5G技術(shù)和wifi6技術(shù)在高校智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用探討

摘要：2019年1月1日實施的《智慧校園總體框架》國家標準規(guī)范了智慧校園建設(shè)與設(shè)計實施中的基本要求。同時，2019年也被稱為5G和wifi6發(fā)布元年。本文介紹了高校校園的發(fā)展歷程，著重探討了5G和wifi6如何在高校智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用，最終目的是希望促進新一代通訊技術(shù)與高校智慧校園體系框架的智慧融合。

關(guān)鍵詞：5G;wifi6;高校;智慧校園

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A???? 文章編號：1007-9416（2020）04-0000-00

1通訊技術(shù)在高校校園建設(shè)中的發(fā)展歷程

高校校園發(fā)展從電子校園逐漸到數(shù)字校園再到智慧校園經(jīng)歷了漫長的年份（2000～2020），這二十年來，新興的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通訊技術(shù)應(yīng)用，高等院校始終走在國內(nèi)前沿，也不斷地豐富和提高了高校本身信息化的程度。為學(xué)校的教學(xué)科研、師生的學(xué)習(xí)生活、管理部門的資源共享、協(xié)調(diào)統(tǒng)籌帶來了很大的方便和快捷。各個時期的主要建設(shè)目標和特點如下：

（1）電子校園時期，校園建設(shè)主要是通訊基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。通過交換機、網(wǎng)關(guān)、路由器、配線架、防火墻連接成校內(nèi)局域網(wǎng)、再通過校內(nèi)局域網(wǎng)連接到internet，同時進行IP地址分配、web服務(wù)、dns服務(wù)、DHCP服務(wù)等校園網(wǎng)絡(luò)服務(wù)信息化建設(shè)。這個時期的校園網(wǎng)絡(luò)主要是師生通過使用PC來用來訪問校外及校內(nèi)各種數(shù)字資源的使用，包括但不限于瀏覽學(xué)校網(wǎng)站、多媒體觀看、發(fā)送email、瀏覽BBS，F(xiàn)TP文件上傳下載等等。各種不同網(wǎng)絡(luò)連接的連通和穩(wěn)定是建設(shè)的重點^[1]。

（2）數(shù)字校園時期，這一階段高校校園網(wǎng)絡(luò)仍然是有線網(wǎng)絡(luò)。但在網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍、吞吐量上遠超過電子校園。據(jù)不完全統(tǒng)計，高校個人PC（臺式+筆記本）擁有率超過70%。數(shù)字校園表現(xiàn)為在校園互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進行了信息化的教學(xué)管理：一個個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用陸續(xù)涌現(xiàn)，諸如校園主頁宣傳與發(fā)布、校園一卡通、圖書借閱管理、多媒體教學(xué)、教務(wù)服務(wù)等等展現(xiàn)出了很多數(shù)字上的形態(tài)，減少了大量紙質(zhì)化的內(nèi)容。通過構(gòu)建成一個校園信息化應(yīng)用平臺，不管是老師的教學(xué)和科研、學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活、管理人員的信息傳遞與服務(wù)、校外人士的訪問都提供了很大便利。

（3）智慧校園時期，隨著信息與通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，新技術(shù)層出不窮，自2010年至今，智能手機、wifi、4G相繼在國內(nèi)普及后，物聯(lián)網(wǎng)也開始廣泛應(yīng)用。一方面，校園里的個人終端、物聯(lián)網(wǎng)的大量設(shè)備對隨時隨地接入網(wǎng)絡(luò)的需求日益增長。另一方面，智慧校園的應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)全覆蓋要求必不可少。在難以布線的區(qū)域比如體育場、會議室、活動中心、階梯教室、食堂等地方需要一種切實可行的高性價比的接入方式。高校在數(shù)字校園的基礎(chǔ)上采用有線+無線一體化的模式，構(gòu)建一套高帶寬、大并發(fā)、高穩(wěn)定且全面覆蓋的無線網(wǎng)絡(luò)，并且又能夠和已有的有線網(wǎng)絡(luò)無縫的整合，滿足智慧校園應(yīng)用的基本通訊要求。部分高校也在近年來實現(xiàn)了智慧校園的初步階段。如今，隨著觸控技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、流媒體、AR/VR等核心技術(shù)逐漸到來，智慧校園建設(shè)中智能感知、智能控制、智能管理;人與人、人與物之間的萬物互聯(lián)、環(huán)境的監(jiān)測與調(diào)節(jié)、大數(shù)據(jù)的分析和決策、網(wǎng)絡(luò)安全等都對當前的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)提出了挑戰(zhàn)^[2]。

