5G+智慧校园建设
练永华
(三明医学科技职业学院 现代教育技术中心，福建 三明 365000)
《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中强调通过校园信息化建设，加强现代教育技术手段的广泛应用．5G技术的推广和应用，为教育信息化注入了新的内涵，推进了教育现代化的进程．5G技术为智慧校园建设提供了强大的技术支撑.在云计算、大数据、泛在感知等信息技术广泛应用的基础上，智慧校园建设进入一个新时代，教学质量与管理水平显著提升．有助于构建更加生动、形象、高效的学校教学、管理场景，以其更加开放、个性化的应用，促进“教、学、管”一体化，从而使得教育信息化裂变式发展．
1.1 5G +智慧校园建设的内涵
智慧校园是以物联网为依托的新一代信息技术在校园中运用的载体，是对现代教育技术资源和教育服务资源的有效整合．“智慧校园”最初由浙江大学在其发展规划中提到，智慧校园强调以物联网技术为基础，实现云计算、人工智能、大数据、移动互联网等诸多高技术之融合，让智能化数据处理服务平台与便捷化校园网应用终端，服务于学校管理和教学．[1]5G是依托于新一代蜂窝移动通信技术的第五代移动通信模式．相对于4G(LTE-A、WiMax)，5G具有高速率、短延迟、低能耗、低成本的优势，有助于提高数据处理效率．在5G技术快速发展的当下，推动5G+智慧校园建设可进一步增强校园信息化管理和现代教育技术应用水平，实现校园信息化管理的技术变革．
1.2 5G +智慧校园建设的特征
5G+智慧校园建设具有三个方面的显著特征．一是高速率．5G在智慧校园中的应用，依托于Gbit/s标准的峰值速率，有助于适应教学和管理的高清视频和虚拟现实、大数据运算的需要，使得服务器可以连接更多的终端设备；
有助于校园信息资源整合，优化信息资源配置．二是便捷性．5G+智慧校园建设具有无时间和空间限制性的特征．在5G技术支持下，通过高速、泛在、安全、自由的信息连接，突破传统的时间和空间的限制．通过互联网、物联网、移动互联网，无论在何时、何地都可以开展数据传输，数据传播的实时性更加突显，实现了信息流的双向式的传输．[2]三是互动性．5G+智慧校园具有互动性的特征，而非简单信息灌输，5G+智慧校园有助于学校与教师、师生间对话与信息互动．通过人机交互，能利用声音、画面等介质增加所有受众的视听感受，增强智慧校园建设的主动性，提高信息反馈增益．四是经济性．5G的出现解决了高速接口成本高昂问题，有助于在保障数据传输速率和带宽的同时，实现单位基站数量的减少，有效降低运营成本．
一是新型大规模MIMO技术．5G技术在不增加带宽的前提下，实现信息系统容量的拓展，在输入端与接收端建立多元化的信道体系，增强不同信号间的独立性，有效的消除不同电磁数据流的干扰，全面增强信息传输效果．二是高频段传输技术．5G技术不但能够实现Gbit/s标准的峰值速率，而且相对于传统的小于3 Ghz的传输频段，5G技术在理论上可以实现284.6 GHz的带宽，有效的解决传统低频数据传播存在的不足．[3]5G相对于4G网络，在速率、速率峰值、流量密度、连接数密度、空口时延、移动性等方面具有较大的优势(如表1所示)．三是全双工技术．5G的出现改变了数据的单向传播方式，可以实现数据的双向传播．传统4G技术背景下，数据在某一时间范围只能允许一种动作执行，而在5G时代，数据可以在某一时间区间内执行不同的动作，实现了半双工模式的升级．四是D2D通信技术．5G技术实现了点对点式的用户信息传播，依托于分布式网络，构建对等网络信道平台，并具有自动路由功能，减少数据中继环节，实现平台上的不同用户能够共享同一种信息资源，有助于用户信息的直接访问，以及服务器与客户端功能的便捷化转换．五是5G超密集组网技术．5G技术实现了网络的异构，有助于构建更加丰富的网络应用场景，实现以用户为中心的共享式、开放式网络架构，将虚拟技术和场景技术相结合，在减少基站配置的前提下，实现信息资源的传输最大化．
