韓雪

（徐州廣播電視大學(xué) 電信系，江蘇 徐州 221006）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、傳感器技術(shù)的成熟發(fā)展，美國(guó)麻省理工學(xué)院創(chuàng)造性地提出基于EPC系統(tǒng)的“物聯(lián)網(wǎng)”概念[1]，國(guó)際電信聯(lián)盟于2005年發(fā)表了題為The Internet of Things的年度報(bào)告，標(biāo)志著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代即將到來。

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念及體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別RFID（Radio Frequency IDentification）標(biāo)簽、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把各種物體接入互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[2]?；ヂ?lián)網(wǎng)是將計(jì)算機(jī)連接起來，形成網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)人與人的信息交互，而物聯(lián)網(wǎng)是利用RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)以及通信技術(shù)，將任意時(shí)間、地點(diǎn)的一切事物連接到互聯(lián)網(wǎng)中，以實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別，達(dá)到物與物、物與人之間的互聯(lián)與信息共享及信息交互。

物聯(lián)網(wǎng)是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用[4]。在所有需要的物體上裝置EPC電子產(chǎn)品編碼、海量的多種類型傳感器等，利用射頻識(shí)別技術(shù)掃描或傳感技術(shù)捕獲信息，并將此實(shí)時(shí)信息，通過各種有線或無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去，并在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行信息共享、信息交互或信息智能處理，然后將已處理的的信息通過物聯(lián)網(wǎng)傳播，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體實(shí)施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感技術(shù)和人工智能相結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種技術(shù)，從海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同領(lǐng)域、不同用戶的各種需求[3]。物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)可分為4個(gè)層次：

1）感知層 物聯(lián)網(wǎng)對(duì)物理世界各種信息的全面感知，通過EPC、RFID、傳感器、閱讀器、智能機(jī)器人等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)“物”的識(shí)別，感知技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的最底層技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一；

2）網(wǎng)絡(luò)層 把感知層感知到的信息通過互聯(lián)網(wǎng)、有線/無線通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、安全可靠地進(jìn)行傳送。目前互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等技術(shù)較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。

3）處理層 將網(wǎng)絡(luò)層收集到的信息傳送到數(shù)據(jù)處理中心，通過云計(jì)算技術(shù)、人工智能技術(shù)等，進(jìn)行信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理，以實(shí)現(xiàn)各種智能計(jì)算、信息的共享、交互及實(shí)時(shí)發(fā)布；

4）應(yīng)用層 將處理層得到的信息施效于物理世界。實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)、跨系統(tǒng)之間的應(yīng)用。

其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理流程

物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理流程圖如圖2所示。

3 智慧校園系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The system architecture of the internet of things

圖2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流程圖Fig.2 The data flow diagram of the Internet of Things

2010年，在信息化“十二五”規(guī)劃中，浙江大學(xué)提出建設(shè)一個(gè)令人激動(dòng)的“智慧校園”[4-5]。智慧校園是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來改變校園各項(xiàng)資源的管理，教師、學(xué)生及校園資源的人與人、人與物、及物與物之間的交互方式，從而實(shí)現(xiàn)校園的智慧化服務(wù)和管理模式。

智慧校園是把EPC、RFID、各種傳感器裝配到教室、食堂、實(shí)驗(yàn)室、圖書館、浴室等各種設(shè)施里，通過智慧校園系統(tǒng)平臺(tái)鏈接到一起，形成物聯(lián)網(wǎng)，將各種信息融入學(xué)校的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行互聯(lián)與協(xié)作，達(dá)到“智慧管理”校園的人與物。通過對(duì)校園各項(xiàng)資源及管理的分析歸納，現(xiàn)將智慧校園系統(tǒng)分為五個(gè)子系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 智慧校園系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The overall structure of The Intelligent Campus

3.1 智能消費(fèi)管理系統(tǒng)

教師及學(xué)生的消費(fèi)包含：日常吃飯消費(fèi)、購(gòu)物消費(fèi)、洗浴消費(fèi)等。每個(gè)教師和學(xué)生都擁有一張含有RFID電子標(biāo)簽的校園卡，卡里包含個(gè)人的資金信息，在食堂、超市、洗浴中心設(shè)置FRID閱讀器，師生在閱讀器上刷卡時(shí)，相應(yīng)的信息就被讀取出來，通過智能消費(fèi)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳遞至數(shù)據(jù)處理中心，并通過對(duì)消費(fèi)管理后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢，讀取卡上余額，將當(dāng)前消費(fèi)的金額扣除，并實(shí)時(shí)更新后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。

射頻技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)構(gòu)成了消費(fèi)管理系統(tǒng)的技術(shù)核心。

3.2 智能教學(xué)管理系統(tǒng)

