期刊论文 | 基于5G+MEC的多校区智慧校园协同生态建设

《信息通信技术》是中国联合 络通信集团有限公司主管、主办的国内外公开发行的中英文科技期刊（CN11-5650/TN，ISSN1674-1285)，2007年12月正式创刊。本刊旨在反映国内外信息通信技术最新研究成果，提供信息通信技术交流平台，推广先进信息通信业务和应用，为我国建设信息社会和创新型国家服务。

【摘要】随着教育新基建工作的逐步进行，5G新型 络的建设对智慧校园生态变革提供了有力保障，以 络为基础、数据物联资源流动为特征，形成一体化生态圈。文章基于5G+MEC技术特点以及智慧校园创新应用现状，分析校园生态建设的 络一体化、物联一体化、数据一体化以及资源一体化等内涵特征，总结以“5G+MEC”为核心的新技术形态、以“实时协同分工 络”为核心的新组织形态、以“物联-数据-资源”为核心的新数据形态、以“云 端”为核心的新开放形态的跨校区智慧校园生态运转的融合创新发展体系建设策略，为多校区智慧校园新建设提供支撑。

【关键词】智慧校园；协同生态；5G；MEC

引言

中共中央 、 国务院印发的 《 中国教育现代化2035》[1]提出，要充分运用新技术、新机制、新模式，创新教育服务供给方式，深化办学体制和教育管理改革，充分激发教育事业发展生机活力。但传统 络在助力智能技术创新应用上遇到了速率、延迟和传输容量等限制[2]，对校园教育生态的重构革新，形成了一定的阻碍。随着我国高等教育的大扩招和新一轮学科专业调整，大量高校通过快速增设专业、扩大招生规模、扩展新建校区、多校合并整合等方式来完成办学转型，多校区办学形态在高校层面趋于普遍化。相应的，多校区管理模式难统筹、资源配置不均衡等问题日益凸显，5G凭借超高速率、高可靠性、大规模连接、低时延、低功耗等特点，结合边缘云技术(Multi-Access EdgeCloud，MEC)在移动 络边缘提供信息化系统和云计算能力[3]，能够触及到智慧校园人—机—物的边缘端，实现多校区 络联接，能够为教育信息化2.0时代的智慧校园建设提供技术保障。然而如何落实5G+MEC与智慧校园业务场景的融合创新，落实其技术特征与业务特征间的协同，成为多校区智慧校园协同生态建设的研究乃至实践的重点论题。

1 5G与智慧校园的融合现状

技术与教育的深度融合是教育发展的必然，基于5G技术推动教育生态 格化、智能化，从教学、学习、生活、安全等各方面充分结合5G大规模连接、超低延时与超高速率等技术特性及物联 、XR(虚拟/增强/混合现实)、人工智能等新型信息技术的融合，实现5G+互动教学、综合评价等智慧教育新基建已有了一定的尝试。

1.1 基于5G+IoT的教育应用

智慧校园设施设备数量多、分布广，基于5G+物联 技术(Internet of Things，IoT)的实时感知和智能管控技术特色，助力于课堂考勤管理、课堂教学生生以及生机交互、课外泛在学习、智慧教室、智慧图书馆等智慧场景设备控制与环境监测、资产管理与设备运维、能耗监测与管控、安防视频监控等应用场景智能化。例如，华中科技大学、上海工程科技大学等利用5G实现超高清监控反馈、校园远程巡逻等，将5G技术与校园物联 相结合，可以有效增强校园管理者对校园全场景的管理能力，并有效降低校园运行成本。

1.2 基于5G+XR的教育应用

扩展现实(Extended Reality，XR)，是AR、VR、MR等多种技术的统称，XR技术可以提供逼真的内容资源，在教育领域多应用于一些难以实现的复杂场景或安全风险较高的实操类教学演示与技能训练[4]。例如，北京理工大学、苏州大学等利用5G+VR技术模拟物联环境和历史环境，实现XR教学长效开展，为师生带来身临其境的沉浸式体验，保证高速率的教学资源数据传输，也能满足云渲染等功能对服务时延的高要求。

1.3 基于5G+AI的教育应用

在校园管理、课堂教学中引入AI技术，在5G 络的支撑下，通过视频监控系统、教室录播系统对校园场景、课堂教学等发生的行为进行实时抓取，如教师教学、学生听课、校园危险行为等数据，再通过大数据分析技术与AI算法将这些行为数据进行分析，生成数据画像和分析 告，辅助学校的教学督导、精准教学改革、安全管理等工作，加快教育管理向教育治理转变，推进教育治理体系和治理能力现代化[5]。例如，国家开放大学借助联通5G 络、AI等技术，构建起一个物理空间、 络空间全面融合的智慧校区。

