隨著信息技術飛速發展，高校網絡建設在國家“十四五”規劃期間出現集中升級迭代趨勢，特別是5G、IPv6和物聯網等新一代信息技術正日益成為推動高等教育現代化的重要力量，為高校升級教育教學、科學研究以及園區管理等多元場景提供可能。在此背景下，探索醫學教育背景下高校如何進行5G物聯網IPv6部署，不僅對提升高校教育質量具有重要意義，同時也是推動高校數字化轉型、智能化發展的關鍵一步。
醫學教育背景下高校網絡建設現狀
醫學教育場景復雜帶來的網絡技術挑戰
現代醫學教育教學場景十分豐富，越來越多的教學引入數字教學工具和數字教學資源，線上線下高度結合的教學方式廣泛應用，如滿足異地或多地的遠程教學、基于AR/VR手術示范、臨床手術觀摩、檢驗檢測等，而傳統的網絡條件無法滿足大帶寬、低時延、高穩定的網絡性能要求。同時醫學教育教學涉及臨床醫療數據、病人數據隱私、電子病歷等大量敏感數據，數據安全管理十分必要，對基于端到端的傳輸鏈路、接入層終端安全要求日益迫切。網絡資源條件差異帶來的資源配置挑戰中南大學分布多個校區和多家附屬醫院，醫院和校區之間網絡資源分散、傳輸距離遠，需要通過城域主干網實現多校區和醫院之間互聯互通，網絡性能差異明顯，網絡穩定性不高。不同醫學科室、醫學校區以及醫院之間受辦學時間、辦學投入、信息技術水平等多種因素影響，網絡資源分配不均，網絡設施配置差異較大。同時高質量的網絡設備和信息系統需要大量資金持續投入，更新與維護成本較高，各單位維護網絡資源配置處于較高水平的難度較大。
教學與臨床深度融合帶來的管理挑戰
醫學教學、科研、醫務管理等深度融合，教學場景與醫療臨床管理邊界日益模糊。教師不僅承擔教學任務，同時還承擔大量的醫務工作甚至是醫院院務管理工作；醫學生不僅在課堂進行學業學習，同時也在醫院科室進行臨床跟訓或實習。醫學校區包含教室、實驗室，還有各種醫學研究的標本室、檢測室等，教學辦公區與醫院園區業務交叉場景融合。醫學校區普遍缺少既懂醫學又懂信息的綜合型人才，在設備資產管理、網絡智能運維、醫療業務場景構建等方面，信息技術賦能智慧醫療、智慧教育難以充分發揮作用。
中南大學5G物聯網IPv6部署方案實踐
中南大學共有六個校區，擁有3所大型甲等綜合性附屬醫院和6所非直屬附屬醫院，本方案依托中南大學優質教育醫療資源以及完備的科研能力，通過網絡基礎設施“一張網工程”，實現高質量有線無線一體化建設；推進5G信號全覆蓋，構建5G+F5G智慧校園基礎網絡體系，有力支撐IPv6規模部署。結合中南大學在教學、科研以及臨床的具體業務需求，搭建“產—教—學—研—用”的物聯網統一支撐平臺，研究物聯網終端接入條件，采用融合雙棧及IVI技術，優先IPv6，全面部署，統一接入，實現IPv4到IPv6的平滑演進。
中南大學5G物聯網IPv6部署主要從IPv6+的網絡基礎設施升級、5G專網建設、物聯網一體化平臺建設三方面展開。
IPv6+的網絡基礎設施升級
中南大學全面開展智慧校園網絡基礎設施“一張網工程”，構建一張承載有線、無線、物聯網的綜合網絡。通過極簡架構、極速帶寬、極簡運維、極易演進四方面改造，完成校園網絡總體升級。“一張網”工程分三期解決學生宿舍區、教學辦公區及圖書館等公共場景的有線無線一體化網絡改造問題，實現校區間高速網絡的可靠互聯。Wi-Fi6接入帶來大帶寬和高并發處理能力，極速性能帶來穩定的用戶體驗。多網合一，搭建統一網管平臺，網絡信息實時可視、故障精準定位，實現校園網絡智能化運營運維。
