劉勇 劉夢蓮

摘 要 論述高校智慧校園建設的支撐技術和建設目標。智能物聯(lián)網(wǎng)、高速互聯(lián)網(wǎng)、高速無線網(wǎng)、虛擬化技術、云計算、統(tǒng)一存儲和分布式存儲、大數(shù)據(jù)平臺等技術為高校智慧校園建設提供了強大的技術支撐，而創(chuàng)造智慧型學習環(huán)境，實現(xiàn)綠色校園、平安校園和科學校園，是高校智慧校園建設的目標。

關鍵詞 智慧校園；智能物聯(lián)網(wǎng)；虛擬化技術；綠色校園

中圖分類號：G717 文獻標識碼：A

文章編號：1671-489X（2018）16-0005-04

1 前言

IBM于2008年首次提出智慧地球的概念，2013年，我國首批智慧城市試點啟動。浙江大學在信息化“十二五”規(guī)劃中提出建設智慧校園的藍圖，南京郵電大學于2011年提出一個較為完整的智慧校園規(guī)劃，當前國內眾多高校正在開展智慧校園建設。

2 智慧校園概念解讀與架構

對智慧校園，國內學者有多種不同的理解。有人認為是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎的校園應用[1]，是一種智慧的學習環(huán)境[2]，

是對數(shù)字化校園的進一步擴展與提升[3]。

有學者指出智慧校園具有三大核心特征[4]：

1）能為師生提供一個全面的智能感知環(huán)境和綜合信息服務平臺，提供基于角色的個性化定制服務；

2）能將基于計算機網(wǎng)絡的信息服務融入學校的各個應用領域，實現(xiàn)互聯(lián)和協(xié)作；

3）能為學校與外部世界提供一個相互交流和相互感知的接口。

國外學者認為，智慧校園利用信息技術來改變學生的學習和教師的工作，“為人們創(chuàng)造服務”[5]。總之，智慧校園綜合運用智能物聯(lián)網(wǎng)、高速互聯(lián)網(wǎng)、高速無線網(wǎng)、虛擬化技術、云計算、統(tǒng)一存儲和分布式存儲以及大數(shù)據(jù)平臺等信息技術，全方位感知校園物理環(huán)境，智能識別師生個體，實現(xiàn)以人為本的個性化服務。

智慧校園的本質因人而建，服務于人，通過智能互聯(lián)網(wǎng)和商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘等技術，智能地提供一些預定的場景，為師生提供個性化的服務。圖1顯示了智慧校園的平臺架構，其中后端是多種技術和多種系統(tǒng)的IT基礎架構做支撐，在實時環(huán)境中，通過智能物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)挖掘等技術為師生提供豐富多彩的應用和服務。

智慧校園的規(guī)劃各有差異。每個高校可以根據(jù)自身的特點，綜合考慮人才培養(yǎng)理念、辦學特色和校園文化等特征，設計自己的業(yè)務架構、應用架構、資源架構和數(shù)據(jù)架構，設計出學校未來數(shù)年內操作性較強的智慧校園。以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)技術為支撐，智慧校園應用軟件架構如圖2所示。

3 智慧校園的支撐技術探析

智能物聯(lián)網(wǎng)是智慧校園的“慧眼” 物聯(lián)網(wǎng)是通過傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡，是智慧校園的重要感知部分。其核心層基于TCP/IP，但接入層協(xié)議繁多，傳輸通道可使用RFID、ZigBee、藍牙、GPRS、3G、4G、Wi-Fi和有線網(wǎng)等；通過RFID、紅外、IP Camera、門禁、光柵、光敏傳感器、煙霧感應器和溫度濕度傳感器等智能感應器，實現(xiàn)物體與人、物體與物體、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間實時的感知，并將感知的信息報告給智慧校園管理中心；管理中心通過下發(fā)指令去控制相應的設備，從而使物體和系統(tǒng)具有一定的智能性，實現(xiàn)智能控制。智能物聯(lián)網(wǎng)是智慧校園“慧眼”，能準確地感知變化和反饋信息，是智慧校園的重要組成部分。

