大數據下智慧校園的建設

王曉麗， 劉占波， 蘇 奎， 石 莉， 陳志國， 閆 實

(牡丹江醫學院, 黑龍江 牡丹江 157011 )

0 引 言

教育是國家進步的基礎，信息化教育在信息化飛速發展的時代是高校發展的核心，推動信息化教育方針是支持教育現代化的基本方略。建設智慧校園、推動智能教學一體化是高校向現代化教育發展的趨勢。2018年6月，國家市場監督管理總局中國國家標準化管理委員會公布了國家標準文件《智慧校園總體框架(GB/T36342-2018)》。為加快教育現代化腳步，教育部在2019年工作要點中明確提出了創建智慧校園，將信息與教學深度融合，加快信息化時代教育進程[1]。國務院隨后印發的《中國教育現代化2035》中亦明確提出了統建智慧化教育、服務與管理綜合平臺，加快智慧校園建設[2]。

1 智慧校園的概念及內涵

智慧校園顧名思義就是給學校添加智慧。給學校添加智慧需要智能傳感器、大數據云計算中心、高速網絡等。不同時代、科技水平的不同所能賦予的智慧校園含義亦不相同。上世紀八九十年代，處于起步階段的計算機技術被引入部分校園進行計算機辦公、計算機教學，形成了智慧校園的雛形。相比傳統方式，利用計算機顯然提高了辦公、管理、教學等各方面的效率。相比現今以大數據、物聯網為基礎的智慧校園，部分學者將之前利用計算機和互聯網智能辦公與教學稱為數字化校園或數位化校園[3]。隨著科技的發展和時代的進步，智慧校園這一概念被賦予的涵義是不同的。

以大數據和物聯網為基礎的智慧校園是利用大數據和物聯網等多種信息技術或創新意念，集成校園的組成系統和服務，以提升資源運用的效率，優化校園管理和服務，提高學生的學習效率和學習質量[4]。在智慧校園的平臺下，智能設備會以物聯網的形式貫穿在教室、實驗室、會議室、辦公場所、操場、宿舍等地，通過有線網或移動互聯網與大數據服務中心連接，利用軟件應用平臺統一管理，以實現學校教學、科研、生活和辦公的數字化與智能化。

2 智慧校園的架構

建設智慧校園的總體目標是使學校能夠達到教學、學習、生活、管理等數字化的一站式智能化效果。為了能夠把各個系統下信息交換問題劃分到更易處理的模塊中，同時方便不同的設施之間的交互、擴充與理解，智慧校園的架構體系參考了OSI/ISO互聯網開放協議中層級的概念，通過劃分層次關系，把智慧校園的建設劃分成為若干層，大致包括：基礎設施層、支撐平臺層、應用平臺層和應用終端層，如圖1所示。

圖1 智慧校園總體架構圖

3 智慧校園的建設與實施

3.1 基礎設施層

該智慧層是校園建設的基礎，包括校園基礎設施的建設和服務器存儲等硬件資源的建設及相關的物理安全維護規范。

(1)校園基礎環境建設規劃和基礎設施的改造。

(2)智能電子設備的引入。

(3)硬件存儲與服務器建設：包括私有數據庫，媒體數據庫，公共管理數據庫等數據庫的建設及其存儲服務器容量等基本保障。

(4)校園網搭建和物聯網覆蓋。校園網搭建又分為有線網搭建和無線網搭建。智慧校園網絡由于連接設備眾多且結構復雜，因此在建設中不但需要高可靠性和安全性，更需要考慮冗余性和便于拆裝等問題。在布網建設中采用了千兆網絡到節點、萬兆網絡到樓宇、十萬兆為服務器核心的三級架構連接方式。智慧校園中的各種不同設備之間可以通過網絡互聯互通，各種數據通過智能傳感器自動采集，并上傳到智慧校園的大數據平臺中，從而實現物聯網覆蓋。智慧校園的組網構建在無瓶頸的同時要求核心交換機具有足夠的帶寬與高效的性能，并要求能夠提供無瓶頸的數據交換，核心交換機與匯聚交換機要具有強大的擴展功能，能夠隨著需求變化，充分留有擴充余地，以滿足信息準確、安全、可靠、優良交換傳送的需要。

