一種基于5G技術(shù)的智慧考場(chǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用探究

張俊哲 劉延斌 劉幸 李燕

摘要：考試作為教學(xué)過(guò)程的重要手段之一，需要體現(xiàn)其公平性與公正性，因此考場(chǎng)管理工作尤為重要，融合信息技術(shù)是考場(chǎng)管理工作的必然需求。5G技術(shù)作為最前沿的信息技術(shù)之一，為提高考場(chǎng)管理工作的效率和安全保障提供了有力的支撐。該文分析了一種基于5G技術(shù)下的智慧考場(chǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)，并論述了5G技術(shù)對(duì)考場(chǎng)管理工作的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);智慧考場(chǎng);考試管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）36-0157-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Research on the Application of a Wisdom Examnation Room System based on 5G Technology

ZHANG Jun-zhe， LIU Yan-bin， LIU Xing， LI Yan

（Radar NCO School of Air Force Early Warning Academy， Wuhan 430345， China）

Abstract：As one of the important methods of the teaching process， examination needs to reflect its fairness and impartiality. Therefore， management of examination room is particularly important. The integration with information technology is an inevitable demand for management of examination room. As one of the most cutting-edge information technologies， 5G technology provides strong support for improving the efficiency and safety of examination room management. This article analyzes the architecture of a wisdom system of examination based on 5G technology， and discusses the role of 5G technology in promoting management of examination room.

Key words： 5G Technology; wisdom examnation room; examnation management

2020年新冠病毒肺炎疫情防控期間，為推進(jìn)“全國(guó)碩士生招生考試復(fù)試”和“全國(guó)藝術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)招生考試”的順利開(kāi)展，教育部首次推薦各大招生單位采用遠(yuǎn)程考試方式組織相關(guān)招生工作。隨著全球疫情形勢(shì)的不斷變化，遠(yuǎn)程考試的需求逐漸常態(tài)化，“智慧考場(chǎng)”的概念應(yīng)運(yùn)而生。智慧考場(chǎng)依托5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)，打造“線(xiàn)上+線(xiàn)下”一體化考試解決方案，能夠提供集考前、考中、考后過(guò)程中各功能于一體的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)“筆試不出省，面試不出市”的目標(biāo)，不僅減輕了疫情防控的壓力，同時(shí)有效提升了各項(xiàng)考試工作的效率，讓考試更智能，讓教育更公平。因此，打造基于5G技術(shù)的智慧考場(chǎng)平臺(tái)，能夠有效減少考試組織壓力及監(jiān)考老師負(fù)擔(dān)，便于考務(wù)人員監(jiān)管，也有助于提升監(jiān)考水平，降低考試成本，提升考務(wù)管理規(guī)范性和公平性。

1 5G技術(shù)

隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，用戶(hù)體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)速率的要求越來(lái)越高，以及物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等新領(lǐng)域?qū)Τ蜁r(shí)延和超高可靠場(chǎng)景需求的日益增長(zhǎng)，現(xiàn)有的4G技術(shù)已難以滿(mǎn)足各種需求。5G技術(shù)正是在4G技術(shù)基礎(chǔ)上衍生出來(lái)的新一代移動(dòng)通信技術(shù)，相比于4G技術(shù)，5G技術(shù)提升了千倍的網(wǎng)絡(luò)容量以及百倍的用戶(hù)速率，極大地滿(mǎn)足了超高清視頻、高清語(yǔ)音、VR/AR等場(chǎng)景的應(yīng)用，5G技術(shù)能夠接入海量終端，實(shí)現(xiàn)智能家居、智能交通、智慧城市、智慧教育的目標(biāo)，同時(shí)，5G技術(shù)僅具有1ms的超低時(shí)延和超高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸能力，極大地促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)駕駛和移動(dòng)醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從專(zhuān)用的電信網(wǎng)絡(luò)到通用的電信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的轉(zhuǎn)變，能夠同時(shí)支持各種差異化場(chǎng)景、支持面向客戶(hù)的業(yè)務(wù)模式、支持業(yè)務(wù)快速建立和修改以及更高性能的業(yè)務(wù)應(yīng)用[1]。5G技術(shù)不僅大幅度提升了個(gè)人用戶(hù)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，創(chuàng)造出了百花齊放的生活?yuàn)蕵?lè)應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)契合其低時(shí)延、大帶寬和大連接等核心能力構(gòu)成了新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，成為推動(dòng)傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基石。

