5G智慧教育，5G校园专网方案及对比分析

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　　5G作为中国“新基建”战略的七大支柱之一，逐渐改变着社会的方方面面。随着5G的大规模商用和覆盖的完善，5G开始进入校园，推动智慧教育的发展、智慧校园的建设。

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　　AR/VR教学、远程示教、巡检机器人、校园智感安防等智慧化应用改变了传统“教和学”的模式，改变了传统的校园管理模式，实现了对数字校园的赋能，主要体现在以下几个方面：数字校园将贯穿学生培养的全过程；数字校园将带来教学方式的改变；学生的知识传导将更具针对性，个性化教学的特色将更加鲜明；数字校园将推动学校精细化运营管理。

　　数字校园除了满足教学和校园管理的需求外，学校师生还希望可以通过普通手机无感访问校园内网的资源，如学校办公系统、学生在线学习系统、学生课程管理系统等，以提升师生的办公和学习效率，同时又可以访问互联网。其详细需求如下：签约的学校师生在一定范围内（如校园范围、城市范围等）通过5G校园专网在不需要配置APN/DNN或切换APN/DNN的情况下（下文中APN和DNN统一用DNN表示），既可以访问校园内网，又可以访问互联网；其他未签约5G校园专网的用户通过现有互联网方式访问校园内网；在没有5G网络时，可以通过4G网络访问校园内网；可以在异地漫游时按需实现对校园内网的访问。

　　5G校园专网方案及对比分析

　　四大专网方案介绍

　　校园专网相对于其他行业专网场景而言，具有一定的特殊性，主要体现在校园专网的用户多为to C类用户（学校教职工、学生等），有同时访问校园内网和互联网的诉求，且活动范围不固定，具备广域移动性特征。而其他行业专网主要面向生产设备、物联网终端等to B类用户，此类用户一般仅需访问企业内网，移动性不强，活动范围有限。

　　根据学校对5G专网的需求，基于目前3GPP的标准和运营商网络可以支持的能力，提出4个5G校园专网方案，分别是：专用DNN+路由器分流方案、通用DNN+ULCL（Uplink Classifier）方案、专用DNN+ULCL方案、通用DNN+专用DNN+ULCL方案。

　　如表1所示，4种方案所采用的网络策略和所需的网络配置不尽相同，对终端的要求不同，方案实现的效果也有所差异。

　　表1 5G校园专网方案

　　AMF具备DNN纠错功能，无论是终端上配置的DNN、通用DNN还是专用DNN，AMF会根据用户在UDM中签约的DNN与终端请求消息中的DNN进行匹配，若匹配成功，则使用终端配置的DNN；否则AMF将执行DNN纠错功能，DNN纠错功能可以配置为签约的default DNN优先、仅local DNN、local DNN优先等3种策略，3种策略实现的功能如下。

　　签约default DNN优先：AMF首先判断是否存在签约default DNN，若存在，则使用default DNN作为终端的DNN；若不存在签约的default DNN，则判断AMF配置的local DNN是否在终端签约的DNN列表中，转入仅local DNN纠错策略。

　　仅local DNN：判断AMF配置的local DNN是否在终端签约的DNN列表中，若在，则使用AMF本地配置的local DNN；若不在，则AMF拒绝终端请求流程，拒绝终端接入。

　　local DNN优先：判断AMF配置的local DNN是否在终端签约的DNN列表中，若在，则使用AMF本地配置的local DNN；若不在，则判断是否存在签约default DNN，若不存在签约default DNN，则在签约的DNN列表中随机选择一个DNN，若存在签约default DNN，则使用签约的default DNN。

　　方案对比

　　通过用户对手机操作的便利性、是否支持4G/5G同时访问、是否支持漫游、用户的业务体验保障等维度对上述4种方案进行分析，在目前的技术条件下，其优劣势对比如表2所示。

　　表2 5G校园专网方案对比分析

　　推荐的校园专网方案

　　通过对以上4个校园专网方案优缺点的分析，推荐方案四作为校园专网的首选方案，该方案最大程度保证了校园专网用户（尤其是外地学生）漫游时访问互联网的业务体验，仅在需要访问校园内网时手动切换DNN。

　　组网架构

　　5G校园专网的用户为公众用户，因此校园专网方案需基于运营商to C网络进行搭建，校园师生的to C手机卡在UDM或PCF上进行专网签约，通过地市to C UPF为校园专网用户提供校园内网访问服务。省会大网to C UPF作为本方案的主锚点和互联网出口，地市to C UPF作为ULCL UPF（兼做辅锚点）负责校园专网用户的数据分流。校园专网组网架构如图1所示。

