（甘肅政法大學(xué)，甘肅 蘭州 730000）

0 引 言

5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展已成為社會(huì)的潮流，它的高傳輸、低延遲使得社會(huì)大眾對(duì)它熱衷。5G不同于3G和4G，它是一個(gè)真正意義上的移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，為互聯(lián)網(wǎng)解決了不少疑難問(wèn)題。隨著5G技術(shù)的發(fā)展，它的新技術(shù)已應(yīng)用于很多領(lǐng)域，例如人工智能、人臉識(shí)別、自動(dòng)駕駛、智慧課堂等。本文探討了5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在校園中的應(yīng)用。

1 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

1.1 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)簡(jiǎn)介

5G網(wǎng)絡(luò)是繼3G、4G的第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，它的傳輸速度可達(dá)20 Gb/s，相當(dāng)于4G網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的10倍以上。隨著大數(shù)據(jù)的來(lái)臨，5G的發(fā)展進(jìn)程也是日益加快，在高通、華為等的引領(lǐng)下，進(jìn)入了5G時(shí)代。5G時(shí)代給人們的生活增添了許多色彩，一些新技術(shù)的應(yīng)用為人們解決了很多困惑和疑難。

5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用使得政府、企業(yè)、學(xué)校等體驗(yàn)到了前所未有的便捷和高效。5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度特別快，尤其是一些文件的傳輸，壓縮文件的傳輸比以前更快；它的傳輸穩(wěn)定性也較好，較之前不會(huì)出現(xiàn)傳輸過(guò)程中丟失信息等；高頻傳輸技術(shù)也很突出，在網(wǎng)絡(luò)速度方面，要增加傳輸速度就得增加高頻率，在高頻率問(wèn)題上，5G網(wǎng)絡(luò)就解決了這個(gè)問(wèn)題。

在5G網(wǎng)絡(luò)中，很重要的一部分就是網(wǎng)絡(luò)切片。為了使5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到多個(gè)環(huán)境里，將5G網(wǎng)絡(luò)切開(kāi)，按照應(yīng)用環(huán)境劃分成許多塊邏輯網(wǎng)絡(luò)。不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于不同的網(wǎng)絡(luò)。例如將網(wǎng)絡(luò)分成5個(gè)切片，切片1是自動(dòng)駕駛，切片2是智能手機(jī)，切片3是人工智能，切片4是物聯(lián)網(wǎng)，切片5是其他。下面就5G網(wǎng)絡(luò)在校園中的架構(gòu)做以簡(jiǎn)單描述。

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在校園中應(yīng)用的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)在校園中應(yīng)用的架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要分為兩部分，一部分是5G的接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，另一部分是中心接入。在接入網(wǎng)和核心網(wǎng)中，最重要的是它的核心云和邊緣云，在核心云中有5G核心用戶(hù)和5G核心控制，核心用戶(hù)是存儲(chǔ)客戶(hù)信息的大型數(shù)據(jù)庫(kù)，而核心控制是指令發(fā)布者，指揮著5G網(wǎng)絡(luò)中的各項(xiàng)服務(wù)運(yùn)行。核心云經(jīng)過(guò)回傳到邊緣云，邊緣云主要包括MEC和CU，然后經(jīng)邊緣云傳到DU，再經(jīng)DU前傳至AU，最后AU可通過(guò)基站連接到大規(guī)模MIMO、400 MHz帶寬的毫米波和大規(guī)模聚合，這些模式的傳輸速率可達(dá)到20 Gb/s。

在中心接入中，AU可通過(guò)基站接入到中心交換機(jī)。中心交換機(jī)相當(dāng)于5G應(yīng)用中的一個(gè)中心平臺(tái)，中心平臺(tái)能夠直接接入郵件服務(wù)器、OA服務(wù)器、VOD服務(wù)器，這些服務(wù)器可接發(fā)郵件，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化，進(jìn)行視頻點(diǎn)播服務(wù)。中心交換機(jī)還可通過(guò)路由器的轉(zhuǎn)換經(jīng)過(guò)防火墻接入DNS服務(wù)器，獲得網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的域名和IP地址。通過(guò)防火墻也能夠接入到校園局域網(wǎng)中，如校園中的教學(xué)樓、辦公樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書(shū)館、信息樓等。