高速互聯(lián)網(wǎng)和高速無線網(wǎng)是智慧校園的基礎設施 校園光纖網(wǎng)絡、高速無線局域網(wǎng)和移動4G網(wǎng)絡等組成一個立體交織的、高可用的、無處不在的高速網(wǎng)絡，為智慧校園的互聯(lián)互通提供基本保障。2011年，我國正式啟動“寬帶中國·光網(wǎng)城市”工程，ChinaNet骨干互聯(lián)網(wǎng)總帶寬達到20 Tbit/s，國際出口總帶寬達到440 Gbit/s，為用戶打造了一個無處不在的高速網(wǎng)絡。光纖網(wǎng)絡已經(jīng)進入校園，局域網(wǎng)交換機從千兆升級到萬兆，桌面接入進入千兆時代。移動4G網(wǎng)絡在城市已經(jīng)覆蓋完善，4G用戶數(shù)已經(jīng)超過九億，資費日趨低廉，為智慧校園的廣域網(wǎng)移動接入提供了基礎條件。

城市Wi-Fi熱點和校園網(wǎng)Wi-Fi熱點已經(jīng)普及，方便師生高速接入智慧校園平臺。由于六類線受到傳輸距離的限制，再加上光纖價格低于六類線的價格，網(wǎng)線將被光纖取代，光纖進宿舍是大勢所趨，光網(wǎng)校園為期不遠。我國經(jīng)過這幾年的高速網(wǎng)絡基礎設施建設，帶寬不再是信息高速公路的瓶頸。依托高速網(wǎng)絡的各種應用如雨后春筍般的涌現(xiàn)。智慧校園依托立體交織的、高速的泛在網(wǎng)絡，為全校師生和社會提供各種各樣的應用服務。

虛擬化技術讓智慧校園按需分配 很多高校的信息系統(tǒng)應急而建，一個應用運行在單臺物理服務器上，服務器數(shù)量繁多。部分服務器資源空閑，部分服務器負載過重，且絕大部分服務器采用單機運行的模式，系統(tǒng)的高可用性得不到保障。數(shù)據(jù)大多數(shù)存放在服務器本地硬盤，安全性得不到保障。單機運行容易出現(xiàn)故障，雖然部分重要應用采用雙機模式，但一般都采用冷備模式，造成服務器的巨大浪費。

智慧校園擬采用服務器虛擬化和桌面虛擬化技術。服務器虛擬化是把服務器物理資源（如CPU、內存、磁盤、I/O等）抽象成一個可以動態(tài)管理的邏輯資源池，把單臺物理服務器變成多臺邏輯上相互隔離的虛擬服務器，實現(xiàn)資源按需分配，提高服務器資源的利用率，簡化服務器的管理，實現(xiàn)服務器整合。不僅能降低電力和冷卻能耗，節(jié)省物理空間和成本，而且能提高基礎架構的利用率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少宕機事件的發(fā)生。高校計算機機房使用的微機，報廢周期一般是5～8年。有些微機并沒有物理上的損壞，只是運行速度變慢，CPU和內存不能滿足現(xiàn)行軟件的運行而被淘汰，導致計算能力的巨大浪費。

采用云桌面虛擬化技術，單臺終端計算機的計算能力都在虛擬化的服務器上，CPU和內存可以動態(tài)調整，按需分配。除非承載計算能力的服務器物理損壞，否則計算能力一直可用。如原本承載50個云桌面的計算機機房，由于操作系統(tǒng)或軟件升級等原因，承載云桌面數(shù)量上有所減少，但能獲得與之前一樣的使用體驗，從而減少IT設備的浪費。通過一臺服務器，可以實現(xiàn)對成百上千臺計算機終端進行集中化管理、智能化部署系統(tǒng)和自動化更新維護，從而構建一個高效、安全和統(tǒng)一的計算機教學實訓平臺。智慧校園的普通計算機實訓機房，擬采用云桌面虛擬化技術，不僅方便多終端桌面集中控管，最大限度地利用計算機資源，減少投資成本，而且能提高數(shù)據(jù)的安全性，實現(xiàn)綠色環(huán)保。

