CN111372282B - 基于5g技术的智慧校园系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于5G技术的智慧校园系统，包括至少一个终端设备、至少一个MEC分流模块和至少一个边缘云，边缘云上安装有智慧教育云平台，智慧教育云平台为用户提供访问教育资源的接口，终端设备通过5G网络与对应的MEC分流模块连接，MEC分流模块用于对用户的业务数据进行分流，若终端设备为校园用户，则MEC分流模块将该终端设备的业务数据分流至对应的边缘云上，保证了校园用户的业务数据直接由靠近终端设备侧的边缘云进行处理，大大降低了网络时延，从而提高了教学效果和教学质量。

Description

基于5G技术的智慧校园系统

技术领域

本申请涉及智慧教育技术领域，尤其涉及一种基于5G技术的智慧校园系统。

背景技术

现代网络技术和多媒体技术的发展，推动了教育信息化的发展，使教育事业取得了重大的发展和突破，例如通过多媒体教室实现课堂互动，通过远程互动教学实现教育资源共享等，使教育教学不再局限于黑板和书本，极大地丰富了课程资源，增加了课堂的趣味性，同时也一定程度上解决了城乡教育资源不均衡的问题。可见，教育信息化成为衡量一个国家和地区教育发展水平的重要标志，而智慧教育是教育信息化的发展趋势，因此，如何结合信息技术和传统教育，构建智慧教育体系结构，成为教育信息化迫切需要解决的问题。

现有技术中，以直播教学为例，通常采用宽带网络或无线网络形成网络覆盖，基于中心云(公有云)转发的方法进行传输，并通过电脑、PAD等终端设备进行教学内容的展示。

然而，现有技术中一方面通过终端设备进行视频渲染和编解码等操作，另一方面受限于带宽成本和中心云，节约成本，均通过压缩视频流码率来进行传输，因此，现有技术中存在传输时延大、互动性差等问题，从而导致教学效果和教学质量不佳。

发明内容

本申请提供一种基于5G技术的智慧校园系统，解决了现有技术中教学效果和教学质量不佳的问题。

本申请提供一种基于5G技术的智慧校园系统，包括：

至少一个终端设备、至少一个多接入边缘计算MEC分流模块和至少一个边缘云；

所述边缘云上安装有智慧教育云平台，所述智慧教育云平台为用户提供访问教育资源的接口；

所述终端设备通过5G网络与对应的MEC分流模块连接；所述MEC分流模块用于对用户的业务数据进行分流，若终端设备为校园用户，则所述MEC分流模块将所述终端设备的业务数据分流至对应的边缘云。

可选地，所述系统还包括中心云；

所述中心云上安装有智慧教育云平台；

若所述终端设备为普通用户，则所述MEC分流模块将所述终端设备的业务数据分流至中心云。

可选地，所述边缘云上部署有增强现实AR应用，和/或，虚拟现实VR应用；

相应地，所述终端设备为AR眼镜或VR眼镜；

所述边缘云用于获取AR或VR教学内容，并控制所述AR或VR教学内容通过所述AR眼镜或VR眼镜展现。

可选地，所述边缘云上部署有直播教学应用；

相应地，所述终端设备包括摄像设备和显示设备；

所述边缘云用于接收所述摄像设备获取的现场录制视频，并控制所述显示设备对现场录制视频进行播放。

可选地，所述边缘云包括视频加速模块和通用计算模块；

所述视频加速模块用于实现所述AR或VR教学内容，或者，所述现场录制视频的渲染和展现；

所述通用计算模块用于实现所述AR或VR教学内容，或者，所述现场录制视频的运行和控制。

可选地，所述边缘云还包括人工智能AI加速模块；

所述AI加速模块用于根据预设规则，对教学数据进行分析，得到分析结果；

所述通过计算模块还用于控制所述分析结果进行显示。

可选地，所述边缘云还包括存储模块；

所述存储模块用于对教学资源、教学数据和所述分析结果进行存储。

可选地，所述终端设备包括教育终端、物联网设备和校内其他设备。

可选地，所述MEC分流模块为MEC分流网关。

可选地，当所述系统包括多个边缘云时，所述多个边缘云之间通过5G专属网络互联。

本申请提供的基于5G技术的智慧校园系统，包括至少一个终端设备、至少一个MEC分流模块和至少一个边缘云，边缘云上安装有智慧教育云平台，智慧教育云平台为用户提供访问教育资源的接口，终端设备通过5G网络与对应的MEC分流模块连接，MEC分流模块用于对用户的业务数据进行分流，若终端设备为校园用户，则MEC分流模块将该终端设备的业务数据分流至对应的边缘云上，保证了校园用户的业务数据直接由靠近终端设备侧的边缘云进行处理，大大降低了网络时延，有利于提高师生的互动性，并且本申请中在进行数据传输时不需要对数据进行压缩，从而可以为用户提供源高清视频，以为用户提供更好的观看效果，进而有利于增强教学效果和提高教学质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图

