周夢菲 許 珂

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智慧校園中物聯(lián)網(wǎng)與云計算應(yīng)用

周夢菲 許 珂

2012年3月，教育部發(fā)布了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011－2020年）》制定出了我國今后十年的教育信息化發(fā)展總體規(guī)劃，將教育信息化納入國家信息化發(fā)展整體戰(zhàn)略，把教育信息化提升到了一個新的戰(zhàn)略高度。在社會信息化的大背景下，建設(shè)“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(lián)網(wǎng)、RFID、云計算、虛擬化是智慧校園運行的關(guān)鍵支撐技術(shù)，為在校師生提供智慧應(yīng)用與服務(wù)。

智慧校園的涵義與特征

2008年11月，IBM在紐約召開的外國關(guān)系理事會上提出“智慧地球”這一概念。之后引發(fā)了全球關(guān)于“智慧城市”的討論熱潮。智慧校園是一種獨特的校園系統(tǒng)，它將學校的教學、科研、管理與校園資源和應(yīng)用系統(tǒng)進行整合，通過云計算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、商業(yè)智能、社交網(wǎng)絡(luò)等的信息技術(shù)手段，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)、服務(wù)的智能綜合信息服務(wù)，全方位實施教育信息化，提高應(yīng)用交互的靈活性、明確性和響應(yīng)速度。

智慧校園的核心是服務(wù)，以服務(wù)學校、服務(wù)教學、服務(wù)社會為方向，主要強調(diào)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(huán)境和便利舒適的生活環(huán)境，改變在校師生與學校資源、環(huán)境的交互方式，從而向用戶提供更為便捷、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

隨著智慧校園的提出與實施，傳統(tǒng)校園教育教學、生活環(huán)境、管理服務(wù)模式正在逐漸被改變?？傮w而言，智慧校園的基本特征包括以下幾點。

（1）感知化的系統(tǒng)構(gòu)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(shù)和設(shè)備對校園中與教育科研、環(huán)境、管理和生活服務(wù)相關(guān)的所有信息資源進行采集、處理與管理。結(jié)合校內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的管理與控制，提高校園的運行效率。

（2）基于“大數(shù)據(jù)”的決策支撐。學校各應(yīng)用系統(tǒng)中累積的大量數(shù)據(jù)，依據(jù)這些數(shù)據(jù)建立的數(shù)據(jù)模型，然后進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，并預(yù)測未來可能的發(fā)展規(guī)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(wù)。通過校園有線、無線、移動網(wǎng)絡(luò)的無縫融合的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為校園內(nèi)海量用戶提供隨時隨地接入網(wǎng)絡(luò)的便捷服務(wù)。訪問渠道多樣化也為用戶提供便利，用戶除了通過傳統(tǒng)PC機訪問網(wǎng)絡(luò)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(nèi)容、界面與方式方面也能夠提供按需定制的個性化服務(wù)。

圖1　云計算的架構(gòu)層次示意圖

智慧校園的關(guān)鍵支撐技術(shù)

1. 物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧校園的實施密不可分，它連接了校園網(wǎng)中各類基礎(chǔ)設(shè)施并提供智能感知的一體化智能環(huán)境，完成了智慧校園的首要目標。物聯(lián)網(wǎng)，即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，它通過射頻技術(shù)（RFID）、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)、全球定位系統(tǒng)與激光掃描器等信息技術(shù)手段，按約定協(xié)議將人員、物品與網(wǎng)絡(luò)連接起來，進行信息通信和信息交換，從而實現(xiàn)智能化的識別、定位、監(jiān)控、跟蹤和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是射頻技術(shù)（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(shù)。一般而言，基本的射頻信號系統(tǒng)包括標簽、閱讀器和支撐軟件。RFID標簽由芯片和天線構(gòu)成，且具有唯一的電子編碼。天線作為RFID標簽的核心的技術(shù)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(wù)是接收標簽的反饋，并控制射頻模塊往標簽發(fā)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(guān)信息發(fā)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?shù)木嚯x與速度等。

目前的高校信息化應(yīng)用中也存在著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，例如圖書管理和資產(chǎn)管理所用到的條形碼技術(shù)、校園一卡通的IC卡識別技術(shù)等。這些應(yīng)用較為單一、數(shù)據(jù)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(shù)（RFID）在高校各層面建立物聯(lián)網(wǎng)體系，并與校園網(wǎng)絡(luò)有機結(jié)合，即可解決校園數(shù)據(jù)采集問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效的幫助智慧校園建設(shè)，對校園內(nèi)的人員、車輛、物資、基礎(chǔ)設(shè)施等進行感知、定位與控制。通過覆蓋校園的網(wǎng)絡(luò)將收集的信息傳輸至信息處理中心，經(jīng)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(tǒng)對獲取信息進行智能處理，將結(jié)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(jīng)成為了未來發(fā)展的重要趨勢之一。美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）將云計算定義為一種按使用量付費的服務(wù)模式，這種模式將網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)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(gòu)層次，其中包括基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。

數(shù)據(jù)中心是云計算的核心，其資源規(guī)模與可靠性對上層的云計算服務(wù)有著顯著的影響。云計算數(shù)據(jù)中心特點為：（1）自治性，相對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，它擺脫了人工維護，在系統(tǒng)發(fā)生異常時可自動重新配置并恢復(fù)。（2）規(guī)模化，通過大規(guī)模集群的統(tǒng)一標準化管理，使設(shè)備管理的成本大幅降低，同時，云計算數(shù)據(jù)中心采用大規(guī)模高性價比設(shè)備，并可擴展規(guī)?？臻g。數(shù)據(jù)中心為云計算提供大量資源，虛擬化技術(shù)則實現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的按需分配。因此，虛擬化技術(shù)成為了實現(xiàn)云計算資源池化和按需服務(wù)的基礎(chǔ)。

云計算作為實現(xiàn)智慧校園的重要支撐技術(shù)，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(yīng)用提供了計算、存儲和共享等服務(wù)。作為一種成熟的互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式，云計算被引入到智慧校園基礎(chǔ)服務(wù)平臺的建設(shè)中，它利用了高?，F(xiàn)有資源，通過云計算及虛擬化技術(shù)，整合校園中可利用的現(xiàn)有資源，在不增加購置其他大型設(shè)備的狀況下，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)挖掘、復(fù)雜的科學計算和大規(guī)模分布式存儲，使資源可以動態(tài)的伸縮調(diào)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(xiàn)和突出。

總結(jié)

隨著科技水平日益更新迭代，教育信息化迫切需要從數(shù)字校園向智慧校園轉(zhuǎn)型。而物聯(lián)網(wǎng)、云計算等的關(guān)鍵支撐技術(shù)的迅速發(fā)展與應(yīng)用為智慧校園的轉(zhuǎn)型提供了良好的實現(xiàn)手段與外部環(huán)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(shè)也將為師生提供更快捷便利的服務(wù)，加快科研項目完成速度，提高科研質(zhì)量，豐富校園文化，提高校務(wù)管理效率。

周夢菲1許 珂2

1.陜西科技大學數(shù)字化校園建設(shè)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