田麗梅

（渤海大學(xué)圖書館，遼寧 錦州 121000）

1 引言

2019年成為第五代移動通信技術(shù)（5th Generation，以下簡稱5G）元年，5G不僅僅實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)速度的超越，它將終端全盤納入網(wǎng)絡(luò)，高速、泛在、低時延的網(wǎng)絡(luò)特點將全社會引入萬物互聯(lián)的時代。隨著5G商用的進(jìn)一步加快，5G的海量技術(shù)創(chuàng)新催生出無數(shù)的新應(yīng)用模式，以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等為核心的智慧圖書館建設(shè)成為圖書館界的熱議話題。鄔賀銓院士曾說過：“5G對中國科技與經(jīng)濟(jì)發(fā)展是難得的機(jī)遇，圍繞5G技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的國際競爭也是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，5G的創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上[1]?！蓖瑯?，5G對智慧圖書館的發(fā)展所帶來的機(jī)遇千載難逢，掌握全新技術(shù)完備智慧服務(wù)模式也將是圖書館所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，面臨5G的全盤布局，圖書館智慧服務(wù)的創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上。未來的圖書館必將抓住5G時代蘊(yùn)含的新機(jī)遇，創(chuàng)新理念、創(chuàng)新模式、突破發(fā)展的瓶頸，提升服務(wù)效能、縮小數(shù)字鴻溝，建設(shè)讀者滿意的智慧圖書館。

2 5G的演變與核心技術(shù)

2.1 5G的演變

中國IMT-2020（5G）推進(jìn)組認(rèn)為，5G是由標(biāo)志性能力指標(biāo)及Gbps用戶體驗速率和一組關(guān)鍵技術(shù)包括大規(guī)模天線陣列（Massive MIMO）、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架（網(wǎng)絡(luò)切片）來共同定義的。回顧移動通訊發(fā)展歷程，1G采用頻分多址（FDMA）實現(xiàn)模擬語音技術(shù)；2G采用時分多址（TDMA）實現(xiàn)數(shù)字語音和低速數(shù)據(jù)技術(shù)；3G采用碼分多址（CDMA）實現(xiàn)用戶峰值速率最高達(dá)數(shù)十Mbps，并支持多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；4G采用交頻分多址（OFDMA）實現(xiàn)用戶峰值速率最高達(dá)1Gbps，并支持多種移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。5G關(guān)鍵能力比前幾代移動通信更加豐富，5G打破了世界萬物原有的聯(lián)通界線，所有數(shù)據(jù)和信息將會在一個數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)里通過最優(yōu)化的方式進(jìn)行傳遞。高速度、泛在網(wǎng)、低功耗、低時延、萬物互聯(lián)、重構(gòu)安全體系的特性使其具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)部署能力。因此，5G通信技術(shù)顛覆了智慧圖書館中移動信息服務(wù)發(fā)展在網(wǎng)絡(luò)層面的短板因素，并且開辟了更為廣闊的應(yīng)用場景。

2.2 5G的核心技術(shù)作用和價值

5G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)能力和要求都有很大的提高，大量技術(shù)被融入其中，其主要核心技術(shù)簡述如下。

2.2.1基于OFDM優(yōu)化的波形和多址接入

5G采用OFDM（正交頻分復(fù)用）和多址接入相結(jié)合的技術(shù)，使系統(tǒng)可以有效利用信道進(jìn)行多徑分集增益，提升系統(tǒng)在衰落信道條件下的性能，實現(xiàn)多個用戶同時共享無線頻譜，增強(qiáng)頻譜效率、降低誤碼率、創(chuàng)建單載波OFDM波形，實現(xiàn)高能效上行鏈路傳輸。5G并不滿足以上需求，還需要通過子載波間隔擴(kuò)展實現(xiàn)可擴(kuò)展的OFDM參數(shù)配置。LTE（長期演進(jìn)技術(shù)）利用子載波之間固定間隔15KHZ可實現(xiàn)最高20 MHZ的載波帶寬。同時，5G還利用毫米波、非授權(quán)頻段等方式來豐富頻譜類型。成熟的5G將被應(yīng)用于大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，這就要求5G要跨參數(shù)實現(xiàn)載波聚合，通過OFDM加窗提高多路傳輸效率，利用時域加窗或頻域濾波提升頻率局域化。

