn)外，還提供MEC安全與切片安全的能力。

4 5G教育專網(wǎng)多場(chǎng)景應(yīng)用

4.1 與有線教育專網(wǎng)形成補(bǔ)充

傳統(tǒng)的校園網(wǎng)絡(luò)都是基于有線局域網(wǎng)，然后通過(guò)教育城域網(wǎng)訪問(wèn)教育云平臺(tái)應(yīng)用資源，并通過(guò)教育云平臺(tái)訪問(wèn)外網(wǎng)。

本次基于5G專有網(wǎng)絡(luò)的示范應(yīng)用，創(chuàng)新之處在于以無(wú)線高速局域網(wǎng)與傳統(tǒng)有線教育城域網(wǎng)互為補(bǔ)充，讓大量復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)安全工作交由運(yùn)營(yíng)商管理，大大簡(jiǎn)化了校園信息化網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和配置工作，也提升了校園信息化的網(wǎng)絡(luò)安全水平。

4.2 5G+虛擬現(xiàn)實(shí)教育

5G技術(shù)特性契合基于虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸式教學(xué)需求，確保超大內(nèi)容分發(fā)及低時(shí)延互動(dòng)，通過(guò)軟硬件全方位的支持，使抽象的知識(shí)形象化，讓學(xué)習(xí)變成沉浸于虛擬空間的體驗(yàn)之旅，全面革新現(xiàn)有的教育形式。

4.3 5G+遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)

5G大帶寬通道可承載4K/8K超清互動(dòng)畫面，提供實(shí)時(shí)互動(dòng)課堂優(yōu)質(zhì)體驗(yàn)，強(qiáng)大的移動(dòng)性更使處處可學(xué)成為現(xiàn)實(shí)，對(duì)于均衡優(yōu)質(zhì)教育資源和實(shí)現(xiàn)教育扶貧等具有重大意義。

4.4 5G+人工智能教育

5G大帶寬通道可以確保AI視頻通過(guò)人臉識(shí)別、行為識(shí)別、情感識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、文本識(shí)別等AI識(shí)別技術(shù)及時(shí)收集教師及學(xué)生的各類綜合數(shù)據(jù)，從而生成教師及學(xué)生的各類大數(shù)據(jù)分析報(bào)告，為精準(zhǔn)化教學(xué)提供數(shù)據(jù)決策依據(jù)。

4.5 5G+校園智能管理

利用5G大連接智能化管理校園基礎(chǔ)設(shè)施，比如校園安防系統(tǒng)、校園廣播系統(tǒng)、校園能耗系統(tǒng)、校園井蓋設(shè)施、校園消防系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)校園各類部件5G 全連接，降低運(yùn)行成本，提升服務(wù)水平，保障學(xué)校安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

在5G到來(lái)之際，智慧教育的技術(shù)手段面臨著變革。以5G為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)可支撐智慧校園人、機(jī)、物深度融合發(fā)展，做到智慧教育的整體規(guī)劃、整體部署。5G技術(shù)將從智慧教學(xué)、智慧教研、智慧教管、智慧治理等多個(gè)維度推動(dòng)智慧教育的發(fā)展。