基于5G技術的校園網建設研究與實踐

曾祥桔 牛思先

【摘? 要】突如其來的新冠疫情，使線上教學成為高校新的教學方式，教學資源的豐富使以以太網為技術的校園網不能滿足教學的需要。5G通訊技術的發展，為線上教學提供了強大的技術支持，如何在原有網絡的基礎上運用5G技術構建校園網是新的研究課題。論文從網絡的拓撲、接入網、網絡構架、布線等方面進行了研究，設計出了具體的方案，經過仿真測試和部分實驗，運行效果良好。

【Abstract】With the COVID-19 outbreak， online teaching has become a new teaching method in colleges and universities. The abundant teaching resources make the campus network based on ethernet unable to meet the needs of teaching. The development of 5G communication technology provides strong technical support for online teaching. How to use 5G technology to build campus network on the basis of the original network is a new research topic. This paper studies the topology， access network， network architecture， cabling and other aspects of the network， designs a specific scheme. Through simulation test and some experiments， the operation effect is good.

【關鍵詞】5G;校園網設計;局域網;移動網絡;智慧校園

【Keywords】5G; campus network design; LAN; mobile network; smart campus

【中圖分類號】TP393.1;TP311.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）10-0094-03

1 引言

基于以太網技術，學校建成了“千兆接入到樓宇，百兆連接至桌面”的高速校園網絡，通過移動、聯通、電信、教育網4個網絡出口連接互聯網;建設的WiFi無線網絡，為師生在校園范圍內使用信息資源提供了快速、便捷。進入大數據時代，人們對大流量數據的需求越來越多，智能家居、設備互聯逐步進入現實生活中，教育行業的需求也逐日增加。建設校園設備智能物聯、教學方式智慧多樣的智慧型校園[1]，建設基于5G技術的校園網也就勢在必行。

2 校園網的現狀

學校現在已經建成千兆到樓宇，百兆到桌面的高速網絡，擁有信息點17000余個，覆蓋兩個校區建筑區域。通過移動、聯通、電信、教育網連接互聯網，提供15G的出口帶寬，其中分為學校投資維護運營的辦公區、教學區有線網絡，學校投資、卓智網絡科技代為運營管理的宿舍生活區的有線網絡、無線網絡，網絡拓撲如圖1所示。

3 校園網存在的不足

3.1 室內覆蓋率低

目前室外的4G網絡覆蓋良好，但在室內的信號絕大多數還是依賴于室外基站遠距離進行輻射，在人員密集區域，流量使用需求大，僅依靠室內WiFi網絡無法滿足上網的需求。在流量高峰期及惡劣氣候條件下，室內信號的接收極易受到影響，會形成有信號無網絡的情況，上網受到一定的影響，僅靠室外基站收發全部的數據流量，無法在未來承擔校園物聯及其他教學設備的高質量網絡需求。

3.2 室外覆蓋不完全

現有的校園WiFi網絡基本呈現室內使用為主的情況，在校園主干道上依舊會存在覆蓋不全、信號不穩定的情況，在不同區域時WiFi網絡切換存在一定延遲及等待，并且存在一定的覆蓋盲區。

3.3 網絡安全存在風險

WiFi網絡通常用于一定局域網內的簡單的視頻傳輸等場合，容易受到各方面的干擾，且WiFi網絡缺乏必要的安全機制，容易受到他人對信息的竊聽或盜取[2]。

4 基于5G的校園網絡設計

5G校園網絡設計以原有校園網絡結構為基礎，將5G網絡接入校園網系統中，提供在原有網絡下另一種高效實用的接入方案。

4.1 總體設計方案

為了增強校園移動通信網絡，為今后建設智慧校園做好前期的網絡部署，進一步加強校園無線網絡的覆蓋、提升在校師生的上網需求，為校園物聯網設備、監控設備、教學設備、移動應用設備等硬件的接入提供更高質量的接入與服務、進一步促進學校教學、科研與管理，5G校園網的網絡結構如圖2所示。

5G移動通信網絡隸屬于運營商管轄，在進行校園網絡建設時須依附于運營商現有的規劃進行方案部署，同時結合校園實地環境按需規劃建設，因此，校園5G網絡的規劃研究主要以接入網為主。

