基于CNKI 期刊文献数据库的图书馆5G 研究进展分析

陈 炜,沈奎林

(1.南京大学金陵学院 图书馆,江苏 南京 210089;2.南京大学 图书馆,江苏 南京 210023)

0 引言

2019 年6 月6 日,国内4 家运营商移动、联通、电信、广电向工信部申请5G 牌照获得通过,标志着我国的5G 建设进入快车道。 工信部发布的《2020 年通信业统计公报》[1]显示,我国5G 网络建设进展顺利,新开工建设60 多万个5G 基站,开通服务的5G 基站全国达到71.8 万个以上,其中33 万个5G 基站为电信和联通合作建设使用,全国地级以上城市和重点县市基本开通5G 信号,实现5G 业务。 图书与情报界对5G 技术如何参与图书馆服务的研究开始活跃起来,取得了一定数量的研究成果。 本文系统梳理近三年有关图书馆5G 研究相关文献,以全面展现国内对5G技术在图书馆应用领域的现状、热点,并提出发展建议,对推动5G 在图书馆落地和进一步发展具有参考意义。

1 数据来源和研究方法

1.1 样本文献来源

中国知网旗下的中国期刊全文数据库(CNKI),具有数据连续性强、动态更新快、覆盖学科全面、收录核心期刊比例较高的特点,是目前各领域广泛使用的中文数据库,各学科研究人员通过CNKI 了解并跟踪自身所在领域的研究进展,掌握最新动态。

本文文献样本全部来自中国知网CNKI,检索表达式为SU=“5G”∗“图书馆”,检索时间为2021 年2月10 日,共计检索出79 条结果,剔除报纸发文1 篇,有效的学术期刊论文74 篇、学位论文1 篇、特色期刊3 篇。

1.2 研究方法

本文采用文献计量法和内容分析法,文献计量从论文年代分布、期刊分布、作者分布、高被引文献4 个方面分析;内容分析法主要从5G 的特征、5G 在图书馆业务场景实现的路径、5G 参与图书馆服务的平台3个方面分析。

2 文献数据分析

2.1 论文的年代分布

从图1 中可以看出,从2018 年开始有学者跟踪有关图书馆5G 研究。 这一年,国家发改委正式公布文件《2018 年新一代信息基础设施建设工程拟支持项目名单》[2],明确支持5G 建设,随后三大运营商开始了建设5G 基站,构建网络,规模组网,打造应用示范工程。 图情领域的学者敏锐地意识到5G 技术会给图书馆发展带来重大影响,于是对这个影响进行了深入探讨。 同年,李歌维[3]指出5G 技术将会带来图书馆信息组织重组,产生新的信息服务形式,提出图书馆在即将到来的5G 时代要有所作为,其发展策略是:(1)探索图书馆领域与5G 相关应用案例与应用场景;(2)引入云计算作为业务承载平台,将更多的图书馆服务迁移上云;(3)加强沉浸式体验,推广智慧服务;(4)完善数据管理,为图书馆业务扩展服务。由此拉开了图书馆5G 研究的序幕,随后我国图书与情报界掀起将5G 与图书馆发展相结合的研究热潮,取得了一批研究成果和经验。 2019 年发布了15 篇;2020 年发布了59 篇,其中还有一篇硕士学位论文[4];2021 年1 月发表3 篇。 说明图书与情报界对5G 建设快速推进越来越关注,并且开始投入大量的人力和物力进行研究。

图1 国内5G 参与图书馆服务研究文献时间分布

2.2 论文的期刊分布

通过国内图书馆5G 研究文献的期刊分布分析,可以描绘出该领域的核心期刊群。 论文期刊分布如图2 所示,图2 列出了刊登2 篇及以上论文的期刊,其中刊登最多的是《河南图书馆学刊》《图书馆学刊》,以7 篇高居榜首,《内蒙古科技与经济》次之。 核心期刊中《出版广角》发文最多,达6 篇,《图书馆工作与研究》《图书馆学研究》《图书与情报》以3 篇并列次之,说明图书馆5G 研究开始被更高层次认可。期刊中出现通信科技类杂志,说明该研究在通信领域也是比较受欢迎的研究方向。

