陸 杰 肖 嵐 肖三保 中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司南昌市分公司 江西省南昌市 330029

0 引言

利用運營商頻譜資源和大網(wǎng)運營優(yōu)勢，通過5G組網(wǎng)、切片和邊緣計算等技術，為行業(yè)客戶提供專屬覆蓋、網(wǎng)絡定制、數(shù)據(jù)隔離、質(zhì)量保證的基礎連接網(wǎng)絡，實現(xiàn)大帶寬、低時延、安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸，提供以5G SA技術為核心的“專建專維·專用專享”的專有網(wǎng)絡，滿足客戶在生產(chǎn)、辦公、管理等應用的通信服務需求。

圖1 5G專有網(wǎng)絡架構圖

1 5G專網(wǎng)分類及介紹

1.1 5G獨立專網(wǎng)

5G獨立專網(wǎng)產(chǎn)品是指利用5G組網(wǎng)、切片和邊緣計算等技術，采用專有無線設備和核心網(wǎng)一體化設備，為客戶構建一張增強帶寬、低時延、物理封閉的基礎連接網(wǎng)絡，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)與運營商公眾網(wǎng)絡數(shù)據(jù)完全隔離，且不受運營商公眾網(wǎng)絡變化影響。

1.2 5G混合專網(wǎng)

5G混合專網(wǎng)產(chǎn)品是指以5G數(shù)據(jù)分流技術為基礎，通過無線和控制網(wǎng)元的靈活定制，為客戶構建一張增強帶寬、低時延、數(shù)據(jù)不出園的基礎連接網(wǎng)絡。

該模式下客戶網(wǎng)內(nèi)業(yè)務數(shù)據(jù)本地卸載，可通過功能定制優(yōu)化，實現(xiàn)客戶生產(chǎn)業(yè)務不受公眾網(wǎng)絡故障影響，保障生產(chǎn)安全。5G混合專網(wǎng)產(chǎn)品網(wǎng)絡架構見圖2：

圖2 5G混合專網(wǎng)架構圖

1.3 5G虛擬專網(wǎng)

5G虛擬專網(wǎng)產(chǎn)品是指基于運營商5G公眾網(wǎng)絡資源，利用端到端QoS或切片技術，為客戶提供一張時延和帶寬有保障的、與公眾網(wǎng)絡普通用戶數(shù)據(jù)隔離的虛擬專有網(wǎng)絡。

2 5G教育專網(wǎng)選型

從三種類型專網(wǎng)特點來看，5G混合專網(wǎng)通過部署專用UPF 網(wǎng)元，實現(xiàn)客戶數(shù)據(jù)不出園區(qū)，本地靈活卸載，業(yè)務安全隔離，投資相對較小，因此5G教育專網(wǎng)優(yōu)先選用5G混合專網(wǎng)類型。

圖3 5G教育專網(wǎng)無線專網(wǎng)系統(tǒng)整體架構圖

3 5G教育專網(wǎng)建設方案

3.1 無線專網(wǎng)系統(tǒng)整體架構

3.1.1 每個專網(wǎng)用戶配置1 張校園專用5G SIM 卡。5G SIM卡啟用專用DNN（即APN），IP地址池由校園內(nèi)網(wǎng)分配。通過專用5G SIM卡接入5G基站。

3.1.2 校園專網(wǎng)5G網(wǎng)絡主要由室分系統(tǒng)構成，包括pRRU、rHub和BBU，無線信號由天線（pRRU附帶）接收，經(jīng)rHub匯聚，通過光纖傳輸?shù)紹BU。

3.1.3 BBU通過傳輸連接到運營商側的UPF，UPF通過防火墻和固定專線到教育專屬云平臺，與教育云平臺互通。

3.2 無線5G方案

3.2.1 組網(wǎng)方式：基站由專網(wǎng)用戶與公網(wǎng)用戶共享，通過5QI、預調(diào)度等無線空口技術保障專網(wǎng)用戶的體驗。

3.2.2 頻譜方案：主要規(guī)劃NR 3.5G頻段，200M帶寬滿足容量需求，超大容量場景規(guī)劃2.1G+3.5G頻譜協(xié)同。（本方案是某運營商進行例舉，不同運營商5G無線方案略有不同）。

3.2.3 方案優(yōu)勢：

（1）通過資源優(yōu)先級分配及預調(diào)度等空口技術與專項調(diào)優(yōu)，保障專網(wǎng)用戶的業(yè)務需求和體驗。

（2）NR 3.5G頻譜的200M帶寬較2.6G頻譜160M具備大帶寬優(yōu)勢，單小區(qū)提供2G小區(qū)容量；3.5G+2.1G的SUL（超級上行）特性，保障上行大帶寬需求；重點區(qū)域通過分布式Massive MIMO保障容量體驗；數(shù)字化室分可通過小區(qū)分裂實現(xiàn)軟擴容，無需硬件改造即可滿足后續(xù)業(yè)務增長需求。