智能教學(xué)管理包含：考勤管理、課程管理、實(shí)訓(xùn)管理。

教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行考勤，花費(fèi)精力不說，還浪費(fèi)了課堂教學(xué)的時(shí)間，智能考勤可以將教師解放出來。每次上課前，學(xué)生用含RFID標(biāo)簽的校園卡刷卡進(jìn)教室，教室內(nèi)的讀卡器在接收到學(xué)生刷卡記錄后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到教學(xué)管理系統(tǒng)服務(wù)器上，并把數(shù)據(jù)自動(dòng)更新到后臺(tái)考勤數(shù)據(jù)庫(kù)中。這樣，教師就可以查詢學(xué)生的出勤情況。

在實(shí)訓(xùn)教室里，安裝上所需傳感器，比如農(nóng)林大學(xué)的種植基地，當(dāng)溫度濕度不適時(shí)，可以進(jìn)行報(bào)警，減少不必要的損失，并將一學(xué)期的報(bào)警次數(shù)記錄至RFID校園卡中，使教師能隨時(shí)掌握學(xué)生的實(shí)訓(xùn)情況。

3.3 智能后勤管理系統(tǒng)

后勤管理主要是學(xué)校的照明管理及衛(wèi)浴管理。在教室、廁所等場(chǎng)所安裝上傳感設(shè)備，利用無線遙感、聲控等技術(shù)，自動(dòng)進(jìn)行照明并調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度；在浴室裝上讀卡器，刷RFID卡后，噴頭出水并進(jìn)行流量計(jì)算，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)水的目的。

3.4 智能圖書館系統(tǒng)

對(duì)每本書設(shè)置RFID卡，將該書籍所屬的分類、定位等信息記錄下來，由智能機(jī)器人通過讀卡器識(shí)別，根據(jù)該信息對(duì)書籍進(jìn)行查詢、定位、歸架等操作，可方便的實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)架位信息收藏、文獻(xiàn)分類、新文獻(xiàn)上架等功能，完全實(shí)現(xiàn)圖書館的無人化、智能化，極大地節(jié)省了人工及時(shí)間。

其核心技術(shù)包含：RFID技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、人工智能技術(shù)。

3.5 智能安防管理系統(tǒng)

在校園安防管理中，通過射頻識(shí)別、圖像識(shí)別、GPS、無線傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)、遙感等技術(shù)，并結(jié)合日常的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，全面感知校園的環(huán)境、人和物的變化，而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將這些感知信息進(jìn)行匯總、處理，適時(shí)地進(jìn)行提示或報(bào)警[6-7]。

當(dāng)有人或物闖入校園的警戒區(qū)時(shí)，系統(tǒng)通過在這些區(qū)域的傳感終端，判別闖入物體的具體位置，并通過安防系統(tǒng)調(diào)轉(zhuǎn)相應(yīng)的攝像頭對(duì)該區(qū)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)提醒信息也實(shí)時(shí)發(fā)送到安防管理系統(tǒng)中心和高校保衛(wèi)人員的隨身設(shè)備中，方便保衛(wèi)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。

4 智慧校園面臨的問題

智慧校園是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的，目前物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展剛剛起步，面臨著許多的問題：

1）標(biāo)準(zhǔn)缺失：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)均不相同，目前物聯(lián)網(wǎng)沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這很大程度上制約了它的發(fā)展；

2）個(gè)人的隱私、信息的安全可靠性如何保證：物聯(lián)網(wǎng)本身具有跟蹤、記錄個(gè)人及物體信息的功能，如何保證隱私已成為物聯(lián)網(wǎng)最大的問題，另外，信息在傳送中很多時(shí)候需要用到無線網(wǎng)，而信息的安全可靠也應(yīng)受到重視；

3）成本過高，資金投入有限。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中論述了物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到智慧校園系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了智慧校園的總體結(jié)構(gòu)，探討了物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用。目前，智慧校園還在起步階段，但其前景相當(dāng)光明及廣闊[8]。

[1]International Telecommunication Union.The Internet of Things[EB/OL].[2011-9-30]http://www.itu.int.

[2]張順頤，寧向延.物聯(lián)網(wǎng)管理技術(shù)的研究和開發(fā)[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010（4）:30-35.ZHANG Shun-yi，NING Xiang-yan.The research and development of the internet of things network management technology[J].Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications：Natural Science，2010（4）:30-35.

[3]宗平，朱洪波，黃剛，等.智慧校園設(shè)計(jì)方法的研究[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（4）:15-19，51.ZONG Ping，ZHU Hong-bo，HUANG Gang，et al.Research and design of smart campus based on internet of things[J].Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications:Natural Science，2010（4）:15-19，51.

[4]王曉靜，張晉.物聯(lián)網(wǎng)研究綜述[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010，37（1）:37-38.WANG Xiao-jing，ZHANG Jin.Research on internet of things[J].Journal of Liaoning University:Natural Sciences Edition，2010，37（1）:37-38.

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[7]牟龍芳.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)前景展望 [J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2010，51（4）:48-49.MOU Long-fang.Future development outlook for internet of things[J].Information Technology&Standardization，2010，51（4）:48-49.

[8]王志良.物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在與未來[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.