通過部署OTN光傳輸設備，實現校區互聯，形成50ms快速切換保護的環網，應用DWDM技術的OTN僅需兩對光纖，支撐專線快速部署。多校區波分環網（圖1），通過波分復用，實現最大單纖4T業務容量，校區間互聯帶寬自主掌控，無需依賴運營商租用模式。光傳送系統支持單纖48T系統平滑升級。
圖1 多校區波分環網
全網基于SDN技術架構，通過網絡的“硬件資源池化”解決傳統物理網絡的擴展難、調整難、運維難等問題。整體架構在性能、容量、高可靠及技術運用方面滿足未來5到10年的整體發展需求。
5G專網建設
中南大學與三家運營商簽訂戰略框架協議，雙方就5G智慧校園建設、應用平臺支撐、教學科研以及人才培養達成合作共識，聯合共建IPv6+5G應用創新實驗室，校企聯合開展技術攻關、產品研發、成果轉化、項目孵化，深化產教融合，把人才培養與產業需求結合在一起，形成多方參與、協同育人的格局，全面提升5G網絡支撐能力。
運營商推進5G網絡基礎設施部署，優化5G宏站數量，在全校220棟樓宇全面部署5G室內分布系統，實現5G信號全域覆蓋。建設5G教育專網，通過UPF下沉、數據專線傳輸，用戶身份二次鑒權，打通統一身份認證，實現校園Wi-Fi無線網與運營商移動網絡深度融合。5G專網全面支持IPv6協議數據傳輸，可滿足6.5萬師生用戶和約20萬終端接入能力。
物聯網一體化平臺建設
搭建物聯網一體化平臺，滿足校園物聯網應用統一支撐能力。基于學校超融合云環境部署物聯網統一支撐平臺（圖2），支持終端直連、網關對接、子平臺對接三種接入方式，快速建立物模型。基于輕量級密碼算法和輕量級密碼協議實現醫療物聯網安全管理，傳輸層以IPv6作為通信基礎，實現IPv4到IPv6的平滑演進。
圖2 物聯網平臺架構
構建5G、Wi-Fi、有線融合的一體化物聯網平臺，對校園管理數字化、醫院服務智能化、運營方式低碳化進行管理效率、服務效率、能源效率三項提升，以適應多類場景需求。如圖3所示，物聯網終端采集接入滿足物理層協議（NB-loT、LoRa、Zigbee）、應用層協議（CoAP、MQTT、Modbus、LWM2M）多種協議標準接入，支持IPv4/IPv6雙棧部署，滿足醫療多場景需求。
圖3 物聯網接入方式
在醫療場景中，物聯網平臺數據采集網關支持IPv4/IPv6，數據通過該融合協議網關傳遞至物聯網平臺。物聯網平臺通過IPv6地址訪問，可以采集獲取到網關傳遞的數據，包括事件和消息的上報等。物聯網平臺對終端建立物模型，對于上行傳遞的數據進行事件和消息的分類解析和存儲，實現數據從終端到平臺基于IPv6傳輸。
依托5G網絡及物聯網平臺，在校園教學樓區、食堂區、宿舍區、運動場區、圖書館區等區域，配置食品機、咖啡機、儲物柜、快遞柜、洗衣機、充電寶、垃圾分類等5G智能設備，提供一站式服務，各類終端設備通過IPv6協議轉換網關對接物聯網平臺，實現數據IPv6化解析和管理，助力構建校園師生服務5G智慧生態圈，提升校園生活服務質量。
建設成效與價值
全面提升IPv6+的基礎網絡支撐能力。中南大學通過網絡基礎設施建設完成優化調整校區核心網絡，擴容校區間OTN城域網；構建全光網絡底座，實現萬兆全光網入室、千兆到桌面，支持物聯網擴展，為開展遠程醫療教學、遠程會診、醫教研一體化提供堅實網絡基礎。以10GPON+Wi-Fi6模式構建面向校園全場景的高性能、高并發的無線網絡，實現Wi-Fi6無線網絡全覆蓋，IPv6全覆蓋。基于SDN控制器實現以太網、PON、無線網等設備統一管理，實現全網設備的自動化上線。有線、無線的上網認證策略統一執行，確保有線、無線終端的訪問策略一致。
