基于5G邊緣計算的全場景智慧校園建設(shè)*

王博 王超

1.黑龍江護理高等專科學(xué)校；2.韓國大真大學(xué)；3.哈爾濱音樂學(xué)院

為提升我國高校校園的建設(shè)質(zhì)量，保證學(xué)生擁有一個良好的校園學(xué)習(xí)環(huán)境，不斷推進校園建設(shè)與科學(xué)技術(shù)相結(jié)合是當(dāng)前智慧校園建設(shè)的發(fā)展方向。本文主要針對在智慧校園建設(shè)中的技術(shù)應(yīng)用進行研究，了解5G邊緣計算在高校的智能校園建設(shè)中的作用，根據(jù)邊緣計算的特點，發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)信息傳遞速度優(yōu)勢，減少信息傳遞耗費的時間，提升研究效率。除此之外，劃分各專業(yè)的邊緣網(wǎng)絡(luò)，實行專業(yè)數(shù)據(jù)存儲與交換，保障在校園中各專業(yè)的順利發(fā)展的同時，加強各專業(yè)之間的交流與合作，營造良好的學(xué)習(xí)空間，為培養(yǎng)出更多具有研究能力的人才做出準備。

在當(dāng)前的高校建設(shè)之中，傳統(tǒng)的校園生活已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的教育需求，建設(shè)智慧化校園勢在必行，智慧化的環(huán)境建設(shè)能夠給予學(xué)生優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)體驗，并使學(xué)生自身的技能不斷被豐富。當(dāng)前，教學(xué)課堂以及科學(xué)實驗的推進都離不開基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，資源與路徑是為學(xué)生提供實踐的物質(zhì)準備，學(xué)校建設(shè)的責(zé)任是不斷為學(xué)生提供研究與探索的方向。當(dāng)前校園中，知識的傳播形式具有豐富性，學(xué)生在利用5G網(wǎng)絡(luò)的同時，可在本專業(yè)涉及的領(lǐng)域進行研究，了解與之相關(guān)的具體知識內(nèi)容，通過互聯(lián)網(wǎng)交流的形式將控制變量加入專題項目之中，以保障研究項目的科學(xué)性與完整性。智慧化校園建設(shè)與全方位覆蓋網(wǎng)絡(luò)可解決學(xué)生在研究中的空間與時間上的困難，盡可能降低學(xué)生研究投入的時間。

1 全場景智慧校園理念

1.1 數(shù)字孿生理念深入智慧建設(shè)領(lǐng)域

數(shù)字孿生主要是指，在進行物理專業(yè)的發(fā)展中針對其發(fā)展的實際需求選擇相應(yīng)的技術(shù)，完成數(shù)字化對象的過程、技術(shù)以及方法。在我國對其進行研究中發(fā)現(xiàn)數(shù)字孿生可被分成三個部分，為物理空間的實體，與社會成員的個體；虛擬空間和數(shù)字模型；物理實體、社會個體以及虛擬模型間的數(shù)據(jù)與信息交互[1]。當(dāng)前，實現(xiàn)數(shù)字信息之間的溝通交流的要求探索是有必要的，也有較大發(fā)展空間，此功能可對數(shù)據(jù)進行分析并給予一定的反饋[2]。

1.2 全員、全過程、全方位育人理念在高校各個教育環(huán)節(jié)貫徹落實

為了保證當(dāng)前我國的教育需求，全方位育人是高校思想政治工作的基本要求，隨著我國當(dāng)前的教育課堂建設(shè)的主體轉(zhuǎn)變，學(xué)生逐漸成為課堂教育中的中心。因此，在全員教學(xué)中，教師可將每個學(xué)生作為教育的基點，從全方位的角度對學(xué)生實施定制化教育，采用因材施教的形式達成面向全體學(xué)生的提升，進而實現(xiàn)課堂教育與生活的共同進步[3]。在全過程的教學(xué)中，為保證課堂教學(xué)思想政治工作全過程教育完整性與流暢性，教師可利用邊緣計算下的全場景智慧校園建設(shè)推進。在全方位的思想政治教育中，課下學(xué)生自主學(xué)習(xí)同樣也可以應(yīng)用邊緣計算下的智慧校園網(wǎng)絡(luò)，利用本專業(yè)的邊緣網(wǎng)絡(luò)不斷推進，從而達成各個教育環(huán)節(jié)的充分準備。

