基于物聯網技術的智慧校園分布式雙活數據采集系統

舒忠平

摘要：隨著信息管理技術的不斷進步發展，各大高校越來越重視校園的信息化管理，為了使校園管理更加智能化，將物聯網技術合理地應用要校園的日常管理中，來實現智慧校園。物聯網是互聯網的一種延伸，它是利用各種傳感器，將不同的物件連接到互聯網上，實現物與物、人與物的信息交互，利用物聯網技術，結合分布式雙活數據中心平臺的構建，實現智能化的智慧校園管理，為用戶提供優質、高效的服務。

關鍵詞：物聯網;互聯網;雙活數據中心;智慧校園;RFID射頻識別技術

中圖分類號：G717;TP391.44;TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1001—5922（2021）02—0106—05

物聯網技術是互聯網技術的一種延伸，互聯網技術是人與人之間的交流更加便捷，物聯網技術則是通過不同類型的傳感技術來識別不同物件，同時使物與物、人與物之間實現信息共享。隨著計算機網絡技術的不斷發展進步，物聯網技術已經成為現代信息產業的主要研究方向之一。現今全國各大高校都對自身信息化建設越來越重視，也建立了許多的信息管理系統，如教務管理、辦公自動化、數字圖書館、人事管理等等應用系統，這些信息管理系統對學校每天的日常教學管理起到了重要作用，是維持校園日常事務開展的基礎。由此可見，高效的網絡數據管理系統的建設是十分必要的。目前，很多學校都建立了網絡數據中心，數據中心集合整個校園的信息化硬件設施，學校的各種業務系統也在數據中心進行整合。所以，為了不影響全校師生對校園系統的使用，需要建立更加靈活、高效、可靠、安全的數據管理中心，以更好的完成業務部署和資源調配。這里我們對基于物聯網技術的智慧校園數據管理系統進行了詳細介紹，探討了分布式雙活數據采集系統的設計和實施。

1物聯網技術介紹及其體系結構

1.1物聯網技術介紹

物聯網是互聯網的一種延伸，它是通過射頻識別RFID標簽、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器等等信息傳感設備，按照一定了協議，在互聯網中接入各種物件，通過它們之間信息通信和交換，達到對物體進行智能化識別、跟蹤、定位、管理及監控的目的。與互聯網不同，互聯網是把計算機連接起來，構成網絡使人和人之間能夠進行信息交互，物聯網技術是通過各種傳感器，將各種物件接人互聯網，實現人與物、物與物之間的信息交換和共享。

物聯網技術實質上就是各種類型的感知技術的應用。根據需要在物件上安裝EPC電子產品編碼以及各種類型的傳感器等，再使用射頻識別技術或傳感技術對所需要的信息進行收集，然后將所獲取的實時信息通過無線或者有線網絡和互聯網進行融合，將物件的此實時信息及時準確的傳輸出去，同時在對應的網絡數據處理中心實現信息交互、共享或者智能化的處理，最后將這些已經處理好的信息利用物聯網技術進行傳播，這樣就達到了對物件智能控制的目的。物聯網技術是人工只能技術和傳感技術的結合，同時它也應用了模式識別、云計算等各種技術，實現了對大量信息的分析、處理和加工，滿足了不同用戶的各種需求。

1.2物聯網體系結構

物聯網的體系結構大致分為4個層次：

1）感知層：物聯網最底層技術就是感知技術，同時也是物聯網一個核心技術。物聯網通過FRID、EPC、閱讀器、傳感器、智能機器人等各種感知技術實現數據信息的收集，以達到識別的目的。

2）網絡層：這一層次主要是將感知層所識別到采集到的信息通過有線或者無線通信網絡或者互聯網，安全可靠、準確實時進行傳輸。就目前的通信網絡及互聯網技術的發展現狀來看，是可以基本達到物聯網的數據傳輸要求的。

3）處理層：處理層是將網絡層所獲取的信息向數據處理中心傳遞，然后利用人工智能技術及云計算技術等對信息進行儲存、處理，來達到信息共享、交互、實時發布以及各種智能計算的目的。

4）應用層：應用層就是把處理層獲得的信息應用到物理世界，實現跨系統、跨行業之間的應用。

物聯網的體系結構圖以及物聯網數據流程圖如圖1、圖2所示。

2智慧校園系統結構

智慧校園是利用物聯網技術，對傳統的校園各項資源管理方式進行改進，校園資源、學生、教師的物與人、人與人、物與物之間的交流方式更加靈活高效、安全可靠，進而實現校園的智慧化管理和服務。智慧校園就是將RFID、EPC等各種傳感器安裝到食堂、教室、圖書館、實驗室等等校園設施中，利用智慧校園系統這個平臺將它們連接起來，構成物聯網，使得校園的各種信息能夠融入學校的各個應用領域，實現信息交互和協作，進而實現校園的智慧管理。根據校園各種資源及管理的歸納分析，智慧校園系統可以分為五個部分，智慧校園結構圖如圖3所示。