3.3 傳輸承載方案

3.3.1 方案說明：CSG（基站網(wǎng)關）連接基站，實現(xiàn)環(huán)狀組網(wǎng)；ASG（匯聚網(wǎng)關，可與CSG 合一）打通5GC大網(wǎng)；DC-GW承載MEC服務器組網(wǎng)，同時打通企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。如圖4所示。

3.3.2 方案優(yōu)勢：環(huán)狀組網(wǎng)和雙機熱備，提供高可靠性承載。

3.4 UPF建設規(guī)劃

與大網(wǎng)共享UPF，通過固定專線連接教育專網(wǎng)平臺。

3.5 系統(tǒng)軟件功能

系統(tǒng)軟件采用符合無線通信3GPP協(xié)議標準的通信軟件，包括基站軟件以及邊緣計算UPF相關軟件，邊緣計算MEP 相關的應用APP，依據(jù)教育智慧應用具體類型，由第三方企業(yè)提供，負責對具體應用的管理。

圖4 5G教育專網(wǎng)系統(tǒng)整體架構圖

基站軟件的作用：進行5G信號的調(diào)制解調(diào)及傳輸，上行接收終端設備信號傳向核心網(wǎng)及服務器處理，下行通過5G信號給終端設備發(fā)送相關控制指令。

邊緣計算UPF的作用：實現(xiàn)數(shù)據(jù)分流，根據(jù)設定的規(guī)則，只需要在專網(wǎng)內(nèi)部傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分離到教育云平臺，需要傳輸?shù)竭\營商公網(wǎng)上的數(shù)據(jù)，分流到運營商的核心網(wǎng)設備上，最終傳輸?shù)絀nternet網(wǎng)絡。

3.6 網(wǎng)絡安全保障

除了繼承5G 空口和云化核心網(wǎng)的高安全標準外，還提供MEC安全與切片安全的能力。

4 5G教育專網(wǎng)多場景應用

4.1 與有線教育專網(wǎng)形成補充

傳統(tǒng)的校園網(wǎng)絡都是基于有線局域網(wǎng)，然后通過教育城域網(wǎng)訪問教育云平臺應用資源，并通過教育云平臺訪問外網(wǎng)。

本次基于5G專有網(wǎng)絡的示范應用，創(chuàng)新之處在于以無線高速局域網(wǎng)與傳統(tǒng)有線教育城域網(wǎng)互為補充，讓大量復雜的網(wǎng)絡配置和網(wǎng)絡安全工作交由運營商管理，大大簡化了校園信息化網(wǎng)絡維護和配置工作，也提升了校園信息化的網(wǎng)絡安全水平。

4.2 5G+虛擬現(xiàn)實教育

5G技術特性契合基于虛擬現(xiàn)實的沉浸式教學需求，確保超大內(nèi)容分發(fā)及低時延互動，通過軟硬件全方位的支持，使抽象的知識形象化，讓學習變成沉浸于虛擬空間的體驗之旅，全面革新現(xiàn)有的教育形式。

4.3 5G+遠程互動教學

5G大帶寬通道可承載4K/8K超清互動畫面，提供實時互動課堂優(yōu)質(zhì)體驗，強大的移動性更使處處可學成為現(xiàn)實，對于均衡優(yōu)質(zhì)教育資源和實現(xiàn)教育扶貧等具有重大意義。

4.4 5G+人工智能教育

5G大帶寬通道可以確保AI視頻通過人臉識別、行為識別、情感識別、語音識別、文本識別等AI識別技術及時收集教師及學生的各類綜合數(shù)據(jù)，從而生成教師及學生的各類大數(shù)據(jù)分析報告，為精準化教學提供數(shù)據(jù)決策依據(jù)。

4.5 5G+校園智能管理

利用5G大連接智能化管理校園基礎設施，比如校園安防系統(tǒng)、校園廣播系統(tǒng)、校園能耗系統(tǒng)、校園井蓋設施、校園消防系統(tǒng)，實現(xiàn)校園各類部件5G 全連接，降低運行成本，提升服務水平，保障學校安全。

5 結束語

在5G到來之際，智慧教育的技術手段面臨著變革。以5G為基礎的網(wǎng)絡可支撐智慧校園人、機、物深度融合發(fā)展，做到智慧教育的整體規(guī)劃、整體部署。5G技術將從智慧教學、智慧教研、智慧教管、智慧治理等多個維度推動智慧教育的發(fā)展。