图1为本申请实施例提供的基于5G技术的智慧校园系统实施例一的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种5G技术的智慧校园系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的基于5G技术的智慧校园系统实施例二的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的基于5G技术的智慧校园系统实施例三的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

随着国家的发展以及国家政策对教育事业的大力支持，教育事业取得了较大的发展，过去上学难、教育资源短缺的问题得到了根本性的缓解，但我国教育仍然存在比较大的问题。一方面，我国现有优质教育资源供给短缺且不平衡，城市和农村的教育资源差距较大，特别是由于农村教育设备匮乏，待遇等问题并不能吸引并留住好的老师和人才，为解决农村资源匮乏的问题，目前已经有基于宽带网络的远程互动教学的应用，但是受限于应用终端及网络的传输速率问题，无法使之作用最大化，具体地，首先，由于终端的运算能力受限，编解码所需的时间较大，且摄像设备清晰度不够，导致直播教学效果差，时延高，互动性低；其次，现有的直播教学都是基于中心云的转发的方式进行传输，由于带宽成本较大，且公有云部署集中，端到端时延大，为保证基本的使用要求，均通过压缩视频流码率来进行传输，目前已知的是2M、4M等低码率传输，严重影响远端教学质量。

另一方面，城市以及部分县城地方虽然已经建设了多媒体教室，配备了电脑、Pad等智能终端、实现了宽带网络和无线网络的覆盖，网上课程资源也非常丰富。但目前而言，首先，目前的多媒体教室采用的组网方式，基本上是以光纤或者网线为传输介质的有线宽带网络，相对于4G蜂窝网络而言，虽然速度上稍为占优，但是布线复杂，教室改造较大，成本较高，建设周期较长；其次，由于组网方式为宽带网络，导致老师与学生使用的终端基本上被限制为不移动的电脑终端，可操作性不强，互动性较低；再者，一些课程抽象性强，实体模型成本高且难以制作，电脑终端基本上只能以平面图的方式进行教学展示，使得课程比较枯燥，无法提高学生进一步学习的兴趣及想象力。

本申请实施例的整体思路：通过5G的高速率低时延、多接入边缘计算(multi-access edge computing，MEC)以及网络切片等技术，构建智慧教育云端一体化的架构体系，使教育更加智能化、教育资源使用最大化，具体地，通过结合AR/VR技术，构建AR/VR沉浸式互动学习课堂，增强老师与学生之间的互动性，培养学生创新精神、动手能力，使课程更加生动有趣；通过结合4K高清摄像头、智慧互动教学大屏等5G教学终端，将名校名师的4K高清教学直播课堂传输到更多学校，尤其是偏远贫穷地区，让更多偏远地区儿童获得优质教学资源、让更多乡村教师得到名师教研指导、让更多学习者可以随时随地接入到直播课堂中；通过结合学校的其他设备如监控摄像、水电能源监控、停车检测、门禁系统、考勤系统、校园医疗系统、资产管理系统等，使学校的设施设备及师生们可以随时随地接入智慧教育系统，实现整个校园的智慧管理，实现校园的智能化。

图1为本申请实施例提供的基于5G技术的智慧校园系统实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例中的基于5G技术的智慧校园系统100包括：至少一个终端设备110、至少一个MEC分流模块120和至少一个边缘云130。

边缘云130上安装有智慧教育云平台，智慧教育云平台为用户提供访问教育资源的接口。

至少一个终端设备110通过5G网络与对应的MEC分流模块120连接；MEC分流模块120用于对用户的业务数据进行分流，若终端设备110为校内用户，则MEC分流模块120将该终端设备的业务数据分流至对应的边缘云130。

