WiFi6与5G技术在教育城域网中的融合应用前景

来源：南京市秦淮区教师发展中心 作者：徐强 发表于：2021.03.31  462浏览

随着信息化教学手段的快速普及，信息展现方式的日新月异，大数据分析在教育教学中的应用日益增多，这些都给教育城域网的建设带来极大的挑战。传统的WiFi5或4G网络已经不堪重负，2020年开始涌现出的各类直播课、在线课堂更是让传统教育城域网压力剧增，甚至达到不堪重负的地步。

南京市秦淮区在 2020年2-5月份的在线直播课中，仅仅一天，一个上午的直播带来的流量就达到150T，而150T的流量，仅仅给不到13万的在校学生提供了3个小时左右的在线直播服务。这类应用给传统的城域网络带来超大的流量负载压力。日益增长的网络流量已经被网络带宽所拖累，已经成为有效沟通的瓶颈，而这也成为研究WiFi6-5G网络融合网络的动力。

一、WiFi6与5G技术优势

建立教育城域网的目标是共享资源，包括硬件和软件资源，同时进行教育大数据的收集、处理、分析。目前，区域教育网络可以概括如下：校园网作为核心单元，在一定的教育思想和教育理论的指导下，根据网络的某些技术特征，可以在共享信息和资源的学校中实现区域性特征。教育城域网是一种基于教育和培训以及大数据分析处理的分布式区域网络资源系统。 

1.WiFi6

作为一种高效、流行和经济的移动无线技术，在过去的十年中，WiFi技术不断发展和完善，为运营商级网络奠定了基础，WiFi网络的传输速度又从最初的54Mbps到802.11a再到600Mbps到802.11n再次提高，再演变至802.11ac以及ad协议，网络速度已经超过1G。与此同时，网络访问延迟也大大缩短，同时WiFi6针对网络服务的控制功能也得到一定程度的增强。 

WiFi6极大地拓展了之前WiFi5有限的无线带宽，是传统WiFi无线技术的衍生、发展和集成。与固定的有线网络相比，它不仅在成本和带宽方面具有优势，而且由于无线技术的便利性，更加方便各类物联网设备在校园中进行有效部署，

WiFi6和5G网络之间的通信和协作具有非常广阔的发展前景。

2.移动数据传输技术

蜂窝移动通信发展非常迅速，因此业务需求远远超出了最初的预测。在大多数情况下，运营商仅限于固定频率范围，几乎没有希望扩大该范围，并且无法根据需求的发展扩展原始的模拟技术。新技术可以更有效地利用频谱，并为用户提供更高的安全性和舒适度。

而新兴的5G通讯技术同上述WiFi6技术一样，超快的网速、极小的网络延迟成为5G通讯技术的标签。

二、在教育城域网中5G网络与WiFi6网络的融合

1.5G网络与WiFi6融合的架构

随着终端用户需求的不断提升，在教育城域网环境下，为了满足各类终端的应用，5G网络与WiFi6的无界融合是实现用户双向数据沟通及交流的重要途径，在可以预见的时间段内，一定会成为5G网络系统设计中的优选方案。用户终端可以使用S2a、b、c接口通过可穿透高级分组核心的交互式体系结构（WLAN）访问城域网范围内的各种服务。

基于S2a接口的融合体系结构支持经过认可的WLAN访问。通常，PDN网关在WLAN和PDN网关之间建立受信任的PDN连接，并在WLAN中成为用户的配置节点。

S2a接口可以代理5G网络的IPv6协议，并通过安全的隧道协议进行外部地址代理。S2a接口同样可以满足终端用户通过受信任的WLAN进行身份验证和注册信息的重定向。

如果需要利用不受信任的WLAN进行网络传输，可以通过S2b接口进行。设备与PDN网关之间可以通过S2b接口建立连接。可以在不受信任的WLAN和网络设备之间建立相对安全的接口连接，双方可以在安全隧道中建立数据联系。