表1 5G与4G关键指标对比
基于5G技术，利用其增强移动宽带 (eMBB)、海量大连接 (mMTC) 、低时延高可靠 (URLLC)等优势，有助于丰富智慧校园场景，增强与智慧校园的关联性．
3.1 5G提供校园网融合互通方案
虽然当前各地都建设了校园网，但是校园网通常是建立在4G EPON网络构架上的，其存储容量、传播方式都有较大局限性.而5G技术是建立在数字蜂窝网络架构上的数据处理模式，有助于构建更加稳定、拥有更宽数据信道、支持多频传输模式．5G提供校园网融合互通方案如图1所示：
图1 5G网融合互通方案示意图
5G技术实现运营商提供的 MEC 设备下沉至校园内，通过校园基站和服务器，可拥有海量云存储和大数据计算空间，支持分流策略的报文发送，为学校的教学、行政管理、课题研究都提供了更加开放的应用平台和数据处理保障，有助于校园网功能的拓展和创新．
3.2 5G支撑新型教学模式
5G技术的出现，使得AR和VR得到了广泛的应用．在传统的智慧校园VR/AR体验中，由于视频数据的容量过大，流畅度和清晰度不可兼得，而在5G技术的支持下，将原本由终端进行的计算向云端转移，使得流畅度和清晰度的兼容更强，用户在享受到增强现实和虚拟现实流畅度的同时，更具有较好的清晰度．特别是对于实验类和展示类的教学，通过AR/VR 技术的应用，全面改进了传统的教学效果，有助于5G 高清视频直播课堂、5G+VR 远程沉浸式等教学模式的构建．5G支撑新型教学模式示意图如图2所示：
图2 5G支撑新型教学模式示意图
5G支撑下的教学模式，实现了应用层、数据层、云平台、网络、终端之集成，使得传统模式转变为启发式、互动式、个性化教学．让教学更加直观生动 ，如身临其境，增强多样化、形象化的感官体验．
3.3 5G助力校园物联网建设
智慧校园是以物联网为依托的新一代信息技术在校园中运用的载体．而5G的应用，则使得校园物联网增强了智能化数据处理、大数据、云存储、数据挖掘等功能．实时监测数据流，分析数据特征，从而构建更加完善便捷的物联网络.
如图3所示，通过构建物联网开发平台，通过ECM+TSEC、MEC等技术，利用高带宽优势，建立局域网与广域网更加开放而无指缝的共享接口，在保障开放性的同时增强物联网的安全性．如：通过GIS与5G技术的融合应用，可以实现校园数据监测点的实时计算和分析，绘制热力图，分析各类教学、管理等资源的配置效率优劣，以及明确改进的方向．
图3 5G助力物联网建设示意图
4.1 5G+沉浸式个性教学
5G技术可增进沉浸式教学个性化开展，推动5G+沉浸式个性化教学两者的深度融合．以学生的需求为导向，运用大数据、云计算等技术对学生学习需求实施测度，在此基础上开展开放式、交互式、个性化等新教学模式应用．利用VR/AR 与教育结合呈现的全新的教学体验，使用新型触感、听觉、视觉、定位跟踪等教学装备，不断满足学生各种需求．通过精准的学生定位和需求深挖，使学生需求与教学模式开发能够深度的契合，使得学生如临其境之场景学习体验．[4]利用5G技术加强教学全流程的再造优化，打造校园课程开发信息平台、CIO、慕课、微课等新型课程形式，为师生提供互动化、个性化、沉浸式课堂教学方式．对学生的学业水平、学习需求特征、行为倾向等进行评估，打造更加可靠的学生信息数据库，为智慧教学的推广提供支撑．利用5G加强教学信息资源共享，教学平台与数字图书室、学科资源库的整合，夯实信息交换共享平台的基础工作，实现课前预约、课件下载、课堂互动与点名，课后管理与作业考评一体化，加速信息数据交换共享平台进行扩容升级，打造开放、自由的学习环境．