伴隨著技術(shù)變革的不斷普及滲透，教育環(huán)境和系統(tǒng)也面臨重塑，其構(gòu)建依賴(lài)于5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)和產(chǎn)品的綜合應(yīng)用。而教育教學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)——考試，也面臨智能化升級(jí)和改革的需求。利用5G技術(shù)的大連接、大帶寬和低時(shí)延能力，結(jié)合人工智能和云計(jì)算等技術(shù)，建立智慧考場(chǎng)系統(tǒng)，可以極大地節(jié)省教師的監(jiān)考工作量提高考試效率，降低學(xué)生參加考試的成本，緩解考試組織機(jī)構(gòu)的壓力，增強(qiáng)過(guò)程記錄，有效防范代考和作弊等行為的發(fā)生，更好地維護(hù)教育考試的嚴(yán)肅性、權(quán)威性和公平性。

2 5G技術(shù)下智慧考場(chǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成

智慧考場(chǎng)系統(tǒng)主要包括線(xiàn)上考試平臺(tái)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和線(xiàn)下考場(chǎng)終端三大部分，線(xiàn)上考試平臺(tái)主要包含在線(xiàn)考試系統(tǒng)、考試管理系統(tǒng)和監(jiān)考系統(tǒng)，線(xiàn)下考場(chǎng)終端主要包含攝像頭、麥克風(fēng)、身份驗(yàn)證設(shè)備和作弊防控設(shè)備等線(xiàn)下考場(chǎng)部署的終端設(shè)備。如圖1所示。

2.1 線(xiàn)上考試平臺(tái)

線(xiàn)上考試平臺(tái)是智慧考場(chǎng)系統(tǒng)的核心平臺(tái)，由在線(xiàn)考試系統(tǒng)、考試管理系統(tǒng)、監(jiān)考系統(tǒng)三部分組成。

2.1.1在線(xiàn)考試系統(tǒng)

在線(xiàn)考試系統(tǒng)包含在線(xiàn)筆試、在線(xiàn)面試、錄制視頻、信息審核等功能模塊，針對(duì)考官、考生、考務(wù)人員三方設(shè)置不同的登錄方式以及信息處理功能，用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化考試，通過(guò)該系統(tǒng)，考生可以完成從個(gè)人登錄、查看考試信息、參加考試的全流程考試過(guò)程。

2.1.2考試管理系統(tǒng)

考試系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)考試業(yè)務(wù)進(jìn)行全面管理，為考試全過(guò)程管理提供智能化手段，包含身份驗(yàn)證、考試指令發(fā)布、考點(diǎn)設(shè)置、考卷分發(fā)、考后統(tǒng)計(jì)等功能模塊。通過(guò)與在線(xiàn)考試系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，確保所有考場(chǎng)考務(wù)工作的及時(shí)準(zhǔn)確地開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)考務(wù)數(shù)據(jù)和前端考場(chǎng)設(shè)備以及監(jiān)控中心設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，為監(jiān)控中心提供數(shù)據(jù)支撐。

2.1.3監(jiān)考系統(tǒng)

監(jiān)考系統(tǒng)包含巡查和作弊防控兩大模塊，通過(guò)巡查模塊實(shí)現(xiàn)考場(chǎng)視頻和音頻的采集，巡查模塊具備檢索回放歷史信息以及存儲(chǔ)備份數(shù)據(jù)、報(bào)警聯(lián)動(dòng)用戶(hù)、智能偵測(cè)等功能。作弊防控模塊通過(guò)基于5G技術(shù)研發(fā)的最新屏蔽設(shè)備，對(duì)考場(chǎng)周邊的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行全頻段偵測(cè)，并對(duì)非法信號(hào)進(jìn)行阻斷，防止考試作弊行為的發(fā)生[2]。

2.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)