而通过S2c接口可以同时进行可信任和不受信任的WLAN访问。

5G网络与WiFi6网络是两种从协议到模式都完全不同的无线网络，所以他们之间在没有媒介的情况下，完全不可能实现通常意义上的互联互通，为了实现将固定部署的小型校园基站或者5G网络中的流量需求转嫁到到WiFi6上，目前大致有三种方法：1.基于网络的IP流移动性(NBIFOM)；2.本地IP接入(LIPA)；3.选择性IP流量卸除(SIPTO)。同时关于5G网络与WiFi6网络之间互联互通的技术标准也在紧锣密鼓的制定中，其中有两个关键的网络融合方式Hotspot和 NGN技术是基于802.11u协议提出的。

2. WiFi6-5G网络的结构特点

其实WiFi6-5G融合网络本质上是一种Mesh网络。传统Mesh网络是在骨干网络的基础上，利用 Mesh节点作为路由，扩展网络覆盖范围，提供一定的路由器功能，以方便终端用户对网络进行性管理和使用。但在WiFi6-5G融合网络中，网络中所有的有效工作节点不论是功能还是所处地位都是平等的。

在WiFi6-5G融合网络中，所有接入网络的节点设备，共同组成了一个大型多路径多跳点无线网络，所在网络中正常工作的全部网络节点都可以承担数据转发业务，他们可以共同组成大一统的区域网络，更重要的是完全可以使用较低功率的发射功率进行大范围的网络覆盖，这一点，作为在城域网教育教学环境中部署的网络设备尤为重要，将射频辐射对环境的影响降至忽略不计。

在WiFi6-5G融合网络中，所有的接入设备，如笔记本电脑，网络通讯设备，各类手机、平板电脑等，都不再是仅仅进行网络接入的单纯的客户端，而是作为组成网络的有机分子，在一个可以统一协调组织的架构下通过可靠的协议进行数据的存储和转发。

在这样的一个庞大复杂而又多功能的综合性网络中，必定会存在大量的智能手机终端在同时使用，而手机终端和移动通讯基站都会有专属的4G/5G数据传输链路，同时，它们和WiFi6网络也可以有点对点链接。这些设备同样形成了构成了整体网络架构中的WiFi6-5G异构网关节点。在这个异构网络中的网关节点就是那些可以同时连接WiFi6或5G网络的终端设备。

WiFi6-5G融合网络是一种在5G数据网络的基础上，同时通过WiFi6连接组成点对点网络的一种异构无线网络。融合网络中的数据传输模式也同时存在很强的异构性，包括传统移动数据网络中的5G数据连接，以及点对点的WiFi6连接。

可以根据城域网中各接入设备的属性将接入WiFi6-5G网络的节点设备分为三种：

（1）5G节点：直接接入5G网络基站的节点，如没有开启WiFi6网络功能的智能手机、平板电脑。

（2）网关节点：可以同时连接5G网络和WiFi6网络的复合型异构节点，如拥有WiFi6网卡设备和5G网络的手机，拥有WiFi6网卡同时可以通过移动5G CPE接入网络的笔记本电脑。

（3）临时网络节点：通过WiFi6进行网络连接的节点，包括网络中的笔记本电脑，平板电脑，拥有WiFi6无线网卡的台式电脑。

同时也可以将WiFi6-5G融合网络中的连接方式分为两种：

（1）移动终端（如5G智能手机）与基站的5G接入：由于5G网络的特性，在网络运行中，终端与基站始终保持它们之间只有一跳。

（2）通过WiFi6网卡设备接入网络：该类接入设备可以基于WiFi6网络中点对点连接的特点，在不同的网络设备之间通过媒介节点通过多跳进行数据传输。

三、结束语

除了升级5G网络之外，分流成为卸除5G网络数据流量压力的有效途径。而 WiFi6凭借其极高的传输速度、简单的部署方案、极佳的扩展性和灵活性、极小的网络延迟成为5G网络数据分流的首选方案。WiFi6与5G网络进行更高层次的深度融合一定会是教育城域网发展中的必经之路。（《中国新通信》，有删减。）