5G通信技术助力智慧校园建设的应用研究

贾飞侠

（定西开放大学，甘肃 定西 743000）

0 引 言

工业和信息化部的数据显示，截至2022年8月末，我国5G基站总数达210.2万个，占移动基站总数的19.8%；截至2022年9月末，除港澳台以外我国31个省区市全部开通广电5G网络服务。5G通信网络服务的普及，为智慧校园建设提供了技术支撑。融合WiFi 6、人工智能、物联网、云计算、大数据及云存储等信息技术的智慧校园建设迎来新的发展阶段，有助于学校的“教、学、管、评、考”一体化建设。

1 通信技术及智慧校园发展历程

1.1 通信技术的概念及发展

通信技术是信息传输所采取的方法与措施。移动通信技术从1G发展至5G时代，经历了语音时代、文本时代、图文时代、影音时代、万物互联时代。以5G为代表的新一代移动通信技术，实现了人、机、物、系统等全面连接。5G通信技术具有高速率、大容量、低时延特点[1]。与4G通信技术相比，5G通信技术在速率、速率峰值、流量密度、连接数密度、空口时延以及移动性等方面有显著优势。

1.2 智慧校园的概念及发展

智慧校园的概念于2008年提出，是智慧地球概念的延伸之一，是智慧教育的重要组成部分。智慧校园的目标包括全面协调、个性化服务以及学校与社会互联。智慧校园体现在物理层面与信息层面的连接，对学校科研、教学、校园管理、学习等多方面进行智慧化管理。我国的智慧校园建设经历了五个阶段，如表1所示。

表1 我国智慧校园发展的五个阶段

1.3 5G通信技术助力智慧校园建设的优势

智慧校园以物联网、云计算、人工智能及大数据等信息技术为基础，实现校园管理与教学的智慧化与智能化。5G通信技术相比4G通信技术，具有高速率、短延迟、低能耗、低成本等优势。基于5G通信技术的智慧校园建设，能够有效提升智慧校园系统运行与数据处理效率，推动校园信息化管理的技术变革。基于5G通信技术的智慧校园建设具有以下三大优势。

第一，高速率优势。5G通信技术的用户体验速率是4G的10～100倍，速率峰值是4G的20倍，能够有效满足智慧校园高清视频、高清直播及教育大数据中心等运算需求，提升智慧校园服务器的终端设备连接数量，优化智慧校园资源配置。

第二，便捷性优势。5G通信技术的发展突破了智慧校园建设的时间与空间限制，从传统的线下教育模式向线上线下混合（omo）教育、短视频+直播教育模式发展，借助5G、互联网、物联网等技术，实现实时与任意地点的数据传输。5G通信技术的三大组网模式包括与公网完全共享、与公网部分共享、独立部署三种组网模式。国内运营商也推出了不同场景下的5G定制网解决方案，例如，中国移动推出“优享、专享、尊享”三种组网服务模式，中国电信推出“致远、比邻、如翼”三种组网服务模式，中国联通推出“5G虚拟专网、5G混合虚拟专网、5G独立专网”三种组网服务模式。这为智慧校园建设提供了业务场景解决方案，针对智慧校园业务对时延、带宽、隔离安全等要求的不同，可以选择合适的组网方式，构建高速、泛在、安全、自由的信息连接，提升智慧校园的数据传输实时性。

第三，互动性优势。5G通信技术实现了人、机、物、系统等全面连接。这种连接是双向互动形式的，借助人机交互技术，实现学校与教师之间、师生之间的双向信息互动，借助5G技术下智慧校园所提供的视听介质，增强用户的智慧校园系统使用视听感受，接收用户的信息反馈，不断提升智慧校园系统使用交互体验。

2 5G通信技术助力智慧校园建设的应用探索

2.1 5G通信技术助力智慧校园总体架构建设

在以5G为代表的新一代通信技术支持下，智慧校园迎来新的发展机遇。智慧校园建设的目标是为每个学生、老师提供全方位与智慧化的教学、教研、学习等多方面服务，满足智慧校园用户的生活、工作及学习需求，实现人工智能、大数据、云计算等技术与校园建设的高度融合，提升学校地决策、治理水平。本文以新一代通信技术为基础，设计了智慧校园建设框架，如图1所示。互联网、电信网、广播电视网、智能电网及物联网等多网融合逐渐成为新趋势，5G带来的超高速网络深刻改变了信息交流工具与传递方式。智慧校园的总体架构正是基于5G+WiFi6+AIoT（人工智能物联网）的多网融合背景设计，具体包括三个方面，即智慧性基础设施、智慧性资源以及118工程[2]。智慧校园架构能够实现信息、数据、业务、应用、服务等多方面智能互联。传统智慧校园能够在显性智慧、隐性智慧及创新智慧三个层面进一步提升智慧化水平，打造新一代智慧校园。