图2 刊登篇数排名前列的期刊(带∗为核心期刊)

2.3 作者分布

目前为止,参与撰写论文的作者有110 人,其中第一作者有77 人,有2 人发表2 篇,其他作者发表的相关文献均为1 篇。 目前没有形成比较稳定的作者群体。

2.4 高被引文献分析

目前国内图书馆5G 研究资源类型涉及期刊、硕博士学位论文,以期刊为主。 刘炜等[5]发表的《5G 与智慧图书馆建设》被引频次高达51 次,说明5G 对智慧图书馆建设具有重要意义,其研究已被学者广泛关注,为学者的后续研究指明了参考方向,拓展了研究视野,具有一定的影响。

被引频次位居前11 的文献如表1 所示。

表1 国内图书馆5G 研究主题高被引文献列表

2.5 文献特征分析

(1)从研究作者群看,以上海图书馆刘炜、榆林学院图书馆李歌维的核心论文影响力较大,被引用超过30 次。 说明图书情报专业作者是目前研究的主力,在业内具有较大影响。

(2)从研究成果的期刊来源看,77 篇有效期刊论文,发表在核心期刊(以刊载样本学术文献时是否被收录进《中文核心期刊要目总览》和《中文社会科学引文索引—CSSCI》为标准判断是否为核心期刊)的论文有20 篇,占发表论文25.97%,核心期刊中《出版广角》属于出版事业类,其他均为图书学情报学类。说明图书馆5G 研究受到研究者重视,研究成果质量较高。 另外,一大批非图书情报领域的期刊在关注这个领域研究进展,以通信科技类占多数,说明研究者成果得到科技类期刊的认可。

(3)从研究主体来看,有53 篇来自各大高校,19篇来自公共图书馆,3 篇来至党校,1 篇来自事业单位,1 篇来自企业,说明研究图书馆5G 主体比较集中,以高校和公共图书馆为主,工程技术人员参与较少,这样会导致研究和实践存在局限性。

(4)从研究主题来看,从初期纯理论研究过渡到理论研究与实践运用相结合,逐步将5G 落实到图书馆各种服务场景中,开始考虑提高5G 在图书馆应用水平的技术方案,后期会有更多研究成果展现出来。

3 国内图书馆5G 研究内容剖析

笔者运用内容分析法,梳理和分析这些论文研究主题和内容,并从5G 的特征、5G 在图书馆业务场景实现的路径、5G 参与图书馆服务的平台3 个方面展示目前5G 如何为图书馆服务提供支持。

3.1 5G 的特征

5G 作为投入应用的新一代通信技术,满足了高速率、低延迟、泛在网、低功耗、万物互联和重构安全要求,它的出现为图书馆智慧建设铺平了道路。 5G设计了三大应用场景以适应不同的需求,所有作者文献[3-17]中都列出了5G 三大特征,表述如下。

3.1.1 增强型移动宽带(eMBB)

目前,5G 直观感受最大的亮点就是下载速度快,例如在5G 手机上下载一个10 G 的视频文件只需要3 s,这是因为5G 基站峰值速率最高可以达到20 Gbps,相比4G 的峰值速率1 Gbps 提高了20 多倍,用户体验速率从4G 时代的10 Mbps 提高到5G 时代的100 Mbps,5G 频谱复用效率是4G 频谱的3 倍。 对于图书馆视频为主的业务,5G 拓宽了出口通道,带动高清学术讲座视频转播、读书节推广活动现场直播、VR人物交流互动等逐渐流行起来,成为图书馆对外宣传的亮点。

3.1.2 海量低功耗连接(mMTC)

5G 基站在其覆盖范围内可以实现每平方公里并发接入100 万台各式终端和传感器,相比4G 基站连接密度每平方公里10 万台,呈现出指数级别的提升。5G 让物联网大规模部署成为可能,可以动态实时监控图书馆内的一切设备和图书,根据人流密度智能调节馆内灯光明暗、空气流速、空调温度、电梯运行,保障图书馆消防安保、绿色节能顺利实施。 5G 和物联网是实现智慧图书馆实体落地的网络载体,它们突破了传统通信网络的瓶颈限制,让人与物、人与设备、物与设备之间泛在互联。