具体地，终端设备110主要指教育类终端设备，如显示设备、音频设备、AV/VR设备、可穿戴设备等，终端设备110通过5G网络与MEC分流模块120连接，并由MEC分流模块120将是校园用户终端设备110分流至对应的边缘云130，终端设备110通过边缘云130上的智慧教育云平台，实现云边协同，从而实现对各边缘云130上的教育资源的访问。

其中，终端设备110也可以包括物联网设备，如各类监控设备、公共安全设备(如门禁)、智能交通设备(如车辆信息识别设备)、公共设施设备(如路灯、空调)等，终端设备110还可以包括校内其他设备如校园医疗系统设备、水电能源监控设备、考勤系统设备、资产管理系统设备等。这些终端设备的数据也可以通过MEC分流模块120分流至边缘云，在边缘云上进行分析和处理，并接入智慧教育云平台，从而实现对整个校园的智慧管理。

可以理解的是，在智慧校园系统中MEC分流模块120与边缘云130配套设置，即一个MEC分流模块120与一个特定的边缘云130对应。并且，一个MEC分流模块120只服务于一定区域范围内的终端设备110，该终端设备可以是校园用户，也可以是具体地，设置于特定位置的MEU分流模块120只对其服务的一定区域范围内的终端设备110的数据进行分流，并将校园用户的数据分流至对应的边缘云130上。

示例性地，图2为本申请实施例提供的一种5G技术的智慧校园系统的结构示意图，如图2所示，MEC分流模块1与边缘云1对应设置，MEC分流模块2与边缘云2对应设置，依次类推，MEC分流模块N与边缘云N对应设置，并且，特定的MEC分流模块为其服务区域范围内的多个终端设备进行分流服务，从而通过MEC分流模块对校园用户和普通用户的业务数据进行分流，并由最近的边缘云专门用于为该特定区域的校园用户提供优质的教育教学资源，减少了传输延时，保证了教学效果，并提高了教学质量。

其中，校园用户包括校内用户，如老师、学生等，也可以包括其他教育应用使用者，如教育局工作员等。普通用户是指除校园用户以外的其他5G网络使用者。

需要说明的是，本实施例中，当智慧校园系统中包括多个边缘云130时，多个边缘云130之间5G专属网络互联，形成点对点专属通信通道，并且多个边缘云130均与智能教育云平台连接，从而实现云边协同。

在一种可能的实现方式中，MEC分流模块120可以根据终端设备的IP地址，来确定终端设备是校园用户还是普通用户。

可以理解的是，本实现方式中，MEC分流模块120中预先存储中区分校园用户IP地址和普通用户IP地址的区分规则，MEC分流模块120根据区分规则对获取到的终端设备的IP地址进行分析，从而确定对应终端设备的用户身份。

类似地，MEC分流模块120还可以根据终端设备的域名系统协议(domain namesystem，DNS)、接入点(access point name，APN)或者其他参数确定对应终端设备的用户身份，其实现方式与上述采用IP地址的实现方式类似，此处不再赘述。

在一种可能的实现方式中，MEC分流模块120为MEC分流网关。

边缘云130是分布在网络边缘侧，提供实时数处理、分析决策的小规模云数据中心。本实施例中，边缘云130用于对特定区域内的校园用户提供教育资源，具体可以包括对教育资源的获取、加工、展示、分析、存储等。边缘云130也可以对其服务范围内的物联网设备和校内其他设备提供数据服务等。

在一种可能的实现方式中，边缘云130上部署有增强现实(augmented reality，AR)应用，和/或，虚拟现实(virtual reality，VR)应用。

相应地，终端设备110为AR眼镜或VR眼镜；边缘云130用于获取AR或VR教学内容，并控制AR或VR教学内容通过AR眼镜或VR眼镜展现。

可以理解的是，边缘云130可以事先获取相关的AR或VR教学内容，并存储在本地，当用户观看需求时，边缘云130直接调用本地存储AR和/或VR教学内容，并控制AR或VR教学内容通过AR眼镜或VR眼镜展现；边缘云130也可以实时获取AR或VR教学内容，并获取到的AR或VR教学内容实时传输至AR眼镜或VR眼镜进行展现。