1.3 全場景智慧校園有助于中國特色世界一流大學(xué)建設(shè)

我國在當(dāng)前大學(xué)的建設(shè)中處于不斷探索的時期，在其中也逐漸建立起了獨屬于自身的優(yōu)勢。為了不斷促進優(yōu)勢提升建設(shè)一流的高校，需要從實際出發(fā)，了解我國當(dāng)前地方高校的實際情況，研究當(dāng)前情況下創(chuàng)建一流校園的可行性，智慧校園的價值如何被充分發(fā)揮出來。具體建設(shè)問題可從我國經(jīng)濟市場的建立時間與實力等角度進行分析。相關(guān)教育研究者認為，我國作為發(fā)展中國家，建立經(jīng)濟市場的時間較短，并沒有形成較為嚴重的傳統(tǒng)經(jīng)濟的包袱，因此在發(fā)展中也具備一定的靈活性，教育與生產(chǎn)力發(fā)展情況密不可分，其發(fā)展規(guī)律與市場發(fā)展基本保持一致[4]。

相關(guān)資料中表示，世界經(jīng)濟在發(fā)展中被國外的學(xué)者分析后分為3個階段，數(shù)字化階段、網(wǎng)絡(luò)化階段、智慧化階段。當(dāng)前我國及世界的發(fā)展中，第二階段已經(jīng)基本完成[5]。目前正處于第三階段的發(fā)展時期，我國的大部分互聯(lián)網(wǎng)科技公司獲得了較大的發(fā)展空間，在智慧化技術(shù)上有著良好的開端，這為智慧校園建設(shè)提供了有利條件。因此，智慧校園的建設(shè)中，互聯(lián)網(wǎng)科技公司在其中發(fā)揮了重要作用，改變以往的教育模式，實現(xiàn)教育方式與模式上的創(chuàng)新。

2 傳統(tǒng)云計算與大數(shù)據(jù)技術(shù)局限性

2.1 傳統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)安全與隱私

在校園的數(shù)據(jù)管理中，云計算以及大數(shù)據(jù)存儲的方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的教育需求。因此，校內(nèi)各部門都應(yīng)該落實崗位職責(zé)，實行分級保障，完成智慧校園的建設(shè)。經(jīng)實踐分析后發(fā)現(xiàn)，除了分級保障制度的建設(shè)，在當(dāng)前的管理制度以及技術(shù)要求下，制度與技術(shù)的發(fā)展仍舊是高校智慧校園建設(shè)的中心。

2.2 傳統(tǒng)技術(shù)實時性不足，帶寬不足

（1）實時性不足。相較于5G智慧校園的建設(shè)，實時性不足的情況逐漸被凸顯出來。其計算能力通常較弱，計算時長耗費的也較多，效率低下。因此，一旦存在大量的任務(wù)，將會因為延遲性造成擁堵現(xiàn)象，對管理能力造成影響。（2）帶寬不足。一方面，物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)會在海量的邊緣中產(chǎn)生，受傳輸方式的影響，傳統(tǒng)的傳輸方式會給網(wǎng)絡(luò)傳輸造成較大的壓力。另一方面，在校園中不同的專業(yè)應(yīng)用中，采用的網(wǎng)絡(luò)帶寬通常為不同專業(yè)混用，網(wǎng)絡(luò)帶寬被占用，信息傳遞速度不斷降低，對于一些事實性需求信息較強的專業(yè)發(fā)展來說，產(chǎn)生的影響較為不利。

2.3 傳統(tǒng)技術(shù)存儲能力和算力資源效率低、能耗高

在物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)爆發(fā)的狀態(tài)下，數(shù)據(jù)的存儲功能十分重要。數(shù)據(jù)存儲和計算系統(tǒng)的建設(shè)中，存儲功能成為計算效率的前提保障。除此之外，為保證計算標準，統(tǒng)一的計算以及存儲能力至關(guān)重要，由于高計算能力會導(dǎo)致較高的能源消耗，對于當(dāng)前校園的實際運轉(zhuǎn)來說，存在一定壓力，對于校園建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展來說，較為不利。

