5G技术和wifi6技术在高校智慧校园建设中的应用探讨

摘要：2019年1月1日实施的《智慧校园总体框架》国家标准规范了智慧校园建设与设计实施中的基本要求。同时，2019年也被称为5G和wifi6发布元年。本文介绍了高校校园的发展历程，着重探讨了5G和wifi6如何在高校智慧校园建设中的应用，最终目的是希望促进新一代通讯技术与高校智慧校园体系框架的智慧融合。

关键词：5G;wifi6;高校;智慧校园

中图分类号：TN92 文献标识码：A     文章编号：1007-9416（2020）04-0000-00

1通讯技术在高校校园建设中的发展历程

高校校园发展从电子校园逐渐到数字校园再到智慧校园经历了漫长的年份（2000～2020），這二十年来，新兴的互联网技术、通讯技术应用，高等院校始终走在国内前沿，也不断地丰富和提高了高校本身信息化的程度。为学校的教学科研、师生的学习生活、管理部门的资源共享、协调统筹带来了很大的方便和快捷。各个时期的主要建设目标和特点如下：

（1）电子校园时期，校园建设主要是通讯基础设施建设。通过交换机、网关、路由器、配线架、防火墙连接成校内局域网、再通过校内局域网连接到internet，同时进行IP地址分配、web服务、dns服务、DHCP服务等校园网络服务信息化建设。这个时期的校园网络主要是师生通过使用PC来用来访问校外及校内各种数字资源的使用，包括但不限于浏览学校网站、多媒体观看、发送email、浏览BBS，FTP文件上传下载等等。各种不同网络连接的连通和稳定是建设的重点^[1]。

（2）数字校园时期，这一阶段高校校园网络仍然是有线网络。但在网络的覆盖范围、吞吐量上远超过电子校园。据不完全统计，高校个人PC（台式+笔记本）拥有率超过70%。数字校园表现为在校园互联网基础上进行了信息化的教学管理：一个个网络应用陆续涌现，诸如校园主页宣传与发布、校园一卡通、图书借阅管理、多媒体教学、教务服务等等展现出了很多数字上的形态，减少了大量纸质化的内容。通过构建成一个校园信息化应用平台，不管是老师的教学和科研、学生的学习和生活、管理人员的信息传递与服务、校外人士的访问都提供了很大便利。

（3）智慧校园时期，随着信息与通讯技术的不断发展，新技术层出不穷，自2010年至今，智能手机、wifi、4G相继在国内普及后，物联网也开始广泛应用。一方面，校园里的个人终端、物联网的大量设备对随时随地接入网络的需求日益增长。另一方面，智慧校园的应用对网络全覆盖要求必不可少。在难以布线的区域比如体育场、会议室、活动中心、阶梯教室、食堂等地方需要一种切实可行的高性价比的接入方式。高校在数字校园的基础上采用有线+无线一体化的模式，构建一套高带宽、大并发、高稳定且全面覆盖的无线网络，并且又能够和已有的有线网络无缝的整合，满足智慧校园应用的基本通讯要求。部分高校也在近年来实现了智慧校园的初步阶段。如今，随着触控技术、物联网、云计算、大数据、流媒体、AR/VR等核心技术逐渐到来，智慧校园建设中智能感知、智能控制、智能管理;人与人、人与物之间的万物互联、环境的监测与调节、大数据的分析和决策、网络安全等都对当前的网络通讯技术提出了挑战^[2]。

2 5G与wifi6

5G是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继2G（GSM）、3G（UMTS、LTE）和4G（LTE-A、WiMax）系统之后的第五代移动通讯技术。相比4G，它有如下几个优势：速度快，理论带宽是4G的一百倍;大容量，可同时容纳100万设备同时在线;低时延，从4G网络时延的20ms提升为1ms，可靠性大增。并且通过波束赋形技术使5G能在500公里/小时的高速运动场景稳定通信。

Wifi6是当前最新的第六代wifi，也即802.11ax，支持2.4GHz和5GHz频段，向下兼容11a/b/g/n/ac。相比前一代，速度提高四成，数据的吞吐量变得更大了。多个设备要传输的数据被拆分成小份，多个用户可以同时进行网络数据传输。WiFi 6 最大的进步是对多设备连接的支持，单个WiFi 6路由器能连接1024台设备，是目前的4倍。另外，wifi6也提高了安全性。对于高校面临的日益严峻的网络安全挑战提供了技术支撑^[3]。

5g和wifi6技术，一个主室内，一个主室外。速度快，高带宽、大容量、低时延的优点在物联网时代的高校智慧校园建设中将会如鱼得水。可以预见在未来几年中，物联网设备肯定会逐渐支持这两种通讯标准。

    3高校智慧校园建设中的应用场景

长久以来，wifi因为流量价格便宜，灵活组网，在室内局域环境被广为选择。由于5G穿墙能力弱，wifi6将会是的很好室内网络补充。

3.1智慧教室

智慧教室可用wifi6路由器构成无线局域网，与有线交换机一同覆盖智慧教室，构成物联网的网络层。需要联网的各种设备或传感器有：教学系统的投影LED、互动教学问答器;AR/VR设备;管理系统的监控设备、人员考勤设备;环境系统的灯光、空调、通风、门窗的智能调控设备;再加上个人终端（笔记本、手机）。这些多维度、多场景的数据都将反馈给学生、教师以及管理者。有效帮助学生掌握学习进度，老师观察上课状况，学校改善教学管理。wifi6理论速度可达1.2gbps，完全可与有线一起组成双千兆，不仅如此，相比wifi5（802.11ac），在延迟和吞吐量上的显著优势，能够解决“海量”设备连接到网络的堵塞问题^[4]。