核心云和邊緣云中都涉及到NFV。NFV是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，它采用網(wǎng)絡(luò)的虛擬服務(wù)，基于硬件設(shè)施實(shí)現(xiàn)通信功能節(jié)點(diǎn)的軟件化，是通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù)。在5G網(wǎng)絡(luò)中，還有一個(gè)與NFV并肩的是SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)，它被用來(lái)控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面解耦。SDN是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)中的承載網(wǎng)；而NFV是計(jì)算技術(shù)，主要應(yīng)用在5G網(wǎng)絡(luò)中的核心網(wǎng)和接入網(wǎng)。

1.2 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是指終端和客戶(hù)端完成5G通信服務(wù)所要遵循的規(guī)定和約定。

協(xié)議定義了數(shù)據(jù)單元使用的格式等，信息單元包括信息、定義、連接方式等，能夠保證網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)順利傳輸?shù)酱_定的地方。5G通信協(xié)議主要有用戶(hù)面協(xié)議、控制面協(xié)議、數(shù)據(jù)面協(xié)議?？刂泼鎱f(xié)議和數(shù)據(jù)面協(xié)議如圖2、圖3所示。相比于4G的空口協(xié)議，5G的變化不大。在用戶(hù)面協(xié)議，5G空口用戶(hù)協(xié)議棧多了一層SDAP。SDAP協(xié)議定義于TS37.324，PDCP定義于TS38.323，MAC定義于TS38.321。數(shù)據(jù)面的整體協(xié)議也多了一個(gè)SDAP。

圖2 控制面協(xié)議

圖3 數(shù)據(jù)面協(xié)議

1.3 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)編碼

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)編碼在其發(fā)展進(jìn)程中有過(guò)一段爭(zhēng)議，最后采用了Polar碼。當(dāng)人們用手機(jī)刷朋友圈、看視頻時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)無(wú)線信號(hào)在手機(jī)和基站之間傳遞，有時(shí)會(huì)受到無(wú)線的干擾，覆蓋面弱。手機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和基站接收到的數(shù)據(jù)會(huì)有不一致的狀況，為了糾正，移動(dòng)通信引進(jìn)了信道編碼技術(shù)。5G信道編碼技術(shù)需要支持更廣泛的碼塊長(zhǎng)度和更多的編碼率，而Polar碼和LDPC碼在計(jì)算復(fù)雜度上優(yōu)于Turbo碼，所以采用Polar碼和LDPC碼。在5G編碼應(yīng)用中，控制信道采用Polar信令信道編碼方案，在業(yè)務(wù)信道采用LDPC數(shù)據(jù)信道編碼方案。

1.4 4G網(wǎng)絡(luò)到5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的演變

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是從4G網(wǎng)絡(luò)演變而來(lái)的，空心和核心網(wǎng)的變化特別明顯。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，5G與4G相比最大的變化就是核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的分離變得模糊了，在接入網(wǎng)中，主要是面向5G，CU和DU的兩級(jí)架構(gòu)被大眾認(rèn)可。這一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合構(gòu)成5G C-RAN的兩個(gè)基本要素。核心網(wǎng)的一部分應(yīng)用功能以MEC邊緣云的方式，下發(fā)到靠近用戶(hù)的基站，已達(dá)到縮短時(shí)延的效果。把原來(lái)的BBU中物理層下發(fā)到AAU中處理，把實(shí)時(shí)性需求高的物理高層、MAC、RLC層放在DU中處理，把實(shí)時(shí)性低的PDCP和RRC放到CU中處理。5G的核心網(wǎng)絡(luò)還采用SBA架構(gòu)，把原先的具有多個(gè)功能的整體分成多個(gè)獨(dú)立功能的個(gè)體，這些個(gè)體都能夠?qū)崿F(xiàn)各種服務(wù)。

2 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)涉及的新技術(shù)

2.1 人工智能技術(shù)在5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

人工智能（AI）是研究開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。在人類(lèi)編譯的程序運(yùn)行下，AI可以解決人們?cè)诳茖W(xué)領(lǐng)域和生活中遇到的疑難問(wèn)題，比如大量的數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析等。人工智能還可以?xún)?yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)，隨著5G技術(shù)的引入，它具備了更強(qiáng)的場(chǎng)景感知能力，能夠?qū)?chǎng)景感知進(jìn)行快速回應(yīng)，然后提供網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行策略或預(yù)測(cè)。在校園中應(yīng)用人工智能，從早晨到夜晚，使用5G網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備可以簡(jiǎn)單地設(shè)置所需的模式。5G技術(shù)在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用比比皆是，由于它大容量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和傳輸速度快，使得人工智能的感知反應(yīng)更加迅速、便捷。