2.2.2靈活的框架設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu)是5G能夠迅速滿足垂直行業(yè)需求的重要手段，5G依靠網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu)的靈活性來進(jìn)一步提高服務(wù)多路傳輸效率，框架設(shè)計的靈活性體現(xiàn)在頻域和時域上，通過靈活的系統(tǒng)設(shè)計、新型信道編碼方案以及大規(guī)模天線技術(shù)等關(guān)鍵接入網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)高速率、多業(yè)務(wù)、多場景、全覆蓋應(yīng)用。為方便第三方按需設(shè)計定制化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，5G將網(wǎng)絡(luò)能力以能力開放接口的方式開放給第三方應(yīng) 用[2]。5G的TTI比4G的LTE網(wǎng)絡(luò)將降低一個數(shù)量級的時延，用戶可以根據(jù)實際需求向上或向下擴(kuò)展TTI完成靈活框架設(shè)計，從而節(jié)省等待時間。5G將網(wǎng)絡(luò)功能通過服務(wù)方式實現(xiàn)對外提供，各個網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)之間利用標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行互通，支持按需調(diào)用、功能重構(gòu)，從而提高核心網(wǎng)的靈活性和開放性。

2.2.3先進(jìn)的新型無線技術(shù)

5G必然需要利用現(xiàn)有技術(shù)充分創(chuàng)新才能實現(xiàn)，如載波聚合、大規(guī)模MIMO、非共享頻等都是5G不可或缺的引用技術(shù)。為應(yīng)對增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）、大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC）和超可靠低延遲通信（uRLLC）的挑戰(zhàn)，5G必須克服有源天線系統(tǒng)（AAS）的限制功能：升級MIMO為大規(guī)模4*4水平；將頻率大于24GHz以上頻段應(yīng)用于移動寬帶通信；利用共享頻譜和非授權(quán)頻譜，擴(kuò)展多個維度；提高現(xiàn)有信道編碼技術(shù)的性能極限，這些無線技術(shù)大幅提升了信道容量和覆蓋面，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，實現(xiàn)更低的延遲、更好的連接和更少的小區(qū)間干[3]。

2.2.4基于SON（Self-Organizing Netwerk，自組織網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)的超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高流量密度、高峰值速率性能以及用戶體驗速率的性能指標(biāo)，5G采用縮小基站間距，在熱點高容量典型場景中利用宏微異構(gòu)的超密集組網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行部署，利用SON技術(shù)的自規(guī)劃、自配置、自優(yōu)化和自愈合的功能來完成系統(tǒng)維護(hù)并提高網(wǎng)絡(luò)效率，從而減少運營商的支出和運營成本投入。

除此之外，5G還有許多不可忽視的核心技術(shù)，如切分邏輯網(wǎng)絡(luò)、按需求向用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、管理體系、服務(wù)體系、計費體系的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)；緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，縮短響應(yīng)時間，提高用戶體驗的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；減輕基站負(fù)擔(dān)，降低端到端的傳輸時延，提升頻譜效率，降低終端發(fā)射功率的設(shè)備到設(shè)備通信技術(shù)；靠近物聯(lián)網(wǎng)邊緣進(jìn)行計算、處理、優(yōu)化和存儲并與云計算技術(shù)并肩作戰(zhàn)的邊緣計算等。4G改變生活，而5G改變社會，它將是社會進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)推動、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的助推器。

3 5G技術(shù)推進(jìn)圖書館智慧服務(wù)的創(chuàng)新

數(shù)字技術(shù)推動智慧圖書館不斷創(chuàng)新，5G極致的體驗和更大的容量，將開啟物聯(lián)網(wǎng)時代，它將和大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)一道迎來智慧圖書館的黃金時代。