3.2在线教育

高校学生零碎时间比初中高中要多很多，在线教育是很好的时间管理手段。学生不管在校园内还是校园外，在自习室、图书馆、宿舍还是咖啡厅学生都渴望好的学习资源供自己共享使用。而5G对比4G，网速提高了100倍，云端的各种教学资源、精品课程均可以采用超高清技术来制作。学生既可以在线学习也可以下载，而下载只需要几秒钟。不仅如此，在线课堂页面美观、无卡顿、可以传输大容量课件、给师生带来了极为流畅的体验。同时基于AR+VR技术的逐渐成熟，可以模拟一些教学中的高难度、成本高的真实场景。比如化学实验室、手术台、火灾救援等等。而当前4G的条件下运用AR+VR设备，一段时间后就会头晕目眩，这都是网络时延高造成的，5G就很好的解决了这个问题，让学生得到身临其境的感受。这些在线的个性化教育很好的补充了线下教育模式，也给高校发展的带来了更多的可能性^[5]。

3.3 校园一卡通

校园一卡通具有便携钱包、身份控制、以及消费的功能，有着极其广泛的使用范围，覆盖了高校的食堂、宿舍、图书馆、浴室、开水房、校医院、生活超市、咖啡厅、水电和网络缴费、体育场、校际班车、寄存服务、体育场、考试考勤、学籍管理、助学金发放、学生火车票购买、自助打印等，是所有高校都必不可少的物联网应用。每张卡片上含有个人身份、资金等信息的电子标签。由各个场所的读卡设备读取、查询、执行交易，最后再把相关数据返回到数据库。 因此，一卡通系统对高校的网络质量、速度、延时和吞吐量的要求很高。如果网络状态差或者断网，则会导致系统瘫痪或者部分设备功能障碍，对师生的学习生活都造成影响。目前，一卡通系统主要采用有线+4G网络混合建造。未来，可以考虑室内设备采用有线+wifi6，比如，食堂、教学楼、图书馆等地的读卡器、pos机、自助服务终端;不方便或者无法采用有线的，比如浴室、开水房、校际班车、又或者体育场等室外场所，可使用附带5G模块的一卡通設备来解决。网络稳定性、传输及时性都将得到很大的改善。

3.4 智慧校园统一公共管理平台

当前，部分高校智慧校园公共管理平台建设初见端倪，打破了过去高校校园中存在的信息孤岛，学生、教师和管理人员通过有线或无线进行身份认证登录访问平台。学生可以报名选课、考勤签到、提交论文、在线预约讲座、借还书、申请实验室、查询个人信息、考试或邮件;老师可以安排教学、制作课件、下发作业、给学生推送信息、查看工资补助信息、查看科研成果;管理人员可以进行资产管理、财务管理、后勤管理、信息发布、视频会议、协同办公等。未来依托于互联网通讯技术将会有更多先进的校园服务，诸如人脸识别门禁、智能停车场、安全巡检机器人、智能消防栓、智能照明、无人超市、无人图书馆、自动驾驶校车、智慧医疗、VR/AR广场等等。这些也对智慧校园的建设提出了更高的要求：需要集成信息、办事、服务、应用为一体，对高校的人员、设备、资源、车辆进行全面的感知、采集，对海量数据进行高速传输、计算分析、实时处理，依托各类智能终端硬件设备、PC和手机，构建统一的数据中心和数据接口。传统的有线、无线4G和wifi网络，在速度、实时性、安全性上均不能满足未来智慧校园的要求。高校可以考虑在未来与网络运营商合作，在校园范围内进行5G部署，即搭建一定数量的室外宏基站和室内微基站，做到校园5G的深度覆盖，实现超高速率、海量接入、超低时延。最终打造成一个深度信息化、智能化的高效率管理平台^[6]。

    4结语

5G、wifi6刚刚发布不久，需要时间普及和技术积累，也需要设备（基站、路由器、手机、无线网卡等）支持。两者将相互补充，在智慧校园还有很大的应用潜力和想象空间，中国工程院院士、清华大学教授吴建平作了《构筑先进安全的国家高等教育和科技创新信息化基础设施》的主题发言。他指出：智慧校园的核心支撑平台一定是互联网。利用5G和wifi6技术打造由大量的传感器构成的智能感知环境，把感知和数据进行高效率地传输、分析和处理，再把这些数据转化为高校中可视化的个性化服务，实现校园里和校园外的无障碍互联和协助。做到网络全覆盖、畅通、安全。这样，智慧校园能真正谈得上“智慧”，有效减少人力、物力的消耗，解放生产力。

参考文献

[1]徐玉妃，杨昆，袁凌云，等.基于物联网的智慧校园建设与研究—以云南师范大学为例[J].云南师范大学学报（自然科学版），2016，36（1）：47-52.

[2] 吴建平.智慧校园的核心支撑平台一定是互联网构筑先进安全的国家高等教育和科技创新信息化基础设施：在“2019全国高等教育信息化高峰论坛”的演讲[EB/OL].（2019-08-06）[2020-02-07].http：//www.boct-sz.com/news/hy/350.html.

[3]王曦.“互联网 + 智慧校园”的立体架构及应用研究[J].中国电化教育，2016（10）：107-111.

[4] 陈佳.联网技术在智慧校园廸设中的应用[J].齐齐哈尔师范高等专科学校学报，2018（2）：80-81.

[5]聂风华，钟晓流，宋述强.智慧教室：概念特征、系统模型与建设案例[J].现代教育技术，2013，23（7）：5-8.

[6]罗桦，黄猛，赵滟.基于无线传感器网络的高校图书馆智能化管理创新[J].当代图书馆，2016（1）：7-10.

收稿日期：2020-02-22

作者简介：江波（1985—），男，湖北武汉人，硕士研究生，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