3.1.3 低延时高可靠连接(uRLLC)

5G 的通信延时在1 ms 甚至更低,4G 延时在20~80 ms,这项技术首先应用在工业4.0 环境里,用于控制无人机飞行或无人车行驶。 5G 网络保证了数据传输质量和到达时间,在信道传输中不拥挤、不被干扰,保障图书馆多服务并发质量,让多用户及机构联盟接入成为可能。 5G 应用在智能安防、语音咨询、全景导航、智能盘点、融合教育中,合理规划服务路径,压缩业务传递延时,全面提升服务速率。

3.2 5G 在图书馆业务场景实现的路径分析

5G 为图书馆提供了拓展途径,通过结合其他技术才能实现相关业务。 5G 在空间上,将实体空间和虚拟空间结合起来,衍生出一系列新的服务模式;在时间上,能够让异地多点业务同步通信,减少人员出差带来的成本;在服务对象上,不仅是为人员服务,还把空间内的万物纳入,实现全方位立体化覆盖。

刘炜等[5]指出图书馆信息组织和信息传播因为5G 会产生变化,根据图书馆业务场景需要,设计出5G 在智慧图书馆中的十大应用场景:(1)无感借阅;(2)导览导航;(3)超清全景互动直播;(4)智慧书房;(5)智慧场馆;(6)云课堂;(7)精准推送;(8)机器人服务;(9)智能安防监控;(10)区域联盟服务协同。各个应用场景的特征如表2 所示。

表2 5G 在智慧图书馆中的十大应用场景

只莹莹[6]分析了5G 技术的优势在于增强型移动宽带,大规模低功耗连接,低延时高可靠连接;区块链技术具有交易去中心化、历史记录防篡改、交易信息隐私保护、可追溯等优点。 把5G 和区块链技术结合在一起,应用到图书场景如下:(1)用户体验与用户隐私共存,在保障用户的隐私下方便图书馆搜集和分析用户数据;(2)平衡去中心化与图书馆利益之间冲突;(3)协同分布式节点与交易即时确认;(4)智慧阅读与知识生产相互促进,保护了知识产权;(5)信息技术叠加下的智慧服务模式,拓展在数字版权、空间构建、社会教育、馆际合作等领域的应用。

任萍萍[7]从6 个方面阐述5G 技术对图书馆智慧服务的影响:(1)智能核心技术变革;(2)资源组织模式变革;(3)信息传输方式变革;(4)通信终端设备变革;(5)数据应用平台变革;(6)智能空间变革。 提出了5G 技术场域下3 个主要图书馆智慧服务应用场景:(1)基础服务场景,包含智慧流通自助导航、智慧空间服务、阅读推广、在线教学科研支持;(2)管理服务场景,包含智慧场馆管理、智能机器人协同、智慧安全监测;(3)拓展服务场景,包含大型会展培训直播、学科服务联盟智慧平台、数字人文建设、智慧城市综合体 。

李利娟等[8]从3 个层面拓展5G 在图书馆的应用:满足泛在服务、开发图书馆服务增量、多元技术融合。 设计出四大应用场景:(1)智慧阅读游戏开发;(2)全景智慧服务空间重构;(3)精准化服务打造;(4)全自动管理服务。

冯继强等[9]探索公共图书馆文旅融合发展新模式,提出将5G 网络引入智慧文旅中,构建一种新业态。 利用5G 技术赋能智慧文旅,场景应用在4 个方面:(1)旅游管理,助力旅游管理机构的转型发展;(2)旅游服务,多样化信息智能精准推送;(3)营销,助力IP 内容挖掘和商业化;(4)跨界融合,与体育、农业、交通集合,具有多样化体验。

岳和平[10]指出5G 技术为智慧图书馆建设和研究提供强大动力,归纳出5G 在智慧图书馆应用场景有6 类:(1)虚拟/增强现实(VR/AR);(2)超高清视频;(3)智慧阅读;(4)智能场馆;(5)智能安防;(6)个人AI 设备。