2 5G與wifi6

5G是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，也是繼2G（GSM）、3G（UMTS、LTE）和4G（LTE-A、WiMax）系統(tǒng)之后的第五代移動通訊技術(shù)。相比4G，它有如下幾個優(yōu)勢：速度快，理論帶寬是4G的一百倍;大容量，可同時容納100萬設(shè)備同時在線;低時延，從4G網(wǎng)絡(luò)時延的20ms提升為1ms，可靠性大增。并且通過波束賦形技術(shù)使5G能在500公里/小時的高速運動場景穩(wěn)定通信。

Wifi6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(shù)據(jù)的吞吐量變得更大了。多個設(shè)備要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被拆分成小份，多個用戶可以同時進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。WiFi 6 最大的進步是對多設(shè)備連接的支持，單個WiFi 6路由器能連接1024臺設(shè)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(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)提供了技術(shù)支撐^[3]。

5g和wifi6技術(shù)，一個主室內(nèi)，一個主室外。速度快，高帶寬、大容量、低時延的優(yōu)點在物聯(lián)網(wǎng)時代的高校智慧校園建設(shè)中將會如魚得水?？梢灶A(yù)見在未來幾年中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備肯定會逐漸支持這兩種通訊標準。

? ??3高校智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用場景

長久以來，wifi因為流量價格便宜，靈活組網(wǎng)，在室內(nèi)局域環(huán)境被廣為選擇。由于5G穿墻能力弱，wifi6將會是的很好室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)補充。

3.1智慧教室

智慧教室可用wifi6路由器構(gòu)成無線局域網(wǎng)，與有線交換機一同覆蓋智慧教室，構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層。需要聯(lián)網(wǎng)的各種設(shè)備或傳感器有：教學(xué)系統(tǒng)的投影LED、互動教學(xué)問答器;AR/VR設(shè)備;管理系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備、人員考勤設(shè)備;環(huán)境系統(tǒng)的燈光、空調(diào)、通風(fēng)、門窗的智能調(diào)控設(shè)備;再加上個人終端（筆記本、手機）。這些多維度、多場景的數(shù)據(jù)都將反饋給學(xué)生、教師以及管理者。有效幫助學(xué)生掌握學(xué)習(xí)進度，老師觀察上課狀況，學(xué)校改善教學(xué)管理。wifi6理論速度可達1.2gbps，完全可與有線一起組成雙千兆，不僅如此，相比wifi5（802.11ac），在延遲和吞吐量上的顯著優(yōu)勢，能夠解決“海量”設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)的堵塞問題^[4]。

3.2在線教育

高校學(xué)生零碎時間比初中高中要多很多，在線教育是很好的時間管理手段。學(xué)生不管在校園內(nèi)還是校園外，在自習(xí)室、圖書館、宿舍還是咖啡廳學(xué)生都渴望好的學(xué)習(xí)資源供自己共享使用。而5G對比4G，網(wǎng)速提高了100倍，云端的各種教學(xué)資源、精品課程均可以采用超高清技術(shù)來制作。學(xué)生既可以在線學(xué)習(xí)也可以下載，而下載只需要幾秒鐘。不僅如此，在線課堂頁面美觀、無卡頓、可以傳輸大容量課件、給師生帶來了極為流暢的體驗。同時基于AR+VR技術(shù)的逐漸成熟，可以模擬一些教學(xué)中的高難度、成本高的真實場景。比如化學(xué)實驗室、手術(shù)臺、火災(zāi)救援等等。而當前4G的條件下運用AR+VR設(shè)備，一段時間后就會頭暈?zāi)垦＃@都是網(wǎng)絡(luò)時延高造成的，5G就很好的解決了這個問題，讓學(xué)生得到身臨其境的感受。這些在線的個性化教育很好的補充了線下教育模式，也給高校發(fā)展的帶來了更多的可能性^[5]。