3 邊緣計算在全場景智慧的技術(shù)中的應(yīng)用

3.1 邊緣計算概念

邊緣計算的具體實施原則主要是在云計算模式下的發(fā)展與補充，其并非對云計算的顛覆，更多的是降低云計算中存在的不足，促使云計算效率的提升。由于邊緣計算當(dāng)前發(fā)展的時間相對較短，所以在應(yīng)用過程中更加偏向?qū)τ谒趨^(qū)域內(nèi)部的項目內(nèi)容進行分析與計算，計算對象具有較高的兼容性。邊緣計算概念中的邊緣主要是指，從數(shù)據(jù)源到云計算中心路徑之間的任意計算和網(wǎng)絡(luò)資源。為加深人們對于邊緣一詞的理解，有學(xué)者對此項技術(shù)的描述進行簡化，其認為邊緣就是將計算與存儲資源部署在更加貼近移動設(shè)備或傳感器的網(wǎng)絡(luò)邊緣。

3.2 邊緣計算節(jié)點的設(shè)計內(nèi)容

為保證全場景智慧校園的建設(shè)，邊緣計算節(jié)點在其中發(fā)揮著重要作用，其可以根據(jù)相關(guān)的觸達點對其進行規(guī)劃與設(shè)計。（1）行業(yè)與專業(yè)。由于不同的專業(yè)在實際的教育與教學(xué)中具有一定的特殊性，為保證最終的教學(xué)質(zhì)量，以及實驗數(shù)據(jù)的精準程度，需要采用不同的分析方法和計算技術(shù)。無論人工智能發(fā)展得如何，人在其中還是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。為保證最終的計算質(zhì)量，專業(yè)對人的要求相對較高，研究人員必須具備較高的專業(yè)素質(zhì)與能力。因此，行業(yè)與專業(yè)的邊緣以及專業(yè)的邊緣是其中最需要關(guān)注的之一。（2）網(wǎng)絡(luò)距離與空間距離。雖然不同行業(yè)涉及的數(shù)據(jù)不同，需要保持著清晰的界線。因此，為保證不同業(yè)務(wù)之間的數(shù)據(jù)隔離性，可以考慮利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的隔離性進行數(shù)據(jù)上的分割，以免數(shù)據(jù)重合造成不利影響。邊緣計算的設(shè)置原則，主要是貼近實際使用的用戶以及數(shù)據(jù)源頭。（3）數(shù)據(jù)安全。為保證數(shù)據(jù)的安全性，同一網(wǎng)絡(luò)，相同的地域空間下，也需要根據(jù)不同數(shù)據(jù)的保密等級建立計算機服務(wù)器的設(shè)置，保證邊緣的建設(shè)，減少涉密的風(fēng)險。

3.3 移動邊緣計算與5G技術(shù)相結(jié)合

在世界上對移動標準進行定義的協(xié)會中，移動邊緣計算可以提供信息化系統(tǒng)和云計算能力，促使提供的功能逐漸完善，避免傳統(tǒng)功能中存在的缺陷產(chǎn)生的影響。技術(shù)架構(gòu)設(shè)計就將移動邊緣作為技術(shù)標準和重要實用功能。此中5G技術(shù)起到提升邊緣計算效率的作用。5G技術(shù)主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）在實驗的過程中，在進行視頻的傳輸、遠程控制等環(huán)節(jié)，應(yīng)用場景的時延敏感性較強。（2）網(wǎng)絡(luò)容量大、帶寬高，通過流量數(shù)據(jù)進行本地卸載，在進行對客戶接近的過程中，可在網(wǎng)絡(luò)邊緣完成緩存建設(shè)，提高網(wǎng)絡(luò)容量。同時，此項技術(shù)可有效減輕上級網(wǎng)絡(luò)的實際負擔(dān)，減少對其他相鄰網(wǎng)絡(luò)的影響，通過基站側(cè)設(shè)立邊緣計算服務(wù)器，可提升該項技術(shù)的便捷性。（3）在服務(wù)方面以定制化服務(wù)為主，加強場景與體驗，通訊與計劃一體化的結(jié)合，為通訊網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用主體提供專業(yè)的服務(wù)。

