5G通信技術(shù)助力智慧校園建設(shè)的應(yīng)用研究

賈飛俠

（定西開放大學(xué)，甘肅 定西 743000）

0 引 言

工業(yè)和信息化部的數(shù)據(jù)顯示，截至2022年8月末，我國5G基站總數(shù)達(dá)210.2萬個，占移動基站總數(shù)的19.8%；截至2022年9月末，除港澳臺以外我國31個省區(qū)市全部開通廣電5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。5G通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的普及，為智慧校園建設(shè)提供了技術(shù)支撐。融合WiFi 6、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)及云存儲等信息技術(shù)的智慧校園建設(shè)迎來新的發(fā)展階段，有助于學(xué)校的“教、學(xué)、管、評、考”一體化建設(shè)。

1 通信技術(shù)及智慧校園發(fā)展歷程

1.1 通信技術(shù)的概念及發(fā)展

通信技術(shù)是信息傳輸所采取的方法與措施。移動通信技術(shù)從1G發(fā)展至5G時代，經(jīng)歷了語音時代、文本時代、圖文時代、影音時代、萬物互聯(lián)時代。以5G為代表的新一代移動通信技術(shù)，實現(xiàn)了人、機(jī)、物、系統(tǒng)等全面連接。5G通信技術(shù)具有高速率、大容量、低時延特點[1]。與4G通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)在速率、速率峰值、流量密度、連接數(shù)密度、空口時延以及移動性等方面有顯著優(yōu)勢。

1.2 智慧校園的概念及發(fā)展

智慧校園的概念于2008年提出，是智慧地球概念的延伸之一，是智慧教育的重要組成部分。智慧校園的目標(biāo)包括全面協(xié)調(diào)、個性化服務(wù)以及學(xué)校與社會互聯(lián)。智慧校園體現(xiàn)在物理層面與信息層面的連接，對學(xué)?？蒲?、教學(xué)、校園管理、學(xué)習(xí)等多方面進(jìn)行智慧化管理。我國的智慧校園建設(shè)經(jīng)歷了五個階段，如表1所示。

表1 我國智慧校園發(fā)展的五個階段

1.3 5G通信技術(shù)助力智慧校園建設(shè)的優(yōu)勢

智慧校園以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能及大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)校園管理與教學(xué)的智慧化與智能化。5G通信技術(shù)相比4G通信技術(shù)，具有高速率、短延遲、低能耗、低成本等優(yōu)勢。基于5G通信技術(shù)的智慧校園建設(shè)，能夠有效提升智慧校園系統(tǒng)運行與數(shù)據(jù)處理效率，推動校園信息化管理的技術(shù)變革?；?G通信技術(shù)的智慧校園建設(shè)具有以下三大優(yōu)勢。

第一，高速率優(yōu)勢。5G通信技術(shù)的用戶體驗速率是4G的10～100倍，速率峰值是4G的20倍，能夠有效滿足智慧校園高清視頻、高清直播及教育大數(shù)據(jù)中心等運算需求，提升智慧校園服務(wù)器的終端設(shè)備連接數(shù)量，優(yōu)化智慧校園資源配置。

第二，便捷性優(yōu)勢。5G通信技術(shù)的發(fā)展突破了智慧校園建設(shè)的時間與空間限制，從傳統(tǒng)的線下教育模式向線上線下混合（omo）教育、短視頻+直播教育模式發(fā)展，借助5G、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實現(xiàn)實時與任意地點的數(shù)據(jù)傳輸。5G通信技術(shù)的三大組網(wǎng)模式包括與公網(wǎng)完全共享、與公網(wǎng)部分共享、獨立部署三種組網(wǎng)模式。國內(nèi)運營商也推出了不同場景下的5G定制網(wǎng)解決方案，例如，中國移動推出“優(yōu)享、專享、尊享”三種組網(wǎng)服務(wù)模式，中國電信推出“致遠(yuǎn)、比鄰、如翼”三種組網(wǎng)服務(wù)模式，中國聯(lián)通推出“5G虛擬專網(wǎng)、5G混合虛擬專網(wǎng)、5G獨立專網(wǎng)”三種組網(wǎng)服務(wù)模式。這為智慧校園建設(shè)提供了業(yè)務(wù)場景解決方案，針對智慧校園業(yè)務(wù)對時延、帶寬、隔離安全等要求的不同，可以選擇合適的組網(wǎng)方式，構(gòu)建高速、泛在、安全、自由的信息連接，提升智慧校園的數(shù)據(jù)傳輸實時性。

