智慧校園中物聯網與云計算應用

周夢菲 許 珂

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智慧校園中物聯網與云計算應用

周夢菲 許 珂

2012年3月，教育部發布了《教育信息化十年發展規劃（2011－2020年）》制定出了我國今后十年的教育信息化發展總體規劃，將教育信息化納入國家信息化發展整體戰略，把教育信息化提升到了一個新的戰略高度。在社會信息化的大背景下，建設“智慧校園（E－campus）”不斷推進以學校為主題的教育信息化進程，變成了教育信息化的重要組成部分。物聯網、RFID、云計算、虛擬化是智慧校園運行的關鍵支撐技術，為在校師生提供智慧應用與服務。

智慧校園的涵義與特征

2008年11月，IBM在紐約召開的外國關系理事會上提出“智慧地球”這一概念。之后引發了全球關于“智慧城市”的討論熱潮。智慧校園是一種獨特的校園系統，它將學校的教學、科研、管理與校園資源和應用系統進行整合，通過云計算、物聯網、虛擬化、大數據、移動互聯、商業智能、社交網絡等的信息技術手段，結合網絡、技術、服務的智能綜合信息服務，全方位實施教育信息化，提高應用交互的靈活性、明確性和響應速度。

智慧校園的核心是服務，以服務學校、服務教學、服務社會為方向，主要強調智能感知、資源組織、信息交換、管理邏輯與科學決策等。它的最終目的是將學校物理空間與信息空間有機銜接，建立起一個智能的教育教學環境和便利舒適的生活環境，改變在校師生與學校資源、環境的交互方式，從而向用戶提供更為便捷、優質的服務。

隨著智慧校園的提出與實施，傳統校園教育教學、生活環境、管理服務模式正在逐漸被改變。總體而言，智慧校園的基本特征包括以下幾點。

（1）感知化的系統構成。智慧校園運用傳感器、采集器、二維碼、射頻識別等感知技術和設備對校園中與教育科研、環境、管理和生活服務相關的所有信息資源進行采集、處理與管理。結合校內物聯網系統的管理與控制，提高校園的運行效率。

（2）基于“大數據”的決策支撐。學校各應用系統中累積的大量數據，依據這些數據建立的數據模型，然后進行數據的統計與分析，并預測未來可能的發展規律。最終為學校管理層做出正確決策提供有力的支撐。

（3）無障礙的個性訪問服務。通過校園有線、無線、移動網絡的無縫融合的網絡環境，為校園內海量用戶提供隨時隨地接入網絡的便捷服務。訪問渠道多樣化也為用戶提供便利，用戶除了通過傳統PC機訪問網絡之外，還可以使用手機、掌上電腦、電視等各種終端獲取所需信息。在訪問內容、界面與方式方面也能夠提供按需定制的個性化服務。

圖1　云計算的架構層次示意圖

智慧校園的關鍵支撐技術

1. 物聯網（The Internet of Things）

物聯網技術與智慧校園的實施密不可分，它連接了校園網中各類基礎設施并提供智能感知的一體化智能環境，完成了智慧校園的首要目標。物聯網，即“物物相連的互聯網”，它通過射頻技術（RFID）、無線傳感網絡、移動網絡、全球定位系統與激光掃描器等信息技術手段，按約定協議將人員、物品與網絡連接起來，進行信息通信和信息交換，從而實現智能化的識別、定位、監控、跟蹤和管理的一種網絡。

實現物聯網的關鍵技術是射頻技術（RFID），RFID是一種通過射頻信號來達到無接觸傳遞信息的自動識別技術。一般而言，基本的射頻信號系統包括標簽、閱讀器和支撐軟件。RFID標簽由芯片和天線構成，且具有唯一的電子編碼。天線作為RFID標簽的核心的技術之一，每個RFID標簽具有單個或多個天線；RFID閱讀器的主要任務是接收標簽的反饋，并控制射頻模塊往標簽發射讀取信號，同時解碼標簽對象的信息，將此信息及標簽上的其他相關信息發送至主機進行處理。RFID標簽和閱讀器所使用的頻率成為RFID工作頻率，RFID頻率的選擇影響著信號傳輸的距離與速度等。

目前的高校信息化應用中也存在著物聯網技術，例如圖書管理和資產管理所用到的條形碼技術、校園一卡通的IC卡識別技術等。這些應用較為單一、數據信息無法整合，因此還沒有形成智慧化校園模式。利用射頻技術（RFID）在高校各層面建立物聯網體系，并與校園網絡有機結合，即可解決校園數據采集問題。物聯網技術有效的幫助智慧校園建設，對校園內的人員、車輛、物資、基礎設施等進行感知、定位與控制。通過覆蓋校園的網絡將收集的信息傳輸至信息處理中心，經過處理分析后的信息與原有信息融合之后，再由校園信息指揮系統對獲取信息進行智能處理，將結果反饋至學校各級管理部門，為決策提供可靠有力的幫助。

2. 云計算（Cloud Computing）

云計算作為被討論的熱點名詞，已經成為了未來發展的重要趨勢之一。美國國家標準與技術研究院（NIST）將云計算定義為一種按使用量付費的服務模式，這種模式將網絡、服務器、存儲、應用軟件等計算機資源形成可配置的資源共享池，使這些資源可以快速、按需且彈性的提供給使用方。圖1所示為云計算架構層次，其中包括基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）。

數據中心是云計算的核心，其資源規模與可靠性對上層的云計算服務有著顯著的影響。云計算數據中心特點為：（1）自治性，相對于傳統數據中心，它擺脫了人工維護，在系統發生異常時可自動重新配置并恢復。（2）規模化，通過大規模集群的統一標準化管理，使設備管理的成本大幅降低，同時，云計算數據中心采用大規模高性價比設備，并可擴展規模空間。數據中心為云計算提供大量資源，虛擬化技術則實現了基礎設施服務的按需分配。因此，虛擬化技術成為了實現云計算資源池化和按需服務的基礎。

云計算作為實現智慧校園的重要支撐技術，它使科學、可量化的決策成為可能。同時，云計算也為智慧校園中的上層應用提供了計算、存儲和共享等服務。作為一種成熟的互聯網商業模式，云計算被引入到智慧校園基礎服務平臺的建設中，它利用了高校現有資源，通過云計算及虛擬化技術，整合校園中可利用的現有資源，在不增加購置其他大型設備的狀況下，實現海量數據挖掘、復雜的科學計算和大規模分布式存儲，使資源可以動態的伸縮調整，讓超級計算機的性能更加顯著，以此使得智慧校園的智慧特征更易實現和突出。

總結

隨著科技水平日益更新迭代，教育信息化迫切需要從數字校園向智慧校園轉型。而物聯網、云計算等的關鍵支撐技術的迅速發展與應用為智慧校園的轉型提供了良好的實現手段與外部環境。毫無疑問，在未來，智慧校園會滲透到校園中的每一個角落。智慧校園建設也將為師生提供更快捷便利的服務，加快科研項目完成速度，提高科研質量，豐富校園文化，提高校務管理效率。

周夢菲1許 珂2

1.陜西科技大學數字化校園建設管理委員會辦公室；

2.招商銀行西安分行

周夢菲，1990年1月17日，助理工程師，碩士研究生，主要研究高校信息化。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.10.024