1）智能消費管理系統：在日常校園生活中，無論是教師還是學生都會產生一定的消費，如購物消費、吃飯消費、洗浴消費等等。每個學生和老師都會持有一張裝配有RFID電子標簽的校園一卡通，這張卡里面會將個人的資金信息包括在內，同時會在學校的超市、食堂、浴室等地方配置RFID閱讀器，當學生和教師在該閱讀器上進行刷卡操作時，相對應的信息就會被讀取，通過智慧校園系統的智能消費管理網絡將所讀取到的信息傳輸到數據處理中心，在系統的后臺數據庫進行查詢，并對卡上的余額進行讀取，對該次消費金額進行扣除，同時后臺數據庫完成數據的實時更新。消費管理系統的技術核心就是數據庫技術和RFID射頻識別技術。

2）智能教學管理系統：校園日常的教學管理包括課程管理、考勤管理以及實訓管理。傳統的教師對學生的考勤管理，在一定程度上耗費了老師的精力，并且也會浪費老師的課堂教學時間，智能考勤則可以很好解決這個問題。再教室內裝配RFID閱讀器，學生持含有RFID電子標簽的校園卡進教室，并在讀卡器上進行刷卡操作，這樣讀卡器就會將學生的刷卡記錄收集起來，然后通過網絡將該記錄傳送到教學管理系統服務器上，數據則會自動更新到考勤數據庫中，這樣教師就可以高效快速的查詢到學生的出勤狀態。在實訓教室里面也可以安裝所需要的傳感器，到室內環境達到極限時可以及時發出警報，進而減少教學過程中不必要的損失，警報次數也可以記錄到含有RFID的校園卡中，以便教師對學生的實訓情況進行查詢。

3）智能后勤管理系統：學校的后勤管理主要指的是衛浴管理和照明管理。在教室、浴室、衛生間等場所安裝所需要的傳感器，結合聲控技術、無線遙感技術，對照明強度進行自動調節，在浴室也可以安裝RFID讀卡器，當持卡者進行刷卡操作后，浴室噴頭可出水并對流量進行計算，這樣也可以達到節水、節能的目的。

4）智能圖書館系統：在圖書館內的每本書上配置RFID卡，并在卡內記錄好書記的定位信息以及分類信息，利用智能機器人技術，通過讀卡器識別，根據所記錄的信息對書籍進行定位、查詢以及歸架等操作，實現了智能文獻分類、文獻架位及文獻上架等功能，圖書館的管理也實現了智能化和無人化，縮短了工作時間，節省了人工。智能圖書館的核心技術就是數據庫技術、RFID識別技術以及人工智能技術。

5）智能安防管理系統：校園的安防管理過程中，需要應用到很多現代技術，諸如圖像識別技術、射頻識別技術、無線傳導網絡技術、GPS以及遙感技術等等，同時還要與日常的視屏監控系統相結合，實現對校園環境變化的全面感知，然后這些感知信息會在校園的計算機系統中匯總及處理，根據相應的情況適時發出警報或者提示。

在校園的各個區域中安裝相應的感應設別，當人或物進入警戒區時，該區域的感應終端會對闖入的人或物的具體位置進行判別，同時安防系統會調轉對應的攝像頭進行區域的全面監控，并且會及時將提示信息發送到校園安防管理系統中心，以及校園保衛人員的設備中，確保安保人員能夠及時進行現場處理。

3智慧校園雙活數據采集系統

3.1雙活數據中心模型

雙活數據中心指的是有兩個數據中心同時處于運行狀態，并且相互之間互為備份。結合云計算、虛擬化、高速網絡技術，雙活數據中心可以快速、方便的將應用從一個數據中心轉移到另一個數據中心，圖4是典型的雙活數據中心模型。

雙活數據中心具有一定的復雜性，它囊括了系統、數據、業務、服務器、網絡等基礎設施資源的多個方面。利用存儲、數據庫、云計算等等技術，來實現數據中心數據庫、儲存、傳輸、網絡、應用等幾個層級的雙活。結合數據同步寫入、業務均衡負載，雙活數據中心除了能夠提供日常業務服務外，還可以分擔生產系統的負載，使數據中心的資源利用率大大提高。此外，當一個數據站點發生故障時，還有一個數據站能夠實時的接管所有的業務，完成雙活無感知切換，并且保證了數據零丟失。業務零中斷。

3.2雙活數據中心的需求

3.2.1雙活儲存系統

通過虛擬儲存網關所構建的存儲集群，主機集群能夠對同一個虛擬卷進行訪問，兩個數據中心部署了跨站點的上層主機集群，當其中任何一個數據中心發生存儲故障時，另一個完好的數據中心就會將多有業務自動接管過來。

