5G无边界校园孕育高质量教育教学大数据分析新服务

李立先

（中国电信股份有限公司山东分公司）

一、项目背景

为积极响应国家关于“加强新型基础设施建设，发展新一代信息网络，拓展5G、物联网、大数据应用”的政策要求，2021年上半年起，许多学校开始了5G虚拟校园网的项目，为师生提供沉浸式的学习和大数据定制化教学体验。

XX大学有直属院（系）35个，覆盖地域分散，在各区基本都有，同时在多个地区拥有较多研究院和联合研究机构。XX大学积极响应国家号召，开展精准扶贫和支教服务，帮助永平在城乡规划、经济发展、基础教育、医疗卫生等各领域获得提升。面对地域广阔、附属机构多、教师和学生能力强、学校资源丰富的情况，为了让学校师生在校外安全访问教学资源和远程协作，让XX科研人员可在任何地方开展实验和研究，比如虚拟仿真、户外模拟环境、混合现实的实训等；构建一张无所不在的教育服务网络针对学生大数据的画像提供个性化的教学服务一直是学校信息化工作者的重点工作之一。

本项目通过5G移动通信及边缘计算技术为XX打造一张无边界的5G虚拟校园网，满足学校在任何地方、任何领域可实时开展业务连接、高速计算、信息安全等需求的虚拟专网，让XX的优质资源、专业能力、教学大数据应用等通过这张无边界校园网络覆盖XX、辐射全国，走向世界。

二、项目内容

（一）主要功能

当前，蜂窝移动通信技术演进到 5G 时代，网络带宽、时延及可靠性、连接数等技术能力指标大幅提升。基于5G的虚拟校园网与5G集成芯片技术和边缘计算技术是一种可管理、可控、可感知的校园虚拟专用网，满足学校业务连接、高速计算和信息安全的需要，具有高可靠性、低成本和大集成的优点开发和提供主动智能服务是未来学校新的信息技术基础设施。

基于5G虚拟校园网的智慧校园应用场景主要可分为教研、教学和教育管理三大领域，其中教学类应用包含在线教学、远程培训、名师课堂、AR/VR/XR教学等，教研类场景包含在线科研、在线诊断、远程协作会议、科研虚拟仿真等，教育管理类场景包含党建教育、视频直播、设备智能管理等。作为原校园有线网络及无线网络的延展与补充，这张虚拟校园网将极大提高XX大学校园网络覆盖面。目前具体实现了以下功能：

1.无需VPN，直连访问校内资源

长期以来，师生用户从校外访问校内虚地址资源，只能通过连接VPN的方法来实现，面临需要额外安装VPN软件及下载速率不稳定等问题。5G虚拟校园网为师生提供了一种选择，极大提升访问速率及稳定性，降低访问时延，可无缝接入校园内网进行资源下载、高清视频观看，均无明显卡顿，满足师生用户的日常使用需求。

2.合作科研项目实现校内外高速数据传输

通过5G CPE或5G随行WIFI设备，将5G信号转化成校园有线或无线信号，运用中国电信5G蜂窝网络覆盖面广的天然优势，最终可实现合作科研项目数据的校内外实时传输，便捷使用校内云平台，加快了实验数据的共享、传输和分析处理，使科研工作更加高效。

3.大数据教学项目试点应用

整合校园监控视频系统、教务系统与校园网管理系统等系统的相关数据， 经过抽取、洗涤和加工，最终抽象反映出学生的喜好、态度、学习等多个维度的学生画像。可以更科学、更精准地了解学生动态，为高校教育教学、教育管理的决策和规划提供更加可靠的依据。

图1 XX大学无边界虚拟校园网框架图

（二）设计理念

本项目方案设计团队由XX大学作为需求方，中国电信股份有限公司作为服务方共同组成，项目中涉及多个专业领域、在信息基础设施方面包括5G基站部署、MEC机房建设、网络配置、大数据智能管理，在定制网方面包括内外网区隔、多租户隔离、安全切片分流、教育专网和5G网融合等技术实现，“5G虚拟校园网”能根据应用的不同，自动选择相应的网络通道，比如用户访问的是微信、淘宝等公网应用，就直接走公网，如果访问的是校内资源、应用，则走校内专网通道，做到应用无缝切换，网络智能随选。

1.项目方案

中国电信5G定制网服务，是在5G网络的基础上，推出了“网络定制、边缘智能、云协作、x-on-demand”集成协作的综合解决方案。这个5G定制网站可以通过有必要为客户提供部署在附近的边缘智能服务和无需校园外数据的信息边缘基础设施，如边缘计算能力、边缘人工智能、边缘SaaS应用等；5G定制网络也可以满负荷运行满足学校应用云迁移的需求，动态为学校提供边缘云与公有云协作、私有云与天一云协作、多园区公有云协作等多云灵活调度和统一管理服务。

