［陳勇］

1 引言

當前校園網(wǎng)絡主要面臨以下問題：

① 無線WiFi網(wǎng)絡無法承載高帶寬、多并發(fā)的場景。

② 手機辦公需要VPN迂回入校園網(wǎng)，質量差。

③ 應用系統(tǒng)煙囪式建設，數(shù)據(jù)孤島嚴重。

④ 校內相互獨立，學校難以統(tǒng)一管理。

⑤ 線上教學不便。

⑥ 分層資源傳遞不精確。

⑦ 資源傳達不到位。

傳統(tǒng)教育向智慧教育變革，智慧教育在全面關注“物、人、教、育”的基礎上，借助物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術打造智能化、感知化、泛在化的教育新模式，通過個性化、精細化、沉浸式學習教學，提高課堂教學效果，增強學生學習興趣，提升學習效率。同時兼顧行政管理人員和家長的合理需求。

2 需求分析

智慧教育從職能作用上可以進一步劃分為平安校園、智慧教學等板塊。具體來說，平安校園可以進一步劃分為車輛管理、人臉大數(shù)據(jù)分析、視頻監(jiān)控、校園一卡通等子場景，主要目的在于對校園環(huán)境和人員進行識別管理，保證師生的生命及財產安全。智慧教學可分為家校共育、智慧課堂、智慧體測、智能巡考等板塊，主要目的為便利日常教學、提升教學質量，構建學校和家庭信息橋梁。此外，根據(jù)不同客戶的需求，還可為客戶配置智慧校園等板塊功能，解決校園綜合治理問題。智慧校園包括綜合信息平臺、智慧教學、平安校園。

（1）綜合信息平臺：為教育領域提供資源共建共享的云服務，打通信息壁壘，為省、市、縣（區(qū)）、學校提供統(tǒng)一的教育資源支持的綜合服務平臺。通過該平臺，可進行資源的共享、展示、審核、存儲、校本資源的開發(fā)建設、資源的維護更新、管理等功能，形成滿足資源建設需要的各種規(guī)范，建立資源共建、共享機制。

（2）智慧教學：利用VR/AR等技術，建虛擬學習環(huán)境，如虛擬教室、實驗室、考場、宇宙中的天體運動、生物中的微觀世界等，將抽象、不易理解的知識以形象、生動、直觀的形式呈現(xiàn)。

（3）平安校園：該系統(tǒng)涵蓋停車出入控制、平安校園監(jiān)控、人員定位、設備防盜、巡更等。利用信息化的手段將分散的安防、監(jiān)控和一卡通系統(tǒng)進行集成，采用多級中心架構兩棟公安、急救和消防系統(tǒng)，提供全方位的校園管理服務。

各廠家需求如表1所示。

表1 智慧校園需求及應用方案

3 網(wǎng)絡解決方案

針對智慧教育場景的改造主要集中在云和網(wǎng)絡兩大部分，云側主要采用集中+邊緣的兩級云架構的部署方式，將校園現(xiàn)有平臺的云化部署，形成校園的云邊服務新模式；網(wǎng)絡側主要在校園部署5G專網(wǎng)（專用UPF/MEC）以實現(xiàn)不同終端的快速靈活接入。

結合業(yè)務需求，通過5G網(wǎng)絡接入教育終端，在MEC上部署應用平臺，打造完整的邊緣計算框架，構建全連接教育專網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)不出園；通過與天翼云結合，整合多個子系統(tǒng)，實現(xiàn)快速統(tǒng)一協(xié)調調度；通過與人工智能AI技術結合，建立數(shù)據(jù)分析模型實現(xiàn)對校園安全和課堂教學進行自動分析，生成分析數(shù)據(jù)結果，減少校園安全事故和提高教學質量。

（1）云側

智慧校園平臺及業(yè)務部署采用分級部署方式，通過中心云與邊緣云協(xié)同的方式，分別部署在省天翼云與邊緣云兩級資源池中。中心云與邊緣云通過5G移動承載網(wǎng)絡互通。

中心云：在天翼云側部署智慧校園管理平臺。中心云可處理時延不敏感的數(shù)據(jù)，例如：視頻監(jiān)控存儲的需求。同時，當邊緣云資源不足時，可由中心云承載。