2.2 人臉識(shí)別在5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，圖像處理技術(shù)已應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在人臉識(shí)別中，可以對(duì)用戶(hù)的身份進(jìn)行驗(yàn)證。人臉識(shí)別是根據(jù)人的臉部特征對(duì)人身份識(shí)別的技術(shù)，其方法是先在用戶(hù)端存儲(chǔ)用戶(hù)的照片信息，然后確定拍攝到的人流圖片或視頻是否出現(xiàn)人臉，出現(xiàn)人臉的話，收集人臉的特征信息，接著與之前存儲(chǔ)的人臉信息進(jìn)行對(duì)比，最后確定身份信息。人臉識(shí)別系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、學(xué)校、銀行、海關(guān)等各個(gè)領(lǐng)域。由于許多人臉識(shí)別系統(tǒng)都是在離線狀態(tài)下運(yùn)行，需要大量計(jì)算，因此云模式的人臉識(shí)別發(fā)展得很快。云模式的人臉識(shí)別是基于云計(jì)算服務(wù)下的程序，在APP端或微信端等都可以把人臉照片傳輸?shù)椒?wù)器，在服務(wù)器中完成識(shí)別，將結(jié)果傳輸?shù)娇蛻?hù)端。盡管如此，云模式的人臉識(shí)別還是速度慢、延遲大，影響了人臉識(shí)別的效率。5G的引入給人臉識(shí)別搭造了一個(gè)新的架構(gòu)，它的移動(dòng)邊緣計(jì)算在無(wú)線接入網(wǎng)內(nèi)提供存儲(chǔ)、計(jì)算、服務(wù)等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不易完成的功能。5G的新型構(gòu)架給云模式下的人臉識(shí)別系統(tǒng)提供了新的技術(shù)，使得人臉識(shí)別的速度和準(zhǔn)確性增加，也大大節(jié)約了整體的成本，同時(shí)也促進(jìn)了5G的新型應(yīng)用。

2.3 虛擬VR在5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

VR是虛擬現(xiàn)實(shí)的意思，它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)給人們制造出一個(gè)身臨其境的三維空間視覺(jué)體驗(yàn)。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)仿真、人工智能、傳感技術(shù)、高速計(jì)算等技術(shù)，是一種以計(jì)算機(jī)作為輔助的高技術(shù)系統(tǒng)。在VR中，它收集大量的圖片和視頻，通過(guò)建模、投影等形成一種虛擬模擬環(huán)境，然后通過(guò)感知終端和顯示終端讓人眼接觸。當(dāng)然，這對(duì)終端的配置要求很高，要做到音頻和視頻協(xié)同，VR的頭盔、眼鏡、手柄必須符合標(biāo)準(zhǔn)。分辨率對(duì)VR的影響也是很大的，分辨率低會(huì)導(dǎo)致人眼體驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)眩暈等，其主要的原因是MTP時(shí)延長(zhǎng)、幀率低。5G技術(shù)的引進(jìn)，為VR應(yīng)用部署了網(wǎng)絡(luò)切片，為VR提供帶寬、時(shí)延等保障，對(duì)終端攝像頭視頻的采集上傳提供了高速帶寬，對(duì)圖像的預(yù)處理做了邊緣計(jì)算處理，優(yōu)化云端數(shù)據(jù)到顯示端的傳輸，減少時(shí)延。同時(shí)，在顯示端通過(guò)5G通信使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，直接傳輸畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)了快速、便捷的功能。

3 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在校園中的應(yīng)用

3.1 校園網(wǎng)絡(luò)速度的有力提高

隨著校園網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)需求越來(lái)越大，逐漸依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)的帶寬、速度等。為了滿(mǎn)足校園網(wǎng)的需求，許多高校引進(jìn)了5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。引入5G網(wǎng)絡(luò)主要是建設(shè)5G+MEC的智慧校園，使得師生們?cè)趯W(xué)習(xí)、工作、生活中獲得更多的便利和服務(wù)。因?yàn)?G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基站在外部，對(duì)室內(nèi)的傳輸效果不好，但是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以解決這方面的問(wèn)題，它具有良好的穿墻效果。校園網(wǎng)由于局域的限制，傳輸速度慢、帶寬小，所以為了綜合建設(shè)智慧校園，在5G基站以無(wú)線網(wǎng)的形式連接到校園網(wǎng)，使得校園網(wǎng)的速度效果更好。

