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郑州师范学院5G校园融合专网建设的探索与实践

来源:本站 作者:赵海兰 郑州师范学院信息化建设办公室 发表于:2022.06.30  133浏览

/赵海兰 郑州师范学院信息化建设办公室主任


党的十八大以来,教育作为一项重要的民生工程,在历次政府报告中均占据重要篇幅。近年来,国家发改委、教育部、河南省教育厅为推动教育行业快速发展,也密集出台相关政策文件:20199月,教育部等十一部门联合印发《关于促进在线教育健康发展的指导意见》,指出抓住5G商用契机,加快推进物联网、云计算、虚拟现实等技术在教育领域的规模化应用;20203月,国家发展改革委、工业和信息化部联合发布《关于组织实施2020年新型基础设施建设工程(宽带网络和5G领域)的通知》,重点支持部署5G基站、边缘计算MEC平台,支持网络专享功能;202012月,《河南省教育厅办公室关于征集2021年度5G项目的通知》要求,加快推动5G网络建设和产业发展配套项目建设,突破一批“5G+集成应用”技术,支持5G骨干企业与高校、科研院所开展深度合作。为深入贯彻党中央、国务院关于加快5G发展,促进5G与教育创新融合精神,深入落实《河南省加快5G产业发展三年行动计划(2020-2022年)》,郑州师范学院积极探索“5G+智慧校园”的建设思路和方法。

  一、校园网建设中的困境

随着信息技术的发展,视频教学、AR/VR、全息教学等智慧化、数字化教学应用已深入校园,传统校园网络已无法满足、承载高速发展的高校信息化、智慧化校园应用需求,智慧校园建设面临无法回避的发展瓶颈。

1、传统无线校园网在开放的频段下,无线信号易被干扰引起冲突。在宿舍、食堂等师生用户高密度区域上网体验受到严重影响。

2、传统无线校园网还存在基础投资大、维护成本高等问题。多数高校无法实现校园网全校无缝覆盖,而是仅覆盖校园主要区域,无法满足师生随时上网需求。建成后,每年还需花费大量资金购置昂贵的网络设备进行旧设备的更新。

3、网络专业技术人员的缺乏也是高校不得不面对的现实问题。高校网络管理部门存在着人员配备不足、技术人员身兼数职、人员业务水平参差不齐等情况。面对一般网络故障还能处理,复杂故障就未必能做到及时解决,从而造成师生上网体验差,投诉多;维护人员每天疲于处理各类投诉,网络管理部门压力巨大。

  二、5G校园融合专网建设的探索

为解决以上问题,郑州师范学院牵头与河南移动成立5G校园融合专网专项工作组,经过半年多的技术攻关,率先建成了中部省份首个5G校园融合专网。

1、建设规划

一期打造ToC校园专网。在学校现有已建5G基站及校园网基础上,不进行大规模变动,满足师生使用5G终端便捷访问校园网的需求。

二期打造ToC+ToB融合专网。增加云网融合服务网关iGWiGWInternet Gateway)用于网络隔离的网关及教育边缘云平台。满足师生访问校园场景下各智慧化校园应用的切实需求,如:智慧能源管控、AR/VR教学、平安校园等应用。

1 5G校园融合专网建设规划图

2、建设过程

2021年1-3月,完成5G基础设施部署,实现校园室内外全域5G覆盖。

2021年4-5月,举行“5G校园活动周”,确定5G专网建设方案及目标。

2021年6月,成立项目合作组,14天完成5G专网测试环境搭建。

2021年7-8月,修改策略,省移动核心网再次进行网络环境的修改和搭建。

2021年9-10月,专网内部测试成功后,全体师生正式上线使用,试运行。

2021年11-12月,专网正式进入商用——5G手机+5G套餐+专网服务包。

3、解决方案

郑州师范学院5G校园融合专网采用专用DNN+2B2C UPFULCL)的方式。在运营商核心网面向师生终端侧增加专用DNN-SHIFAN.HA配置,做到全省范围内公网和校园内网均可通过该专用DNN访问,在运营商辅锚点UPF与校内出口之间增加专用通信光缆隧道,在郑州师范学院校内部署融合网关。其核心技术是应用ULCL分流技术,当师生访问公网业务时,分流到主锚点UPF;当师生访问内网业务时,分流到辅锚点UPF进行访问;当师生用户漫游到省外时,DNN切换到通用DNN-CMNET,实现公网访问。