可选地，在控制AR或VR教学内容通过AR眼镜或VR眼镜展现之前，边缘云130还可以根据需要对获取到的AR或VR教学内容(画面、声音)进行渲染、编码处理等。

在另一种可能的实现方式中，边缘云130上部署有直播教学应用。

相应地，终端设备110包括摄像设备和显示设备；边缘云130用于接收摄像设备获取的现场录制视频，并控制显示设备对现场录制视频进行播放。

可以理解的是，在直播教学过程中，视频的录制及显示均是实时进行的，因此，本实现方式中，边缘云130一边接收摄像设备获取的现场录制视频，一边将获取到的现场录制视频实时传输给显示设备，以使显示设备进行播放。

可选地，在控制显示设备对现场录制视频进行播放之前，边缘云130还可以根据需要对获取到的现场录制视频(画面、声音)进行渲染、编码处理等。

此外，本实现方式中，由于直播教学可以包括本地直播教学和远程直播教学，因此，其在实现时需要使用到的边缘云的布局也有所不同，具体地，当为本地直播教学时，只需要使用本地边缘云，现场录制视频的获取、分析、展现等均由本地边缘云实现；当为远程直播教学时，需要使用本地边缘云和远端边缘云协同完成直播教学，其中，本地边缘云是指视频录制所在地的边缘云，远端边缘云是指除本地边缘云之外的边缘云，由本地边缘云接收摄像设备获取到的现场录制视频，并对现场录制视频进行加工处理后发送给需要进行视频观看或互动的远端边缘云，由远端边缘云将现场录制视频下发给对应的显示设备进行播放。

可选地，本实现方式中摄像设备为4K高清摄像头，显示设备为智慧互动教学大屏。

可选地，本实施例中智慧校园系统100还包括5G基站。

本实施例提供的基于5G技术的智慧校园系统，包括至少一个终端设备110、至少一个MEC分流模块120和至少一个边缘云130，边缘云130上安装有智慧教育云平台，智慧教育云平台为用户提供访问教育资源的接口，终端设备110通过5G网络与对应的MEC分流模块120连接，MEC分流模块120用于对用户的业务数据进行分流，若终端设备110为校园用户，则MEC分流模块120将该终端设备110的业务数据分流至对应的边缘云130上，保证了校园用户的业务数据直接由靠近终端设备侧的边缘云进行处理，与现有技术中通过公有云处理的方式相比，大大降低了网络时延，有利于提高师生的互动性，并且本实施例提供的智慧校园系统，不需要对数据进行压缩，从而可以为用户提供源高清视频，可以为用户提供更好的观看效果，进而有利于增强教学效果和提高教学质量。

图3为本申请实施例提供的基于5G技术的智慧校园系统实施例二的结构示意图，在上述实施例的基础上，如图3所示，本实施例中的智慧校园系统100还包括：中心云140。

中心云140上也安装有智慧教育云平台；

MEC分流模块120用于对用户的业务数据进行分流，若终端设备为校园用户，则MEC分流模块120将该终端设备110的业务数据分流至对应的边缘云130，若终端设备110为普通用户，则MEC分流模块120将该终端设备110的业务数据分流至中心云140。

其中，中心云140在网络中处理中心地位，中心云140具有对多个边缘云130的管理和控制能力，同时中心云140还可以为边缘云130提供充足的资源和安全的连接等。

本实施例中，中心云140上也安装有智慧教育云平台，中心云140用于对普通用户的业务数据进行处理，当普通用户如学生家长或者校方管理人员等需要访问教育资源时，可以通过中心云140实现课堂实施情况、教学效果和学习效果的掌握。

本实施例中，通过设置智慧校园系统100包括中心云140，中心云140也上安装有智慧教育云平台，MEC分流模块120用于对用户的业务数据进行分流，若终端设备110为校园用户，则MEC分流模块120将终端设备110的业务数据分流至对应的边缘云，若终端设备110为普通用户，则MEC分流模块120将终端设备110的业务数据分流至中心云140，通过边缘云130和中心云140分别为校园用户和普通用户提供教育资源服务，在提高校园用户的教育和学习效果的同时，也保证了普通用户的使用需求，从而充分发挥了5G技术的优势，以更好地服务教育教学。

图4为本申请实施例提供的基于5G技术的智慧校园系统实施例三的结构示意图，在上述各实施例的基础上，如图4所示，本实施例中边缘云130包括：视频加速模块131和通用计算模块132。

