基于5G與MEC的高校圖書館網絡規劃與應用服務構建

陳娟 黃梓陽

摘 要：文章基于5G與MEC（邊緣計算）對高校圖書館新一代網絡規劃進行探討，研究高校圖書館可通過5G網絡的新特性構建具有3種不同特點的5G圖書館專網并分析其特性。同時，文章展望了5G網絡在高校圖書館讀者服務、圖書館導覽、沉浸式閱讀、讀者及安防管理方面的應用。

關鍵詞：5G網絡;邊緣計算;高校圖書館;網絡規劃;讀者服務

1? ? 5G與MEC

5G即第五代移動通信網絡，具備超大帶寬、超低時延、超大連接的特點，對比傳統的4G-LTE技術，5G網絡以其穩定高速的無線連接能力和靈活開發的網絡結構設計，可快速構建起基于統一網絡連接與服務的智慧連接體系，加速社會數字化的發展，為下一步社會信息化變革奠定基礎[1]。

多接入移動邊緣計算（Mult-access Edge Computing，MEC）平臺是部署于無線基站內部或無線接入網邊緣的云計算設施（即邊緣云），通過構建基于云平臺的虛擬化環境（如OpenStack），為移動化設備提供本地化的云服務形式。MEC技術作為5G的基礎技術特征之一，在5G連接的技術要求下，將實現云端計算的就近處理、就近分析和就近反饋，有效分擔中心云端運算壓力，大幅降低端到端的數據傳輸時延，節省網絡帶寬，降低網絡壓力，實現同一區域內更大物聯網終端的并發連接。同時在此過程中，諸多的計算與存儲同樣可通過邊緣計算，由本地終端轉移至云端的統一平臺進行管理，實現數據的統一納管，在統一數據的支撐中，基于數據分析的人工智能場景成為可能，進而賦予互聯互通的萬物以智能，實現單一數據采集的“互聯萬物”向機器智能下沉的“智聯萬物”發展。目前，MEC已發展為5G移動通信系統的重要技術之一，并在智慧園區、工業互聯網等多個領域得以落地應用[2]。

2? ? 現代通信技術與高校讀者服務創新

現代通信技術同樣也在圖書館領域得到了廣泛應用，促進了圖書館讀者服務從傳統的紙質資源服務向數字化資源服務的轉變，使讀者可以借助各類終端的連接，更加高效地獲取圖書館數字化資源。同時借助通信網絡，圖書館也可不斷進行讀者教育、書籍推廣、音視頻服務等方面創新，充分實現讀者線上線下服務的相互結合。在5G和MEC新一代通信技術的加持下，結合云VR/AR、全息投影、遠程互動教學、在線會議等新型技術，高校圖書館讀者服務形式與服務內容也必將更加豐富多彩。通信技術的發展也在不斷打破高校圖書館讀者服務的物理邊界，通過對高校圖書館網絡進行重新規劃和設計，未來在高效、穩定、安全的通信網絡支持下，可讓高校圖書館的服務延伸到校園各個角度[3]。

3? ? 高校圖書館5G網絡構建方式

3.1? 基于圖書館5G獨立專網的部署方式

圖書館5G獨立專網產品是指在5G網絡技術下，充分利用切片和邊緣計算等技術，結合專有無線設備，為圖書館用戶構建一張大帶寬、低時延、物理封閉、高安全保障性的通信基礎連接網絡[4]。該模式下圖書館業務數據與服務數據高度保密，圖書館內網與通信運營商網絡端到端完全隔離。從無線基站、傳輸到核心網用戶面+控制面，端到端為圖書館管理用戶與讀者用戶單獨建設，提供物理獨享的5G專用網絡，滿足圖書館管理用戶與讀者在帶寬、時延與連接性各類方面的數據傳輸需求（見圖1）。

此類模式可實現運營商將具體網絡設備下沉到圖書館物理范圍內，實現數據不出館，最大限度地保障圖書館5G網絡建設的信息安全。同時可針對不同圖書館終端的連接需求進行個性化開發，保障不同數字資源的傳輸網絡個性化需求。此類模式對圖書館信息化部門的建維能力要求較高，且需要較大的投資成本。