3.1 5G技術(shù)助推圖書館智慧服務(wù)手段創(chuàng)新

3.1.1 5G與ML（機(jī)器學(xué)習(xí)）+AI（人工智能）技術(shù)

云計算、虛擬化和大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)為AI提供了良好的成長土壤?！靶畔⒓夹g(shù)應(yīng)用的高級形態(tài)就是智能化，一個智能化的圖書館反映在服務(wù)上就是智慧圖書館。”這是上海圖書館館長劉煒曾說過的一句話，他認(rèn)為要想完善智慧圖書館服務(wù)，必須不斷融入“機(jī)器學(xué)習(xí)+人工智能”技術(shù)，實現(xiàn)無延時應(yīng)對讀者的情境需求。機(jī)器學(xué)習(xí)是通過利用已有數(shù)據(jù)訓(xùn)練出模型，而后利用模型預(yù)測的一種方法，它是讓計算機(jī)利用數(shù)據(jù)而不是發(fā)號指令來完成工作任務(wù)。5G所具備的大帶寬、低延時、廣聯(lián)接的特性，促使機(jī)器學(xué)習(xí)在智慧圖書館服務(wù)中可以深度挖掘用戶海量數(shù)據(jù)信息，預(yù)測用戶需求方向進(jìn)而提供智慧化服務(wù)。隨著科技的不斷發(fā)展，計算機(jī)通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)，逐漸形成數(shù)據(jù)驅(qū)動的人工智能，并在國家戰(zhàn)略、應(yīng)用普惠、技術(shù)突破、數(shù)據(jù)集聚的驅(qū)動下進(jìn)入迅速發(fā)展階段。人工智能不斷地挑戰(zhàn)著人們的感知與認(rèn)知的極限，引起了圖書館界的高度重視。理論方面，早在2013年首版的《國際圖聯(lián)趨勢報告》（IFLA Trend Report）即提出：人工智能的進(jìn)展使互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠與語音識別、機(jī)器翻譯和語音合成相結(jié)合，從而支持實時多語言語音翻譯；2016年報告進(jìn)一步指出人工智能既擁有加強(qiáng)已有的圖書館功能的能力，也有代替這些功能的能力。實踐應(yīng)用的成功案例比比皆是：2017年9月，百度教育和武漢大學(xué)聯(lián)合共建AI圖書館，重新定義“借書”，不但解決了傳統(tǒng)圖書館信息存儲介質(zhì)、空間大小以及服務(wù)過程中人為干擾因素等諸多問題，而且實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)和語音識別與讀者完美互動，成功推動了圖書館向知識開放獲取機(jī)制的人工智能方向轉(zhuǎn)型；2018年1月，機(jī)器人館員“圖小靈”在上海圖書館一樓大廳辦證咨詢處正式上崗；2019年11月，天津大學(xué)研發(fā)的AI“智圖”機(jī)器人順利完成圖書盤點操作任務(wù)。人工智能給圖情界帶來了諸如業(yè)務(wù)重構(gòu)和事業(yè)轉(zhuǎn)型等方面的挑戰(zhàn)，同時也迎來了提升用戶個性化深度服務(wù)體驗的多場景應(yīng)用機(jī)遇。筆者認(rèn)為，圖情事業(yè)迎接人工智能的步伐必將堅實又矯健！

3.1.2 5G與VR/AR（虛擬現(xiàn)實/增強(qiáng)現(xiàn)實）技術(shù)

