5G+智慧校園建設(shè)

練永華

(三明醫(yī)學(xué)科技職業(yè)學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，福建 三明 365000)

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》中強(qiáng)調(diào)通過校園信息化建設(shè)，加強(qiáng)現(xiàn)代教育技術(shù)手段的廣泛應(yīng)用．5G技術(shù)的推廣和應(yīng)用，為教育信息化注入了新的內(nèi)涵，推進(jìn)了教育現(xiàn)代化的進(jìn)程．5G技術(shù)為智慧校園建設(shè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐.在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、泛在感知等信息技術(shù)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，智慧校園建設(shè)進(jìn)入一個新時代，教學(xué)質(zhì)量與管理水平顯著提升．有助于構(gòu)建更加生動、形象、高效的學(xué)校教學(xué)、管理場景，以其更加開放、個性化的應(yīng)用，促進(jìn)“教、學(xué)、管”一體化，從而使得教育信息化裂變式發(fā)展．

1 5G +智慧校園建設(shè)的內(nèi)涵及特征

1.1 5G +智慧校園建設(shè)的內(nèi)涵

智慧校園是以物聯(lián)網(wǎng)為依托的新一代信息技術(shù)在校園中運(yùn)用的載體，是對現(xiàn)代教育技術(shù)資源和教育服務(wù)資源的有效整合．“智慧校園”最初由浙江大學(xué)在其發(fā)展規(guī)劃中提到，智慧校園強(qiáng)調(diào)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等諸多高技術(shù)之融合，讓智能化數(shù)據(jù)處理服務(wù)平臺與便捷化校園網(wǎng)應(yīng)用終端，服務(wù)于學(xué)校管理和教學(xué)．[1]5G是依托于新一代蜂窩移動通信技術(shù)的第五代移動通信模式．相對于4G(LTE-A、WiMax)，5G具有高速率、短延遲、低能耗、低成本的優(yōu)勢，有助于提高數(shù)據(jù)處理效率．在5G技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，推動5G+智慧校園建設(shè)可進(jìn)一步增強(qiáng)校園信息化管理和現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)校園信息化管理的技術(shù)變革．

1.2 5G +智慧校園建設(shè)的特征

5G+智慧校園建設(shè)具有三個方面的顯著特征．一是高速率．5G在智慧校園中的應(yīng)用，依托于Gbit/s標(biāo)準(zhǔn)的峰值速率，有助于適應(yīng)教學(xué)和管理的高清視頻和虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)運(yùn)算的需要，使得服務(wù)器可以連接更多的終端設(shè)備；有助于校園信息資源整合，優(yōu)化信息資源配置．二是便捷性．5G+智慧校園建設(shè)具有無時間和空間限制性的特征．在5G技術(shù)支持下，通過高速、泛在、安全、自由的信息連接，突破傳統(tǒng)的時間和空間的限制．通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)，無論在何時、何地都可以開展數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳播的實(shí)時性更加突顯，實(shí)現(xiàn)了信息流的雙向式的傳輸．[2]三是互動性．5G+智慧校園具有互動性的特征，而非簡單信息灌輸，5G+智慧校園有助于學(xué)校與教師、師生間對話與信息互動．通過人機(jī)交互，能利用聲音、畫面等介質(zhì)增加所有受眾的視聽感受，增強(qiáng)智慧校園建設(shè)的主動性，提高信息反饋增益．四是經(jīng)濟(jì)性．5G的出現(xiàn)解決了高速接口成本高昂問題，有助于在保障數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬的同時，實(shí)現(xiàn)單位基站數(shù)量的減少，有效降低運(yùn)營成本．