3.2? 基于運營商5G切片的部署方式

5G網絡切片是5G網絡發展帶來的新型屬性，基于運營商與客戶簽訂的業務服務協議（SLA），為不同垂直行業、不同客戶、不同業務提供相互隔離、功能可定制的網絡服務，是一個提供特定網絡能力和特性的端到端的邏輯網絡[5]。5G網絡的軟件化、自動化、模塊化等功能，確保了網絡功能切片的實現，為用戶提供了一種無須采購硬件設施，而直接向運營商采購定制化網絡服務的新形式。

目前各大通信運營商正加大5G網絡切片的布局建設與商業應用能力構建，高校圖書館可通過與運營商進行深度合作，在運營商共用通信網絡上租用特殊通道，避免讀者在享受圖書館數字資源的傳輸時，受到非圖書館數字資源用戶終端對其網絡連接進行的搶占。同時5G切片網絡比APN連接等方式保障程度更好，實施方式更靈活，可以更全面地承載圖書館讀者服務與設備管理（見圖2）。該類模式的制約問題為后續如何打通圖書館網絡服務與校園網，需要在頂層網絡設計層面進行具體規劃。

3.3? 基于校園網5G-MEC的部署方式

目前諸多高校已啟動屬于自身學校的高校邊緣云部署規劃，通過在校園網絡出口部署具有邊緣計算能力的教學邊緣云，針對目前校園內、外網不穩定的問題。各高校可通過云網融合服務網關，靈活部署，將5G、WiFi、有線網、物聯網等網絡渠道充分打通，滿足學校層面的不同應用場景需求[6]。圖書館可將自身業務模塊開發為高校教學邊緣云中特有的服務單元進行部署及運行。該模式既可節省物理設備的部署成本，又可保持與高校通信網絡的一致性，是現階段圖書館進行5G專網建設的較優選擇（見圖3）。

目前該類建設模式制約問題為缺乏具體應用場景，需要針對不同高校圖書館特點進行具體業務場景的開發。在基礎場景的基礎上進行迭代升級，進而豐富圖書館業務在5G邊緣云上的應用。一般而言，各個高校圖書館均擁有自身信息化服務部門，對自身信息化應用場景具有較深認知與一定的服務開發能力，圖書館可作為此輪高校5G-MEC教學網絡試點建設的首批對象，將圖書館網絡服務應用場景與學校MEC建設相融合，成為高校邊緣云部署的首批實踐者。

4? ? 應用場景

4.1? 多屏互動的讀者服務

近年來，高校圖書館讀者服務終端的使用主體與具體形態呈現出多樣化的發展趨勢。入館者擁有的手機、PAD、個人電腦等終端，圖書館提供的研究室顯示屏、借閱器等均可為讀者提供形象生動的信息化服務。但不同終端之間的服務內容與連接形式是獨立的、割裂的，無法進行貫穿使用，這制約了數字化信息在不同終端中的流動以及讀者在交互數字信息中的效率。基于圖書館5G網絡泛在接入的特點，可以將不同終端利用5G網絡接入統一云平臺，并在云平臺上部署多屏互動平臺和空中服務平臺。其中，多屏互動平臺可以支持手機、平板、電視、投屏等多終端接入，而且5G帶來的超高清和低時延的特性可以極大地改善讀者服務的互動性體驗。而空中服務平臺可以為圖書館管理方、數字資源提供方、讀者個人用戶提供專屬數字化空間，方便不同用戶利用統一的平臺調用資源，打破不同終端擁有主體的數字資源共享制約[7]。