3.3 校園一卡通

校園一卡通具有便攜錢包、身份控制、以及消費的功能，有著極其廣泛的使用范圍，覆蓋了高校的食堂、宿舍、圖書館、浴室、開水房、校醫(yī)院、生活超市、咖啡廳、水電和網(wǎng)絡(luò)繳費、體育場、校際班車、寄存服務(wù)、體育場、考試考勤、學(xué)籍管理、助學(xué)金發(fā)放、學(xué)生火車票購買、自助打印等，是所有高校都必不可少的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。每張卡片上含有個人身份、資金等信息的電子標簽。由各個場所的讀卡設(shè)備讀取、查詢、執(zhí)行交易，最后再把相關(guān)數(shù)據(jù)返回到數(shù)據(jù)庫。 因此，一卡通系統(tǒng)對高校的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、速度、延時和吞吐量的要求很高。如果網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)差或者斷網(wǎng)，則會導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或者部分設(shè)備功能障礙，對師生的學(xué)習(xí)生活都造成影響。目前，一卡通系統(tǒng)主要采用有線+4G網(wǎng)絡(luò)混合建造。未來，可以考慮室內(nèi)設(shè)備采用有線+wifi6，比如，食堂、教學(xué)樓、圖書館等地的讀卡器、pos機、自助服務(wù)終端;不方便或者無法采用有線的，比如浴室、開水房、校際班車、又或者體育場等室外場所，可使用附帶5G模塊的一卡通設(shè)備來解決。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、傳輸及時性都將得到很大的改善。

3.4 智慧校園統(tǒng)一公共管理平臺

當前，部分高校智慧校園公共管理平臺建設(shè)初見端倪，打破了過去高校校園中存在的信息孤島，學(xué)生、教師和管理人員通過有線或無線進行身份認證登錄訪問平臺。學(xué)生可以報名選課、考勤簽到、提交論文、在線預(yù)約講座、借還書、申請實驗室、查詢個人信息、考試或郵件;老師可以安排教學(xué)、制作課件、下發(fā)作業(yè)、給學(xué)生推送信息、查看工資補助信息、查看科研成果;管理人員可以進行資產(chǎn)管理、財務(wù)管理、后勤管理、信息發(fā)布、視頻會議、協(xié)同辦公等。未來依托于互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)將會有更多先進的校園服務(wù)，諸如人臉識別門禁、智能停車場、安全巡檢機器人、智能消防栓、智能照明、無人超市、無人圖書館、自動駕駛校車、智慧醫(yī)療、VR/AR廣場等等。這些也對智慧校園的建設(shè)提出了更高的要求：需要集成信息、辦事、服務(wù)、應(yīng)用為一體，對高校的人員、設(shè)備、資源、車輛進行全面的感知、采集，對海量數(shù)據(jù)進行高速傳輸、計算分析、實時處理，依托各類智能終端硬件設(shè)備、PC和手機，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)接口。傳統(tǒng)的有線、無線4G和wifi網(wǎng)絡(luò)，在速度、實時性、安全性上均不能滿足未來智慧校園的要求。高?？梢钥紤]在未來與網(wǎng)絡(luò)運營商合作，在校園范圍內(nèi)進行5G部署，即搭建一定數(shù)量的室外宏基站和室內(nèi)微基站，做到校園5G的深度覆蓋，實現(xiàn)超高速率、海量接入、超低時延。最終打造成一個深度信息化、智能化的高效率管理平臺^[6]。

? ? 4結(jié)語

5G、wifi6剛剛發(fā)布不久，需要時間普及和技術(shù)積累，也需要設(shè)備（基站、路由器、手機、無線網(wǎng)卡等）支持。兩者將相互補充，在智慧校園還有很大的應(yīng)用潛力和想象空間，中國工程院院士、清華大學(xué)教授吳建平作了《構(gòu)筑先進安全的國家高等教育和科技創(chuàng)新信息化基礎(chǔ)設(shè)施》的主題發(fā)言。他指出：智慧校園的核心支撐平臺一定是互聯(lián)網(wǎng)。利用5G和wifi6技術(shù)打造由大量的傳感器構(gòu)成的智能感知環(huán)境，把感知和數(shù)據(jù)進行高效率地傳輸、分析和處理，再把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為高校中可視化的個性化服務(wù)，實現(xiàn)校園里和校園外的無障礙互聯(lián)和協(xié)助。做到網(wǎng)絡(luò)全覆蓋、暢通、安全。這樣，智慧校園能真正談得上“智慧”，有效減少人力、物力的消耗，解放生產(chǎn)力。

參考文獻

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收稿日期：2020-02-22

作者簡介：江波（1985—），男，湖北武漢人，碩士研究生，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