由于智慧考場(chǎng)系統(tǒng)中需要實(shí)時(shí)傳輸和處理大量音、視頻數(shù)據(jù)以及動(dòng)態(tài)圖像信號(hào)，數(shù)據(jù)量大而且所含信息豐富，因此需要帶寬充裕、冗余性強(qiáng)、低時(shí)延和性能穩(wěn)定的傳輸網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)基于5G技術(shù)，結(jié)合千兆網(wǎng)和云存儲(chǔ)，使用支持多種動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的萬(wàn)兆核心交換機(jī)作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備，通過(guò)其對(duì)多種模式的隊(duì)列調(diào)度機(jī)制和擁塞避免機(jī)制的支持[3]，用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)和控制，采用雙上行鏈路聚合模式連接核心交換機(jī)和接入層交換機(jī)，并輔以固網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)多線(xiàn)接入，通過(guò)加裝5G設(shè)備對(duì)多路接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能管理，以提供多路冗余傳輸，確保網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)上行與下行的高速交換能力，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。

2.3 線(xiàn)下考場(chǎng)終端

根據(jù)考試過(guò)程的需求，線(xiàn)下考場(chǎng)終端分為前端考場(chǎng)終端和監(jiān)控中心終端兩個(gè)部分。通過(guò)在前端考場(chǎng)部署終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)考場(chǎng)信息的采集和傳輸。通過(guò)搭建監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)考場(chǎng)音頻、視頻數(shù)據(jù)的調(diào)取和管理。

2.3.1 前端考場(chǎng)終端

在考場(chǎng)部署高清攝像頭、麥克風(fēng)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)考場(chǎng)內(nèi)音頻和視頻信息的采集。通常采用在一個(gè)考場(chǎng)內(nèi)部署前、后雙機(jī)位攝像頭和一個(gè)麥克風(fēng)的方式來(lái)達(dá)到全方位監(jiān)控的效果。在每個(gè)考場(chǎng)內(nèi)配備一臺(tái)身份驗(yàn)證設(shè)備，要求人臉識(shí)別時(shí)間小于一秒，識(shí)別準(zhǔn)確率高于99%，同時(shí)支持生物識(shí)別和終端識(shí)別的混合驗(yàn)證，將該設(shè)備接入5G傳輸網(wǎng)絡(luò)并和監(jiān)控中心以及考試管理系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)考生身份信息的真?zhèn)舞b別，并將相關(guān)數(shù)據(jù)同步更新到考試管理系統(tǒng)中。作弊防控設(shè)備根據(jù)考場(chǎng)面積大小的差異來(lái)確定數(shù)量，為保證防控效果，通常在80㎡及以下的考場(chǎng)內(nèi)安裝一臺(tái)防控設(shè)備，80㎡及以上的考場(chǎng)安裝兩臺(tái)及以上的防控設(shè)備，要求該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立的全頻段阻斷[4]，實(shí)現(xiàn)全時(shí)全頻段無(wú)縫連續(xù)覆蓋，能對(duì)各類(lèi)信號(hào)進(jìn)行有效阻斷。

2.3.2 監(jiān)控中心終端

監(jiān)控中心主要由網(wǎng)關(guān)、媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、高清顯示屏構(gòu)成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)考場(chǎng)音頻、視頻的編碼、存儲(chǔ)和顯示等功能。網(wǎng)關(guān)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻、視頻的實(shí)時(shí)點(diǎn)播、視頻的回放和檢索以及對(duì)監(jiān)控設(shè)備的遠(yuǎn)程控制功能。媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器需要支持TCP/IP、SIP等多種主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提供低時(shí)延和多級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)等功能。存儲(chǔ)設(shè)備需要大容量且能夠支持MPEG4、SVAC等多種視頻編碼格式，以支持實(shí)時(shí)錄像、定時(shí)錄像和移動(dòng)錄像等功能[5]。高清顯示屏提供HDMI、DVI等多種接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)考場(chǎng)畫(huà)面的流暢顯示。