(5)與物聯網運行和數據中心有關的安全防護。與數據中心有關的安全包括云存儲服務中心軟件的存儲安全(比如密碼的專人管理，系統的備份等)和存儲服務器的安全。為預防由某種災害或災難事件對大數據中心帶來的破壞，需要建設本地災害備份與處置中心，可以布置到校園其他樓宇節點計算中心或其他安全點。為防止受斷電影響，數據中心服務器不但需要大規模UPS作為備用電池，還應使用直接存儲復制技術實現大數據中心存儲和災害備份與處置中心的存儲數據同步。

與物聯網有關的安全包括網絡節點的備份，避免單點故障，線路保護等。網絡線路和智能設備需要必要的防塵、防水防護。如果出現鏈路問題，冗余鏈路可以對相應數據進行轉發，以保證數據不間斷傳輸。

3.2 支撐平臺層

支撐平臺層是體現智慧校園大數據及其計算能力的核心層[5]。它為智慧校園的各類應用服務提供驅動和支撐，由于數據中的存儲系統要承接大學的繁雜的應用，為老師、學生提供各種智能服務，因此采用了模塊化布局并使其具備很高的靈活性和可擴展性。數據中心主要包括數據處理、數據交換、數據服務、統一接口和支撐平臺等。數據處理包括數據挖掘、數據分析、數據融合和數據可視化等部分。數據交換單元是在基礎設施層數據庫與服務器的基礎上擴展已有的應用，包括數據存儲、數據匯聚與分類、數據抽取與數據推動等。數據服務單元包括數據安全服務、數據報表服務、數據共享服務等。統一接口和支撐平臺是實現安全性、開放性、可移植性和可管理性的各個接口和模塊，包括統一身份認證、權限和各接口服務等。

大數據中心內規劃多套業務系統，各業務系統之間相互獨立并邏輯上隔離，每套業務系統都需要獨立存儲空間。每套業務系統都配置一套獨立的存儲設備，這樣的方案結構清晰，各業務系統也彼此獨立，但維護工作量大，建設成本高，容易造成存儲資源的浪費，造成資源配置的不平衡。隨著存儲技術的不斷演進和發展，存儲區域網和集中存儲的技術越來越多的應用在大數據中心。對于云計算中心的數據平臺建設也可以采用存儲局域網架構技術和集中存儲的方式來實現。

3.3 應用平臺層與終端層

應用平臺層是智慧校園的最高層，是校園智慧化的具體內容體現。在上層的基礎上，應用平臺層構建了智慧校園的具體資源、環境、服務及管理等應用。其為廣大教師、學生及管理人員提供了廣泛的服務。應用平臺層包括了智慧化教學環境與資源，智慧校園的高效服務和管理等，應用終端層是平臺層的接口實現，服務對象通過各種瀏覽器和移動終端來訪問共享平臺服務及各種資源，如圖2所示。

圖2 應用平臺和終端層建設框架

4 結束語

智慧校園的建設對全面提升信息化服務水平和師生信息化服務幸福感和獲得感，推進學校治理體系和治理能力現代化都有關鍵意義。本文分析了智慧校園的內涵，將智慧校園的建設分為了基礎設施層、支撐平臺層、應用平臺層與應用終端層，提出了智慧校園每一層次的建設方案。目前校園的智慧化建設仍然在探索階段，尚有諸多問題需進一步探討、諸多困難需要解決。科技的發展決定了智慧校園的智慧到底有多高，隨著科技的不斷進步，智慧校園將迎來蓬勃發展的熱潮。