2.1 5G 赋能人工智能

5G 与人工智能的结合将会使人工智能获得飞跃式发展。5G能够为人工智能提供高速率、低时延的网络，同时，5G 的分布式核心网络和网络切片在人工智能中的引入， 不仅可以有效扩大人工智能在教育领域的应用范围，还能为用户打造“私人定制”的网络

2.1.1 5G 的三大优势

5G 拥有 4G 无法比拟的优势。5G 具有高传输速率、大宽带、低时延等优势，这将使得人工智能在其功能、性能及应用领域等方面都会有较大的提升。

1. 高传输速率

高传输速率是 5G 最直观的表现，5G 的传输峰值速率能达到10Gbps，而 4G 网络的传输峰值速率则为 100Mbps，理论上 5G 网络的速率约为 4G 网络的 100 倍。

中国联通 2019 年 4 月在官网上公布的数据显示，中国联通和中兴合作的 5G 机型速率已经达到 2Gbps，在 5G 现实应用中速率 也可达 200Mbps，网速远超光纤常用传输速率，下载一部 2 小时的 高清电影只需不到一分钟。

2. 大宽带

人工智能应用在 4G 网络的支持下也能满足基本功能需求，但是当使用人工智能应用的用户变多时， 随着云人工智能和边缘人工智能的连接需求的增加，4G 网络就会变得拥堵，进而影响用户的使用体验。而 5G 则可以为人工智能应用提供一个更宽的连接通道， 大宽带的优势能够在不影响用户体验的同时支持更多设备 5G的接入。

3. 低时延

低时延是指从指令发出到指令被执行的时间将大大降低，这无疑会大大提升人工智能应用的准确性和可靠性。对于人工智能自动化操作而言，低时延的网络能够大大提高人工智能的运行效率，同时，在执行用户指令时，低时延的网络也可以极大地提升用户的使用体验。

在未来的人工智能应用上， 传感器产生的大量的数据会被上传到云端进行复杂的运算。当前 4G 网络的数据带宽是不足以支撑其运行的，而 5G 网络的大带宽和低时延的优势就可以使海量数据的复杂运算与传输成为现实。

2.1.2 5G 核心网，基于服务的架构

5G 核心网位于网络数据的中央，负责对用户终端传输的数据进行处理，同时负责对用户的移动性和会话进行管理。4G 核心网主要包括 MME（移动管理实体）、SGW（服务网关）、PGW（分组数据网关）和 HSS（归属用户服务器） 4个网元， 如图 2-1 所示。

图 2-1 4G 核心网的主要结构

1. MME

MME 是 4G 核心网的重要网元，主要负责移动数据的管控、用户的传呼和智能终端位置的更新。例如，智能终端需要定时向MME 报告自身的位置，其接入互联网也需要经过 MME 的安检，同时，智能终端调换基站的流程也离不开 MME 的管控。

2. SGW

SGW 负责数据的传输和分发，是 4G 核心网的数据中转站。

3. PGW

PGW 的功能包括会话和承载管理工作，以及分配网址等。

4. HSS

HSS 主要负责用户的移动管理、会话建设和访问授权等。

目前 4G 核心网的网络构架还存在明显的缺点，SGW 和 PGW需要同时负责处理和传输用户数据， 这种不同网元之间功能的交叉会降低数据管理的效率，导致传输与执行的延时。

而 5G 核心网与 4G 核心网相比，有了根本性的改变，这种改变体现在网络结构方面。5G 核心网采用的是 SBA 架构（基于服务的架构），SBA 架构拆分了网元的功能，网元的功能更加细化，能够满足更多的服务需求。同时，不同网元之间互不依赖、可实现独立自治。 核心网的网元包括以下几种， 5G 不同网元具有不同的功能

（1）AMF（接入和移动性管理功能）：其主要包括注册管理、连接管理、流动性管理、合法拦截、接入认证、接入授权、监管服务和定位管理等功能。

（2）SMF（会话管理功能）：其主要包括建立会话、会话通道维护、IP 地址分配和管理、终止接口、策略控制、下行数据通知等功能。

（3）UPF（用户平面功能）：其主要包括分组路由和转发、数据包检查、用户平面部分策略实施、上行流量验证等功能。

（4）UDM（统一数据管理功能）：其支持用户识别处理、用户标识符隐藏、用户管理、短信管理等功能。

（5）PCF（策略控制功能）：其支持统一的策略框架，便于对网络行为进行管理，同时其为用户平面功能提供控制策略。

（6）AUSF（认证服务器功能）：其支持 3GPP（第三代合作伙伴计划）网络的接入和非 3GPP 网络的接入的认证。

（7）NEF（网络能力开放功能）：其支持网络能力和事件的开放。

（8）NSSF（网络切片选择功能）：其为用户选择网络切片实例集合并确定为用户服务的网络协议集合。

（9）NRF（网络注册功能）：其支持服务发现功能，同时能够维护可用网元实例和支持服务的网元配置文件。

5G 核心网的网元很多，其能够提供的服务也很丰富，同时，不同网元之间是独立运作的，有效化解了不同网元之间功能交叉的弊端，提高了网络运行效率。5G 核心网的网络运作模式更加自动化。

而依托 5G 网络运行的人工智能应用，则会在更加自动化的网络运作模式中提高自身的自动化， 从而提升人工智能应用运行的效率。

2.1.3 5G 网络切片打造“私人定制”网络

网络切片是将物理网络划分成若干个虚拟网络，根据每个用户对网络服务的不同需求，如对于网络的延时性、带宽和安全性的需求等，将这些虚拟网络灵活划分，从而适应不同的网络场景需求。

简单来说，如果将网络比作车道，那么用户就是车辆。如果所有车辆都在同一车道上行驶，必然会造成交通拥堵。但是如果交通部门根据车辆的类型设置了非机动车专用道、机动车专用道、公交车专用道、快速路车道等不同类型的车道，那么交通拥堵的现象就能大大减轻。

网络切片就是根据用户的不同需求设置不同的网络通道，用户在观看视频时，系统通过修改参数为用户提供专属的 5G 网络服务，这样用户观看高清视频直播也不会卡顿。网络切片的“私人定制”服务，能够有效保证每一位用户的用网质量。

中国联通和华为共同推出了 5G 网络切片解决方案，应用于腾讯提供的高清视频网络平台， 这将为用户带来更好的视频观看体验。对于 4G 网络系统的宽带不稳定、观看高清视频体验不佳等问题 5G的网络切片技术都可以解决，其可以以端到端的数据传播形式，降低观看高清视频的时延，为用户提供良好的观看体验。

5G 网络切片分为以下 3 种，如图 2-2 所示。

图 2-2 5G 网络切片的种类

1. 移动宽带切片

移动宽带切片提供高清视频直播、全息技术支持和 VR/AR 技术支持等场景的应用，这些网络场景对于网速的要求较高。

2. 海量物联网切片

海量物联网切片应用的场景较为广泛，主要用于智慧城市、智慧家居、智慧农业和智慧物流等方面。这些场景对网络的覆盖率要求较高，但对时延性和移动性的要求则没那么严格。

3. 任务关键性物联网切片

任务关键性物联网切片可以应用于无人驾驶和远程医疗等技术行业，这些场景对于网络的低时延和稳定性要求较高。

网络切片技术为 5G 提升速率、降低成本提供了更多可能，同时也为不同网络场景的搭建创造了条件。在这种情况下，依托 5G网络运行的人工智能应用也会在灵活网络的支持下， 运用到更多的教育场景中去。