4 基于邊緣計算的智慧校園構(gòu)建過程

邊緣計算的全場景智慧校園建設(shè)中，網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)的明確隔離，以及云計算與邊緣計算相結(jié)合等都是其中重點，如若想充分發(fā)揮邊緣計算的功能，可從此處落實。

4.1 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)的明確隔離設(shè)置

（1）網(wǎng)絡(luò)隔離。在當(dāng)前的院校教育需求之中，網(wǎng)絡(luò)覆蓋關(guān)注度及關(guān)注價值較高。全場景智慧校園在建設(shè)中需要包含多個獨立的子系統(tǒng)，以達成維持校園生活的需求，在教學(xué)專用的網(wǎng)絡(luò)、消防安全網(wǎng)絡(luò)、財務(wù)網(wǎng)絡(luò)、以及安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等方面，這些網(wǎng)絡(luò)相互獨立，維持校園生活中，各部分的正常運轉(zhuǎn)，尤其是實驗室的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為保證實驗室的數(shù)據(jù)的實時性，以及安全性，獨立互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的安裝較為關(guān)鍵，可控制實驗數(shù)據(jù)信息泄露情況出現(xiàn)。（2）數(shù)據(jù)隔離。在我國目前的網(wǎng)絡(luò)安全法律之中表明，校園中的任何數(shù)據(jù)都應(yīng)該與國家法律要求保持一致，并且服從中國教育部門的規(guī)定，采用安全評估與安全分級管理的形式進行推進。受數(shù)據(jù)的來源與類別影響，為防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂的現(xiàn)象，可采用不同的存儲與管理的形式推進。（3）計算隔離。在全場景智慧校園之中，校園需要打破與外界事件的屏障，以免形成孤島，在打通各部門間聯(lián)系的過程中，需要發(fā)揮出自身的價值，但是這對于校園信息的安全性來說具有挑戰(zhàn)性。計算隔離主要的工作原理就是將各個部分的數(shù)據(jù)打通，對原數(shù)據(jù)進行相關(guān)的計算與加工，繼而將云計算需要的分析結(jié)果上傳至云平臺，以作備用。

4.2 云計算與邊緣計算相結(jié)合

為保證全場景智慧校園的建設(shè)，其中AI分析能力以及系統(tǒng)控制能力是其中的重點。大數(shù)據(jù)時代下，為提升人們對于數(shù)據(jù)應(yīng)用的靈活性，可為當(dāng)前的校園研究提供數(shù)據(jù)上的支持，以達到跨專業(yè)地分析跨越專業(yè)屏障后的分析結(jié)論目標。

例：在進行GIS數(shù)據(jù)分析時，可利用宿舍門禁記錄與課程表推進，對學(xué)生實際的出現(xiàn)速度進行調(diào)查分析，根據(jù)學(xué)生出行速度，推算出電動交通在此之中處于高峰的時間段以及使用的比例。實驗過程中，難度較低的跨專業(yè)、跨部門的數(shù)據(jù)分析，并不需要將所有的源數(shù)據(jù)上傳，主要由各個部門對各項數(shù)據(jù)實施收集，再進行按數(shù)據(jù)的計算與分析，在計算出自身的邊緣計算節(jié)點后，可有效進行云端大數(shù)據(jù)分析。

高?？稍O(shè)立明確的云端大數(shù)據(jù)分析中心，對智慧校園中的AI頂層設(shè)計統(tǒng)籌規(guī)劃，由于該項系統(tǒng)具有云端的存儲功能，無需進行存儲操作。但是，在實際的應(yīng)用中，各行業(yè)的管理部門都有責(zé)任對各項問題進行匯報。在大數(shù)據(jù)分析戰(zhàn)略的制定中，可融入相應(yīng)的技術(shù)標準，豐富大數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)分析內(nèi)容與手段，加強各項目的監(jiān)督。在合作方需要進行數(shù)據(jù)交換的過程中，大數(shù)據(jù)中心可提供第三方協(xié)助。

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要針對全場景智慧校園建設(shè)進行研究，通過5G技術(shù)的發(fā)展，針對其邊緣計算智慧校園的全過程、邊緣計算實現(xiàn)全場景智慧的技術(shù)基礎(chǔ)等進行分析與解釋，以期為之后的智慧校園建設(shè)提供理論支持。