5G網絡在高校智慧校園的應用

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摘要：5g網絡在4G網絡的基礎上進一步體現出了智能化、綜合化和多元化的優勢，5G網絡可以實現高校全覆蓋的多功能智慧系統建設。該文闡述了5G網絡在高校智慧校園建設中的應用價值，對應用模式進行了深入分析，并且提出了5G網絡在高校智慧校園中的應用要點，希望能為高校新時期信息網絡和校園系統建設提供一定的幫助。

關鍵詞：5G網絡；5G技術；智慧校園；通信技術

15G網絡在高校智慧校園建設中的應用價值

1.15G網絡的應用幫助高校順應時展趨勢

自21世紀以來，移動通信技術相繼獲得發展，全世界眾多高校也開始了校內綜合信息平臺建設。在我國，浙江大學、同濟大學、華南理工大學等是智慧校園建設的先行者，且在2010年以后，伴隨國家信息化建設布局，已有越來越多的學校參與到智慧校園建設中。作為智慧校園的基礎，通信網絡和通信技術的主流在發生改變，這就意味著高校也應當同時適用5G網絡與5G技術。高校作為人口集中的場所，需要進行高密度的交互和終端設備服務，必然應當做好升級優化工作。所以，在高校智慧校園中應用5G網絡，是學校順應時展趨勢、響應國家部署、自我發展和升華的保障。

1.25G網絡的應用推動高校信息化建設再升級

由表1可見，智慧校園對于技術、設備和功能提出了全新的要求，以大數據為基礎的高頻用戶切換、大型數據交互、實時信息傳遞、大批量在線操作等，原有的4G網絡已經逐漸難以滿足當前的各種網絡活動需要，而5G網絡則不同。5G網絡架構趨于扁平化，通過疊加基站獲得大服務器集群，實現了用戶集中接入架構，可以同時滿足更大量的在線人數，適用于高密度人群的高校環境；目前的小基站模式，使得5G網絡建設能夠在校園各個區域建設，解決了建筑物、植被等的信號屏蔽問題，同時5G小基站在區域范圍內的信號強度客觀，也降低了被干擾的風險；5G網絡傳輸速率的理論峰值為20Gbps，終端速度可在500km/h，連接密度上限在100萬/km2，信息流動是4G網絡的1000倍以上，用戶速率則在10倍以上。除此以外，5G下轄的eMBB、uRLLC、mMTC等支撐下，5G網絡可以高效對接包括高清視頻、VR、網絡在線直播、AR、車聯網、環境監測、智能家居等場景，提高了高校內智能化和信息化水平，將現代網絡技術對接學校教育、生活、科研等諸多領域，并且在4G網絡的基礎上大幅度提高了效率。

25G網絡在高校智慧校園中的應用模式

2.1應用基礎

5G網絡在智慧校園建設中的應用，是在4G網絡應用的基礎上進行優化和功能延展，應用的基礎包括了傳統4G網絡的建設經驗和5G新型技術，其中包括現有的物聯網、大數據、WiFi、云計算、IPv6等相關技術的綜合運用。在基礎架構上整個校園體系包含了感知層、傳輸層、數據層、應用層四大基礎層，傳感層主要負責信息采集和感知識別，通過傳感器、二維碼等進行前端收集，并在網絡組網和協同處理技術的輔助下完成對信息的處理；傳輸層則主要依托于互聯網技術和移動通信技術，通過校園內網絡硬件設施群的搭配，同時配合無線網絡、有線網絡、M2M架構網、局域網等各種網絡形式，實現高效網絡管理，減少網絡切換和信息交互時的障礙，提高信息數據傳輸的安全性。以云存儲、云計算、大數據分析、大數據處理等為支撐平臺，集中將網絡中的傳感器數據、個人隱私、安全數據、元數據等進行分類分布處理，依靠在線加密和權限設定等方法進一步提高系統內關鍵數據的安全性，從而確保各個節點的穩定連接。服務層一般處于整個網絡的終端，同時也兼具一定的感知層分支，主要通過手機、智能工具、智能設備等對學校進行智能管理，提供智能化的服務，構建時主要以預設程序或協議完成網絡對接。技術融合方面，物聯網的融合，由5G選擇性替代WiFi網絡，根據需要選擇局域網或廣域網服務，通過5G切片將物聯網的各個場景進行分割，獲得相對獨立的不同局域網區域，強化了不同區域或不同類型物聯網服務能力，同時以5G網絡為基礎，原本物聯網交互或實現功能定位端點過多造成的信道阻塞或傳輸延時問題，增加了管理與服務的實時效果。IPv6的融合，原IPv4模式下，采用32位二進制進行地址編排，IP地址上限43億個，目前可用地址已經消耗完畢，IPv6采用128位二進制地址編排，不僅解決了互聯網地址緊缺問題，也能夠根據需要對原IPv4地址進行更新，并且采用IPv6對于移動終端的移動性、路由特性等也有更好的增強效果，在真實源地址驗證技術輔助下，提高網絡結構安全性。