2 5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

一是新型大規(guī)模MIMO技術(shù)．5G技術(shù)在不增加帶寬的前提下，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)容量的拓展，在輸入端與接收端建立多元化的信道體系，增強(qiáng)不同信號間的獨(dú)立性，有效的消除不同電磁數(shù)據(jù)流的干擾，全面增強(qiáng)信息傳輸效果．二是高頻段傳輸技術(shù)．5G技術(shù)不但能夠?qū)崿F(xiàn)Gbit/s標(biāo)準(zhǔn)的峰值速率，而且相對于傳統(tǒng)的小于3 Ghz的傳輸頻段，5G技術(shù)在理論上可以實(shí)現(xiàn)284.6 GHz的帶寬，有效的解決傳統(tǒng)低頻數(shù)據(jù)傳播存在的不足．[3]5G相對于4G網(wǎng)絡(luò)，在速率、速率峰值、流量密度、連接數(shù)密度、空口時延、移動性等方面具有較大的優(yōu)勢(如表1所示)．三是全雙工技術(shù)．5G的出現(xiàn)改變了數(shù)據(jù)的單向傳播方式，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳播．傳統(tǒng)4G技術(shù)背景下，數(shù)據(jù)在某一時間范圍只能允許一種動作執(zhí)行，而在5G時代，數(shù)據(jù)可以在某一時間區(qū)間內(nèi)執(zhí)行不同的動作，實(shí)現(xiàn)了半雙工模式的升級．四是D2D通信技術(shù)．5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對點(diǎn)式的用戶信息傳播，依托于分布式網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建對等網(wǎng)絡(luò)信道平臺，并具有自動路由功能，減少數(shù)據(jù)中繼環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)平臺上的不同用戶能夠共享同一種信息資源，有助于用戶信息的直接訪問，以及服務(wù)器與客戶端功能的便捷化轉(zhuǎn)換．五是5G超密集組網(wǎng)技術(shù)．5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)，有助于構(gòu)建更加豐富的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的共享式、開放式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將虛擬技術(shù)和場景技術(shù)相結(jié)合，在減少基站配置的前提下，實(shí)現(xiàn)信息資源的傳輸最大化．

表1 5G與4G關(guān)鍵指標(biāo)對比

3 5G對智慧校園建設(shè)的作用

基于5G技術(shù)，利用其增強(qiáng)移動寬帶 (eMBB)、海量大連接 (mMTC) 、低時延高可靠 (URLLC)等優(yōu)勢，有助于豐富智慧校園場景，增強(qiáng)與智慧校園的關(guān)聯(lián)性．

3.1 5G提供校園網(wǎng)融合互通方案

雖然當(dāng)前各地都建設(shè)了校園網(wǎng)，但是校園網(wǎng)通常是建立在4G EPON網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架上的，其存儲容量、傳播方式都有較大局限性.而5G技術(shù)是建立在數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上的數(shù)據(jù)處理模式，有助于構(gòu)建更加穩(wěn)定、擁有更寬數(shù)據(jù)信道、支持多頻傳輸模式．5G提供校園網(wǎng)融合互通方案如圖1所示：

圖1 5G網(wǎng)融合互通方案示意圖

5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商提供的 MEC 設(shè)備下沉至校園內(nèi)，通過校園基站和服務(wù)器，可擁有海量云存儲和大數(shù)據(jù)計(jì)算空間，支持分流策略的報(bào)文發(fā)送，為學(xué)校的教學(xué)、行政管理、課題研究都提供了更加開放的應(yīng)用平臺和數(shù)據(jù)處理保障，有助于校園網(wǎng)功能的拓展和創(chuàng)新．

3.2 5G支撐新型教學(xué)模式

5G技術(shù)的出現(xiàn)，使得AR和VR得到了廣泛的應(yīng)用．在傳統(tǒng)的智慧校園VR/AR體驗(yàn)中，由于視頻數(shù)據(jù)的容量過大，流暢度和清晰度不可兼得，而在5G技術(shù)的支持下，將原本由終端進(jìn)行的計(jì)算向云端轉(zhuǎn)移，使得流暢度和清晰度的兼容更強(qiáng)，用戶在享受到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)流暢度的同時，更具有較好的清晰度．特別是對于實(shí)驗(yàn)類和展示類的教學(xué)，通過AR/VR 技術(shù)的應(yīng)用，全面改進(jìn)了傳統(tǒng)的教學(xué)效果，有助于5G 高清視頻直播課堂、5G+VR 遠(yuǎn)程沉浸式等教學(xué)模式的構(gòu)建．5G支撐新型教學(xué)模式示意圖如圖2所示：

圖2 5G支撐新型教學(xué)模式示意圖

5G支撐下的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、云平臺、網(wǎng)絡(luò)、終端之集成，使得傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式、互動式、個性化教學(xué)．讓教學(xué)更加直觀生動 ，如身臨其境，增強(qiáng)多樣化、形象化的感官體驗(yàn)．

3.3 5G助力校園物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

智慧校園是以物聯(lián)網(wǎng)為依托的新一代信息技術(shù)在校園中運(yùn)用的載體．而5G的應(yīng)用，則使得校園物聯(lián)網(wǎng)增強(qiáng)了智能化數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)、云存儲、數(shù)據(jù)挖掘等功能．實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)流，分析數(shù)據(jù)特征，從而構(gòu)建更加完善便捷的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò).

