5G+智慧校園建設

練永華

(三明醫(yī)學科技職業(yè)學院 現代教育技術中心，福建 三明 365000)

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》中強調通過校園信息化建設，加強現代教育技術手段的廣泛應用．5G技術的推廣和應用，為教育信息化注入了新的內涵，推進了教育現代化的進程．5G技術為智慧校園建設提供了強大的技術支撐.在云計算、大數據、泛在感知等信息技術廣泛應用的基礎上，智慧校園建設進入一個新時代，教學質量與管理水平顯著提升．有助于構建更加生動、形象、高效的學校教學、管理場景，以其更加開放、個性化的應用，促進“教、學、管”一體化，從而使得教育信息化裂變式發(fā)展．

1 5G +智慧校園建設的內涵及特征

1.1 5G +智慧校園建設的內涵

智慧校園是以物聯網為依托的新一代信息技術在校園中運用的載體，是對現代教育技術資源和教育服務資源的有效整合．“智慧校園”最初由浙江大學在其發(fā)展規(guī)劃中提到，智慧校園強調以物聯網技術為基礎，實現云計算、人工智能、大數據、移動互聯網等諸多高技術之融合，讓智能化數據處理服務平臺與便捷化校園網應用終端，服務于學校管理和教學．[1]5G是依托于新一代蜂窩移動通信技術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，有助于提高數據處理效率．在5G技術快速發(fā)展的當下，推動5G+智慧校園建設可進一步增強校園信息化管理和現代教育技術應用水平，實現校園信息化管理的技術變革．

1.2 5G +智慧校園建設的特征

5G+智慧校園建設具有三個方面的顯著特征．一是高速率．5G在智慧校園中的應用，依托于Gbit/s標準的峰值速率，有助于適應教學和管理的高清視頻和虛擬現實、大數據運算的需要，使得服務器可以連接更多的終端設備；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+智慧校園建設具有無時間和空間限制性的特征．在5G技術支持下，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．通過互聯網、物聯網、移動互聯網，無論在何時、何地都可以開展數據傳輸，數據傳播的實時性更加突顯，實現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+智慧校園有助于學校與教師、師生間對話與信息互動．通過人機交互，能利用聲音、畫面等介質增加所有受眾的視聽感受，增強智慧校園建設的主動性，提高信息反饋增益．四是經濟性．5G的出現解決了高速接口成本高昂問題，有助于在保障數據傳輸速率和帶寬的同時，實現單位基站數量的減少，有效降低運營成本．

2 5G網絡的關鍵技術

一是新型大規(guī)模MIMO技術．5G技術在不增加帶寬的前提下，實現信息系統(tǒng)容量的拓展，在輸入端與接收端建立多元化的信道體系，增強不同信號間的獨立性，有效的消除不同電磁數據流的干擾，全面增強信息傳輸效果．二是高頻段傳輸技術．5G技術不但能夠實現Gbit/s標準的峰值速率，而且相對于傳統(tǒng)的小于3 Ghz的傳輸頻段，5G技術在理論上可以實現284.6 GHz的帶寬，有效的解決傳統(tǒng)低頻數據傳播存在的不足．[3]5G相對于4G網絡，在速率、速率峰值、流量密度、連接數密度、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．5G的出現改變了數據的單向傳播方式，可以實現數據的雙向傳播．傳統(tǒng)4G技術背景下，數據在某一時間范圍只能允許一種動作執(zhí)行，而在5G時代，數據可以在某一時間區(qū)間內執(zhí)行不同的動作，實現了半雙工模式的升級．四是D2D通信技術．5G技術實現了點對點式的用戶信息傳播，依托于分布式網絡，構建對等網絡信道平臺，并具有自動路由功能，減少數據中繼環(huán)節(jié)，實現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，以及服務器與客戶端功能的便捷化轉換．五是5G超密集組網技術．5G技術實現了網絡的異構，有助于構建更加豐富的網絡應用場景，實現以用戶為中心的共享式、開放式網絡架構，將虛擬技術和場景技術相結合，在減少基站配置的前提下，實現信息資源的傳輸最大化．

