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：2022.06.28 1399浏览
文/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：2019年9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；2020年3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；2020年12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iGW（iGW即Internet
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。
图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 UPF（ULCL）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。
图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DNN的ULCL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，1台2C 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.HA；SMF基于PCC下发的分流策略（SMF即Service Management Function，通信设备中的一种业务管理功能；PCC即Policy 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 UPF。ULCL 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。
图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10月28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。
图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元/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”。）