视频加速模块131用于实现AR或VR教学内容，或者，现场录制视频的渲染和展现；

通用计算模块132用于实现AR或VR教学内容，或者，现场录制视频的运行和控制。

具体地，视频加速模块131将AR或VR画面和声音高效的编码成音视频流，通用计算模块132通过5G网络实时传输至终端；或者，视频加速模块131对摄像设备获取到的现场录制视频进行转码和编码，通用计算模块132通过5G网络将其推送到显示设备上进行播放。

可选地，边缘云130还包括：人工智能(artificial intelligence，AI)加速模块133。

AI加速模块133用于根据预设规则，对教学数据进行分析，得到分析结果，通过计算模块132还用于控制分析结果进行显示。

其中，预设规则为预先设置的对教学过程中的音视频数据进行分析的规则，例如，预设规则可以为对音视频数据进行分析的周期、触发条件、数据处理规则、动作的抓取规则等。

教学数据为教育教学过程中产生的业务数据，如全天的教学数据或某一门课程的教学数据，可以用于分析教学及学习效果。

可选地，边缘云130还包括存储模块134；

存储模块134用于对教学资源、教学数据和分析结果进行存储。

存储模块134还可以用于对物联网设备或校内其他设备的业务数据进行存储；

相应地，视频加速模块131还可以用于对物联网设备或校内其他设备的音频或视频数据进行渲染、展现等；

通用计算模块132还可以用于对物联网设备或校内其他设备的音频或视频数据进行控制等，以及根据需要对其业务数据进行分析和处理等。

本实施例中，通过设置边缘云130包括视频加速模块131和通用计算模块132，视频加速模块131用于实现AR或VR教学内容，或者，现场录制视频的渲染和展现，通用计算模块132用于实现AR或VR教学内容，或者，现场录制视频的运行和控制，通过合理分工，保证了边缘云130进行边缘计算的高效性和准确性，从而提高了边缘云130对校园用户的业务数据的处理速度，进而降低了传输时延，提高了用户体验。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于5G技术的智慧校园系统，其特征在于，包括：

至少一个终端设备、至少一个多接入边缘计算MEC分流模块和至少一个边缘云，所述MEC分流模块与所述边缘云对应设置；

所述边缘云上安装有智慧教育云平台，所述智慧教育云平台为用户提供访问教育资源的接口；

所述终端设备通过5G网络与对应的MEC分流模块连接；所述MEC分流模块中预先存储中区分校园用户IP地址和普通用户IP地址的区分规则；所述MEC分流模块用于根据所述终端设备的IP对用户的业务数据进行分流，若终端设备为校园用户，则所述MEC分流模块将所述终端设备的业务数据分流至对应的边缘云；

所述边缘云上部署有直播教学应用；

相应地，所述终端设备包括摄像设备和显示设备；

所述边缘云用于接收所述摄像设备获取的现场录制视频，并控制所述显示设备对现场录制视频进行播放；

所述控制所述显示设备对现场录制视频进行播放，包括：

若是本地直播教学，使用本地边缘云对所述现场录制视频进行播放；

若是远程直播教学，所述本地边缘云将所述现场录制视频进行加工处理并发送给远端边缘云，由所述远端边缘云将加工处理后的视频发送给对应的显示设备进行播放；

所述边缘云还包括人工智能AI加速模块；

所述AI加速模块用于根据预设规则，对教学数据进行分析，得到分析结果；

通用计算模块还用于控制所述分析结果进行显示。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括中心云；

所述中心云上安装有智慧教育云平台；

若所述终端设备为普通用户，则所述MEC分流模块将所述终端设备的业务数据分流至中心云。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述边缘云上部署有增强现实AR应用，和/或，虚拟现实VR应用；

相应地，所述终端设备为AR眼镜或VR眼镜；

所述边缘云用于获取AR或VR教学内容，并控制所述AR或VR教学内容通过所述AR眼镜或VR眼镜展现。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述边缘云包括视频加速模块和通用计算模块；

所述视频加速模块用于实现所述AR或VR教学内容，或者，所述现场录制视频的渲染和展现；

所述通用计算模块用于实现所述AR或VR教学内容，或者，所述现场录制视频的运行和控制。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述边缘云还包括存储模块；

所述存储模块用于对教学资源、教学数据和所述分析结果进行存储。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述终端设备包括教育终端、物联网设备和校内其他设备。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MEC分流模块为MEC分流网关。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述系统包括多个边缘云时，所述多个边缘云之间通过5G专属网络互联。

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