5G技術和wifi6技術在高校智慧校園建設中的應用探討

摘要：2019年1月1日實施的《智慧校園總體框架》國家標準規范了智慧校園建設與設計實施中的基本要求。同時，2019年也被稱為5G和wifi6發布元年。本文介紹了高校校園的發展歷程，著重探討了5G和wifi6如何在高校智慧校園建設中的應用，最終目的是希望促進新一代通訊技術與高校智慧校園體系框架的智慧融合。

關鍵詞：5G;wifi6;高校;智慧校園

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A???? 文章編號：1007-9416（2020）04-0000-00

1通訊技術在高校校園建設中的發展歷程

高校校園發展從電子校園逐漸到數字校園再到智慧校園經歷了漫長的年份（2000～2020），這二十年來，新興的互聯網技術、通訊技術應用，高等院校始終走在國內前沿，也不斷地豐富和提高了高校本身信息化的程度。為學校的教學科研、師生的學習生活、管理部門的資源共享、協調統籌帶來了很大的方便和快捷。各個時期的主要建設目標和特點如下：

（1）電子校園時期，校園建設主要是通訊基礎設施建設。通過交換機、網關、路由器、配線架、防火墻連接成校內局域網、再通過校內局域網連接到internet，同時進行IP地址分配、web服務、dns服務、DHCP服務等校園網絡服務信息化建設。這個時期的校園網絡主要是師生通過使用PC來用來訪問校外及校內各種數字資源的使用，包括但不限于瀏覽學校網站、多媒體觀看、發送email、瀏覽BBS，FTP文件上傳下載等等。各種不同網絡連接的連通和穩定是建設的重點^[1]。

（2）數字校園時期，這一階段高校校園網絡仍然是有線網絡。但在網絡的覆蓋范圍、吞吐量上遠超過電子校園。據不完全統計，高校個人PC（臺式+筆記本）擁有率超過70%。數字校園表現為在校園互聯網基礎上進行了信息化的教學管理：一個個網絡應用陸續涌現，諸如校園主頁宣傳與發布、校園一卡通、圖書借閱管理、多媒體教學、教務服務等等展現出了很多數字上的形態，減少了大量紙質化的內容。通過構建成一個校園信息化應用平臺，不管是老師的教學和科研、學生的學習和生活、管理人員的信息傳遞與服務、校外人士的訪問都提供了很大便利。

（3）智慧校園時期，隨著信息與通訊技術的不斷發展，新技術層出不窮，自2010年至今，智能手機、wifi、4G相繼在國內普及后，物聯網也開始廣泛應用。一方面，校園里的個人終端、物聯網的大量設備對隨時隨地接入網絡的需求日益增長。另一方面，智慧校園的應用對網絡全覆蓋要求必不可少。在難以布線的區域比如體育場、會議室、活動中心、階梯教室、食堂等地方需要一種切實可行的高性價比的接入方式。高校在數字校園的基礎上采用有線+無線一體化的模式，構建一套高帶寬、大并發、高穩定且全面覆蓋的無線網絡，并且又能夠和已有的有線網絡無縫的整合，滿足智慧校園應用的基本通訊要求。部分高校也在近年來實現了智慧校園的初步階段。如今，隨著觸控技術、物聯網、云計算、大數據、流媒體、AR/VR等核心技術逐漸到來，智慧校園建設中智能感知、智能控制、智能管理;人與人、人與物之間的萬物互聯、環境的監測與調節、大數據的分析和決策、網絡安全等都對當前的網絡通訊技術提出了挑戰^[2]。

2 5G與wifi6

5G是最新一代蜂窩移動通信技術，也是繼2G（GSM）、3G（UMTS、LTE）和4G（LTE-A、WiMax）系統之后的第五代移動通訊技術。相比4G，它有如下幾個優勢：速度快，理論帶寬是4G的一百倍;大容量，可同時容納100萬設備同時在線;低時延，從4G網絡時延的20ms提升為1ms，可靠性大增。并且通過波束賦形技術使5G能在500公里/小時的高速運動場景穩定通信。