第三，互動性優(yōu)勢。5G通信技術(shù)實現(xiàn)了人、機(jī)、物、系統(tǒng)等全面連接。這種連接是雙向互動形式的，借助人機(jī)交互技術(shù)，實現(xiàn)學(xué)校與教師之間、師生之間的雙向信息互動，借助5G技術(shù)下智慧校園所提供的視聽介質(zhì)，增強(qiáng)用戶的智慧校園系統(tǒng)使用視聽感受，接收用戶的信息反饋，不斷提升智慧校園系統(tǒng)使用交互體驗。

2 5G通信技術(shù)助力智慧校園建設(shè)的應(yīng)用探索

2.1 5G通信技術(shù)助力智慧校園總體架構(gòu)建設(shè)

在以5G為代表的新一代通信技術(shù)支持下，智慧校園迎來新的發(fā)展機(jī)遇。智慧校園建設(shè)的目標(biāo)是為每個學(xué)生、老師提供全方位與智慧化的教學(xué)、教研、學(xué)習(xí)等多方面服務(wù)，滿足智慧校園用戶的生活、工作及學(xué)習(xí)需求，實現(xiàn)人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)與校園建設(shè)的高度融合，提升學(xué)校地決策、治理水平。本文以新一代通信技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計了智慧校園建設(shè)框架，如圖1所示?；ヂ?lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、智能電網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)等多網(wǎng)融合逐漸成為新趨勢，5G帶來的超高速網(wǎng)絡(luò)深刻改變了信息交流工具與傳遞方式。智慧校園的總體架構(gòu)正是基于5G+WiFi6+AIoT（人工智能物聯(lián)網(wǎng)）的多網(wǎng)融合背景設(shè)計，具體包括三個方面，即智慧性基礎(chǔ)設(shè)施、智慧性資源以及118工程[2]。智慧校園架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)信息、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、應(yīng)用、服務(wù)等多方面智能互聯(lián)。傳統(tǒng)智慧校園能夠在顯性智慧、隱性智慧及創(chuàng)新智慧三個層面進(jìn)一步提升智慧化水平，打造新一代智慧校園。

圖1 基于5G+WiFi+AIoT地多網(wǎng)融合智慧校園體系架構(gòu)

2.2 5G通信技術(shù)助力智慧校園基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

當(dāng)前，我國智慧校園建設(shè)已取得一定成效，但是在建設(shè)過程中依然存在網(wǎng)絡(luò)不夠通暢、設(shè)備老化、數(shù)據(jù)處理能力有待提升等問題，這些不利于智慧校園的迭代升級。新一代通信技術(shù)的發(fā)展，為智慧校園迭代升級提供了技術(shù)支持。首先，基于5G、WiFi6、人工智能互聯(lián)網(wǎng)（AIoT）等超高速多網(wǎng)融合進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級，部署5G基站設(shè)備，安裝智能化硬件設(shè)備，建設(shè)移動終端。其次，充分發(fā)揮5G通信技術(shù)高速率、大容量、低時延特點，實現(xiàn)智慧大樓、智慧實驗室、智慧圖書館、智慧校醫(yī)院、智慧宿舍以及智慧餐廳等場所的智能互聯(lián)[3]。

2.3 5G通信技術(shù)助力智慧校園智慧性資源建設(shè)

通信技術(shù)的發(fā)展有助于智慧校園智慧性資源建設(shè)。依托5G技術(shù)高速率、大容量、低時延特點，遠(yuǎn)程教育、課堂直播、在線課程及虛擬現(xiàn)實等場景得以發(fā)展，智慧校園智慧性資源進(jìn)一步豐富，開發(fā)出如智慧課程、智慧云教材、3D互動教學(xué)資源、3D安全教育資源、定制化資源等新型學(xué)習(xí)與教學(xué)資源。

