近日，GSMA與中國信息通信研究院聯合發佈了《中國5G垂直行業應用案例（2020）》研究報告。報告彙集了中國領先的5G行業應用實踐，涵蓋教育、醫療等諸多領域。
自2019年5G商用以來，這一新技術如何與教育真正結合，一直讓人迷惑。而本次入選的“5G雲VR教育應用”、“中國慕課大會5G+超遠程虛擬仿真實驗”均來自於實際操作的案例，並已進入商用階段，標誌著5G+教育不再只是人們頭腦中的幻想。
下面編者就帶您瞭解這些案例的特點，希望從中發現更多5G場景下教育的創新機會。
基於AI QoE的5G雲VR教育應用
實踐地點：上海市長寧區愚園路第一小學
該應用結合了電信運營商的網絡資源、諾基亞5G網絡設備、技術和商業雲平臺以及百度VR開發的內容，合作打造出一套完整的，可持續商業化運營的5G+雲VR教育方案，為上海市愚園路第一小學構建了一個VR教育課堂，可支持全校40多個班級的自然科學課程的VR教學授課。項目已結束6個月的試運行，正式進入商用運行。
原有VR教學方式難以滿足教學需要：
調查表明，VR技術能夠在傳統中小學教育中，為學生提供沉浸式學習體驗，虛擬實境化的教學可增強學生對知識的理解度。
VR教學效果對比調查（國內調查參考）
但是在VR教育引入5G技術之前，已進行的各種實踐模式存在多種挑戰：
- PCVR教學方式：採用一臺PC單機支持一路VR設備的方式，必須以有線方式連接VR設備，學生體驗不佳。對學校來說，PC硬件的採購，線路設計，部署及日常維護工作繁重，且資源閒置時無法實現校間共享。
- 一體機VR教學方式：教育內容直接在無線VR 一體機上運行（基於手機處理器），雖解決了無線和移動性問題，但一體機自身運算能力弱，以至畫面簡陋，流暢度差。
- 雲VR教育+寬帶方式：採用VR雲平臺部署，通過 FTTX寬帶連接教室，可實現無線輕量化VR設備教學，但普通寬帶的帶寬穩定性及時延抖動指標差，難以滿足商用長期穩定運行要求。
- 雲VR教育+專線方式：採用VR雲平臺部署，通過專線連接教室，可實現無線輕量化VR設備教學。專線帶寬及時延性能優良，但部署工期長，且由於VR教學帶寬要求很高（每個VR教室至少需600Mbps下行帶寬），專線租用成本非常高昂。
5G 雲VR教育方案為學校提供了真正可持續化規模運行的VR教學模式：
5G雲VR課堂
VR教室內根據學生規模佈置若干課桌，每課桌配置一路無線VR一體機（帶互動手柄）及一路顯示器（同步顯示VR內容），每個課桌安排4-5名學生，在學習課程時輪流進行VR內容體驗。
所有教室內VR設備的運行狀態及課程播放均由任課教師通過移動端APP對雲VR教育平臺進行遠程控制。教師按授課需要選取相應的VR課件內容，VR教育雲平臺收到指令後對該課件進行實時渲染計算並向學生的VR設備流化推送。這種方式既有效保證了課程進度，同時也實現了學生對VR設備使用的高度可控。
- 硬件維護簡單，可用性高：學校僅需對VR頭戴設備等進行日常管理，維護難度及強度很小。VR雲平臺配置冗餘硬件資源以保障高可用度運行，硬件故障不影響學校課程開展。
- 無線連接方式增強使用體驗：每臺VR頭戴設備均以無線方式，通過5G網絡從VR雲平臺獲取運行內容，學生使用體驗好。課堂整潔線纜少，環境安全。
- 無縫的內容更新升級：所有課件內容升級更新或新增課程的部署均於非上課時間在VR雲平臺上進行，升級更新對教學安排無影響，學校亦無需提供人力進行配合。
- 無需考慮硬件升級或兼容性：所有新引入的課件均預先在雲平臺上調試到最佳運行狀態，再投放給各學校使用。由於渲染運算在雲端進行，故校方無需顧慮運行效果或硬件兼容性問題，引入新課件也不會對學校有硬件升級需求。
- 軟硬件資源共享：基於VR雲平臺部署的業務模式支持同一組軟硬件資源被多個學校的VR教室共享，提高資源利用率同時降低使用成本。VR雲平臺的軟硬件資源可根據其支持的教學點數量及開課率的變化，進行按需平滑擴容調整，而該過程不會對學校授課安排造成影響。
- 5G網絡：VR的全景視頻流及3D音效等傳輸都要消耗大量的數據流量，無法通過4G網絡滿足，而5G高帶寬和低時延的特性更好地滿足了VR業務需求。配合5G網絡優化，可提供長期穩定的大帶寬連接性能，滿足VR教室中大量VR設備同時運行的帶寬要求，同時具備一定的移動性。
- 邊緣計算：引入邊緣計算（MEC）技術，使應用內容從核心網下沉到基站側以便用戶就近訪問，可滿足VR 內容傳送所需的低時延及高吞吐量指標。
- QoE優化：引入AI進行動態帶寬預測並指導 VR雲平臺進行碼率優化。在雲端與終端之間引入人工智能技術，將降低應用對網絡的依存度，通過人工智能技術根據網絡環境自動調節顯示質量，保證穩定質量運行。