云計算是智慧校園的發(fā)展趨勢 云計算是一種按使用量付費的模式。這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡訪問，進入可配置的計算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡、服務器、存儲、應用軟件和服務），使資源能夠被快速提供。云計算把計算當作公用資源，是現(xiàn)有技術和模式的演進和采用，而不是一個具體的產(chǎn)品或者技術。云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，將各種IT資源以服務的方式通過互聯(lián)網(wǎng)交付給用戶。常見的云服務有著公共云與私有云兩種。公有云有著SaaS（軟件即服務）、PaaS（平臺即服務）及IaaS（基礎設施即服務）三個層次服務。早期的智慧校園IT建設一般都選用虛擬化技術架構，未來逐步遷移到私有云、混合云，最終遷移到公有云。

統(tǒng)一存儲和分布式存儲是實現(xiàn)大數(shù)據(jù)平臺的基礎 把先前分散存放在各個服務器上的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在磁盤陣列上，實現(xiàn)統(tǒng)一存儲。磁盤陣列通過器件冗余、RAID重構、硬盤壞道檢測修復和快照等技術，保障數(shù)據(jù)的安全。同時，統(tǒng)一存儲也可以配置備份存儲，對數(shù)據(jù)進行定期增量備份或者異地災備。由于實施了統(tǒng)一存儲，各個應用所需要的磁盤空間可以“統(tǒng)籌規(guī)劃，按需分配”，徹底解決單臺服務器磁盤空間不足或者過剩的問題。智慧校園將使用統(tǒng)一存儲，為SAN、NAS和iSCSI提供多層存儲。統(tǒng)一存儲支持基于塊訪問協(xié)議（如FCP和iSCSI）和基于文件訪問協(xié)議（如CIFS和NFS），并使用相同的管理工具和管理界面。

實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲，使智慧校園的存儲架構化繁為簡，存儲資源更具靈活性，為實現(xiàn)大數(shù)據(jù)平臺提供條件。分布式存儲通過分布式技術和高速網(wǎng)絡，把物理上分散的多臺X86服務器本地磁盤介質組成一個大規(guī)模存儲資源池，對虛擬機和上層的應用提供標準的SCSI和iSCSI接口。數(shù)據(jù)存儲時被分片打散到多個節(jié)點上，分片數(shù)據(jù)支持分布在不同的存儲節(jié)點、不同的機柜之間。同時，數(shù)據(jù)存儲時采用多副本技術，每一個分片的不同副本也被分散保存到不同的存儲節(jié)點上，從而保障數(shù)據(jù)安全。

大數(shù)據(jù)平臺是實施智慧校園的基礎 大數(shù)據(jù)是新一代自然資源，對校園網(wǎng)中的各種動態(tài)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)和各種形態(tài)的數(shù)據(jù)進行實時分析、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)挖掘。大數(shù)據(jù)技術從各種各樣類型的數(shù)據(jù)海洋中快速獲得有價值的信息。大數(shù)據(jù)關系到學校組織與管理，對大數(shù)據(jù)的合理解析，可以幫助學校調整專業(yè)方向，增強服務能力，提供更好的教學環(huán)境。收集并管理來自校園的正確數(shù)據(jù)，包括結構化和非結構化的數(shù)據(jù)，以便進行感知、學習和調整，通過分析，獲得新洞察，發(fā)掘商機，從而打造競爭優(yōu)勢。大數(shù)據(jù)平臺是實施智慧校園的基礎，通過建設大數(shù)據(jù)平臺，把之前分散的系統(tǒng)進行整合，打通信息孤島，實現(xiàn)單點登錄和統(tǒng)一門戶等。

商業(yè)智能為智慧校園決策提供支持 通過大數(shù)據(jù)平臺，對校園里的數(shù)據(jù)經(jīng)過抽取、轉換和裝載，得到學校的一個全局視圖，然后在此基礎上進行查詢和分析、數(shù)據(jù)挖掘，最后將得到的結果呈現(xiàn)給學校管理者，為管理者的招生計劃、財務決策、學科建設等決策提供支持，對學風、項目經(jīng)費和就業(yè)狀況等實現(xiàn)智能預警，優(yōu)化資源利用，實現(xiàn)量化評估，提供專家系統(tǒng)。