Wifi6是當前最新的第六代wifi，也即802.11ax，支持2.4GHz和5GHz頻段，向下兼容11a/b/g/n/ac。相比前一代，速度提高四成，數據的吞吐量變得更大了。多個設備要傳輸的數據被拆分成小份，多個用戶可以同時進行網絡數據傳輸。WiFi 6 最大的進步是對多設備連接的支持，單個WiFi 6路由器能連接1024臺設備，是目前的4倍。另外，wifi6也提高了安全性。對于高校面臨的日益嚴峻的網絡安全挑戰提供了技術支撐^[3]。

5g和wifi6技術，一個主室內，一個主室外。速度快，高帶寬、大容量、低時延的優點在物聯網時代的高校智慧校園建設中將會如魚得水。可以預見在未來幾年中，物聯網設備肯定會逐漸支持這兩種通訊標準。

? ??3高校智慧校園建設中的應用場景

長久以來，wifi因為流量價格便宜，靈活組網，在室內局域環境被廣為選擇。由于5G穿墻能力弱，wifi6將會是的很好室內網絡補充。

3.1智慧教室

智慧教室可用wifi6路由器構成無線局域網，與有線交換機一同覆蓋智慧教室，構成物聯網的網絡層。需要聯網的各種設備或傳感器有：教學系統的投影LED、互動教學問答器;AR/VR設備;管理系統的監控設備、人員考勤設備;環境系統的燈光、空調、通風、門窗的智能調控設備;再加上個人終端（筆記本、手機）。這些多維度、多場景的數據都將反饋給學生、教師以及管理者。有效幫助學生掌握學習進度，老師觀察上課狀況，學校改善教學管理。wifi6理論速度可達1.2gbps，完全可與有線一起組成雙千兆，不僅如此，相比wifi5（802.11ac），在延遲和吞吐量上的顯著優勢，能夠解決“海量”設備連接到網絡的堵塞問題^[4]。

3.2在線教育

高校學生零碎時間比初中高中要多很多，在線教育是很好的時間管理手段。學生不管在校園內還是校園外，在自習室、圖書館、宿舍還是咖啡廳學生都渴望好的學習資源供自己共享使用。而5G對比4G，網速提高了100倍，云端的各種教學資源、精品課程均可以采用超高清技術來制作。學生既可以在線學習也可以下載，而下載只需要幾秒鐘。不僅如此，在線課堂頁面美觀、無卡頓、可以傳輸大容量課件、給師生帶來了極為流暢的體驗。同時基于AR+VR技術的逐漸成熟，可以模擬一些教學中的高難度、成本高的真實場景。比如化學實驗室、手術臺、火災救援等等。而當前4G的條件下運用AR+VR設備，一段時間后就會頭暈目眩，這都是網絡時延高造成的，5G就很好的解決了這個問題，讓學生得到身臨其境的感受。這些在線的個性化教育很好的補充了線下教育模式，也給高校發展的帶來了更多的可能性^[5]。

3.3 校園一卡通

校園一卡通具有便攜錢包、身份控制、以及消費的功能，有著極其廣泛的使用范圍，覆蓋了高校的食堂、宿舍、圖書館、浴室、開水房、校醫院、生活超市、咖啡廳、水電和網絡繳費、體育場、校際班車、寄存服務、體育場、考試考勤、學籍管理、助學金發放、學生火車票購買、自助打印等，是所有高校都必不可少的物聯網應用。每張卡片上含有個人身份、資金等信息的電子標簽。由各個場所的讀卡設備讀取、查詢、執行交易，最后再把相關數據返回到數據庫。 因此，一卡通系統對高校的網絡質量、速度、延時和吞吐量的要求很高。如果網絡狀態差或者斷網，則會導致系統癱瘓或者部分設備功能障礙，對師生的學習生活都造成影響。目前，一卡通系統主要采用有線+4G網絡混合建造。未來，可以考慮室內設備采用有線+wifi6，比如，食堂、教學樓、圖書館等地的讀卡器、pos機、自助服務終端;不方便或者無法采用有線的，比如浴室、開水房、校際班車、又或者體育場等室外場所，可使用附帶5G模塊的一卡通設備來解決。網絡穩定性、傳輸及時性都將得到很大的改善。

