基于5G MEC构建智慧高校超融合专网研究

梁 毅，许 冬（.中国联通广东分公司，广东 广州 50630；.中国联通上海分公司，上海 000）

0 引言

高校校园智慧化应用需要一张稳定、可靠、安全、高速、灵活部署与接入的网络来承载。传统的高校校园网络架构普遍存在多校区网络管理分散，应用系统的增多导致网络管理压力大，校园固网与无线网无法融合互通，校区Wi-Fi网络易存在覆盖盲区，多校区教学资源共享互动难，科研教学后勤等不同业务按优先等级安全隔离及管控难，教职工出差时无法便捷接入校区内部资源访问等一系列难题，需要一种创新的网络架构来解决。

中共中央、中国国务院印发的《中国教育现代化2035》提出要充分运用新技术、新机制、新模式，创新教育服务供给方式，深化办学体制和教育管理改革，充分激发教育事业的生机活力。5G 凭借超高速率、高可靠性、低时延、广连接等特点，再融合上SD-OTN 全光网络技术、Wi-Fi6、云计算、AI 智能网管等下一代通信及互联网创新技术，通过固移融合、5G 与Wi-Fi6 互补盲区、网络统一认证等技术手段，提高教职工应用移动宽带通信的满意度，实现一网统管、一网通用、多网互联、按需接入的效果。本文将以创新驱动为理念，整合多种网络创新技术，助力智慧教育的长足发展，为探索破解高校校园传统网络的短板问题提供一种创新的解决思路。

1 网络设计与建设方案

1.1 校园超融合专网设计思路

校园超融合专网具体是指在统一安全和运维支撑下，融合5G MEC、Wi-Fi6、固网、云计算、AI 智能网管等新一代网络基础设施，在集中统一管控、智能感知的软件定义网络（SDN）技术下重构的一种新型智慧校园专用网络，旨在打造泛在的、融合的新一代校园网，成为构建“智慧高校”的网络基座。

在校园超融合专网中，助力校园的数字化转型是校园超融合专网建设的主要目标之一。以5G MEC、AI、云计算、AR/VR、大数据等为代表的新基建信息技术，已在高等教育中得到迅速应用推广。为了让校园网满足数字化转型需求，必将对目前校园传统网络进行重构，以适应新一代基建信息化技术在校园应用。校园超融合专网正是满足重构后的校园新型网络，它将是兼容IPv4/IPv6的双协议，融合固网、5G、Wi-Fi“三网合一”的大网络，全校一张网，统一管理、统一运维，具备广覆盖、大带宽、部署运维简单、智慧感知、安全和开放的特点，实现“一网统管”。

图1所示为超融合校园专网的设计思路。对于固网网络，校园固网骨干承载网络采用SD-OTN 技术，建设全光智能网络实现多校区及校区内不同信息节点的光速互联，主干网络网速上限可高达600 Gbit/s。对于无线网络，建设全覆盖的5G 网络，实现5G 与Wi-Fi6 的有机补充，5G 与Wi-Fi6 均接入校园统一认证系统，可按需实现快速切换。在网络融合方面，将5G MEC 通过专线+防火墙接入校园固网核心节点，实现与校园固网、Wi-Fi 网络的IP 互通；在网络管理方面，在高校核心校区内建立独享下沉式5G MEC 为全校园网络管理中心的校园网络中枢大脑，统一融入校园固网网管、Wi-Fi 控制器、5G 网络管控等各类网络管理系统，实现固移融合、云网协同、网安一体、网络AI 化运维。

图1 智慧高校三网融合设计思路

1.2 校园超融合专网建设方案

如图2 所示，校园超融合专网融合了5G、Wi-Fi 和固网技术，总体架构自上而下可分为3 层：核心管理层、三网汇聚层、网络接入层。

图2 智慧高校三网融合网络建设拓扑

a）最上层为核心管理层，作为整个融合校园网络的核心，它承担了整个网络的接入控制、AAA 认证、分流访问策略等管理功能。校园超融合专网采用部署下沉式5G MEC 作为网络中枢大脑，在此实现CT 与IT的一体化融合，不仅实现校园网络数据的安全、可靠接入，同时完成5G、Wi-Fi 和固网的统一接入管理，实现三网统管。

b）中间层是三网汇聚层，此层可实现三网融合、固移互通、业务统一承载。校园超融合专网借助先进的SDN、NFV 等网络虚拟化技术，在校园内构建端到端的独立专用通道，为特定用户或特定业务提供端到端QoS 保障、SLA 服务保障、独立逻辑业务通道等网络差异化保障能力，例如：5G 网络切片、5G 校园业务随行专网等业务。

c）最下层是网络接入层，合法授权校园用户可通过5G 宏站、5G 室分、固网光纤、超六类网线及WiFi6 AP设备，实现多场景和多终端分权、分区、灵活、高速、无感接入校园内网。

d）固网网络建设方面，跨校区间及本地校园网均通过SD-OTN 电路实现互连（见图3），教学大楼内通过光纤连接跨层网络接入间的万兆汇接交换机，末端通过超六类网线接入到每个办公座位、课室、实验室的桌面固定网卡（千兆端口）。