4 智慧校園建設目標解析

創(chuàng)造智慧學習環(huán)境，實現(xiàn)智慧學習 有學者稱智慧學習為情境感知無處不在的泛在學習；有學者認為它是建立在先進信息技術架構之上，有效的、智能的、量身定制的學習；還有學者認為智慧學習結合了社會學習的優(yōu)勢和無處不在的泛在學習，是以學習為中心和面向服務的教育模式，而不是只專注于利用設備[6]。智慧學習是以學習者為中心的智能學習，把MOOCs、多種形式的在線開放課程和大學學習相結合，這種新的學習模式能在任何地方、任何時間進行，不局限于時間和空間，通過運用信息技術縮短面授時間。信息技術對學習產(chǎn)生實質性的影響，通過群組進行討論，確保信息快速交互，進行智慧共享。智慧校園要加強智能物聯(lián)網(wǎng)、高速網(wǎng)絡、集中存儲或分布式存儲、虛擬化技術、云計算等信息技術基礎設施建設，同時提供優(yōu)質的平臺和豐富的資源，為學生提供智慧學習的環(huán)境。

創(chuàng)建智慧教室，打造開放學習空間 智慧教室集成了觸控大屏、功放音響、分布式錄播系統(tǒng)、電子書包、網(wǎng)絡控制等硬件設施，和基于物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的集控軟件，是通過立體交織的高速有線和無線網(wǎng)絡連接起來的智能化的教學平臺，實現(xiàn)對傳統(tǒng)教學模式的根本性變革。智慧教室為智慧校園提供優(yōu)質的信息化的教學環(huán)境，其核心理念是按照學生的學習進度推進教學，引入物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的云平臺，為這一理念提供了切實的保障。其對教室中的人與設備均引入“身份”的概念，通過物聯(lián)網(wǎng)，可以即時地獲取、分析師生的教與學需求信息[7]。

智慧教室以學習者為中心，打破物理空間的束縛，為學習者打造一個開放的學習空間。其不再是一間封閉的教室。網(wǎng)絡互聯(lián)擴延了傳統(tǒng)教室的空間，基于網(wǎng)絡的互動教學突破了空間局限，調動了生生之間、師生之間、班級之間的互動積極性，讓區(qū)域間的班級互動成為可能，學習也由個體的機械記憶轉變?yōu)榧w的、互動的過程。

修建智慧樓宇，實現(xiàn)綠色校園 在很多高校，智慧樓宇可將建筑物的電力、照明、空調、排水、消防、弱電和安保等自動化地進行集中監(jiān)視、控制和管理，為用戶提供安全舒適、便捷高效的工作與生活環(huán)境，改變以往的教學樓使用效率不高，有時擁擠、有時閑置，中央空調、照明、電器等能源沒有得到及時合理控制，造成很大浪費的情況。通過建設智能教學樓，使整個系統(tǒng)和各種設備處在最佳的工作狀態(tài)，并保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，以及管理的現(xiàn)代化、信息化和智能化，實現(xiàn)能耗的有效控制，減少能源浪費，實現(xiàn)綠色校園，提升和改善師生的校園生活品質。

建設智慧交通，方便師生生活 隨著中國家庭汽車擁有量的持續(xù)增長，學生擁有車輛為期不遠，停車難已經(jīng)是一個極為普遍的問題。很多高校的校園面積有限，沒有足夠的停車位，合理地利用有限的停車位顯得尤為重要。通過智能IC卡技術，實現(xiàn)車輛圖像、車牌號碼的比對，識別校內、校外車輛。通過RFID技術結合電磁感應的無線車輛檢測器，有效地檢測出空閑車位，并報告給適當位置的接收器，傳遞給校園交通控制中心，實時統(tǒng)計和公布空閑車位數(shù)量和位置，采用電子顯示屏進行停車位指引，引導校內車輛泊位停車。

