5G多场景智慧教育应用专网建设探讨

陆 杰 肖 岚 肖三保 中国联合网络通信有限公司南昌市分公司 江西省南昌市 330029

0 引言

利用运营商频谱资源和大网运营优势，通过5G组网、切片和边缘计算等技术，为行业客户提供专属覆盖、网络定制、数据隔离、质量保证的基础连接网络，实现大带宽、低时延、安全可靠的数据传输，提供以5G SA技术为核心的“专建专维·专用专享”的专有网络，满足客户在生产、办公、管理等应用的通信服务需求。

图1 5G专有网络架构图

1 5G专网分类及介绍

1.1 5G独立专网

5G独立专网产品是指利用5G组网、切片和边缘计算等技术，采用专有无线设备和核心网一体化设备，为客户构建一张增强带宽、低时延、物理封闭的基础连接网络，实现用户数据与运营商公众网络数据完全隔离，且不受运营商公众网络变化影响。

1.2 5G混合专网

5G混合专网产品是指以5G数据分流技术为基础，通过无线和控制网元的灵活定制，为客户构建一张增强带宽、低时延、数据不出园的基础连接网络。

该模式下客户网内业务数据本地卸载，可通过功能定制优化，实现客户生产业务不受公众网络故障影响，保障生产安全。5G混合专网产品网络架构见图2：

图2 5G混合专网架构图

1.3 5G虚拟专网

5G虚拟专网产品是指基于运营商5G公众网络资源，利用端到端QoS或切片技术，为客户提供一张时延和带宽有保障的、与公众网络普通用户数据隔离的虚拟专有网络。

2 5G教育专网选型

从三种类型专网特点来看，5G混合专网通过部署专用UPF 网元，实现客户数据不出园区，本地灵活卸载，业务安全隔离，投资相对较小，因此5G教育专网优先选用5G混合专网类型。

图3 5G教育专网无线专网系统整体架构图

3 5G教育专网建设方案

3.1 无线专网系统整体架构

3.1.1 每个专网用户配置1 张校园专用5G SIM 卡。5G SIM卡启用专用DNN（即APN），IP地址池由校园内网分配。通过专用5G SIM卡接入5G基站。

3.1.2 校园专网5G网络主要由室分系统构成，包括pRRU、rHub和BBU，无线信号由天线（pRRU附带）接收，经rHub汇聚，通过光纤传输到BBU。

3.1.3 BBU通过传输连接到运营商侧的UPF，UPF通过防火墙和固定专线到教育专属云平台，与教育云平台互通。

3.2 无线5G方案

3.2.1 组网方式：基站由专网用户与公网用户共享，通过5QI、预调度等无线空口技术保障专网用户的体验。

3.2.2 频谱方案：主要规划NR 3.5G频段，200M带宽满足容量需求，超大容量场景规划2.1G+3.5G频谱协同。（本方案是某运营商进行例举，不同运营商5G无线方案略有不同）。

3.2.3 方案优势：

（1）通过资源优先级分配及预调度等空口技术与专项调优，保障专网用户的业务需求和体验。

（2）NR 3.5G频谱的200M带宽较2.6G频谱160M具备大带宽优势，单小区提供2G小区容量；3.5G+2.1G的SUL（超级上行）特性，保障上行大带宽需求；重点区域通过分布式Massive MIMO保障容量体验；数字化室分可通过小区分裂实现软扩容，无需硬件改造即可满足后续业务增长需求。

3.3 传输承载方案

3.3.1 方案说明：CSG（基站网关）连接基站，实现环状组网；ASG（汇聚网关，可与CSG 合一）打通5GC大网；DC-GW承载MEC服务器组网，同时打通企业内网。如图4所示。

3.3.2 方案优势：环状组网和双机热备，提供高可靠性承载。

3.4 UPF建设规划

与大网共享UPF，通过固定专线连接教育专网平台。

3.5 系统软件功能

系统软件采用符合无线通信3GPP协议标准的通信软件，包括基站软件以及边缘计算UPF相关软件，边缘计算MEP 相关的应用APP，依据教育智慧应用具体类型，由第三方企业提供，负责对具体应用的管理。

图4 5G教育专网系统整体架构图

基站软件的作用：进行5G信号的调制解调及传输，上行接收终端设备信号传向核心网及服务器处理，下行通过5G信号给终端设备发送相关控制指令。

边缘计算UPF的作用：实现数据分流，根据设定的规则，只需要在专网内部传输的数据，分离到教育云平台，需要传输到运营商公网上的数据，分流到运营商的核心网设备上，最终传输到Internet网络。

3.6 网络安全保障

除了继承5G 空口和云化核心网的高安全标准外，还提供MEC安全与切片安全的能力。

4 5G教育专网多场景应用

4.1 与有线教育专网形成补充

传统的校园网络都是基于有线局域网，然后通过教育城域网访问教育云平台应用资源，并通过教育云平台访问外网。

本次基于5G专有网络的示范应用，创新之处在于以无线高速局域网与传统有线教育城域网互为补充，让大量复杂的网络配置和网络安全工作交由运营商管理，大大简化了校园信息化网络维护和配置工作，也提升了校园信息化的网络安全水平。

4.2 5G+虚拟现实教育

5G技术特性契合基于虚拟现实的沉浸式教学需求，确保超大内容分发及低时延互动，通过软硬件全方位的支持，使抽象的知识形象化，让学习变成沉浸于虚拟空间的体验之旅，全面革新现有的教育形式。

4.3 5G+远程互动教学

5G大带宽通道可承载4K/8K超清互动画面，提供实时互动课堂优质体验，强大的移动性更使处处可学成为现实，对于均衡优质教育资源和实现教育扶贫等具有重大意义。

4.4 5G+人工智能教育

5G大带宽通道可以确保AI视频通过人脸识别、行为识别、情感识别、语音识别、文本识别等AI识别技术及时收集教师及学生的各类综合数据，从而生成教师及学生的各类大数据分析报告，为精准化教学提供数据决策依据。

4.5 5G+校园智能管理

利用5G大连接智能化管理校园基础设施，比如校园安防系统、校园广播系统、校园能耗系统、校园井盖设施、校园消防系统，实现校园各类部件5G 全连接，降低运行成本，提升服务水平，保障学校安全。

5 结束语

在5G到来之际，智慧教育的技术手段面临着变革。以5G为基础的网络可支撑智慧校园人、机、物深度融合发展，做到智慧教育的整体规划、整体部署。5G技术将从智慧教学、智慧教研、智慧教管、智慧治理等多个维度推动智慧教育的发展。