當(dāng)前，我國部分學(xué)校已經(jīng)開展了新一代智慧校園建設(shè)。例如，2019年，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院啟動5G智慧校園示范應(yīng)用項目，建設(shè)5G+VR/AR沉浸式教學(xué)、5G+遠(yuǎn)程直播教學(xué)；2020年，西安交通大學(xué)、蘇州大學(xué)、上饒中學(xué)、嘉興海寧市文苑小學(xué)等高校與中小學(xué)開展5G+智慧校園建設(shè)；2021—2022年，有更多學(xué)校開展5G+智慧校園建設(shè)。2022年，我國31個省區(qū)市全部開通廣電5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，為智慧校園的智慧性資源建設(shè)提供了超高速網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[4]。通信技術(shù)支持下，智慧校園能夠提供5G智慧雙師課堂、5G短視頻+直播教學(xué)等模式。直播教學(xué)成為智慧校園重要的發(fā)展方向，以5G+（8K超高清慢直播、3D+AI合成主播直播、VR/AR/MR全景實時直播、全息互動直播）的教學(xué)模式豐富了智慧校園的教育模式與資源[5]。

2.4 5G通信技術(shù)助力智慧校園物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

智慧校園的技術(shù)依托是以物聯(lián)網(wǎng)為核心的新一代信息技術(shù)。5G通信技術(shù)的應(yīng)用，極大增強(qiáng)了智慧校園在數(shù)據(jù)處理、云存儲及數(shù)據(jù)挖掘等方面的功能，依托5G通信的增強(qiáng)型移動寬帶（enhance Mobile Broad Band，eMBB），能夠建設(shè)更加安全、開放的校園局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)。

依托5G通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的118工程包括1個教育大數(shù)據(jù)中心、1個信息門戶（PC版+移動版）以及8類智慧校園應(yīng)用系統(tǒng)。教育大數(shù)據(jù)中心在5G通信技術(shù)海量物聯(lián)網(wǎng)通信（massive Machine Type Communication，mMTC）的支持下實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分布式存儲、分布式計算、數(shù)據(jù)建模以及數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用功能，能夠完成智慧校園的可視化、多模態(tài)數(shù)據(jù)分析工作，為智慧校園管理者提供智慧決策支持。融合5G、WiFi 6、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等多種技術(shù)，打通智能手機(jī)、智能電視、計算機(jī)及平板電腦等媒體途徑，能夠使PC版、移動版信息門戶更加便捷與智能。截至2020年9月末，我國5G移動電話用戶達(dá)5.1億戶，教師和學(xué)生可以通過5G移動電話實現(xiàn)遠(yuǎn)程教育、課堂直播、在線課程、虛擬現(xiàn)實、人臉識別、班班通、“一卡通”、4K數(shù)字演播以及視頻會議等一系列智慧校園服務(wù)。8類智慧校園應(yīng)用系統(tǒng)即學(xué)生、教師、科學(xué)研究、教育管理、安全管理、后期保障、社會服務(wù)、綜合評價。依托5G通信技術(shù)的高可靠低時延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC），可以提升智慧校園信息傳輸?shù)目煽啃?，降低手機(jī)移動端的信息傳輸時延，實現(xiàn)8類智慧校園應(yīng)用的智能服務(wù)、智能生活及智能管理。

3 結(jié) 語

智慧校園建設(shè)能夠有效提升學(xué)校數(shù)字化、智能化運營管理水平，更好地服務(wù)師生。在通信技術(shù)不斷發(fā)展的時代背景下，5G、WiFi6、區(qū)塊鏈、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計算等技術(shù)為智慧校園建設(shè)提供了技術(shù)支撐。5G+WiFi+AIoT多網(wǎng)融合的智慧校園方案，能夠滿足學(xué)校信息、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、應(yīng)用及服務(wù)的智能互聯(lián)，有效提升教育智慧化水平與服務(wù)質(zhì)量。