未來發展
從實際應用效果分析，雲VR教育模式提高了學生的學習興趣和對課程知識點的吸收。未來，除了雲VR技術和5G網絡的支持，在教育行業的具體業務結合方面要繼續深化：
- 課程內容方面：商用化的VR教學課件內容必須足夠豐富且為現有教材量身定製，能夠完全融入教學計劃，達到只改革教學模式而不增加學生的課程負擔的效果，才容易被學校接受。完善VR教學課件針對各地各版本教材及教綱的開發，使方案具備更大的可推廣性。
- 授課模式：對任課教師進行VR教學的培訓，使其能夠根據VR教學內容重新編排授課 流程，在不增加課程長度的情況下，用VR課件對原有課程中的部分平面內容進行替換，以實現教學模式改革。
- 從網絡和終端方面：規模化部署支持雲VR 教育平臺的各邊緣雲計算節點（含基於AI的QoE 保障能力），實現每個邊緣雲節點對若干個學校就近的業務能力覆蓋（如5公里範圍內），並能通過雲化方式實現資源共享以持續降低運營成本。
- 產品方面：持續推動VR一體機等終端產品的5G產品化。
中國慕課大會5G+超遠程虛擬仿真實驗
實踐地點：教育部中國慕課大會
在2019年中國慕課大會上，中國聯通、高等教育電子音像出版社有限公司、數字王國、 平行雲科技、曼恆數字、HTC、戴爾等單位通力合作，成功完成了北京、貴州、西安三地5G+超遠程虛擬仿真實驗。打破了空間和時間限制，把不同城市、不同學校的學生帶到同一個實驗室，共同完成虛擬仿真實驗；在教育內容方面引入了C919飛機大部件拼裝，將這種以前只能通過空想的教學內容形象展示出來，全面革新了現有的教育形式。
三地參與
C919大飛機機翼測量及組裝實驗
5G+超遠程虛擬仿真實驗系統綜合了5G網絡、MEC 技術、雲渲染技術和協同技術，可以在雲端實現實時計算與渲染，在使終端設備輕量化、無線化的同時，保障流暢的交互體驗。同時，引入多人協同技術，通過5G網絡高速率實現異地多人同時在線、無延遲的展示、操作，推動多人協同需求下的虛擬裝配、虛擬驗證、虛擬教學、虛擬實訓等教學體驗，從而極大的提升了教育教學和培訓效果。實現了：
- 5G+4K超遠距離影像實時交互傳輸；
- 北京到貴陽往返4000多公里，網絡時延低於38毫秒；
- 對實時交互視頻編解碼和網絡低延遲做了大量優化，為現場提供高質量的雲VR體驗；
- 影像和聲音無線高速無損傳輸3K/90hz VR，總延遲低於15ms；
- 超大空間多個VR HMD (head mounted display)毫米級別精度定位；
- 慕課大會過程中，教師與學生共同參與的虛擬現實仿真實驗需要超大帶寬的網絡保證。主會場共有20個VR眼鏡， 每個VR在參與實驗過程中需要佔用40M帶寬，因此在主會場共需要800Mbps的網絡總帶寬。
商業價值：
當前已有來自184所高校的296個項目獲得教育部的國家虛擬仿真實驗教學項目認定。國家虛擬仿真實驗教學項目就是國家級“金課”，5G+超遠程虛擬仿真實驗項目將推動國家級金課的規模化發展，將優質的教育資源輻射到全國各大高校。
項目適用於教育行業客戶，包括高等教育及職教和K12教育等學校客戶。其中高校/職教訂製化內容需求明顯，K12教育的內容多可大量複用。
未來，可以依託於行業客戶（To B）積累的基礎之上向個人消費者用戶方向（To C）演進，並逐步增加付費內容和廣告收入比重。
在產品化方面，目前主要以定製輕量化終端（加入5G 模組）、5G流量包、專屬雲平臺、通信管道、內容運營端到端平臺等服務切入市場，後續將不斷疊加優質內容的引入和處理作為核心競爭力，同時逐步開展內容開發和版權運營，實現多渠道商業變現。
未來計劃
- 擴展研發5G+虛擬現實教育雲平臺：虛擬仿真技術可以進一步升級為包括VR/AR、裸眼3D、全息技術等的虛擬現實技術。5G+虛擬現實教育雲平臺將集5G網絡、平臺、內容、終端為一體：在網絡層融合5G網絡、 MEC、雲渲染等關鍵技術；在平臺層提供分佈式部署及多場景訪問能力；在內容層吸納全學科的優質資源；在終端層支持虛擬現實設備、手機、WEB多終端訪問。
- 深入技術和教學的融合：加強信息技術與實驗教學深度融合的規律研究，加強虛擬仿真實驗教學的規律研究，研究推出覆蓋13個學科門類、92個專業類、630 個專業的虛擬仿真實驗教學項目體系。
- 擴大項目落地範圍：將已有的國家虛擬仿真實驗教學項目建設成果向西部高校、地方應用型高校進行推廣。通過加強對高校教師的培訓，不斷提高各級各類高校、各個專業教師使用虛擬仿真技術、人工智能技術開展實驗教學的能力。
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