　　

　　图1 校园专网组网架构

　　业务规划

　　对于用户来说，校园专网能满足3类业务：一是在UDM上同时签约通用DNN和校园专网DNN；二是在PCF上签约校园分流业务策略，PCF配置分流策略使能的TAC list；三是校园专网TAC list列表范围可以规划为整个城市范围（不建议规划校园物理范围的TAC）。

　　对于普通用户来说，仅在UDM上签约通用DNN，通过to C大网UPF访问互联网，不能访问校园内网。

　　网络规划

　　本方案采用同时签约（通用DNN+专用DNN）+ULCL分流方式。

　　以运营商to C大网UPF作为ULCL分流的主锚点，以地市to C UPF或校园专用UPF作为ULCL UPF，并兼做辅锚点UPF，对校园专网用户的数据进行分流，若校园专网用户访问校园内网，则通过地市UPF或校园专用UPF与校园内网之间的N6接口实现；若校园专网用户访问互联网，则数据流量通过地市UPF或校园专用UPF的N9接口送至to C 大网UPF，再通过to C大网UPF的N6接口送至互联网。

　　地市to C UPF或校园专用UPF需要经防火墙隔离后，才能通过专线连接至校园内网，以保障运营商5G网络的安全。

　　校园专网场景

　　● 用户在签约地通过5G访问校园内网

　　签约了校园专网分流策略的用户无论在城市的哪个TAC区接入，PCF都会基于用户签约+实时位置而触发分流策略，SMF支持根据用户激活的DNN和位置信息选择ULCL UPF并触发创建ULCL流程，给ULCL UPF下发ULCL规则，ULCL UPF根据SMF下发的分流规则进行规则匹配和数据分流。并根据用户数据的目的IP+port号或DNS策略进行数据分流，对于访问校园内网的数据，通过辅锚点的N6接口送至校园内网；对于访问互联网的数据，通过ULCL UPF的N9接口送至主锚点UPF，通过主锚点UPF的N6接口送至互联网。

　　● 用户在签约地通过4G访问校园内网

　　由于4G网络不支持ULCL策略，不能通过手机携带的通用DNN访问校园内网。

　　因此，需要在手机上对DNN进行设置，把手机的DNN由通用DNN修改为校园专网DNN。安卓手机DNN的修改较为简单，按照规则配置即可，IOS手机不支持直接修改DNN，需要通过其他方法进行修改。

　　●漫游场景

　　当校园专网用户漫游至其他地区（不在签约的TAC list区域），需要访问互联网时，由于手机携带的DNN为通用DNN，因此可以正常通过漫游地的to C大网UPF直接访问互联网，流量无需全部迂回至签约地。

　　当用户需要访问校园内网时，同样需要对手机的DNN配置进行修改，把手机的DNN由通用DNN修改为校园专网DNN。安卓手机DNN的修改较为简单，按照规则配置即可，IOS手机不支持直接修改DNN，需要通过其他方法进行修改。

　　方案价值和效果

　　本方案支持校园专网用户通过4G或5G对校园内网的访问、支持漫游时对校园内网的访问，方案实施后可以达到如下效果。

　　一是校园专网用户在签约地通过5G网络接入时，安卓和苹果手机均不需要修改手机配置的DNN即可无感知访问校园内网或互联网。

　　二是专网用户在签约地通过4G接入或漫游（无论通过4G或5G接入）时，若需要访问校园内网，则需要手工切换手机配置的DNN。

　　三是专网用户漫游时，可通过漫游地的UPF正常访问互联网，流量无需迂回至签约地，保障了用户访问互联网的体验（尤其是游戏类低时延业务的体验）。

　　智慧校园和智慧教育的发展离不开5G校园专网的建设，校园专网满足了教职工和学生对信息获取方式的便利性诉求，改变了传统的通过PC端固定访问校园教学系统、教学资源的模式，让5G真正融入到学校的教学和管理环节。

　　5G时代的到来，为智慧校园建设提供了可靠的网络基础，将进一步推动优质教育资源共享，提高学校信息技术应用水平，提升教学质量和校园管理效能。同时，基于5G网络环境的智慧校园为学习者提供了知识获取的新方式、新途径、新模式，将加速数字教育的普及和推广。来源:通信世界

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