5G通信技術助力智慧校園建設的應用研究

賈飛俠

（定西開放大學，甘肅 定西 743000）

0 引 言

工業和信息化部的數據顯示，截至2022年8月末，我國5G基站總數達210.2萬個，占移動基站總數的19.8%；截至2022年9月末，除港澳臺以外我國31個省區市全部開通廣電5G網絡服務。5G通信網絡服務的普及，為智慧校園建設提供了技術支撐。融合WiFi 6、人工智能、物聯網、云計算、大數據及云存儲等信息技術的智慧校園建設迎來新的發展階段，有助于學校的“教、學、管、評、考”一體化建設。

1 通信技術及智慧校園發展歷程

1.1 通信技術的概念及發展

通信技術是信息傳輸所采取的方法與措施。移動通信技術從1G發展至5G時代，經歷了語音時代、文本時代、圖文時代、影音時代、萬物互聯時代。以5G為代表的新一代移動通信技術，實現了人、機、物、系統等全面連接。5G通信技術具有高速率、大容量、低時延特點[1]。與4G通信技術相比，5G通信技術在速率、速率峰值、流量密度、連接數密度、空口時延以及移動性等方面有顯著優勢。

1.2 智慧校園的概念及發展

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。智慧校園的目標包括全面協調、個性化服務以及學校與社會互聯。智慧校園體現在物理層面與信息層面的連接，對學校科研、教學、校園管理、學習等多方面進行智慧化管理。我國的智慧校園建設經歷了五個階段，如表1所示。

表1 我國智慧校園發展的五個階段

1.3 5G通信技術助力智慧校園建設的優勢

智慧校園以物聯網、云計算、人工智能及大數據等信息技術為基礎，實現校園管理與教學的智慧化與智能化。5G通信技術相比4G通信技術，具有高速率、短延遲、低能耗、低成本等優勢。基于5G通信技術的智慧校園建設，能夠有效提升智慧校園系統運行與數據處理效率，推動校園信息化管理的技術變革。基于5G通信技術的智慧校園建設具有以下三大優勢。

第一，高速率優勢。5G通信技術的用戶體驗速率是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據中心等運算需求，提升智慧校園服務器的終端設備連接數量，優化智慧校園資源配置。

第二，便捷性優勢。5G通信技術的發展突破了智慧校園建設的時間與空間限制，從傳統的線下教育模式向線上線下混合（omo）教育、短視頻+直播教育模式發展，借助5G、互聯網、物聯網等技術，實現實時與任意地點的數據傳輸。5G通信技術的三大組網模式包括與公網完全共享、與公網部分共享、獨立部署三種組網模式。國內運營商也推出了不同場景下的5G定制網解決方案，例如，中國移動推出“優享、專享、尊享”三種組網服務模式，中國電信推出“致遠、比鄰、如翼”三種組網服務模式，中國聯通推出“5G虛擬專網、5G混合虛擬專網、5G獨立專網”三種組網服務模式。這為智慧校園建設提供了業務場景解決方案，針對智慧校園業務對時延、帶寬、隔離安全等要求的不同，可以選擇合適的組網方式，構建高速、泛在、安全、自由的信息連接，提升智慧校園的數據傳輸實時性。

第三，互動性優勢。5G通信技術實現了人、機、物、系統等全面連接。這種連接是雙向互動形式的，借助人機交互技術，實現學校與教師之間、師生之間的雙向信息互動，借助5G技術下智慧校園所提供的視聽介質，增強用戶的智慧校園系統使用視聽感受，接收用戶的信息反饋，不斷提升智慧校園系統使用交互體驗。

2 5G通信技術助力智慧校園建設的應用探索

2.1 5G通信技術助力智慧校園總體架構建設

在以5G為代表的新一代通信技術支持下，智慧校園迎來新的發展機遇。智慧校園建設的目標是為每個學生、老師提供全方位與智慧化的教學、教研、學習等多方面服務，滿足智慧校園用戶的生活、工作及學習需求，實現人工智能、大數據、云計算等技術與校園建設的高度融合，提升學校地決策、治理水平。本文以新一代通信技術為基礎，設計了智慧校園建設框架，如圖1所示。互聯網、電信網、廣播電視網、智能電網及物聯網等多網融合逐漸成為新趨勢，5G帶來的超高速網絡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正是基于5G+WiFi6+AIoT（人工智能物聯網）的多網融合背景設計，具體包括三個方面，即智慧性基礎設施、智慧性資源以及118工程[2]。智慧校園架構能夠實現信息、數據、業務、應用、服務等多方面智能互聯。傳統智慧校園能夠在顯性智慧、隱性智慧及創新智慧三個層面進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地多網融合智慧校園體系架構