裝備智慧安防，實現(xiàn)平安校園 目前，很多高校搬離繁華的市區(qū)，在郊區(qū)建設新校區(qū)，周邊的治安環(huán)境不容樂觀。因此，智慧校園加強智慧安防建設，是建設平安校園的有力保障。當前大多數(shù)學校的安防系統(tǒng)的主要功能是視頻錄像，出現(xiàn)事件之后，通過調查視頻進行事后證據(jù)比對。智能安防系統(tǒng)技術是將計算機技術、通信技術和人臉識別、步態(tài)識別等檢測技術有機地結合在一起，實現(xiàn)圖像的傳輸和存儲、數(shù)據(jù)的存儲和處理、服務的信息化等。它能智能識別圖像和預測行為趨勢，并自動實現(xiàn)視頻跟蹤和報警，起到預防犯罪的作用；也能通過后臺系統(tǒng)的智能行為分析，及時發(fā)現(xiàn)學生的異常行為，及時智能預警，關愛學生心理健康，防患于未然。一個完整的智能化安防系統(tǒng)主要包括門禁、報警、監(jiān)控和智能分析四大部分。

提供數(shù)字化決策，實現(xiàn)科學校園 智慧校園將打通各個信息孤島，實現(xiàn)校園信息數(shù)據(jù)的大整合，通過對各種各樣數(shù)據(jù)的抽取、轉換和裝載，進行數(shù)據(jù)挖掘，使學校管理層最大限度地獲得管理資源，明確決策目標，論證決策的必要性和可行性，為正確決策提供必要支持，實現(xiàn)決策的科學化、民主化和透明化，從而提高管理層決策的科學化水平。

加強運維團隊建設，保障智慧校園的運營 智慧校園的運維包括信息系統(tǒng)相關的主機、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、存儲設備、智能感應設備、安防設備、智慧交通設備及其他信息系統(tǒng)的運行維護與安全防范。智慧校園要降低智慧校園整體管理成本，提高其整體服務水平，并保證整個智慧校園的正常運行?；谌粘＞S護數(shù)據(jù)和記錄日志，可提出智慧校園信息化建設的優(yōu)化方案和改進建議，更好地為師生服務。從制度層面上，建立一套行之有效的智慧校園運營制度，保障智慧校園信息系統(tǒng)設備的及時維修和遠程可視遙控。從資金層面上，要為智慧校園的運營提供運營經(jīng)費保障。智慧校園的運營尤其強調“人”的參與，需要建設一個技術可靠、人員穩(wěn)定的運維管理團隊，才能保證智慧校園持續(xù)穩(wěn)定地運營。

5 結語

高校智慧校園是校園信息化建設的必然趨勢。充分了解智慧校園的支撐技術并把握智慧校園的建設目標，有利于高校智慧校園的有效建設。本文論述了高校智慧校園的支撐技術，解析了高校智慧校園的建設目標，以期給我國高校智慧校園建設提供參考，從而能真正在把握技術和建設目標的基礎上，做出科學的建設方案和實施對策，構建真正充滿智慧的智慧校園，從而提高高校的工作效率、管理效率和決策效率，提高信息利用率和核心競爭力，滿足高校教學、科研和管理工作的需要。

參考文獻

[1]李盧一，鄭燕林.物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應用[J].現(xiàn)代教育技術，2010，20（2）：8-10.

[2]黃榮懷，楊俊鋒，胡永斌.從數(shù)字學習環(huán)境到智慧學習環(huán)境：學習環(huán)境的變革與趨勢[J].開放教育研究，2012，18（1）：75-84.

[3]蔣東興，付小龍，袁芳.大數(shù)據(jù)背景下的高校智慧校園建設探討[J].華東師范大學學報：自然科學版，2015（S1）：119-125.

[4]宗平，朱洪波，黃剛，等.智慧校園設計方法的研究[J].南京郵電大學學報：自然科學版，2010（4）：15-19，51.

[5]Hwang G J. Definition， framework and research issues of smart learning environments-a context-aware ubiquitous learning perspective[J].Smart Lear-ning Environments，2014，1（1）：4.

[6]Zhu Z T， Yu M H， Riezebos P. A research frameworkof smart education[J].Smart Learning Environments，2016，3（1）：4.

[7]宋東茂.構建智慧型的未來教室[J].中小學信息技術教育，2014（4）：72.