在目前阶段，5G移动通信技术逐步在智慧校园探索与实践中与云计算、物联 、XR、AI、大数据等技术展开融合。5G的eMBB、uRLLC、mMTC三大应用场景与其相应的技术指标，也是在需求所驱动之下产生的，例如增强型移动宽带(eMBB)针对高清视频等系列应用，大规模机器类型通信(mMTC)针对像智慧城市这样的海量物联 系列应用，超高可靠性低延时通信(uRLLC)则针对像工业控制或者远程驾驶之类的专业领域应用。而在智慧校园多校区的交互、管理等方面需要关注高质量的连续覆盖、更好的 络数据融合与共享、高可靠的资源共享等，因此需要解决核心 络及骨干 传输带宽资源占用、端到端的时延等问题，于是边缘计算技术(MEC)作为5G的关键技术之一应运而生[6]。

2 5G+MEC的基本技术特征

ETSI将MEC定义为“在移动 边缘提供IT服务环境和云计算能力”，强调靠近移动用户，以减少 络操作后服务交付的时延[7]。基于5G+MEC的智慧校园需要实现5G信号的全覆盖，同时在基站和核心 之间部署边缘云平台，实现校园边界到端的全覆盖。

2.1 5G+MEC的定义

在当今万物互联的数据时代，MEC可基于业务应用的时延要求灵活选择部署位置，例如部署在本地边缘DC、本地接入级DC，或者直接将MEC功能部署在5G接入CU或CU/DU一体化的基站上，将传统的多跳 络转化为一跳 络，进一步消除传输时延对用户体验的影响，满足1ms极低时延的业务需求。除了时延要求外，MEC的部署还应考虑业务应用服务的覆盖范围(例如工厂、园区、校园、医院等)，以及业务应用数据是否要求本地化(出于数据安全性考虑)，此时MEC则可根据需求部署在该覆盖范围基站的汇聚点，以汇聚 关的形式出现。

2.2 5G+MEC的特征

1)基于边缘计算将业务缓存节点下沉，使缓存内容无限靠近信息源或直接在用户终端设备上运行，减少 络服务接续时延，实时感知并对 络实际状况做出合理评估，提升用户服务感受，同时降低 络系统中各部分的拥塞。例如，在虚拟现实课程教学中，可以进行业务本地化部署，接入 产生的AR/VR等应用数据无需往返公有云，而是在校园专 中进行多校区回传，降低传输时间成本。

2)位于 络边缘处的MEC服务器，可以利用从现场收集的公用移动通讯基站ID以及无线 络信令信息了解接入设备的情况，以便实现链路感知自适应，将校园终端设备进行5G化处理。利用5G空口连接技术实现多校区数据不出本地、不出公 的汇聚，降低时延以及提升用户体验。

3)MEC本地分流技术依据分流规则如IP五元组法、基于DNS域名解析法等，对校园 、公 业务等数据流进行拆包分析，实现有效分流[8]。本地业务数据可直接分流至本地 络，降低回传带宽消耗以及访问时延，公 数据则采用透传方式发送至核心 ，使得科研、教学、管理等不同业务场景的数据可以有效在一个校园内传输。

3 5G+MEC的智慧校园协同生态内涵

结合MEC及5G的技术特点，囊括一校多区的教学、学习、生活、安全等场景协同、对应，需要充分融合其基本内涵与基本特征，结合手段与方法才能更好地服务全体师生，乃至智慧校园的各类元素。

3.1 内涵与特征

基于5G+MEC的智慧校园生态以协同为重点特征，结合5G边—云多校区融合新型 络为基础支撑技术，采用SD OTN技术、5G切片技术和边缘计算技术，使得固 、5G、Wi-Fi 6有机结合，串联校园生活 络、教学 络、科研 络、管理 络等，保障不同校区同一业务场景 络无缝衔接，实现以 络为基础将校园内的“智人”及“智物”进行有效的全方位多模态连接，其浅层含义是利用5G+MEC进行 络互联，中层是数据—物联—资源的连接，深层是实现多层次人—物—应用的重复叠加。基于此，构建了5G+MEC的智慧校园协同生态(如图1所示)。

整体智慧校园生态强调 络一体化、物联一体化、数据一体化以及资源一体化，通过一体化要素重构学校行政管理、教育治理、教育教学应用、教学资源配置等多方面的流程。校间以融合与泛在为特征，是实现整体智慧校园生态的基础，以三 融合校园管理、教学、生活等传统场景，凸显万物互联；环境体现无缝与自控的特征，以集中式运维及 络解耦，结合物联、数据、AI等技术架构生态中枢，实现多校区物联、安防设备等一体化管理，使能智慧校园生态；应用呈现聚合与关联的特征，打散重组其服务要素，达成个体个性化服务以及群体跨校区协同业务运转，实现校园主体需求的高效服务；保障体现安全与有序的特征，以智能 络调优视角推动态势感知，构筑可靠生态。

3.2 模式与对象

智慧校园生态模式(如图2所示)以互联 +教育为原型，以5G大带宽、低时延、广连接的特性实现校园CT联接和IT计算融合，体现纵向架构以及横向逻辑的协同。纵向架构以 络为基，通过 络承载数据、物联、资源等无形连接中枢，形成业务应用形态下的信息高效沟通与交互环境，支撑校区间、师生间、教育管理者间的协同。横向架构充分利用 络、数据、物联以及资源生态要素，构建业务系统的资源调取—使用—沉淀—复用的循环体系，使得各类业务场景均由业务系统及资源的协同进行支撑，提升校园内各类主体对各类业务的参与度，提升业务系统及资源间的协同。