通過(guò)在前端考場(chǎng)和監(jiān)控中心部署使用最新5G技術(shù)的終端設(shè)備，結(jié)合線(xiàn)上考試平臺(tái)和5G傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以有效解決傳統(tǒng)考場(chǎng)中建設(shè)成本高、考試圖像不清晰導(dǎo)致的取證困難問(wèn)題、圖像存儲(chǔ)調(diào)取效率低和智能分析程度差等問(wèn)題，通過(guò)“線(xiàn)上+線(xiàn)下”一體化考試解決方案，搭建全方位、立體化的考試安全防護(hù)體系，突破傳統(tǒng)考場(chǎng)存在的局限性。

3 5G技術(shù)對(duì)智慧考場(chǎng)系統(tǒng)的促進(jìn)作用

5G技術(shù)所具備的增強(qiáng)型移動(dòng)帶寬（eMBB）、海量機(jī)器類(lèi)通信（mMTC）和低時(shí)延高可靠通信（uRLLC）等方面的網(wǎng)絡(luò)能力，結(jié)合其所包含的人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等基礎(chǔ)共性能力，對(duì)智慧考場(chǎng)系統(tǒng)的發(fā)展和改革起到了至關(guān)重要的作用，主要體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面。

3.1 提高了智慧考場(chǎng)的穩(wěn)定性和可靠性

由于智慧考場(chǎng)系統(tǒng)涉及線(xiàn)上和線(xiàn)下兩個(gè)維度的考場(chǎng)管理，同時(shí)需要面向考生、考官、考務(wù)三方人員，因此，無(wú)論是線(xiàn)上考場(chǎng)的考試系統(tǒng)，還是線(xiàn)下考場(chǎng)的監(jiān)控設(shè)備，都對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及設(shè)備有著較高的要求。通過(guò)在考場(chǎng)加裝5G設(shè)備，結(jié)合固網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)，對(duì)多路網(wǎng)絡(luò)接入進(jìn)行智能管理，以提供雙路冗余傳輸，能夠提升考場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｍ瑫r(shí)，基于5G技術(shù)，智慧考場(chǎng)平臺(tái)能夠采用最新視頻處理技術(shù)和無(wú)損音頻傳輸技術(shù)，具備抗丟包和寬帶自適應(yīng)能力。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)切換備份線(xiàn)路，保持考場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的通暢，確?？荚嚇I(yè)務(wù)不受影響，有效提高了考場(chǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.2 提升了智慧考場(chǎng)的智能化程度

智慧考場(chǎng)與傳統(tǒng)考場(chǎng)相比，在作弊防控、考試環(huán)境監(jiān)控等方面提出了更高的要求?；?G技術(shù)搭建的新一代智慧考場(chǎng)系統(tǒng)采用全新AI監(jiān)控和巡考等技術(shù)，通過(guò)向遠(yuǎn)程巡考人員提供考場(chǎng)的多媒體監(jiān)控，提供“實(shí)時(shí)視頻互動(dòng)”和“實(shí)時(shí)查看截圖”等不同的監(jiān)考方式，以滿(mǎn)足不同的監(jiān)考需求，提高考試效率，維護(hù)考場(chǎng)秩序，全面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程考試智能化。通過(guò)對(duì)考官、考務(wù)人員和考生的行為動(dòng)作進(jìn)行識(shí)別，智能分析考生的行為動(dòng)作用以輔助判斷考試中是否有違規(guī)違紀(jì)行為，協(xié)助考務(wù)人員進(jìn)行分析判斷，實(shí)現(xiàn)預(yù)警、提示和取證等功能，有效提升了考場(chǎng)的智能化程度。

4 結(jié)論

5G 技術(shù)打破了傳統(tǒng)考場(chǎng)的邊界，通過(guò)其技術(shù)特性，疊加更多應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)遠(yuǎn)程考試在疫情防控、考試成本、考場(chǎng)真實(shí)性和考務(wù)管理規(guī)范性和公平性等方面的問(wèn)題，豐富了應(yīng)用場(chǎng)景，提升了考場(chǎng)管理的智慧化水平，有效促進(jìn)考場(chǎng)及考務(wù)管理效率的提高。隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，以及智慧考場(chǎng)系統(tǒng)產(chǎn)學(xué)研一體化融合創(chuàng)新的落地，將有利于構(gòu)建開(kāi)放共享的教育新生態(tài)，推動(dòng)教育考試工作實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展和改革。

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