根据XX学校需求，本项目中采用的5G定制网方式为比邻模式。比邻模式是基于5G 2B专网资源，通过多频协同、载波聚合、超级上行、边缘节点、QoS增强、无线资源预留、DNN、切片、边缘节点等技术的灵活定制。比邻模式提供的服务具有业务隔离、高带宽、业务加速、低时延、数据不出场等典型特征。

考虑应用区域可能在全市范围，且既有公网又有专网需求，因此分流节点选择共享式UPF节点的对用户终端应用进行分流，用户机房位于XX大学XX路XX号，通过专线进行对接。实现“终端-基站-承载网-UPF-承载网-用户DC”的端到端专用网络。

此项目方案为XX大学提供一张带宽增强、低时延、数据本地卸载的专有网络，配合MEC、天翼云，最大化发挥云边协同优势，为智慧校园的数字化应用赋能。对市内教师、学生5G终端进行专网业务签约，对终端内特定应用进行分流，访问专网应用；终端其余应用正常访问公网。

2.项目特色

（1）业务优势

5G定制网比邻模式结合5G网络的MEC，有以下优势：

①数据不出校园：在边缘机房部署园区UPF网元，实现用户数据本地灵活卸载，达到数据不出校园，业务安全隔离。

②低时延：通过用户面UPF本地部署，减少端到端时延。

③超高带宽：结合超级上行，载波聚合等无线技术，大幅提高带宽速度。

④业务隔离：在同一切片内，通过定制DNN来区分数据网络和路由隔离，通过定制QoS提供差异化的SLA，保障用户业务安全。而对于多个切片，通过切片标识来区分数据网络和路由隔离，根据客户签约的隔离级别提供差异化的隔离方式，如资源隔离或资源预留，保障用户业务安全。

（2）技术能力优势

①网络能力调用

图2 大数据精准教学分析平台

MEC平台支持基于 5G 网络能力接口的调用，通过提供 API接口面向 MEC 应用开放，主要包括：

流量引导：支持在 MEC 平台配置分流策略，通过与 5G 核心网传递分流规则，实现边缘节点特定业务分流，保障用户就近访问边缘应用；

流量管理：网络配置RG指定付费方，提供计费系统实现ToB 流量统计手段；

位置订阅：通过 UDM 及AMF 等网元的位置服务能力开放接口，支持对终端的网络位置订阅和通知服务。

Qos 保障：通过 PCF的策略授权服务接口，支持对特定业务流实现带宽、资源优先级等5G 接入服务质量保障。

云边高速：支持边缘节点与中心云之间的高速专线连接。

②业务能力开放

MEC 平台支持自有和第三方业务原子能力加载、统一开放、多量纲计费、按需调用，并可根据客户需求灵活定制开发，包括:

AI 识别:基于MEC平台提供人脸识别、行为识别、对象识别、文字识别等A算法，对影像进行本地分析处理，适用于各类视频等场景。

vCDN:面向视频分发类场景，提供边缘vCDN能力，通过云边协同实现内容高效调度和就近访问。

③平台能力开放

MEC平台提供编排管理、可视化门户、自助订购、自动部署等功能，实现客户全周期、全流程、全方位业务运营能力，主要包括:

应用便捷加载:支持应用以容器(虚机容器、裸机容器)、虚机等形式统一编排管理，实现一点加载、全网部署。

业务能力开放:支持能力注册、接口封装、能力调用、能力鉴权、多量纲计费，实现能力开放;

客户自助服务:提供可视化门户，支持客户自助服务，实现资源、能力、应用的全流程、全周期的管控。

专业运维服务:基于属地化专业运维能力，提供集成交付及不同等级的运维服务。

④大数据教学学生画像平台

大数据学生画像以大数据作为技术根基，通过数据分析不同用户的目标、行为和观点，根据各自的差异，将他们区分为不同的类型，然后在每种类型中抽取出典型特征，赋予名字、照片、要素、场景等描述[2]，即为每个人物贴标签，形成逐渐完整的学生画像。具有基本性、移情性、真实性、独特性、目标性、数量性、应用性等特性。

三、实用性分析

本项目基于5G定制网比邻模式。相比VPN，5G虚拟校园网有碾压性优势，网速和稳定性大幅提升，时延大幅降低。

在某一校区实测：5G虚拟校园网的公网下载速率达到801Mbps，而VPN下载速率为36.7Mpbs，同样的下载速率差到两倍多。

教育大数据存储与分析的主要作用是采用分布式的结构对搜集到的教育大数据进行存储，分析，其中教育数据及分析结果的可视化展示、教学效果评估、学生画像等。该部分信息呈现的客体主要是教师，作用是使教师能全面地了解教学的实际效果，并且通过每一位学生的画像了解他们各自的特长与实际情况，从而进行教学模式与教学内容的调整。

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