3.4 智慧校園統一公共管理平臺

當前，部分高校智慧校園公共管理平臺建設初見端倪，打破了過去高校校園中存在的信息孤島，學生、教師和管理人員通過有線或無線進行身份認證登錄訪問平臺。學生可以報名選課、考勤簽到、提交論文、在線預約講座、借還書、申請實驗室、查詢個人信息、考試或郵件;老師可以安排教學、制作課件、下發作業、給學生推送信息、查看工資補助信息、查看科研成果;管理人員可以進行資產管理、財務管理、后勤管理、信息發布、視頻會議、協同辦公等。未來依托于互聯網通訊技術將會有更多先進的校園服務，諸如人臉識別門禁、智能停車場、安全巡檢機器人、智能消防栓、智能照明、無人超市、無人圖書館、自動駕駛校車、智慧醫療、VR/AR廣場等等。這些也對智慧校園的建設提出了更高的要求：需要集成信息、辦事、服務、應用為一體，對高校的人員、設備、資源、車輛進行全面的感知、采集，對海量數據進行高速傳輸、計算分析、實時處理，依托各類智能終端硬件設備、PC和手機，構建統一的數據中心和數據接口。傳統的有線、無線4G和wifi網絡，在速度、實時性、安全性上均不能滿足未來智慧校園的要求。高校可以考慮在未來與網絡運營商合作，在校園范圍內進行5G部署，即搭建一定數量的室外宏基站和室內微基站，做到校園5G的深度覆蓋，實現超高速率、海量接入、超低時延。最終打造成一個深度信息化、智能化的高效率管理平臺^[6]。

? ? 4結語

5G、wifi6剛剛發布不久，需要時間普及和技術積累，也需要設備（基站、路由器、手機、無線網卡等）支持。兩者將相互補充，在智慧校園還有很大的應用潛力和想象空間，中國工程院院士、清華大學教授吳建平作了《構筑先進安全的國家高等教育和科技創新信息化基礎設施》的主題發言。他指出：智慧校園的核心支撐平臺一定是互聯網。利用5G和wifi6技術打造由大量的傳感器構成的智能感知環境，把感知和數據進行高效率地傳輸、分析和處理，再把這些數據轉化為高校中可視化的個性化服務，實現校園里和校園外的無障礙互聯和協助。做到網絡全覆蓋、暢通、安全。這樣，智慧校園能真正談得上“智慧”，有效減少人力、物力的消耗，解放生產力。

參考文獻

[1]徐玉妃，楊昆，袁凌云，等.基于物聯網的智慧校園建設與研究—以云南師范大學為例[J].云南師范大學學報（自然科學版），2016，36（1）：47-52.

[2] 吳建平.智慧校園的核心支撐平臺一定是互聯網構筑先進安全的國家高等教育和科技創新信息化基礎設施：在“2019全國高等教育信息化高峰論壇”的演講[EB/OL].（2019-08-06）[2020-02-07].http：//www.boct-sz.com/news/hy/350.html.

[3]王曦.“互聯網 + 智慧校園”的立體架構及應用研究[J].中國電化教育，2016（10）：107-111.

[4] 陳佳.聯網技術在智慧校園廸設中的應用[J].齊齊哈爾師范高等專科學校學報，2018（2）：80-81.

[5]聶風華，鐘曉流，宋述強.智慧教室：概念特征、系統模型與建設案例[J].現代教育技術，2013，23（7）：5-8.

[6]羅樺，黃猛，趙滟.基于無線傳感器網絡的高校圖書館智能化管理創新[J].當代圖書館，2016（1）：7-10.

收稿日期：2020-02-22

作者簡介：江波（1985—），男，湖北武漢人，碩士研究生，研究方向：高校教育管理。

Discussion on the Application of 5G Technology and Wifi6 Technology in the Construction of Smart Campus in Colleges and Universities

JIANG Bo

（Network Security and Information Construction Office， China University of Political Science and Law， Beijing 100088）

Abstract：The?national?standard?of?"General?Framework?of?Smart?Campus"?implemented?on?January?1，?2019?regulates?the?basic?requirements?in?the?construction?and?design?of?smart?campuses.?At?meanwhile，?2019?is?also?called?the?first?release?year?of?5G?and?wifi6.?The?thesis?introduces?the?development?history?of?college?campuses，?and?emphatically?discusses?how?5G?and?wifi6?are?used?in?the?construction?of?college?smart?campuses.?The?ultimate?purpose?is?to?promote?the?intelligent?integration?between?a?new?generation?of?communication?technology?with?the?systematic?frame?of?college?smart?campus.Key?words：?5G;?wifi6;college;?smart?campus