陈春燕[11]在文中提出“5G+融媒体”技术,对高校图书馆真人阅读服务具有3 个好处:(1)促进优质内容聚合;(2)营造拟人服务场景;(3)智能信息推送。 文中描绘了2 种高校图书馆真人阅读服务场景:(1)基于增强现实、虚拟现实的真人阅读场景;(2)基于场景智能适配的保姆式真人阅读服务。

杨红岩[12]提出5G 与AI 技术融合,通过全面智慧化、全景交互式、跨界协同式,打造社交图书馆阅读服务。

王辉[13]提出5G 技术融入图书馆的路径:(1)运用5G 技术构建智慧图书馆新型关系;(2)依托5G 技术平台,开展云计算智慧服务;(3)利用5G 技术提升服务效率,让用户获得智慧服务体验;(4)利用5G 技术构建总分馆体系,提高图书馆智慧服务效率。

综上所述,5G 作为一种通信技术对图书馆发展具有推动作用,5G 需要结合其他技术才能实现落地的效果,所有提到的业务场景都是围绕5G 的3 个特征来设计的。

3.3 5G 参与图书馆服务的平台

为了更好地匹配5G 服务于图书馆场景,需要一个支撑平台来配合5G 技术落地,研究者设计出了一套平台或模型,让5G 更好地融入图书馆。

3.3.1 在图书馆核心系统下发挥5G 作用模型

将5G 纳入图书馆服务平台这个图书馆核心系统,研究者设计了模型,应用的领域包括图书馆服务平台、图书馆服务云平台、移动图书馆、公共图书馆文旅平台。

刘炜等[5]设计了一种支持5G 的智慧图书馆服务平台FOLOI,它采用先进的容器技术和服务化松耦合架构。 这种架构具有开放性、灵活性、可扩展性和面向未来的特点,它的优点主要体现以下几个方面:(1)能够为边缘计算提供更好的工作环境,缩短服务反馈时间;(2)灵活高效分布处理,支持网络切片和模块级服务;(3)大规模业务协同,提升图书馆服务范围。这些都符合成为5G 应用理想平台的必要条件。

董同强等[14]引入5G+AI 技术场域,提出“智能+”时代新一代图书馆服务平台,总体架构划分为感知层、资源数据层、技术处理层、应用层、用户交互层5 个层级。 平台具有扩展性强、稳定性高、可靠性强的特点,能够实现智慧感知、智慧管理、智慧决策,更好地服务图书馆业务。

任萍萍[7]提出基于5G 技术的新一代智慧图书馆服务云平台,总体架构划分为感知交互层、智慧应用层、技术层、数据层4 个层次。 平台通过多功能微服务总控体系及多元数据聚合及业务流程重构和整合。

马秀峰等[15]提出通过“硬智能”和“软智慧”结合,以5G 技术作为基础,融入AI 技术、体感交互、大数据,构建智慧型移动图书馆模型,分为4 个层级:数据资源层、技术处理层、智慧服务层、用户交互层。

冯继强等[9]提出5G 和智慧文旅相结合,形成一种生态模型,包含6 个层次:硬件运营商、基础能力提供商、云服务提供商、应用开发商、典型运营商和终端用户,在服务体验、文化互动、智慧管理、品牌营销发挥更大的价值。

3.3.2 在传输环节发挥5G 作用模型

在传输环节研究者通过引入区块链、边缘计算、切片技术、云计算和雾计算技术等,达到提高传输数据的安全性和缩短数据处理的链路目的。

只莹莹[6]指出5G 技术的优势在于增强型移动宽带,大规模低功耗连接,低延时高可靠连接,但存在着缺点,例如无法充分保障隐私信息安全和虚拟知识产权,无法为虚拟交易信任背书;区块链技术采用密码学的手段,其优点是交易不依赖中心节点、交易信息隐私加密防泄露、历史记录多节点记录防篡改并且可追溯,但其存在业务延时较长、交易速率更新频率不高、依赖基础设备等缺点,把5G 和区块链技术结合在一起,可以将两者优点互补。