5G領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)和網(wǎng)絡(luò)部署世界領(lǐng)先，虛擬技術(shù)協(xié)同增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)伴隨著人工智能的發(fā)展，正全力打造智慧圖書館全新的服務(wù)模式，即“沉浸式互動體驗”模式，它將為用戶融合多種感官體驗的沉浸式閱讀，拓展廣闊的閱讀載體和場景。智慧圖書館利用AR技術(shù)，將文獻(xiàn)與數(shù)據(jù)庫中的圖像、音頻、視頻等進(jìn)行有效疊加，根據(jù)用戶需求為其提供相應(yīng)的背景和資料支撐，使讀者沉浸于文獻(xiàn)中描述的虛擬與現(xiàn)實相融合疊加的3D場景，增強(qiáng)用戶閱讀體驗。美國北卡羅來納州立大學(xué)圖書館學(xué)習(xí)空間和服務(wù)部門的負(fù)責(zé)人伍德伯里指出：“VR技術(shù)直接與計算機(jī)科學(xué)及設(shè)計學(xué)科相關(guān)，在心理學(xué)和教育學(xué)等學(xué)科中具有很高的實踐價值。圖書館是這些學(xué)科交叉的關(guān)鍵點，在學(xué)習(xí)新的沉浸式技術(shù)之時，各個學(xué)科都可以找到合適的內(nèi)容，這也促進(jìn)了不同學(xué)科協(xié)作解決問題的能力提升?！盵4]在美國，VR技術(shù)在圖書館館藏和空間兩大重點服務(wù)領(lǐng)域大展拳腳，對社會文化教育產(chǎn)生了極大的推動力。國內(nèi)圖書館在VR技術(shù)應(yīng)用到智慧化管理和人性化感知方面早有成功案例。早在2008年，國家圖書館上線的“虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)”標(biāo)志著國內(nèi)圖書館虛擬現(xiàn)實技術(shù)成功起步，隨之各高校圖書館數(shù)字閱讀體驗區(qū)層出不窮。在5G網(wǎng)絡(luò)布局下，圖書館借助VR技術(shù)為用戶提供融合多場景的知識體驗，運用VR/AR技術(shù)與地圖軟件或圖書館模型相結(jié)合，根據(jù)讀者實際位置及需求給出到達(dá)其所需資源位置的最優(yōu)路徑，然后通過射頻技術(shù)將資源呈現(xiàn)到讀者的移動終端上，并實現(xiàn)一站式的查詢、借閱、參考咨詢等在內(nèi)的一系列可視化、實時交互的立體服務(wù)，增強(qiáng)讀者用戶對智慧圖書館現(xiàn)實環(huán)境的理解與體驗。

3.1.3 5G與SI技術(shù)

體感交互技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用已經(jīng)不是熱門話題，但是5G賦予體感交互技術(shù)的新技能又一次讓智慧圖書館心動。0.1Gbps-1Gbps的用戶體驗速率、10Tbs/km2的流量密度、時速高達(dá)500km/h的移動通信環(huán)境讓體感交互設(shè)備在智慧圖書館中的應(yīng)用場景更加廣泛。智慧圖書館利用生物認(rèn)證傳感器的面部識別認(rèn)證功能優(yōu)化圖書館服務(wù)，通過光學(xué)感測、慣性感測和光學(xué)聯(lián)合感測捕捉并生成復(fù)雜、可靠且難以篡改的生物認(rèn)證身份，避免了讀者用戶攜卡的不便，同時也加強(qiáng)了圖書館的安全管理。智慧圖書館的移動服務(wù)端可為用戶提供手勢識別、運動捕捉、面部表情識別、眼球追蹤等服務(wù)內(nèi)容，并動態(tài)捕捉用戶的心理行為特征，進(jìn)而為讀者提供個性化定制服務(wù)[5]。

3.2 5G技術(shù)助推圖書館智慧服務(wù)方式創(chuàng)新

5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)利用算法分析對信息源進(jìn)行融合，帶給用戶研究領(lǐng)域的全方位進(jìn)展和整體態(tài)勢，最大限度地滿足用戶的信息需求。借助5G核心技術(shù)，圖書館為用戶提供針對性強(qiáng)的高質(zhì)量服務(wù)，進(jìn)而推進(jìn)終端與用戶間的良性互動，有助于創(chuàng)新多源信息融合的智慧服務(wù)。