2.2場景模式

在上述應用基礎的支撐下，5G網絡可輔助高校智慧校園建立起多個類型的應用場景，包括：2.2.1智慧教育高校是教育場所，5G技術的應用首先應該以強化教育為主，在5G網絡的支持下可以進一步提高教學中的信息技術含量，從而扭轉教育教學形勢。在網絡存儲、傳輸和共享技術的支持下，可以將課堂教學的過程進行攝像，將視頻放到網絡教學平臺中，學生可以自助點播、互動留言，或者直接通過視頻程序進行在線直播，教師和學生的教學活動不再局限于課堂中，使教學工作獲得更大的延展性空間。增加AR/VR技術，將5G網絡與虛擬現實技術相結合，學生僅需要佩戴設備就能體驗實時課堂的氛圍，增加了教學的趣味性。2.2.2智慧生活5G網絡與校園監控、安全聯防、災情監測預警等系統關聯，通過無線聯絡高清監控和警報終端，減少了原本的有線布局限制，實現了個性化組網結構，掃除了校園內安全管理的盲點，在MEC和AI算法的支持下，靈活運用人臉識別、圖像處理等技術，進一步加強了校園監控的效率。在教室和學校其他公共區域，5G網絡可以支持燈光、門禁、空氣溫濕度監測和補償設備、攝像機、視頻、零售等各種設備，自動完成對學校內后勤工作、管理工作的基礎數據搜集和分析，在同一平臺上信息統計和比對結果，為校園管理提供精準的依據，減少校園日常管理和運行的人力需求。

35G網絡在高校智慧校園中的應用要點

3.1全場景構建

WiFi是當前最新的第六代WiFi,也即802.11ax,支持2.4GHz和5GHz頻段,向下兼容11a/b/g/n/ac。相比前一代,速度提高四成,數據的吞吐量變得更大了。多個設備要傳輸的數據被拆分成小份,多個用戶可以同時進行網絡數據傳輸。WiFi6最大的進步是對多設備連接的支持,單個WiFi6路由器能連接1024臺設備,是目前的4倍。另外,WiFi6也提高了安全性。對于高校面臨的日益嚴峻的網絡安全挑戰提供了技術支撐。5G和WiFi6技術,一個主室內,一個主室外。速度快,高帶寬、大容量、低時延的優點在物聯網時代的高校智慧校園建設中將會如魚得水?？梢灶A見在未來幾年中,物聯網設備肯定會全面支持這兩種通訊標準，長久以來,WiFi因為流量價格便宜,靈活組網,在室內局域環境被廣為選擇。

3.2融合校園網

智慧校園的建設整體包含了校務、教學、科研、校園公共管理、安全管理、生活后勤等，所有的功能和項目基本都是基于校園網而實現的，通過信息技術建設出能夠全面感知的校園環境后，增加現代高校內部的功能屬性和科技屬性，實現校內物理空間、虛擬空間的高效利用，從而達成新時期高校的個性化服務。從關系上看，5G網絡與校園網絡之間應當形成一種互助互補的模式，因為5G的穿墻性較弱，在開闊空間內的使用性能較高，而校園網絡中依靠WiFi建立起覆蓋范圍較廣，穿透性更強的無線網絡，主流頻率分為2.4GHz和5GHz兩種，可以實現定點無線覆蓋，但移動性能不如5G網絡，因此5G網絡適用于室外環境，而WiFi更適用于室內辦公或學習。

3.3安全防范

5G網絡加強了智慧校園的功能，為更多的場景和設備提供了關聯基礎，但同時也增強了網絡的公共性，受到傳輸峰值和線上存儲和處理數據等方面的影響，其安全性需求提高，而安全防護也呈現出一定的不足，其中軟、硬件資源更容易受到攻擊和破壞，且一旦遭受網絡病毒或惡意攻擊，可能產生大范圍的網絡異?；虬c瘓，網絡通信方面，也會出現更多的信息，如不正當廣告、非法鏈接等，雖然有區域5G切片技術作為防護保障，但潛在風險系數卻依舊在增長，此外校園內部管理和教學信息、網絡受眾的個人隱私等被介入到更大的網絡環境中，此時受到竊取和暴露的風險也相應增高。針對以上情況，考慮從多方面著手增加5G網絡在高校智慧校園中的安全等級。①技術手段。利用5G網絡中的邊緣計算，利用預設的邊緣計算服務器對各類源數據進行分類處理，將保密等級高的個人隱私、敏感數據、機密數據等下沉到采集端，聯合邊緣設備進行通信處理，減少數據上傳至公共大區域。對網絡實時防護問題，則同時使用包括防火墻、流量監控、IP地址識別和過濾、訪問記錄、管理或登錄權限等限制惡意篡改和非正當竊取行為。②環境手段。通過用戶個體凈化網絡環境，校內師生及其他工作人員應減少個人安全防護措施較低的設備直接聯網的操作，在登入網絡時應先進行身份識別，并且聯網的設備中應當不存儲個人身份證、銀行卡、學生證、一卡通等相關重要資源的詳細信息，在網上瀏覽時應對目標進行識別，包括對聯系人的備注，對異常網站的屏蔽等。

4總結

4G網絡給社會帶來了諸多便利，提高了高校校園環境中的科技水平，為智慧校園建設指明了方向，而在4G基礎之上的5G技術，更是為現代智慧校園的智能化、多元化升級提供了關鍵性的支持。以5G網絡為基礎，對高校智慧校園建設進行優化不但能夠提高高校的服務質量，同時也是普及5G網絡及相關技術，探尋人類社會科技發展的一次重要實踐。

參考文獻：

[1]胡妍.5G賦能高校智慧校園[J].科學技術創新,2019(32):89-90.

作者：張淼科 單位：陜西學前師范學院