张凯等[16]引入5G 网络、边缘计算、切片技术、云计算和雾计算技术,提出一种“个性环绕贴身式”图书馆服务模式,它植根于5G 雾计算环境,利用软件定义网络SDN 对5G 图书馆网络切片,实现垂直结构和水平业务精准组合匹配,利用5G 移动边缘计算(MEC)技术实现就近为读者提供信息服务和云计算服务,提高图书馆各项服务和应用的下载速度,利用网络功能虚拟化(NFV)技术实现网络雾计算,将数据计算、分析和处理功能在读者近端完成,降低服务响应延时。

3.3.3 在业务环节发挥5G 作用模型

在业务环节,研究者设计了模型,该模型发挥了5G 的视频终端功能。

任娟莉等[17]设计出图书馆多场景 VR 服务的逻辑架构,该模型能够充分发挥5G 网络的优势,包含用户交互界面(系统登录模块、视频播放模块和文字图片展示模块),VR 视觉跟踪算法,图像及视频渲染算法,基于5G 网络的跨终端、多场景VR 操作系统。 该模型优化了图书馆服务,更好地帮助图书馆用户体验在多场景下获取图书馆知识。

3.3.4 对平台研究分析

从研究者讨论的模型看,对核心部分讨论比较多,设计的模型也比较多,这个也是图书馆5G 研究的热门。 在当前成熟系统平台上拓展5G,风险可控,但能够开展业务的空间在以后若干年存在天花板,全新设计一套系统平台,工作量会比较大,对图书馆业务的磨合期也比较长,但考虑开放的架构可以拓展的空间也比较大。

4 国内图书馆5G 研究的发展策略

尽管我国专家学者比较重视图书馆5G 研究,取得了一些有价值的理论成果和实践经验,但由于该领域的研究时间比较短,尚存在一些需强化的地方,如理论研究多、实践应用较少。 笔者认为未来国内图书馆5G 的研究应加强以下问题的探究。

4.1 注重理论与实践相结合,促进5G 在图书馆的深入运用

国内图书馆5G 的研究主要集中在技术和宏观框架,对于微观层面如何让5G 应用在图书馆中落地的案例研究很少。 5G 在图书馆应用是一个实践性比较强的研究,模型和框架可以带来宏观方向性指导,但更需要通过落地实践才能形成有效反馈。

4.2 加强算法研究,为平台智能化打好基础

5G 是一个工具,要很好地融入图书馆服务中,把空间内的终端和设备通过一张网连接到一起,需要3个因素:场景、平台、算法。 场景决定了图书馆怎么应用服务,平台承载了应用并加以管理,算法决定了如何发挥作用。 算法的来源是针对应用场景定制的一种程序,通过对场景的高度抽象化,形成特定的算法程序存储在平台内,在接收到服务请求信号时运行起来,协调平台内的资源联动,满足终端服务请求并保证服务质量,算法运行时较少受到人工干预,提高了平台的智能化程度。

4.3 加强场景的细化研究,建立可量化的参考标准

场景中应用的终端在不同的环境下,接受5G 信号是不一样的,为了保障通信的质量,需要系统匹配相应的算法,而如何匹配需要一个参考标准。 将场景细化后抽象化,提取特定参数,并保存在平台中。 当终端通过5G 接入图书馆时,平台会根据当前场景特征,自动匹配相应算法,整个过程无须人工干预,面对海量接入需求也能让图书馆平台应付自如,保证服务的高质量。

4.4 加强资源建设,拓宽5G 应用的范围,扩大平台的影响力

目前,5G 基站布网在快速推进,5G 终端也在不断普及,AR 和VR 技术也在不断探索中成熟乃至商业化应用。 图书馆资源建设值得深入思考,没有丰富精彩的资源,就吸引不了海量的用户前来访问,5G 带宽就会空载而闲置。 资源分为两类,一类是由资源供应商提供的视频等,另外一类是活动、讲座的转播内容。 用户访问越多,对于平台的场景建设也是有利的,能够提高平台的并发服务能力,丰富场景的特征参数,让用户体验不卡顿、不掉线。