5G無邊界校園孕育高質量教育教學大數據分析新服務

李立先

（中國電信股份有限公司山東分公司）

一、項目背景

為積極響應國家關于“加強新型基礎設施建設，發展新一代信息網絡，拓展5G、物聯網、大數據應用”的政策要求，2021年上半年起，許多學校開始了5G虛擬校園網的項目，為師生提供沉浸式的學習和大數據定制化教學體驗。

XX大學有直屬院（系）35個，覆蓋地域分散，在各區基本都有，同時在多個地區擁有較多研究院和聯合研究機構。XX大學積極響應國家號召，開展精準扶貧和支教服務，幫助永平在城鄉規劃、經濟發展、基礎教育、醫療衛生等各領域獲得提升。面對地域廣闊、附屬機構多、教師和學生能力強、學校資源豐富的情況，為了讓學校師生在校外安全訪問教學資源和遠程協作，讓XX科研人員可在任何地方開展實驗和研究，比如虛擬仿真、戶外模擬環境、混合現實的實訓等；構建一張無所不在的教育服務網絡針對學生大數據的畫像提供個性化的教學服務一直是學校信息化工作者的重點工作之一。

本項目通過5G移動通信及邊緣計算技術為XX打造一張無邊界的5G虛擬校園網，滿足學校在任何地方、任何領域可實時開展業務連接、高速計算、信息安全等需求的虛擬專網，讓XX的優質資源、專業能力、教學大數據應用等通過這張無邊界校園網絡覆蓋XX、輻射全國，走向世界。

二、項目內容

（一）主要功能

當前，蜂窩移動通信技術演進到 5G 時代，網絡帶寬、時延及可靠性、連接數等技術能力指標大幅提升。基于5G的虛擬校園網與5G集成芯片技術和邊緣計算技術是一種可管理、可控、可感知的校園虛擬專用網，滿足學校業務連接、高速計算和信息安全的需要，具有高可靠性、低成本和大集成的優點開發和提供主動智能服務是未來學校新的信息技術基礎設施。

基于5G虛擬校園網的智慧校園應用場景主要可分為教研、教學和教育管理三大領域，其中教學類應用包含在線教學、遠程培訓、名師課堂、AR/VR/XR教學等，教研類場景包含在線科研、在線診斷、遠程協作會議、科研虛擬仿真等，教育管理類場景包含黨建教育、視頻直播、設備智能管理等。作為原校園有線網絡及無線網絡的延展與補充，這張虛擬校園網將極大提高XX大學校園網絡覆蓋面。目前具體實現了以下功能：

1.無需VPN，直連訪問校內資源

長期以來，師生用戶從校外訪問校內虛地址資源，只能通過連接VPN的方法來實現，面臨需要額外安裝VPN軟件及下載速率不穩定等問題。5G虛擬校園網為師生提供了一種選擇，極大提升訪問速率及穩定性，降低訪問時延，可無縫接入校園內網進行資源下載、高清視頻觀看，均無明顯卡頓，滿足師生用戶的日常使用需求。

2.合作科研項目實現校內外高速數據傳輸

通過5G CPE或5G隨行WIFI設備，將5G信號轉化成校園有線或無線信號，運用中國電信5G蜂窩網絡覆蓋面廣的天然優勢，最終可實現合作科研項目數據的校內外實時傳輸，便捷使用校內云平臺，加快了實驗數據的共享、傳輸和分析處理，使科研工作更加高效。

3.大數據教學項目試點應用

整合校園監控視頻系統、教務系統與校園網管理系統等系統的相關數據， 經過抽取、洗滌和加工，最終抽象反映出學生的喜好、態度、學習等多個維度的學生畫像。可以更科學、更精準地了解學生動態，為高校教育教學、教育管理的決策和規劃提供更加可靠的依據。

圖1 XX大學無邊界虛擬校園網框架圖

（二）設計理念

本項目方案設計團隊由XX大學作為需求方，中國電信股份有限公司作為服務方共同組成，項目中涉及多個專業領域、在信息基礎設施方面包括5G基站部署、MEC機房建設、網絡配置、大數據智能管理，在定制網方面包括內外網區隔、多租戶隔離、安全切片分流、教育專網和5G網融合等技術實現，“5G虛擬校園網”能根據應用的不同，自動選擇相應的網絡通道，比如用戶訪問的是微信、淘寶等公網應用，就直接走公網，如果訪問的是校內資源、應用，則走校內專網通道，做到應用無縫切換，網絡智能隨選。

1.項目方案

中國電信5G定制網服務，是在5G網絡的基礎上，推出了“網絡定制、邊緣智能、云協作、x-on-demand”集成協作的綜合解決方案。這個5G定制網站可以通過有必要為客戶提供部署在附近的邊緣智能服務和無需校園外數據的信息邊緣基礎設施，如邊緣計算能力、邊緣人工智能、邊緣SaaS應用等；5G定制網絡也可以滿負荷運行滿足學校應用云遷移的需求，動態為學校提供邊緣云與公有云協作、私有云與天一云協作、多園區公有云協作等多云靈活調度和統一管理服務。

根據XX學校需求，本項目中采用的5G定制網方式為比鄰模式。比鄰模式是基于5G 2B專網資源，通過多頻協同、載波聚合、超級上行、邊緣節點、QoS增強、無線資源預留、DNN、切片、邊緣節點等技術的靈活定制。比鄰模式提供的服務具有業務隔離、高帶寬、業務加速、低時延、數據不出場等典型特征。