图1 基于5G+WiFi+AIoT地多网融合智慧校园体系架构

2.2 5G通信技术助力智慧校园基础设施建设

当前，我国智慧校园建设已取得一定成效，但是在建设过程中依然存在网络不够通畅、设备老化、数据处理能力有待提升等问题，这些不利于智慧校园的迭代升级。新一代通信技术的发展，为智慧校园迭代升级提供了技术支持。首先，基于5G、WiFi6、人工智能互联网（AIoT）等超高速多网融合进行网络升级，部署5G基站设备，安装智能化硬件设备，建设移动终端。其次，充分发挥5G通信技术高速率、大容量、低时延特点，实现智慧大楼、智慧实验室、智慧图书馆、智慧校医院、智慧宿舍以及智慧餐厅等场所的智能互联[3]。

2.3 5G通信技术助力智慧校园智慧性资源建设

通信技术的发展有助于智慧校园智慧性资源建设。依托5G技术高速率、大容量、低时延特点，远程教育、课堂直播、在线课程及虚拟现实等场景得以发展，智慧校园智慧性资源进一步丰富，开发出如智慧课程、智慧云教材、3D互动教学资源、3D安全教育资源、定制化资源等新型学习与教学资源。

当前，我国部分学校已经开展了新一代智慧校园建设。例如，2019年，深圳职业技术学院启动5G智慧校园示范应用项目，建设5G+VR/AR沉浸式教学、5G+远程直播教学；2020年，西安交通大学、苏州大学、上饶中学、嘉兴海宁市文苑小学等高校与中小学开展5G+智慧校园建设；2021—2022年，有更多学校开展5G+智慧校园建设。2022年，我国31个省区市全部开通广电5G网络服务，为智慧校园的智慧性资源建设提供了超高速网络基础[4]。通信技术支持下，智慧校园能够提供5G智慧双师课堂、5G短视频+直播教学等模式。直播教学成为智慧校园重要的发展方向，以5G+（8K超高清慢直播、3D+AI合成主播直播、VR/AR/MR全景实时直播、全息互动直播）的教学模式丰富了智慧校园的教育模式与资源[5]。

2.4 5G通信技术助力智慧校园物联网建设

智慧校园的技术依托是以物联网为核心的新一代信息技术。5G通信技术的应用，极大增强了智慧校园在数据处理、云存储及数据挖掘等方面的功能，依托5G通信的增强型移动宽带（enhance Mobile Broad Band，eMBB），能够建设更加安全、开放的校园局域网与广域网。

依托5G通信技术和物联网技术的118工程包括1个教育大数据中心、1个信息门户（PC版+移动版）以及8类智慧校园应用系统。教育大数据中心在5G通信技术海量物联网通信（massive Machine Type Communication，mMTC）的支持下实现数据采集、数据预处理、数据分布式存储、分布式计算、数据建模以及数据服务应用功能，能够完成智慧校园的可视化、多模态数据分析工作，为智慧校园管理者提供智慧决策支持。融合5G、WiFi 6、人工智能、物联网等多种技术，打通智能手机、智能电视、计算机及平板电脑等媒体途径，能够使PC版、移动版信息门户更加便捷与智能。截至2020年9月末，我国5G移动电话用户达5.1亿户，教师和学生可以通过5G移动电话实现远程教育、课堂直播、在线课程、虚拟现实、人脸识别、班班通、“一卡通”、4K数字演播以及视频会议等一系列智慧校园服务。8类智慧校园应用系统即学生、教师、科学研究、教育管理、安全管理、后期保障、社会服务、综合评价。依托5G通信技术的高可靠低时延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC），可以提升智慧校园信息传输的可靠性，降低手机移动端的信息传输时延，实现8类智慧校园应用的智能服务、智能生活及智能管理。

3 结 语

智慧校园建设能够有效提升学校数字化、智能化运营管理水平，更好地服务师生。在通信技术不断发展的时代背景下，5G、WiFi6、区块链、人工智能、物联网、大数据及云计算等技术为智慧校园建设提供了技术支撑。5G+WiFi+AIoT多网融合的智慧校园方案，能够满足学校信息、数据、业务、应用及服务的智能互联，有效提升教育智慧化水平与服务质量。