邊緣云：在校園客戶現(xiàn)場部署客戶邊緣數(shù)據(jù)服務能力，MEC采用小型節(jié)點配置，通過邊緣側數(shù)據(jù)實時處理、本地信息存儲以及天翼云側統(tǒng)一能力管理，實現(xiàn)校園內教學數(shù)據(jù)和學生信息實時查看，校園教學、AI識別的智慧化。對于實時教育應用類業(yè)務，如遠程互動教學、直播教學、VR教學等典型業(yè)務場景，為滿足業(yè)務對網(wǎng)絡帶寬和時延的要求，可采用 5G+MEC 解決方案實現(xiàn)云邊協(xié)同和邊緣智能。邊緣智能在云端與邊緣節(jié)點合理地部署人工智能模型的訓練與推理功能，利用 AI 技術為邊緣側賦能，邊緣節(jié)點可以提供場景感知、高級數(shù)據(jù)分析、實時決策等智能化服務，為教育行業(yè)典型應用場景提供邊緣智能解決方案與服務。

（2）網(wǎng)側

針對校園進行5G無線網(wǎng)絡覆蓋，包括5G室外宏基站和5G室內分布系統(tǒng)，提供5G定制網(wǎng)無線接入服務。各2B業(yè)務通過5G終端或模組，與5G基站建立5G空口連接，5G基站通過5G移動承載網(wǎng)把校園內業(yè)務數(shù)據(jù)回傳到專用的邊緣UPF，由邊緣UPF進行轉發(fā)，指向5G智慧校園管理平臺。利用5G網(wǎng)絡就可隨時隨地觀看學習。

STN專線入云：在校園STN網(wǎng)絡覆蓋基礎上，校園外用戶終端通過STN接入，經STN網(wǎng)絡與天翼云MEC互聯(lián)，在STN現(xiàn)網(wǎng)B-匯聚ER-城域ER-匯聚ER-B路徑上開通入云專線鏈路，實現(xiàn)專線業(yè)務入云。

5G入云：學校通過5G接入專網(wǎng)用戶，實現(xiàn)5G虛擬專網(wǎng)功能在學校的應用，滿足客戶關鍵數(shù)據(jù)不出學校的業(yè)務需求。針對學校專網(wǎng)用戶選取基于DNN分流的5G專網(wǎng)開通業(yè)務流程，通過對下沉學校UPF配置本地分流規(guī)則，將專網(wǎng)數(shù)據(jù)分流至學校MEC，實現(xiàn)專網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)不出學校。

云間互聯(lián)：通過學校5G移動承載網(wǎng)或CN2實現(xiàn)省天翼云出口與學校MEC云間的專線鏈路。

具體組網(wǎng)方案如圖1所示。

圖1 智慧教育總體方案

如果需要支持AR教學、人工智能等應用，相關應用應部署在校園UPF/MEC，以滿足業(yè)務對網(wǎng)絡的特殊要求：① AR教學、人工智能類應用：單路網(wǎng)絡速率≥80 Mbit/s；② 虛擬場景類業(yè)務：要求帶寬為 100～2 000 Mbit/s；③ 強交互業(yè)務畫面：虛擬現(xiàn)實起步階段要求≤20 ms，舒適體驗階段和理想體驗階段的時延要求會進一步嚴格。

（3）安全

對于教育行業(yè)安全需求一般包括兩個方面的考慮。一是信息化設施的可靠性對生產環(huán)節(jié)的安全影響，這要求信息化設施具有足夠的端到端的健壯性；二是校園數(shù)據(jù)信息的安全問題。

針對上述安全需求，結合本次5G+MEC業(yè)務場景，即私網(wǎng)數(shù)據(jù)不出校園，但運維數(shù)據(jù)可以出校園，因此考慮使用“集中+邊緣”兩級架構的安全能力池，為云網(wǎng)按需提供安全能力。省集中層部署省集中的安全能力池及安全能力管理平臺，部署云監(jiān)測、漏洞管理、堡壘機、日志審計、數(shù)據(jù)庫審計等安全原子能力及集中調度管理、用戶自服務門戶功能。近源側在MEC內部署安全能力組件區(qū)，包括防火墻、WAF、IPS等網(wǎng)關類安全能力。

邊緣能力池部署流量處理網(wǎng)關型安全能力，與UPF/MEC同機房，采用通用服務器+虛擬化軟件，引入下一代防火墻、WEB應用防火墻和入侵檢測系統(tǒng)的安全原子能力產品，實現(xiàn)MEC與UPF、MEC與企業(yè)內部網(wǎng)絡的邊界安全防護。

4 結束語

本文主要介紹5G+UPF/MEC的解決方案，借助5G網(wǎng)絡、云計算、大數(shù)據(jù)等領先技術，為上層應用提供統(tǒng)一基礎平臺，實現(xiàn)校園智慧管理、智慧教學、平安校園的功能，促進學?？缭绞桨l(fā)展，推進學校信息化水平與國家教育現(xiàn)代化接軌。