4.2? 云AR圖書館導覽

結合5G和AR技術，高校圖書館可設置智慧圖書館導覽系統，不僅解決了讀者在檢索、定位文獻中的效率問題，還可增強讀者在書籍借閱過程中的趣味性和互動性，為讀者提供多樣化的借閱體驗和服務，滿足讀者在借閱書籍過程中對文獻內容的深層次體驗和全方位了解的信息需求。讀者可通過二維碼索書號，自動生成該文獻所在的場館地點與書架號，結合5G、數字孿生場館與室內定位技術，讀者可通過AR技術實時具體導航到文獻所在位置，解決多層書架反復查找的難題。另外，通過對熱門書籍進行AR建模，還可實現三維立體呈現，對書籍進行簡介與推廣等多樣化的功能和體驗。

4.3? 云VR浸入式閱讀

VR技術應用于書籍閱讀興起于2016年，可為讀者提供閱讀內容立體生動、閱讀形式交互自如與閱讀環境個性可控等功能。文科屬性的高校，可重點開發旅游、考古等VR閱讀書籍，為學生提供足不出戶便可觀看各大名山高川，并可實現隨意翻轉觀看各處細節的功能。理工屬性院校則可注重對較為晦澀難懂的科學現象進行數字建模，把復雜的科學現象在虛擬現實環境中模擬出來，根據需要突出的重點和細節進行交互式實驗或操作，更有助于讀者對科技知識要點的理解。同時在VR浸入式閱讀體驗中，讀者可根據自身閱讀習慣和需要，設計專屬于自己的閱讀環境，在互不干擾的情況下打造專屬于自身的閱讀數字空間。

4.4? 遠程互動讀者教育

通過5G網絡實現遠程互動讀者教育，可實現圖書館與讀者之間泛在化的接觸，使讀者可以隨時隨地享受到圖書館對其進行的信息化素養教育與讀者教育。特別是在2020年新冠疫情的影響下，各高校“停課不停學”的政策亦要求圖書館通過線上教育方式向學生提供形式多樣的讀者教育活動，特別是針對數字文獻利用的教學教研活動。基于5G的大帶寬與低時延，可以加強館員與讀者之間的聯系，提供更加高效的雙向互動，提高讀者的積極主動性，方便館員及時掌握讀者的學習情況，真正實現多屏互動信息化教育。同時遠程互動讀者教育可通過直播、錄播、點播等多種形式開展，打破時間、地點等物理限制，不管學生是校內還是校外，固定還是移動，白天還是黑夜，都可以隨時根據自身需要完成學習活動，實現讀者教育的個性化[8]。

4.5? 圖書館安防管理

圖書館安防保障首先建立在圖書館內部的信息采集點，如安全食品監控、火災警報預防、盜竊警報的基礎上。基于5G網絡萬物互聯的特點，可以實現圖書館設備的實時在線與智能化監控，及時將潛在的危險推送至圖書館的安保部門與安保人員。在安防事故發生之前，可以通過全面的信息采集、事先監管降低圖書館安防潛在風險;在安防事故發生時，安防事件可以得到及時記錄并通知相關人員;在安防事故發生之后，安防部門可以再次復盤對應情況，形成圖書館安防的良性信息反饋機制，進一步保障圖書館安全。

[參考文獻]

[1]吳成林.5G核心網規劃與應用[Μ].北京：人民郵電出版社，2020.

[2]儲節旺，陳芬，郭春俠.邊緣計算在圖書館智慧服務中的應用探索[J].情報理論與實踐，2020（3）：78-84.

[3]周杰.基于邊緣計算的高校智慧圖書館建設研究[J].圖書館，2020（9）：52-58.

[4]謝劍超.5G專網國內外發展現狀探討[J].通信世界，2021（5）：33-36.

[5]徐一凡. 5G環境下網絡切片編排技術的研究與仿真[D].南京：南京郵電大學，2019.

[6]陳志剛.5G革命：新基建浪潮下的5G百業指南[Μ].長沙：湖南文藝出版社，2020.

[7]宋菲.AI+5G技術背景下圖書館發展趨勢研究[J].圖書館學刊，2021（2）：89-91，96.

[8]曾群，楊柳青.5G環境下智慧圖書館創新服務模式研究[J].圖書館學研究，2020（22）：2-6.

（編輯 王雪芬）