基于5G技术的校园网建设研究与实践

曾祥桔 牛思先

【摘  要】突如其来的新冠疫情，使线上教学成为高校新的教学方式，教学资源的丰富使以以太网为技术的校园网不能满足教学的需要。5G通讯技术的发展，为线上教学提供了强大的技术支持，如何在原有网络的基础上运用5G技术构建校园网是新的研究课题。论文从网络的拓扑、接入网、网络构架、布线等方面进行了研究，设计出了具体的方案，经过仿真测试和部分实验，运行效果良好。

【Abstract】With the COVID-19 outbreak， online teaching has become a new teaching method in colleges and universities. The abundant teaching resources make the campus network based on ethernet unable to meet the needs of teaching. The development of 5G communication technology provides strong technical support for online teaching. How to use 5G technology to build campus network on the basis of the original network is a new research topic. This paper studies the topology， access network， network architecture， cabling and other aspects of the network， designs a specific scheme. Through simulation test and some experiments， the operation effect is good.

【关键词】5G;校园网设计;局域网;移动网络;智慧校园

【Keywords】5G; campus network design; LAN; mobile network; smart campus

【中图分类号】TP393.1;TP311.1                             【文献标志码】A                                 【文章编号】1673-1069（2020）10-0094-03

1 引言

基于以太网技术，学校建成了“千兆接入到楼宇，百兆连接至桌面”的高速校园网络，通过移动、联通、电信、教育网4个网络出口连接互联网;建设的WiFi无线网络，为师生在校园范围内使用信息资源提供了快速、便捷。进入大数据时代，人们对大流量数据的需求越来越多，智能家居、设备互联逐步进入现实生活中，教育行业的需求也逐日增加。建设校园设备智能物联、教学方式智慧多样的智慧型校园[1]，建设基于5G技术的校园网也就势在必行。

2 校园网的现状

学校现在已经建成千兆到楼宇，百兆到桌面的高速网络，拥有信息点17000余个，覆盖两个校区建筑区域。通过移动、联通、电信、教育网连接互联网，提供15G的出口带宽，其中分为学校投资维护运营的办公区、教学区有线网络，学校投资、卓智网络科技代为运营管理的宿舍生活区的有线网络、无线网络，网络拓扑如图1所示。

3 校园网存在的不足

3.1 室内覆盖率低

目前室外的4G网络覆盖良好，但在室内的信号绝大多数还是依赖于室外基站远距离进行辐射，在人员密集区域，流量使用需求大，仅依靠室内WiFi网络无法满足上网的需求。在流量高峰期及恶劣气候条件下，室内信号的接收极易受到影响，会形成有信号无网络的情况，上网受到一定的影响，仅靠室外基站收发全部的数据流量，无法在未来承担校园物联及其他教学设备的高质量网络需求。

3.2 室外覆盖不完全

现有的校园WiFi网络基本呈现室内使用为主的情况，在校园主干道上依旧会存在覆盖不全、信号不稳定的情况，在不同区域时WiFi网络切换存在一定延迟及等待，并且存在一定的覆盖盲区。

3.3 网络安全存在风险

WiFi网络通常用于一定局域网内的简单的视频传输等场合，容易受到各方面的干扰，且WiFi网络缺乏必要的安全机制，容易受到他人对信息的窃听或盗取[2]。

4 基于5G的校园网络设计

5G校园网络设计以原有校园网络结构为基础，将5G网络接入校园网系统中，提供在原有网络下另一种高效实用的接入方案。

4.1 总体设计方案

为了增强校园移动通信网络，为今后建设智慧校园做好前期的网络部署，进一步加强校园无线网络的覆盖、提升在校师生的上网需求，为校园物联网设备、监控设备、教学设备、移动应用设备等硬件的接入提供更高质量的接入与服务、進一步促进学校教学、科研与管理，5G校园网的网络结构如图2所示。

5G移动通信网络隶属于运营商管辖，在进行校园网络建设时须依附于运营商现有的规划进行方案部署，同时结合校园实地环境按需规划建设，因此，校园5G网络的规划研究主要以接入网为主。