考慮應用區域可能在全市范圍，且既有公網又有專網需求，因此分流節點選擇共享式UPF節點的對用戶終端應用進行分流，用戶機房位于XX大學XX路XX號，通過專線進行對接。實現“終端-基站-承載網-UPF-承載網-用戶DC”的端到端專用網絡。

此項目方案為XX大學提供一張帶寬增強、低時延、數據本地卸載的專有網絡，配合MEC、天翼云，最大化發揮云邊協同優勢，為智慧校園的數字化應用賦能。對市內教師、學生5G終端進行專網業務簽約，對終端內特定應用進行分流，訪問專網應用；終端其余應用正常訪問公網。

2.項目特色

（1）業務優勢

5G定制網比鄰模式結合5G網絡的MEC，有以下優勢：

①數據不出校園：在邊緣機房部署園區UPF網元，實現用戶數據本地靈活卸載，達到數據不出校園，業務安全隔離。

②低時延：通過用戶面UPF本地部署，減少端到端時延。

③超高帶寬：結合超級上行，載波聚合等無線技術，大幅提高帶寬速度。

④業務隔離：在同一切片內，通過定制DNN來區分數據網絡和路由隔離，通過定制QoS提供差異化的SLA，保障用戶業務安全。而對于多個切片，通過切片標識來區分數據網絡和路由隔離，根據客戶簽約的隔離級別提供差異化的隔離方式，如資源隔離或資源預留，保障用戶業務安全。

（2）技術能力優勢

①網絡能力調用

圖2 大數據精準教學分析平臺

MEC平臺支持基于 5G 網絡能力接口的調用，通過提供 API接口面向 MEC 應用開放，主要包括：

流量引導：支持在 MEC 平臺配置分流策略，通過與 5G 核心網傳遞分流規則，實現邊緣節點特定業務分流，保障用戶就近訪問邊緣應用；

流量管理：網絡配置RG指定付費方，提供計費系統實現ToB 流量統計手段；

位置訂閱：通過 UDM 及AMF 等網元的位置服務能力開放接口，支持對終端的網絡位置訂閱和通知服務。

Qos 保障：通過 PCF的策略授權服務接口，支持對特定業務流實現帶寬、資源優先級等5G 接入服務質量保障。

云邊高速：支持邊緣節點與中心云之間的高速專線連接。

②業務能力開放

MEC 平臺支持自有和第三方業務原子能力加載、統一開放、多量綱計費、按需調用，并可根據客戶需求靈活定制開發，包括:

AI 識別:基于MEC平臺提供人臉識別、行為識別、對象識別、文字識別等A算法，對影像進行本地分析處理，適用于各類視頻等場景。

vCDN:面向視頻分發類場景，提供邊緣vCDN能力，通過云邊協同實現內容高效調度和就近訪問。

③平臺能力開放

MEC平臺提供編排管理、可視化門戶、自助訂購、自動部署等功能，實現客戶全周期、全流程、全方位業務運營能力，主要包括:

應用便捷加載:支持應用以容器(虛機容器、裸機容器)、虛機等形式統一編排管理，實現一點加載、全網部署。

業務能力開放:支持能力注冊、接口封裝、能力調用、能力鑒權、多量綱計費，實現能力開放;

客戶自助服務:提供可視化門戶，支持客戶自助服務，實現資源、能力、應用的全流程、全周期的管控。

專業運維服務:基于屬地化專業運維能力，提供集成交付及不同等級的運維服務。

④大數據教學學生畫像平臺

大數據學生畫像以大數據作為技術根基，通過數據分析不同用戶的目標、行為和觀點，根據各自的差異，將他們區分為不同的類型，然后在每種類型中抽取出典型特征，賦予名字、照片、要素、場景等描述[2]，即為每個人物貼標簽，形成逐漸完整的學生畫像。具有基本性、移情性、真實性、獨特性、目標性、數量性、應用性等特性。

三、實用性分析

本項目基于5G定制網比鄰模式。相比VPN，5G虛擬校園網有碾壓性優勢，網速和穩定性大幅提升，時延大幅降低。

在某一校區實測：5G虛擬校園網的公網下載速率達到801Mbps，而VPN下載速率為36.7Mpbs，同樣的下載速率差到兩倍多。

教育大數據存儲與分析的主要作用是采用分布式的結構對搜集到的教育大數據進行存儲，分析，其中教育數據及分析結果的可視化展示、教學效果評估、學生畫像等。該部分信息呈現的客體主要是教師，作用是使教師能全面地了解教學的實際效果，并且通過每一位學生的畫像了解他們各自的特長與實際情況，從而進行教學模式與教學內容的調整。

【相關鏈接】

移動通信延續著每十年一代技術的發展規律，已歷經1G、2G、3G、4G的發展。每一次代際躍遷，每一次技術進步，都極大地促進了產業升級和經濟社會發展。從1G到2G，實現了模擬通信到數字通信的過渡，移動通信走進了千家萬戶；從2G到3G、4G，實現了語音業務到數據業務的轉變，傳輸速率成百倍提升，促進了移動互聯網應用的普及和繁榮。當前，移動網絡已融入社會生活的方方面面，深刻改變了人們的溝通、交流乃至整個生活方式。4G網絡造就了繁榮的互聯網經濟，解決了人與人隨時隨地通信的問題，隨著移動互聯網快速發展，新服務、新業務不斷涌現，移動數據業務流量爆炸式增長，4G移動通信系統難以滿足未來移動數據流量暴漲的需求，急需研發下一代移動通信（5G）系統。