表1 5G與4G關鍵指標對比

3 5G對智慧校園建設的作用

基于5G技術，利用其增強移動寬帶 (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，增強與智慧校園的關聯性．

3.1 5G提供校園網融合互通方案

雖然當前各地都建設了校園網，但是校園網通常是建立在4G EPON網絡構架上的，其存儲容量、傳播方式都有較大局限性.而5G技術是建立在數字蜂窩網絡架構上的數據處理模式，有助于構建更加穩(wěn)定、擁有更寬數據信道、支持多頻傳輸模式．5G提供校園網融合互通方案如圖1所示：

圖1 5G網融合互通方案示意圖

5G技術實現運營商提供的 MEC 設備下沉至校園內，通過校園基站和服務器，可擁有海量云存儲和大數據計算空間，支持分流策略的報文發(fā)送，為學校的教學、行政管理、課題研究都提供了更加開放的應用平臺和數據處理保障，有助于校園網功能的拓展和創(chuàng)新．

3.2 5G支撐新型教學模式

5G技術的出現，使得AR和VR得到了廣泛的應用．在傳統(tǒng)的智慧校園VR/AR體驗中，由于視頻數據的容量過大，流暢度和清晰度不可兼得，而在5G技術的支持下，將原本由終端進行的計算向云端轉移，使得流暢度和清晰度的兼容更強，用戶在享受到增強現實和虛擬現實流暢度的同時，更具有較好的清晰度．特別是對于實驗類和展示類的教學，通過AR/VR 技術的應用，全面改進了傳統(tǒng)的教學效果，有助于5G 高清視頻直播課堂、5G+VR 遠程沉浸式等教學模式的構建．5G支撐新型教學模式示意圖如圖2所示：

圖2 5G支撐新型教學模式示意圖

5G支撐下的教學模式，實現了應用層、數據層、云平臺、網絡、終端之集成，使得傳統(tǒng)模式轉變?yōu)閱l(fā)式、互動式、個性化教學．讓教學更加直觀生動 ，如身臨其境，增強多樣化、形象化的感官體驗．

3.3 5G助力校園物聯網建設

智慧校園是以物聯網為依托的新一代信息技術在校園中運用的載體．而5G的應用，則使得校園物聯網增強了智能化數據處理、大數據、云存儲、數據挖掘等功能．實時監(jiān)測數據流，分析數據特征，從而構建更加完善便捷的物聯網絡.

如圖3所示，通過構建物聯網開發(fā)平臺，通過ECM+TSEC、MEC等技術，利用高帶寬優(yōu)勢，建立局域網與廣域網更加開放而無指縫的共享接口，在保障開放性的同時增強物聯網的安全性．如：通過GIS與5G技術的融合應用，可以實現校園數據監(jiān)測點的實時計算和分析，繪制熱力圖，分析各類教學、管理等資源的配置效率優(yōu)劣，以及明確改進的方向．

圖3 5G助力物聯網建設示意圖

4 5G+智慧校園建設的途徑

4.1 5G+沉浸式個性教學

5G技術可增進沉浸式教學個性化開展，推動5G+沉浸式個性化教學兩者的深度融合．以學生的需求為導向，運用大數據、云計算等技術對學生學習需求實施測度，在此基礎上開展開放式、交互式、個性化等新教學模式應用．利用VR/AR 與教育結合呈現的全新的教學體驗，使用新型觸感、聽覺、視覺、定位跟蹤等教學裝備，不斷滿足學生各種需求．通過精準的學生定位和需求深挖，使學生需求與教學模式開發(fā)能夠深度的契合，使得學生如臨其境之場景學習體驗．[4]利用5G技術加強教學全流程的再造優(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、沉浸式課堂教學方式．對學生的學業(yè)水平、學習需求特征、行為傾向等進行評估，打造更加可靠的學生信息數據庫，為智慧教學的推廣提供支撐．利用5G加強教學信息資源共享，教學平臺與數字圖書室、學科資源庫的整合，夯實信息交換共享平臺的基礎工作，實現課前預約、課件下載、課堂互動與點名，課后管理與作業(yè)考評一體化，加速信息數據交換共享平臺進行擴容升級，打造開放、自由的學習環(huán)境．