4.2 接入网设计

4.2.1 接入网基础结构简介

5G接入网从使用场景分为室外机室内场景，主要为用户设备提供鉴权、带宽分配、接入保护等功能。

4G基站包含基带单元BBU、射频单元RRU、馈线、天线、供电单元等设备。在以往建设中，这些设备通常部署在一体化机柜或接入网机房中。在不断演进中，RRU从机房（柜）分离出来，直接部署在天线附近。

5G时，天线、RRU、BBU部分物理层功能合并为AAU设备，BBU将分割为集中式中央单元CU与分布式单元DU两部分。部分核心网的功能下放至CU中形成移动网络边缘计算中心MEC，使数据本地化处理，减少绕回运营商核心网的延迟。形成如今5G的AAU+DU+CU组网结构[3]。

4.2.2 接入网设计

5G接入网室外场景基站原则上使用AAU+DU+CU的模式进行建设，具体建设方案根据5G应用场景，根据具体环境，决定DU与CU在回传网的部署位置，采用有源数字化室分系统BBU+RHUB+RRU结构组网。

①宿舍及教学楼等区域，为人员高度密集而又相互隔断的单间，对于未部署过室分系统楼宇，采用有源数字化室分、分布式皮基站室分方案。

②对于网络需求量不多的办公楼，采用室外微站建设。

③对于人员流量大的区域，通过单独布设pRRU至楼层单间，必要时可外接pRRU天线拓展覆盖范围，pRRU使用五类双绞线连接楼层RHUB，各楼层HUB用光纤汇接入BBU，BBU连接网管设备并接入承载网。

5 网络构架设计

网络采用“核心交换机—汇聚交换机—楼宇主AP（汇聚交换机）—微AP”的网络结构，根据不同区域进行设计，宿舍区设计如图4所示。

6 综合布线设计

根据区域及业务的不同，在原有网络基础上，进行各个子系统的设计，如办公教学区设计：

①工作区（终端）子系统。针对教学区室内采用5G数字化室分或分布式皮基站进行无线信号覆盖，每件安装一台PRRU设备，使用五类双绞线线连接RUHB设备，利用上联RUHB设备的网线进行POE供电。

②水平布线子系统。原有的有线接入及WiFi无线接入需要保留，不做更改，5G网络线路需要重新敷设五类双绞线，供室分设备用户端接入。

③垂直干线子系统。垂直布线可使用光纤将各楼层的BBU设备与RUHB设备连接起来，进行竖井走线或利用原有布线管道。

④管理子系统。利旧原有楼宇挂壁机柜或设备间，所有线缆统一按照标准进行连接。

⑤建筑群子系统。各个楼宇之间使用单模光纤进行链接，各楼宇光纤线缆连接至校园基站设备中心进行网络汇聚，进行数据转发及交换。

7 VLAN划分及IP地址分配

对于IP及VLAN划分依旧可参考4G网络的方案。针对学校所在区域，采用本地业务区的IP地址分配方案。

8 仿真模拟测试

利用仿真软件对校园5G网络架构部分进行模拟配置。完成网络仿真的设计搭建后，使用Ping、Trace等命令对网络进行连通性、路由跟踪、业务实现等方面的测试，网络运行正常。

9 结语

移动通信技术日新月异，校园网络对流量及高带宽的需求越来越多，网络规模也将越来越大。在5G发展背景下，建设符合校园发展的5G网络是大势所趋。在建设过程中，结合高校已有的具体网络环境，应用5G技术进行详细分析与论证，对校园建设5G网络进行详细的需求分析，提出升级改造的内容及目标，经过仿真实验和部分运行，设计方案有效可行，具有一定的应用和参考价值。

【参考文献】

【1】郑睿.5G时代下智慧校园与泛校园网的建设和应用[J].数字技术与应用，2019（9）：16-17.

【2】汤文莉.5G时代校园网安全技术发展方向探究[J].信息記录材料，2019（9）：42-44.

【3】徐俊波.5G在高校智慧校园中应用研究[J].中国新通讯，2020（4）：12-14.