IPv6業務應用及流量增幅明顯。2024年4月IPv6互聯網出口速率峰值上下行達2.53G/6.53G，連接數峰值達437.17K。IPv6流量應用層協議以HTTP協議為主，占總流量的42.11%，IPv6用戶約6.7萬個。
實現5G+IPv6教育專網與校園網融合部署。運營商在校園全面布局5G有源+無源室分系統，5G信號全覆蓋，保障校園內5G+智慧校園等應用穩定可靠運行，實現校園網與移動網絡的融合互補。中南大學5G站點162個（單獨規劃中南TAC），室外宏站92個，微站95個；室分站點874個，覆蓋宿舍樓、教學樓和辦公樓等室內區域。在中南大學機房內新建共享型園區級UPF（User Plane Function，用戶面功能），與校園網服務器直連，實現用戶數據不出校園，業務安全隔離。5G專網用戶測試結果反映5G專網能按規劃的IP地址池訪問校園網絡，支持IPv6訪問。
5G+IPv6+IoT促進智慧醫療發展。中南大學加強基礎網絡建設，實現校區及醫學教學場景園區網絡IPv6部署100%。通過優化“網絡IPv6、平臺IPv6、業務IPv6”三重IPv6網絡載體，部署全局性智能物聯平臺，提升校園物聯網應用統一支撐能力。結合多元化物聯終端，滿足多種醫療場景需求，不斷完善“安全可靠、智能運營、多元體驗”的IPv6醫療物聯體系，為智慧醫療的實現打下堅實基礎。目前在智慧健康養老、5G遠程跨域指導、5G智慧病房、5G院前急診等場景中得到廣泛應用。
湘雅醫院全數字化全流程5G遠程重癥監護應用、湘雅二醫院基于5G平臺重癥監護單元（心臟）遠程智慧綜合管理系統、湘雅二醫院基于5G+智慧醫院多中心管理、湘雅三醫院基于5G的全人群慢病智慧健康管理平臺研發等項目，分別入圍工信部和國家衛健委5G+醫療健康應用試點項目名單，各項目也在5G應用征集大賽行業虛擬專網專題賽中取得優異成績。
未來工作展望
中南大學將進一步推進部署“實時檢測、安全編排、聯動響應”的全局性智能物聯平臺，提升網絡管理效率，優化資源。持續完善校園物聯網絡平臺功能，由支持IPv6雙棧切換至IPv6單棧，實現智能業務平臺的平緩演進和實施。
進一步完善“安全可靠、智能運營、多元體驗”的IPv6醫療物聯體系。通過認證機制確保醫療數據在傳輸和儲存過程中的安全性，通過實時監控系統的部署，預測、阻止可能發生的安全攻擊行為。結合多元化終端，加大力度研究物聯網終端設備接入IPv6能力，研究非IP終端如RS485（Modubs）、藍牙、RFID。通過IPv6物聯網網關接入IPv6網絡，滿足更多醫療場景需求，為智慧醫療打下堅實基礎。
此外，輸出“標準規范、行業適用、適度前瞻”的IPv6物聯網標準。擬定《中南大學物聯網終端接入技術標準》，定制終端協議轉換模塊，完善校級物聯網平臺，分享研究成果，發揮生態伙伴力量，賦能IPv6下的5G物聯網應用場景。
*試點項目：2022年中央網信辦等12部門聯合IPv6技術創新和融合應用試點項目。
來源：《中國教育網絡》2025年2-3月合刊
作者：張明月、黎胤（中南大學信息與網絡中心）
責編：陳榮