因此，智慧校园协同生态的对象既包含各类主体，如教育管理者、教师以及学生，也包含各类业务系统、数据、资源，乃至各类元素间的集合。不同元素间的协同既是整体生态的供给也是服务，通过5G+MEC实现更加紧密的协同，为整体生态圈提供动能，从而盘活基于5G+MEC下的多校区智慧校园圈子。

3.3 手段与方法

智慧校园协同生态借助5G切片技术和边缘计算技术将校园内部 络和校间 络融合，满足学校内部 络灵活部署、教育数据安全可控、校园 络高速稳定以及校区间互通互联的需求，实现真正的一体化校园环境基础。同时借助边缘计算将数据的计算和存储从“核心”下沉到“边缘”，确保数据、物联、资源一体化的可能，使“人—机—物”三元互联的智能校园空间成为可能。结合5G的 络切片技术，针对不同业务场景的需求将 络划分成不同“车道”，既满足不同业务系统在不同校区的 络需求，又满足同一业务系统的跨校区无缝协同。结合超低延时与超高速率等技术特性及大数据、人工智能等新型信息技术的融合，使得应用系统间协同、对应，进而保障物理、数字校园之间的实时连接和动态反馈。

4 5G+MEC的智慧校园协同生态建设

以5G为中心，MEC平台为基础的智慧校园协同生态，实现5G、固 、Wi-Fi多 融合接入，运用感知终端接入以及人工智能数据处理能力等多元智能技术集，链接 络空间和实体校园的智慧校园虚拟映像，串联以“5G+MEC”为核心的新技术形态、以“实时协同分工 络”为核心的新组织形态、以“物联—数据—资源”为核心的新数据形态、以“云 端”为核心的新开放形态，最终形成一套支撑跨校区智慧校园生态运转的融合创新发展体系(如图3所示)。

4.1 以5G+MEC实现智慧校园的新技术形态

智慧校园的新技术形态充分利用5G+MEC的能力及资源实现终端接入以及系统应用部署，革新云— —端的连接架构，将校园内各类要素进行有效的全方位多模态连接，校园师生利用UPF实现终端无缝连接校园 络，支撑日常教学、管理以及生活的稳态服务。同时，利用5G+MEC的增强型移动宽带、高可靠低时延通信和大规模机器通信等特点支撑业务系统的丰富内容，以其承载快速以及高效的服务，使得人工智能、大数据、区块链等与智慧校园更好地融合，重构业务流程。

4.2 以5G+MEC实现智慧校园的新组织形态

智慧校园的新组织形态结合 络切片重新划分校园 ，结合业务场景新需求及实际，划分教学、科研、管理、生活等 络“车道”，既可以满足不同校区间同一业务运行的速率差异，又可以满足同一业务跨校区的无时延，促使教育管理者、教师以及学生的线上线下协作无缝衔接，使得数据与算法等新型信息技术元素更好地融入教育教学业务场景中，达成更高层次的人人到人机协同运作。

4.3 以5G+MEC实现智慧校园的新数据形态

4.4 以5G+MEC实现智慧校园的新开放形态

智慧校园的新开放形态基于云 端的形式为整个校园用户所服务，实现跨校互动、人人互联、应用和资源层层汇聚共建共享、信息和数据全域互通。结合一体化的业务应用为每个主体开放不同层级的应用权限，实现每个业务节点都可以突破时空进行协同，如教育资源的个体沉淀以及群体流转，学生档案的协同评价以及精准指导，均依赖于开放形态，从而打破多校区长期教育共享割裂局面，建成共享大成的智慧校园生态。

5 结语

5G+MEC不仅是校园的运转基础，同时也是落实教育教学使命的统抓共管的有力抓手。结合5G+MEC技术为基础的新一代信息技术，以大数据人工智能等促进现实空间和 络空间的相协调、相融合的多校区智慧校园新生态生成，为落实以信息技术深度融合教育教学推进课堂革命，夯实教育新基建托起培养高质量提供支撑。

参考文献

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.http://www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/201902/t20190223_370857.html

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[8] 李伶,杜俊宇.5G MEC在智慧校园业务场景中的应用研究[J].中国教育信息化,2021(13):72-74

邹一荣：硕士，中级工程师，联通(广东)产业互联 有限公司政务首席架构师，广东省数字政府标准委员会委员，从事云计算、大数据、数字政府相关研究。

张洁琪：硕士，工程师，联通(广东)产业互联 有限公司政务行业部解决方案经理，从事教育政策、教育信息化等相关领域研究。

吴 慎：学士，工程师，联通(广东)产业互联 有限公司政务行业部解决方案经理，从事教育政策、教育信息化等相关领域研究。

校审：王钐杉