3.2.2跨數據中心的可用性高的服務器集群

為了縮短服務器的中斷時間，達到屏蔽故障目的服務器集群，該服務器集群中的兩4-YL點需要保持同時運行各自的應用，同時要對雙方的運行情況進行監控，當其中一臺主機發生故障時，另一臺主機能夠及時加管它的所有工作。

3.2.3高速可靠的網絡系統

為了給內網用戶和Interact用戶提供可靠的業務訪問服務，需要給兩個數據中心否配置高速光纖網絡鏈路。

3.2.4機房設施齊全

齊全的機房基礎設施，需要有不間斷的電源、先進的機房空調、自給供電系統、完善的監控及消防設備。

3.3雙活數據中心的設計

3.3.1可靠的計算機系統

利用虛擬化技術對數據中心的計算架構進行重建，資源虛擬化物理服務器，同時對內存、CPU、網卡等計算資源池進行構建。根據實際需要建立好運行環境，同時模擬業務系統進行實際運行，通過這種方法來收集各個業務系統所需要的應用服務器硬件、軟件資源的配置要求，進而實現業務系統的配置管理數據庫的形成。其中硬件配置包括對虛擬服務器的計算能力、CPU架構、網絡寬帶、操作系統磁盤類型、儲存空間、容量及內存容量等資源需求。而軟件配置則包括數據庫系統、Web服務器、開發及管理工具、操作系統及版本、其他實用軟件和網絡等配置信息。業務系統對軟件和硬件資源的需求，需要將峰值業務狀態和正常業務長途的需求考慮在內，同時也要考慮可能的業務量的增加，數據庫系統、操作系統和業務系統的升級拓展需求也需要考慮到。

3.3.2可靠的存儲系統

雙活數據中心的兩個數據中心的虛擬存儲網關會組成一個跨站點的雙活集群，這個集群會將兩個數據中心的磁盤陣列統一接管，形成一個跨站點的存儲資源池，結合使用虛擬網關鏡像卷技術，能夠達到兩個數據中心相互備份保護的目的，提供了跨數據中心訪問的共享數據卷給上層應用，實現了VMware集群和Oracle RAC集群的跨站點部署。另外，第3方種在站點則可以使用第3方仲裁存儲單元，再通過光纖通道或者IP網絡與雙活數據中心的虛擬儲存網關設備連接。學校主要的數據信息包括學生、教師等校園網用戶的基礎數據信息、一卡通生活數據信息、教學業務數據信息以及科研管理等機構化數據信息，另外還有電子圖書、視頻、音頻教學資源等數據信息。因此，在對存儲系統進行規劃時，需要對高要求的結構化儲存使用異地雙活技術來設計規劃。

3.3.3可靠的網絡構架

雙活數據中心的前端業務網絡需要采用兩臺萬兆交換機，并且以集群的方式與校園網核心實現萬兆高速連接，兩臺萬兆交換機分布在兩個數據中心，其他各個物理服務器都要連接到兩臺交換機上，來達到鏈路冗余和負載的目的，是業務網絡的可靠性得以提升。此外校園網核心也需要部署兩臺萬兆交換機，同時使其構成集群和虛擬化，校園網核心與數據中心之間會通過許多條聯力進行交叉連接，來達到鏈路冗余和負載的目的。

3.3.4網絡安全設計

智慧校園需要一個可靠安全、大寬帶的網絡環境，因此需要對校園網的主干和出口位置進行扁平化改造，將網絡結構中的匯聚層和核心層進行合并，形成核心匯聚層，然后在核心匯聚層部署大容量的交換機，此外將性能優良的綜合安全網關設備部署到數據中心前端以及校園網出口，以此提供2～7層的安全防護給數據中心和校園網。

3.3.5雙活數據中心構架的實現

根據上面的要求進行設計，實現雙活數據中心的建設，該數據中心的每個數據中心都配置了相同的物理服務器、存儲資源以及網絡，通過虛擬化管理平臺實現服務器資源的集中管理，形成了統一使用、管理的計算資源池，當其中一個中心發生故障時，另一個數據系統可以快速的完成任務接管，并且期間任務零中斷、數據零丟失，在結合存儲虛擬化集群技術，形成了雙活存儲系統，使得業務連續性和存儲可靠性進一步提高。兩個數據中心通過高速光纖鏈路連接，構建了一個十分可靠的雙活數據中心平臺。

4結語

在智慧校園管理系統中，物聯網的作用時非常巨大的，利用物聯網技術將校園各個物件連接起來，并對數據進行感知和分析，實現統一的智能化管理，在物聯網技術的基礎上，構建一個分布式雙活數據中心，使得數據的存儲和共享更加可靠，進而實現智慧校園的高效管理，為用戶提供了優質和高效的服務。