舒忠平

摘要：隨著信息管理技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)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(lián)網(wǎng)技術(shù)合理地應(yīng)用要校園的日常管理中，來實現(xiàn)智慧校園。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)上，實現(xiàn)物與物、人與物的信息交互，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合分布式雙活數(shù)據(jù)中心平臺的構(gòu)建，實現(xiàn)智能化的智慧校園管理，為用戶提供優(yōu)質(zhì)、高效的服務(wù)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);互聯(lián)網(wǎng);雙活數(shù)據(jù)中心;智慧校園;RFID射頻識別技術(shù)

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

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種延伸，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是人與人之間的交流更加便捷，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是通過不同類型的傳感技術(shù)來識別不同物件，同時使物與物、人與物之間實現(xiàn)信息共享。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的主要研究方向之一?，F(xiàn)今全國各大高校都對自身信息化建設(shè)越來越重視，也建立了許多的信息管理系統(tǒng)，如教務(wù)管理、辦公自動化、數(shù)字圖書館、人事管理等等應(yīng)用系統(tǒng)，這些信息管理系統(tǒng)對學(xué)校每天的日常教學(xué)管理起到了重要作用，是維持校園日常事務(wù)開展的基礎(chǔ)。由此可見，高效的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)是十分必要的。目前，很多學(xué)校都建立了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心集合整個校園的信息化硬件設(shè)施，學(xué)校的各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)也在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行整合。所以，為了不影響全校師生對校園系統(tǒng)的使用，需要建立更加靈活、高效、可靠、安全的數(shù)據(jù)管理中心，以更好的完成業(yè)務(wù)部署和資源調(diào)配。這里我們對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，探討了分布式雙活數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計和實施。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)介紹及其體系結(jié)構(gòu)

1.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)介紹

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的一種延伸，它是通過射頻識別RFID標(biāo)簽、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等等信息傳感設(shè)備，按照一定了協(xié)議，在互聯(lián)網(wǎng)中接入各種物件，通過它們之間信息通信和交換，達(dá)到對物體進(jìn)行智能化識別、跟蹤、定位、管理及監(jiān)控的目的。與互聯(lián)網(wǎng)不同，互聯(lián)網(wǎng)是把計算機連接起來，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)使人和人之間能夠進(jìn)行信息交互，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過各種傳感器，將各種物件接人互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)人與物、物與物之間的信息交換和共享。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實質(zhì)上就是各種類型的感知技術(shù)的應(yīng)用。根據(jù)需要在物件上安裝EPC電子產(chǎn)品編碼以及各種類型的傳感器等，再使用射頻識別技術(shù)或傳感技術(shù)對所需要的信息進(jìn)行收集，然后將所獲取的實時信息通過無線或者有線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行融合，將物件的此實時信息及時準(zhǔn)確的傳輸出去，同時在對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理中心實現(xiàn)信息交互、共享或者智能化的處理，最后將這些已經(jīng)處理好的信息利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行傳播，這樣就達(dá)到了對物件智能控制的目的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是人工只能技術(shù)和傳感技術(shù)的結(jié)合，同時它也應(yīng)用了模式識別、云計算等各種技術(shù)，實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)大致分為4個層次：

1）感知層：物聯(lián)網(wǎng)最底層技術(shù)就是感知技術(shù)，同時也是物聯(lián)網(wǎng)一個核心技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)通過FRID、EPC、閱讀器、傳感器、智能機器人等各種感知技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的收集，以達(dá)到識別的目的。

2）網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)或者互聯(lián)網(wǎng)，安全可靠、準(zhǔn)確實時進(jìn)行傳輸。就目前的通信網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，是可以基本達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸要求的。

3）處理層：處理層是將網(wǎng)絡(luò)層所獲取的信息向數(shù)據(jù)處理中心傳遞，然后利用人工智能技術(shù)及云計算技術(shù)等對信息進(jìn)行儲存、處理，來達(dá)到信息共享、交互、實時發(fā)布以及各種智能計算的目的。

4）應(yīng)用層：應(yīng)用層就是把處理層獲得的信息應(yīng)用到物理世界，實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨行業(yè)之間的應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)圖以及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流程圖如圖1、圖2所示。

2智慧校園系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智慧校園是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對傳統(tǒng)的校園各項資源管理方式進(jìn)行改進(jìn)，校園資源、學(xué)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(jìn)而實現(xiàn)校園的智慧化管理和服務(wù)。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(shè)施中，利用智慧校園系統(tǒng)這個平臺將它們連接起來，構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)，使得校園的各種信息能夠融入學(xué)校的各個應(yīng)用領(lǐng)域，實現(xiàn)信息交互和協(xié)作，進(jìn)而實現(xiàn)校園的智慧管理。根據(jù)校園各種資源及管理的歸納分析，智慧校園系統(tǒng)可以分為五個部分，智慧校園結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