DNN数据规划:运营商为学校师生增加专用DNN- SHIFAN.HA,相关测试个人用户在UDM上签约此专用DNN

用户IP地址规划:网络运营商为SHIFAN.HA分配一段和校园内网服务器不冲突的IP地址,供师生在河南访问校园内网时使用。

2 5G校园融合专网技术架构图

分流方案:采用基于位置+专用DNNULCL分流,分流位置范围规划为河南省,5台通用2C UPF作为主锚点,12C UPF作为辅锚点和ULCL UPF。使用该专用DNN的师生用户在省内,访问公网业务时分流到主锚点UPF,访问内网业务时则分流到辅锚点UPF

业务过程:在河南省内,师生用户在终端上自动选择专用DNN-SHIFAN.HASMF基于PCC下发的分流策略(SMFService Management Function,通信设备中的一种业务管理功能;PCCPolicy and Charging Control,用户策略及计费控制),对签约了学校分流业务的用户插入ULCL UPFULCL UPF根据分流规则完成分流,将师生私网流量由N6口通过专用光缆隧道送到学校内网,再由融合网关设备进行统一校内资源调配,师生公网流量由N9口送到大网UPF。在河南省外,师生用户在终端上手动选择通用DNN,此时SMF不再插入ULCL UPF,与其他用户访问公网流程一致。

安全性方面:郑州师范学院5G校园融合专网通过网络切片、边缘节点、数据隔离等方式对内网业务进行隔离,5G专网用户在接入时会对该用户身份数据DNN进行查询,非授权用户无法接入内网,同时后期项目推广中还可将UPF下沉到校内,利用边缘计算使用户数据不出校内,进一步保障了网络安全。

 三、5G校园融合专网的应用与实践

1、校园应用

项目部署后,郑州师范学院师生在不换卡、不换号、不用手动设置、不使用VPN的情况下,使用5G校园融合专网即可在河南省范围内访问学校教务系统、财务系统及图书资源等校园内网资源,并实现内外网访问无感知切换。同时,使用5G校园融合专网网速更快,延时更低,网络更稳定。5G校园融合专网的建设切实满足了智慧课堂、VR/AR、高清会议直播、远程教学等智慧校园应用的大带宽、低延时网络需求,有效解决了现有校园网的各种瓶颈。

3 通过5G校园融合专网登录教务系统、财务系统

5G校园融合专网建成之前,师生在校内需要在办公室、宿舍或图书馆使用校园有线宽带或者校内Wi-Fi验证登录访问学校内网资源,在校外只能通过VPN拨号访问学校内网资源。如今,已经注册5G专网的郑州师范学院师生,无论身处校园内外,都可以不再通过VPN拨号等复杂流程,更快捷、更安全地访问校园内网资源,网速轻松翻倍。截至目前,郑州师范学院5G校园融合专网用户已达到9226人。

2、商业推广

2021年1028日,5G双域校园专网正式商用新闻发布会在郑州师范学院嵩山学堂举行,标志着中部省份首个5G校园融合专网正式落地。河南省发改委信息中心副主任于颖,河南省教育信息中心主任王磊,郑州师范学院副校长孔青,河南省教科网网络中心主任、郑州大学信息化办公室主任李占波,中国移动通信集团河南有限公司副总经理胡波、政企部总经理张鹏程,郑州移动分公司副总经理乔朋等领导参加了发布会。

4 5G双域校园专网正式商用新闻发布会现场

2021年11月起,学校使用“5G手机+5G套餐”的师生,通过订购5G专网服务包(5/月,含100G校园流量)即可便捷使用“5G校园融合专网”。

郑州师范学院5G校园融合专网实现了5G专网ToC业务全流程贯通,不仅为全省“5G+智慧校园”建设打造了标杆案例,而且可承载智慧能源管控、VR/AR教学、远程教学等各项5G校园应用,真正实现校园数字化、智慧化。同时,5G校园融合专网的使用,将有利于突破传统的学校工作方式,提高工作效率,实现多部门数据共享,提高师生信息化应用水平,为教育信息化改革带来深远影响。(郑州师范学院《5G校园融合专网建设》项目入选河南省“2021年度高等学校信息化应用优秀案例”。)

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