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的完善

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在校園中的應(yīng)用比比皆是，在仿真實(shí)驗(yàn)室，它所進(jìn)行的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作都是建立在無(wú)限接近于真實(shí)環(huán)境的模擬場(chǎng)景下，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。它應(yīng)用計(jì)算機(jī)的仿真軟件系統(tǒng)，還有三維圖形建構(gòu)進(jìn)行軟硬件交互，做出一套模擬實(shí)驗(yàn)的操作系統(tǒng)。仿真實(shí)驗(yàn)室大多在高校和實(shí)驗(yàn)室用來(lái)做教學(xué)任務(wù)，主要涉及物理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域。在國(guó)外，仿真實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在手術(shù)等方面被研究。但是實(shí)驗(yàn)操作中還是有些不盡人意，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的引入，為仿真實(shí)驗(yàn)室搭建了新的架構(gòu)，5G的高速傳輸功能使得在仿真實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行中出現(xiàn)的誤差更小，能夠得到更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5G的虛擬服務(wù)應(yīng)用在仿真實(shí)驗(yàn)中，也會(huì)使得實(shí)驗(yàn)者能夠產(chǎn)生更真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，以便于實(shí)驗(yàn)者開(kāi)創(chuàng)出新思路。

3.3 教學(xué)管理的高效性

在教學(xué)管理方面，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的引入為教師們減少了一些壓力。針對(duì)智慧化教室平臺(tái)的建設(shè)，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以提供高速網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使得師生們能夠更好地在線上交流，不會(huì)出現(xiàn)以往的網(wǎng)絡(luò)卡頓現(xiàn)象，還能夠清晰地觀察到對(duì)方的面部表情特征。教師們可以不用到教室里就能夠?qū)W(xué)生們實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)也可以發(fā)出指令給學(xué)生，讓學(xué)生有效地完成任務(wù)。在監(jiān)考人員不充足時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)考模式等，這會(huì)節(jié)省很多時(shí)間和成本。

3.4 學(xué)生安全的管理

在學(xué)生的安全管理方面，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)起到很大的作用。不管在校園的室內(nèi)還是室外，通過(guò)5G服務(wù)連接的云攝像機(jī)可以提供學(xué)生們的實(shí)時(shí)情況，為學(xué)生的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全起著一定的預(yù)防作用。當(dāng)個(gè)人受到損失時(shí)，憑借著5G的低延遲功能能夠快速地分析視頻畫(huà)面，找到所要尋找的人員。5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的引入還可以使校園檢測(cè)系統(tǒng)能夠更快速更準(zhǔn)確地分析出被檢測(cè)人員是否是該學(xué)校的師生，對(duì)人體的體溫的感應(yīng)也更加靈敏。當(dāng)識(shí)別出不是該校的師生或者體溫異常時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)也會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送到終端，終端的管理者通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)通信就可以收到數(shù)據(jù)。

3.5 教學(xué)科研平臺(tái)

在教學(xué)科研方面，主要涉及到5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的切片技術(shù)。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的切片技術(shù)在一個(gè)物理層上可以構(gòu)建一個(gè)專(zhuān)用的、按需的網(wǎng)絡(luò)模塊，這些網(wǎng)絡(luò)模塊只提供給專(zhuān)用的部門(mén)，既保障了高校的隱私數(shù)據(jù)資料，又在不同業(yè)務(wù)同時(shí)工作時(shí)保證重要工作先行進(jìn)行。還可以利用5G嵌入模塊進(jìn)行配置模式，支撐5G下的創(chuàng)新技術(shù)，來(lái)滿(mǎn)足教學(xué)、科研等服務(wù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)前，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，生活中已經(jīng)完全離不開(kāi)它了。5G網(wǎng)絡(luò)擁有傳輸速度快、帶寬高、低延遲等特點(diǎn)被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在校園中的應(yīng)用也是必不可少的。雖然4G和5G中間差著一個(gè)G，但是在5G的道路上它還需要很多的改善，比如基站的成本太昂貴，還有對(duì)基站的保護(hù)不夠等，這對(duì)于校園引進(jìn)5G有一些細(xì)小的阻礙。但是總的來(lái)說(shuō)，5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有著巨大的潛力，尤其是在人工智能、自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程手術(shù)、云存儲(chǔ)等方面，5G網(wǎng)絡(luò)是其中堅(jiān)力量，這將為人們的網(wǎng)絡(luò)生活提供可靠、便利的保障。