3.2.1打破數(shù)據(jù)壁壘，開啟移動視覺搜索服務(wù)

移動視覺搜索（Mobile Visual Search，簡稱MVS）是將移動智能終端的信息獲取設(shè)備所采集到的視覺數(shù)據(jù)作為檢索對象進(jìn)行輸入，經(jīng)過預(yù)處理和特征提取程序得到關(guān)聯(lián)信息的一種信息檢索模式。圖書館利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作平臺將各類學(xué)術(shù)資源融入用戶情境信息和反饋數(shù)據(jù)中，讓用戶從海量的視覺資源中快速獲取關(guān)聯(lián)內(nèi)容。智慧圖書館MVS服務(wù)平臺利用視覺檢索數(shù)據(jù)和用戶歷史行為生成視覺檢索數(shù)據(jù)圖集和用戶特征向量并轉(zhuǎn)化為連續(xù)函數(shù)，最終形成用戶和視覺檢索數(shù)據(jù)索引，通過GPS、傳感器、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控器等設(shè)備感知讀者位置信息和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等動態(tài)情境，運用Hadoop云計算分布式框架和Ma-pReduce分布式編程模型等技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理，匹配讀者興趣區(qū)域，精準(zhǔn)定位搜索目標(biāo)，為用戶提供智慧型知識服務(wù)，提升讀者體驗、完善智慧圖書館知識服務(wù)體系[6]。

3.2.2構(gòu)建數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，打造智慧流媒體服務(wù)

流媒體服務(wù)對于智慧圖書館來說并不陌生，5G標(biāo)準(zhǔn)全力支持360°VR流媒體服務(wù)為圖書館開展智慧服務(wù)拓寬了新的領(lǐng)域。2018年4月，教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》[7]中明確了人工智能技術(shù)將成為智慧教育中最大的動力引擎。智慧圖書館可利用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)軍移動端教育培訓(xùn)領(lǐng)域，包括入館教育、專業(yè)教育和信息素養(yǎng)教育等，打破傳統(tǒng)的面對面?zhèn)魇诜绞剑脩衾弥悄苁謾C(jī)作為接入設(shè)備，聯(lián)合圖書館數(shù)字教育模型展開形象生動的虛擬化場景教育，為用戶模擬實體概況、空間向?qū)У刃畔①Y源，并開通跨屏數(shù)據(jù)，利用聚類算法綜合分析用戶心理情境，打造更為智能的精準(zhǔn)學(xué)習(xí)方式。

3.3 5G技術(shù)助力圖書館智慧服務(wù)的體系創(chuàng)新

5G概念白皮書指出：連續(xù)廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接和低時延高可靠是5G的四大主要技術(shù)場景。萬物互聯(lián)、深度挖掘、智慧數(shù)據(jù)將成為5G時代智慧圖書館的主流服務(wù)體系。5G的新特性必然會帶動云服務(wù)質(zhì)量的全面升級，無論在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面、基礎(chǔ)設(shè)施方面、業(yè)務(wù)服務(wù)方面，智慧圖書館都將加快推進(jìn)全面云化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，依托多接入邊緣計算（MEC），打造云網(wǎng)融合支撐的智慧服務(wù)體系，實現(xiàn)“云+網(wǎng)”一體化服務(wù)模式。

4 結(jié)語

圖書館保存和傳播人類文化知識的主題永恒不變，圖書館的歷史見證了人類文明的傳承與智慧的行蹤，每一次信息技術(shù)革命都將顛覆圖書館傳統(tǒng)的服務(wù)方式。5G是當(dāng)代高新技術(shù)的制高點，是圖書館拓展智慧服務(wù)新領(lǐng)域的重要支柱。信息交互模式的改變，意味著整個信息服務(wù)、知識服務(wù)環(huán)境的改變，未來圖書館將以大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)為支撐，不斷豐富智慧服務(wù)的內(nèi)涵，改革創(chuàng)新，推進(jìn)圖書館事業(yè)向前發(fā)展。