4.2 接入網設計

4.2.1 接入網基礎結構簡介

5G接入網從使用場景分為室外機室內場景，主要為用戶設備提供鑒權、帶寬分配、接入保護等功能。

4G基站包含基帶單元BBU、射頻單元RRU、饋線、天線、供電單元等設備。在以往建設中，這些設備通常部署在一體化機柜或接入網機房中。在不斷演進中，RRU從機房（柜）分離出來，直接部署在天線附近。

5G時，天線、RRU、BBU部分物理層功能合并為AAU設備，BBU將分割為集中式中央單元CU與分布式單元DU兩部分。部分核心網的功能下放至CU中形成移動網絡邊緣計算中心MEC，使數據本地化處理，減少繞回運營商核心網的延遲。形成如今5G的AAU+DU+CU組網結構[3]。

4.2.2 接入網設計

5G接入網室外場景基站原則上使用AAU+DU+CU的模式進行建設，具體建設方案根據5G應用場景，根據具體環境，決定DU與CU在回傳網的部署位置，采用有源數字化室分系統BBU+RHUB+RRU結構組網。

①宿舍及教學樓等區域，為人員高度密集而又相互隔斷的單間，對于未部署過室分系統樓宇，采用有源數字化室分、分布式皮基站室分方案。

②對于網絡需求量不多的辦公樓，采用室外微站建設。

③對于人員流量大的區域，通過單獨布設pRRU至樓層單間，必要時可外接pRRU天線拓展覆蓋范圍，pRRU使用五類雙絞線連接樓層RHUB，各樓層HUB用光纖匯接入BBU，BBU連接網管設備并接入承載網。

5 網絡構架設計

網絡采用“核心交換機—匯聚交換機—樓宇主AP（匯聚交換機）—微AP”的網絡結構，根據不同區域進行設計，宿舍區設計如圖4所示。

6 綜合布線設計

根據區域及業務的不同，在原有網絡基礎上，進行各個子系統的設計，如辦公教學區設計：

①工作區（終端）子系統。針對教學區室內采用5G數字化室分或分布式皮基站進行無線信號覆蓋，每件安裝一臺PRRU設備，使用五類雙絞線線連接RUHB設備，利用上聯RUHB設備的網線進行POE供電。

②水平布線子系統。原有的有線接入及WiFi無線接入需要保留，不做更改，5G網絡線路需要重新敷設五類雙絞線，供室分設備用戶端接入。

③垂直干線子系統。垂直布線可使用光纖將各樓層的BBU設備與RUHB設備連接起來，進行豎井走線或利用原有布線管道。

④管理子系統。利舊原有樓宇掛壁機柜或設備間，所有線纜統一按照標準進行連接。

⑤建筑群子系統。各個樓宇之間使用單模光纖進行鏈接，各樓宇光纖線纜連接至校園基站設備中心進行網絡匯聚，進行數據轉發及交換。

7 VLAN劃分及IP地址分配

對于IP及VLAN劃分依舊可參考4G網絡的方案。針對學校所在區域，采用本地業務區的IP地址分配方案。

8 仿真模擬測試

利用仿真軟件對校園5G網絡架構部分進行模擬配置。完成網絡仿真的設計搭建后，使用Ping、Trace等命令對網絡進行連通性、路由跟蹤、業務實現等方面的測試，網絡運行正常。

9 結語

移動通信技術日新月異，校園網絡對流量及高帶寬的需求越來越多，網絡規模也將越來越大。在5G發展背景下，建設符合校園發展的5G網絡是大勢所趨。在建設過程中，結合高校已有的具體網絡環境，應用5G技術進行詳細分析與論證，對校園建設5G網絡進行詳細的需求分析，提出升級改造的內容及目標，經過仿真實驗和部分運行，設計方案有效可行，具有一定的應用和參考價值。

【參考文獻】

【1】鄭睿.5G時代下智慧校園與泛校園網的建設和應用[J].數字技術與應用，2019（9）：16-17.

【2】湯文莉.5G時代校園網安全技術發展方向探究[J].信息記錄材料，2019（9）：42-44.

【3】徐俊波.5G在高校智慧校園中應用研究[J].中國新通訊，2020（4）：12-14.