2.2 5G通信技術助力智慧校園基礎設施建設

當前，我國智慧校園建設已取得一定成效，但是在建設過程中依然存在網絡不夠通暢、設備老化、數據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。新一代通信技術的發展，為智慧校園迭代升級提供了技術支持。首先，基于5G、WiFi6、人工智能互聯網（AIoT）等超高速多網融合進行網絡升級，部署5G基站設備，安裝智能化硬件設備，建設移動終端。其次，充分發揮5G通信技術高速率、大容量、低時延特點，實現智慧大樓、智慧實驗室、智慧圖書館、智慧校醫院、智慧宿舍以及智慧餐廳等場所的智能互聯[3]。

2.3 5G通信技術助力智慧校園智慧性資源建設

通信技術的發展有助于智慧校園智慧性資源建設。依托5G技術高速率、大容量、低時延特點，遠程教育、課堂直播、在線課程及虛擬現實等場景得以發展，智慧校園智慧性資源進一步豐富，開發出如智慧課程、智慧云教材、3D互動教學資源、3D安全教育資源、定制化資源等新型學習與教學資源。

當前，我國部分學校已經開展了新一代智慧校園建設。例如，2019年，深圳職業技術學院啟動5G智慧校園示范應用項目，建設5G+VR/AR沉浸式教學、5G+遠程直播教學；2020年，西安交通大學、蘇州大學、上饒中學、嘉興海寧市文苑小學等高校與中小學開展5G+智慧校園建設；2021—2022年，有更多學校開展5G+智慧校園建設。2022年，我國31個省區市全部開通廣電5G網絡服務，為智慧校園的智慧性資源建設提供了超高速網絡基礎[4]。通信技術支持下，智慧校園能夠提供5G智慧雙師課堂、5G短視頻+直播教學等模式。直播教學成為智慧校園重要的發展方向，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通信技術助力智慧校園物聯網建設

智慧校園的技術依托是以物聯網為核心的新一代信息技術。5G通信技術的應用，極大增強了智慧校園在數據處理、云存儲及數據挖掘等方面的功能，依托5G通信的增強型移動寬帶（enhance Mobile Broad Band，eMBB），能夠建設更加安全、開放的校園局域網與廣域網。

依托5G通信技術和物聯網技術的118工程包括1個教育大數據中心、1個信息門戶（PC版+移動版）以及8類智慧校園應用系統。教育大數據中心在5G通信技術海量物聯網通信（massive Machine Type Communication，mMTC）的支持下實現數據采集、數據預處理、數據分布式存儲、分布式計算、數據建模以及數據服務應用功能，能夠完成智慧校園的可視化、多模態數據分析工作，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、物聯網等多種技術，打通智能手機、智能電視、計算機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5.1億戶，教師和學生可以通過5G移動電話實現遠程教育、課堂直播、在線課程、虛擬現實、人臉識別、班班通、“一卡通”、4K數字演播以及視頻會議等一系列智慧校園服務。8類智慧校園應用系統即學生、教師、科學研究、教育管理、安全管理、后期保障、社會服務、綜合評價。依托5G通信技術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的可靠性，降低手機移動端的信息傳輸時延，實現8類智慧校園應用的智能服務、智能生活及智能管理。

3 結 語

智慧校園建設能夠有效提升學校數字化、智能化運營管理水平，更好地服務師生。在通信技術不斷發展的時代背景下，5G、WiFi6、區塊鏈、人工智能、物聯網、大數據及云計算等技術為智慧校園建設提供了技術支撐。5G+WiFi+AIoT多網融合的智慧校園方案，能夠滿足學校信息、數據、業務、應用及服務的智能互聯，有效提升教育智慧化水平與服務質量。