如圖3所示，通過構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺，通過ECM+TSEC、MEC等技術(shù)，利用高帶寬優(yōu)勢，建立局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)更加開放而無指縫的共享接口，在保障開放性的同時增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)的安全性．如：通過GIS與5G技術(shù)的融合應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)校園數(shù)據(jù)監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時計(jì)算和分析，繪制熱力圖，分析各類教學(xué)、管理等資源的配置效率優(yōu)劣，以及明確改進(jìn)的方向．

圖3 5G助力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)示意圖

4 5G+智慧校園建設(shè)的途徑

4.1 5G+沉浸式個性教學(xué)

5G技術(shù)可增進(jìn)沉浸式教學(xué)個性化開展，推動5G+沉浸式個性化教學(xué)兩者的深度融合．以學(xué)生的需求為導(dǎo)向，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)對學(xué)生學(xué)習(xí)需求實(shí)施測度，在此基礎(chǔ)上開展開放式、交互式、個性化等新教學(xué)模式應(yīng)用．利用VR/AR 與教育結(jié)合呈現(xiàn)的全新的教學(xué)體驗(yàn)，使用新型觸感、聽覺、視覺、定位跟蹤等教學(xué)裝備，不斷滿足學(xué)生各種需求．通過精準(zhǔn)的學(xué)生定位和需求深挖，使學(xué)生需求與教學(xué)模式開發(fā)能夠深度的契合，使得學(xué)生如臨其境之場景學(xué)習(xí)體驗(yàn)．[4]利用5G技術(shù)加強(qiáng)教學(xué)全流程的再造優(yōu)化，打造校園課程開發(fā)信息平臺、CIO、慕課、微課等新型課程形式，為師生提供互動化、個性化、沉浸式課堂教學(xué)方式．對學(xué)生的學(xué)業(yè)水平、學(xué)習(xí)需求特征、行為傾向等進(jìn)行評估，打造更加可靠的學(xué)生信息數(shù)據(jù)庫，為智慧教學(xué)的推廣提供支撐．利用5G加強(qiáng)教學(xué)信息資源共享，教學(xué)平臺與數(shù)字圖書室、學(xué)科資源庫的整合，夯實(shí)信息交換共享平臺的基礎(chǔ)工作，實(shí)現(xiàn)課前預(yù)約、課件下載、課堂互動與點(diǎn)名，課后管理與作業(yè)考評一體化，加速信息數(shù)據(jù)交換共享平臺進(jìn)行擴(kuò)容升級，打造開放、自由的學(xué)習(xí)環(huán)境．

4.2 5G+大數(shù)據(jù)智能管理

利用5G技術(shù)，促進(jìn)校園管理線上和線下之間融合，實(shí)現(xiàn)學(xué)校管理和服務(wù)的扁平化．有效的整合學(xué)校的信息流、物流與資金流，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)來對校園基礎(chǔ)設(shè)施公共平臺信息進(jìn)行挖掘和分析，消除信息孤島．減少學(xué)校管理的中間環(huán)節(jié)，構(gòu)建通暢的信息通道．在智慧校園背景下，加強(qiáng)學(xué)校的行政、教學(xué)教務(wù)、科研管理、后勤保障等部門的銜接，構(gòu)建無縫融合的信息渠道，利用大數(shù)據(jù)打造“校園云腦”．不斷健全校園公共信息服務(wù)管理體系，完善OA辦公、生活服務(wù)、圖書借閱、檔案管理等信息化功能．推進(jìn)學(xué)校管理的線上與線下相結(jié)合，推動學(xué)校管理檔案、教案、試題、課件、精品課程資源共享，構(gòu)建資源數(shù)字化、應(yīng)用集成化、傳播智能化的信息環(huán)境，實(shí)現(xiàn)建立在5G技術(shù)上的學(xué)校管理服務(wù)輕型化和社區(qū)化．推動校園的 “智能服務(wù)+智能生活+智能管理”的一體化，拓展區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)應(yīng)用范圍．構(gòu)建學(xué)科齊全、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、種類豐富的校本資源庫和共建共享交互的資源管理平臺，開發(fā)校園APP并加強(qiáng)可移動化的電子設(shè)備應(yīng)用，增強(qiáng)智能校園管理的便捷性和人性化．