图3 智慧高校三网融合网络之固网建设

e）移网网络建设方面，以5G 网络为主要接入方式，以5G MEC 平台（UPF+MEP 平台）为校园网络交换核心，固网、Wi-Fi、5G 统一接入5G MEC 平台，实现5G、固网、Wi-Fi 多网融合接入，构建智慧高校5G+固网+Wi-Fi 的超融合校园专网（见图4）。其中，固网、Wi-Fi接入用户通过AP或交换机接入校园内网，5G校园用户在核心网后台配置专用DNN，采用中国联通5G随行专网技术，根据DNN 将会话分流汇聚到不同的SMF/UPF，实现客户定向访问。如：当5G 校园用户访问校园内网资源目的地址时，学校ULCL UPF 根据用户授权使用的DNN 权限会自动定向路由访问数据到学校内网；当5G 校园用户访问互联网资源网站时，学校ULCL UPF 会自动定向路由到公众大网UPF 直达互联网访问，从而实现不换卡、不换号、免VPN 登录，在校园内可按需直接访问校园内网资源或互联网资源。

图4 智慧高校三网融合网络之移网建设

基于5G MEC 的智慧高校超融合专网可打造一张集固网、5G、Wi-Fi 的多网合一的校园网络，推进校园网和校区间光传输网的升级换代，实现全校“一张网”管理，具有广覆盖、大带宽、管理简单、智慧感知、安全开放等特点的新型网络（见图5）。

图5 中国联通智慧高校5G随行专网拓扑

2 方案技术创新点

基于5G MEC 的校园超融合专网，是在传统校园网上的网络重构。它以5G MEC 为网络中枢大脑，实现多校区融合、三网融合、教研融合、用管维融合，实现智慧高校5G+固网+Wi-Fi 融合的校园网。固移融合校园网采用MEC（UPF+MEP 平台）作为交换核心，部署下沉式5G MEC 作为网络中枢大脑，固网、Wi-Fi、5G 统一接入MEC 平台，实现CT 与IT 的一体化融合，完成5G、Wi-Fi 和固网的统一接入管理，实现三网统管。

2.1 多校区融合：全校一张网

对于一校多区的高校，通过基础运营商提供的SD-OTN 智能全光网络实现网络互联，不同校区的学生都能通过5G签约后获得授权访问校区内网，不同校区之间的智慧应用也可以通过5G实现互动，让全校的5G 融合为一张移动专网，提供低时延、大带宽的校园专网服务，从而可以实现把实力强的校区师资有效帮扶到其他校区，为学生、老师提供等同面对面的互动和学术交流，助力高校多校区协同、均衡、平等发展。

2.2 教研融合：2C2B双域同时提供专网服务

通过一张5G 专网，同时为教育、科研2 个领域提供专网服务。一方面，通过5G 超融合专网，可为高校师生手机及各种智慧应用提供不换卡、不换号接入校园内网，实现互联网和教育专网的无感切换。另一方面，基于5G MEC 构建的高校超融合专网可作为科研专网，服务学校各种科研和科技应用创新，与产业深度融合，助力高校建设极具创造活力、特色鲜明的世界一流高水平大学。

2.3 用管维融合：用网、管网、维网并行

在用网方面，5G 提供高效的智能网络，承载各种智慧应用。在管网方面，5G 自服务平台作为统一网管登录，与固网、Wi-Fi 网管做免登录对接，实现单点登录，免二次认证跳转其他网管的功能。基础通信运营商可将5G网络能力、算网资源的灵活调配权限开放给高校的网络管理方和使用方，实现高效的网络管理与控制。在维网方面，通过整合了固网网管和Wi-Fi 网关的5G 自服务平台，可实现高校对5G 网络及固网、Wi-Fi 网络的全面感知以及监控和维护，实现一网统管的高效网络运维管理。

3 结束语

本文尝试通过MEC 技术将5G 移动网、Wi-Fi 网、固网共同融合，打通网络和高校认证系统的互联，实现3 张网络之间的无缝切换。同时，网管的融合也能为信息化人员提供便利，5G、Wi-Fi、固网都在同一个界面管理，前端实现多模接入融合，后端实现一键管理融合。

通过叠加5G网络接入方式，校园网不再拘束于固网和Wi-Fi，校园网无线信号可实现100%覆盖。5G网络具有基站间切换不掉线、拥有专用频段和通信运营商专业化管理、网络可靠性可达99.99%等优势。5G MEC 下沉可实现高效边缘计算，通过将应用部署在MEC 平台上，学生与教职工用户可享受低时延的边缘计算服务，且数据不出校园区，保障了校园数据安全。

2022 年7 月起，中国联通某省分公司与某大学紧密合作，在某大学城校区率先试点建设基于5G MEC构建智慧高校的超融合专网。目前已完成大学城校区校园5G 应用区域全面覆盖，5G MEC 已部署到校区核心机房，实现与现有校园宽带网络、Wi-Fi 网络的数据互通。2023 年内将打通该大学所有校区5G 基站和校园专属UPF 的路由，完成各校区校园专属UPF 出专线连接到校园内网，预期校园内网访问效率可提升50%，网络运维效率提升33%，惠及5 万多名学生和4 000 多名教职工，对提升全体学生、教职工的用网幸福感、实现智慧校园的数字化转型、建设网络强校具有重大意义。后续，中国联通某省分公司将把基于5G MEC 构建智慧高校的超融合专网技术和建设经验逐步推广到全省各高校，助力高校加快建设世界一流大学。