4.2 5G+大数据智能管理
利用5G技术，促进校园管理线上和线下之间融合，实现学校管理和服务的扁平化．有效的整合学校的信息流、物流与资金流，运用大数据技术来对校园基础设施公共平台信息进行挖掘和分析，消除信息孤岛．减少学校管理的中间环节，构建通畅的信息通道．在智慧校园背景下，加强学校的行政、教学教务、科研管理、后勤保障等部门的衔接，构建无缝融合的信息渠道，利用大数据打造“校园云脑”．不断健全校园公共信息服务管理体系，完善OA办公、生活服务、图书借阅、档案管理等信息化功能．推进学校管理的线上与线下相结合，推动学校管理档案、教案、试题、课件、精品课程资源共享，构建资源数字化、应用集成化、传播智能化的信息环境，实现建立在5G技术上的学校管理服务轻型化和社区化．推动校园的 “智能服务+智能生活+智能管理”的一体化，拓展区块链、大数据等新兴技术应用范围．构建学科齐全、标准统一、种类丰富的校本资源库和共建共享交互的资源管理平台，开发校园APP并加强可移动化的电子设备应用，增强智能校园管理的便捷性和人性化．
4.3 5G+多元化场景构建
利用5G技术加强场景平台建设效果，构建符合广大师生需求、便捷化、个性化的场景．加强场景要素的集成化，在各类场景活动中加强师生互动和交流．[5]加强远程教育、课堂直播、在线课程、虚拟现实等场景推广，加强对课堂、学习、运动和教学等行为进行智能分析和可视化场景服务，推动场景建设由学校主导型向学生主导型转变．积极构建建立在云计算、分布式技术等基础上的校园网平台，依托于场景建设，推动5G 移动终端、人脸识别、班班通、“一卡通”、4K 数字演播、视频会议和视频点播、平安校园、协同办公等多元化的场景构建．[6]构建以优化服务体验为核心，以突出便捷性和海量化为途径的5G智慧校园场景服务网络，打造更加开放的智慧校园生态圈．例如：江苏省电信以5G+“翼机通”为载体打造智慧校园，囊括门禁卡、借书证、零钱包等用途于一身，包括手机门禁、考勤、消费、未来教室、移动智能等服务，提供学生的校园生活化场景服务，提供在线课程点播和互动功能．
4.4 5G+精准化数据挖掘
利用5G的虚拟化、云端化功能，加强数据捕捉、数据分析、挖掘，以云计算和数字化技术为核心技术引擎、以数据元为关键要素，打造5G校园“生活场景嵌入+智慧校园体验”的智慧校园体系，加强数据定位、监控、追踪、分析，辅助学校管理者的决策和顶层设计．[7]实现“数据智能+网络协同+基站连接”的蓄势储能，推动部门间信息协同，打造智慧校园综合服务体系．建立“移动终端 + 社交平台”的信息传播渠道，构建“24 小时自助图书馆”系统、人工智能AI中心、虚拟仿真实训中心、远程授课系统等平台，加强信息沟通与共享．全面适应教学和管理方式趋于移动化和自主化的趋势，提高广大师生信息素养，满足广大师生移动学习、移动办公的需要．
5G+智慧校园建设具有高速率、便捷化、互动性、经济性等特征．依托于新型大规模MIMO、高频段传输、全双工、D2D通信、超密集组网技术，5G技术提供了校园网融合互通方案、支撑新型教学模式、助力校园物联网建设．推动5G+智慧校园建设，应进一步加强5G技术更广泛的应用于沉浸式个性教学、大数据智能管理、多元化场景构建、精准化数据挖掘．
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