4.3 5G+多元化場景構(gòu)建

利用5G技術(shù)加強(qiáng)場景平臺建設(shè)效果，構(gòu)建符合廣大師生需求、便捷化、個性化的場景．加強(qiáng)場景要素的集成化，在各類場景活動中加強(qiáng)師生互動和交流．[5]加強(qiáng)遠(yuǎn)程教育、課堂直播、在線課程、虛擬現(xiàn)實(shí)等場景推廣，加強(qiáng)對課堂、學(xué)習(xí)、運(yùn)動和教學(xué)等行為進(jìn)行智能分析和可視化場景服務(wù)，推動場景建設(shè)由學(xué)校主導(dǎo)型向?qū)W生主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變．積極構(gòu)建建立在云計(jì)算、分布式技術(shù)等基礎(chǔ)上的校園網(wǎng)平臺，依托于場景建設(shè)，推動5G 移動終端、人臉識別、班班通、“一卡通”、4K 數(shù)字演播、視頻會議和視頻點(diǎn)播、平安校園、協(xié)同辦公等多元化的場景構(gòu)建．[6]構(gòu)建以優(yōu)化服務(wù)體驗(yàn)為核心，以突出便捷性和海量化為途徑的5G智慧校園場景服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，打造更加開放的智慧校園生態(tài)圈．例如：江蘇省電信以5G+“翼機(jī)通”為載體打造智慧校園，囊括門禁卡、借書證、零錢包等用途于一身，包括手機(jī)門禁、考勤、消費(fèi)、未來教室、移動智能等服務(wù)，提供學(xué)生的校園生活化場景服務(wù)，提供在線課程點(diǎn)播和互動功能．

4.4 5G+精準(zhǔn)化數(shù)據(jù)挖掘

利用5G的虛擬化、云端化功能，加強(qiáng)數(shù)據(jù)捕捉、數(shù)據(jù)分析、挖掘，以云計(jì)算和數(shù)字化技術(shù)為核心技術(shù)引擎、以數(shù)據(jù)元為關(guān)鍵要素，打造5G校園“生活場景嵌入+智慧校園體驗(yàn)”的智慧校園體系，加強(qiáng)數(shù)據(jù)定位、監(jiān)控、追蹤、分析，輔助學(xué)校管理者的決策和頂層設(shè)計(jì)．[7]實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)智能+網(wǎng)絡(luò)協(xié)同+基站連接”的蓄勢儲能，推動部門間信息協(xié)同，打造智慧校園綜合服務(wù)體系．建立“移動終端 + 社交平臺”的信息傳播渠道，構(gòu)建“24 小時自助圖書館”系統(tǒng)、人工智能AI中心、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心、遠(yuǎn)程授課系統(tǒng)等平臺，加強(qiáng)信息溝通與共享．全面適應(yīng)教學(xué)和管理方式趨于移動化和自主化的趨勢，提高廣大師生信息素養(yǎng)，滿足廣大師生移動學(xué)習(xí)、移動辦公的需要．

5 結(jié)語

5G+智慧校園建設(shè)具有高速率、便捷化、互動性、經(jīng)濟(jì)性等特征．依托于新型大規(guī)模MIMO、高頻段傳輸、全雙工、D2D通信、超密集組網(wǎng)技術(shù)，5G技術(shù)提供了校園網(wǎng)融合互通方案、支撐新型教學(xué)模式、助力校園物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)．推動5G+智慧校園建設(shè)，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)5G技術(shù)更廣泛的應(yīng)用于沉浸式個性教學(xué)、大數(shù)據(jù)智能管理、多元化場景構(gòu)建、精準(zhǔn)化數(shù)據(jù)挖掘．