4.2 5G+大數據智能管理

利用5G技術，促進校園管理線上和線下之間融合，實現學校管理和服務的扁平化．有效的整合學校的信息流、物流與資金流，運用大數據技術來對校園基礎設施公共平臺信息進行挖掘和分析，消除信息孤島．減少學校管理的中間環(huán)節(jié)，構建通暢的信息通道．在智慧校園背景下，加強學校的行政、教學教務、科研管理、后勤保障等部門的銜接，構建無縫融合的信息渠道，利用大數據打造“校園云腦”．不斷健全校園公共信息服務管理體系，完善OA辦公、生活服務、圖書借閱、檔案管理等信息化功能．推進學校管理的線上與線下相結合，推動學校管理檔案、教案、試題、課件、精品課程資源共享，構建資源數字化、應用集成化、傳播智能化的信息環(huán)境，實現建立在5G技術上的學校管理服務輕型化和社區(qū)化．推動校園的 “智能服務+智能生活+智能管理”的一體化，拓展區(qū)塊鏈、大數據等新興技術應用范圍．構建學科齊全、標準統(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并加強可移動化的電子設備應用，增強智能校園管理的便捷性和人性化．

4.3 5G+多元化場景構建

利用5G技術加強場景平臺建設效果，構建符合廣大師生需求、便捷化、個性化的場景．加強場景要素的集成化，在各類場景活動中加強師生互動和交流．[5]加強遠程教育、課堂直播、在線課程、虛擬現實等場景推廣，加強對課堂、學習、運動和教學等行為進行智能分析和可視化場景服務，推動場景建設由學校主導型向學生主導型轉變．積極構建建立在云計算、分布式技術等基礎上的校園網平臺，依托于場景建設，推動5G 移動終端、人臉識別、班班通、“一卡通”、4K 數字演播、視頻會議和視頻點播、平安校園、協(xié)同辦公等多元化的場景構建．[6]構建以優(yōu)化服務體驗為核心，以突出便捷性和海量化為途徑的5G智慧校園場景服務網絡，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，包括手機門禁、考勤、消費、未來教室、移動智能等服務，提供學生的校園生活化場景服務，提供在線課程點播和互動功能．

4.4 5G+精準化數據挖掘

利用5G的虛擬化、云端化功能，加強數據捕捉、數據分析、挖掘，以云計算和數字化技術為核心技術引擎、以數據元為關鍵要素，打造5G校園“生活場景嵌入+智慧校園體驗”的智慧校園體系，加強數據定位、監(jiān)控、追蹤、分析，輔助學校管理者的決策和頂層設計．[7]實現“數據智能+網絡協(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體系．建立“移動終端 + 社交平臺”的信息傳播渠道，構建“24 小時自助圖書館”系統(tǒng)、人工智能AI中心、虛擬仿真實訓中心、遠程授課系統(tǒng)等平臺，加強信息溝通與共享．全面適應教學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習、移動辦公的需要．

5 結語

5G+智慧校園建設具有高速率、便捷化、互動性、經濟性等特征．依托于新型大規(guī)模MIMO、高頻段傳輸、全雙工、D2D通信、超密集組網技術，5G技術提供了校園網融合互通方案、支撐新型教學模式、助力校園物聯網建設．推動5G+智慧校園建設，應進一步加強5G技術更廣泛的應用于沉浸式個性教學、大數據智能管理、多元化場景構建、精準化數據挖掘．