1）智能消費管理系統(tǒng)：在日常校園生活中，無論是教師還是學(xué)生都會產(chǎn)生一定的消費，如購物消費、吃飯消費、洗浴消費等等。每個學(xué)生和老師都會持有一張裝配有RFID電子標(biāo)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(nèi)，同時會在學(xué)校的超市、食堂、浴室等地方配置RFID閱讀器，當(dāng)學(xué)生和教師在該閱讀器上進(jìn)行刷卡操作時，相對應(yīng)的信息就會被讀取，通過智慧校園系統(tǒng)的智能消費管理網(wǎng)絡(luò)將所讀取到的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，在系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，并對卡上的余額進(jìn)行讀取，對該次消費金額進(jìn)行扣除，同時后臺數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)的實時更新。消費管理系統(tǒng)的技術(shù)核心就是數(shù)據(jù)庫技術(shù)和RFID射頻識別技術(shù)。

2）智能教學(xué)管理系統(tǒng)：校園日常的教學(xué)管理包括課程管理、考勤管理以及實訓(xùn)管理。傳統(tǒng)的教師對學(xué)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(xué)時間，智能考勤則可以很好解決這個問題。再教室內(nèi)裝配RFID閱讀器，學(xué)生持含有RFID電子標(biāo)簽的校園卡進(jìn)教室，并在讀卡器上進(jìn)行刷卡操作，這樣讀卡器就會將學(xué)生的刷卡記錄收集起來，然后通過網(wǎng)絡(luò)將該記錄傳送到教學(xué)管理系統(tǒng)服務(wù)器上，數(shù)據(jù)則會自動更新到考勤數(shù)據(jù)庫中，這樣教師就可以高效快速的查詢到學(xué)生的出勤狀態(tài)。在實訓(xùn)教室里面也可以安裝所需要的傳感器，到室內(nèi)環(huán)境達(dá)到極限時可以及時發(fā)出警報，進(jìn)而減少教學(xué)過程中不必要的損失，警報次數(shù)也可以記錄到含有RFID的校園卡中，以便教師對學(xué)生的實訓(xùn)情況進(jìn)行查詢。

3）智能后勤管理系統(tǒng)：學(xué)校的后勤管理主要指的是衛(wèi)浴管理和照明管理。在教室、浴室、衛(wèi)生間等場所安裝所需要的傳感器，結(jié)合聲控技術(shù)、無線遙感技術(shù)，對照明強度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，在浴室也可以安裝RFID讀卡器，當(dāng)持卡者進(jìn)行刷卡操作后，浴室噴頭可出水并對流量進(jìn)行計算，這樣也可以達(dá)到節(jié)水、節(jié)能的目的。

4）智能圖書館系統(tǒng)：在圖書館內(nèi)的每本書上配置RFID卡，并在卡內(nèi)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(shù)，通過讀卡器識別，根據(jù)所記錄的信息對書籍進(jìn)行定位、查詢以及歸架等操作，實現(xiàn)了智能文獻(xiàn)分類、文獻(xiàn)架位及文獻(xiàn)上架等功能，圖書館的管理也實現(xiàn)了智能化和無人化，縮短了工作時間，節(jié)省了人工。智能圖書館的核心技術(shù)就是數(shù)據(jù)庫技術(shù)、RFID識別技術(shù)以及人工智能技術(shù)。

5）智能安防管理系統(tǒng)：校園的安防管理過程中，需要應(yīng)用到很多現(xiàn)代技術(shù)，諸如圖像識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)、無線傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS以及遙感技術(shù)等等，同時還要與日常的視屏監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)對校園環(huán)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(tǒng)中匯總及處理，根據(jù)相應(yīng)的情況適時發(fā)出警報或者提示。

在校園的各個區(qū)域中安裝相應(yīng)的感應(yīng)設(shè)別，當(dāng)人或物進(jìn)入警戒區(qū)時，該區(qū)域的感應(yīng)終端會對闖入的人或物的具體位置進(jìn)行判別，同時安防系統(tǒng)會調(diào)轉(zhuǎn)對應(yīng)的攝像頭進(jìn)行區(qū)域的全面監(jiān)控，并且會及時將提示信息發(fā)送到校園安防管理系統(tǒng)中心，以及校園保衛(wèi)人員的設(shè)備中，確保安保人員能夠及時進(jìn)行現(xiàn)場處理。

3智慧校園雙活數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3.1雙活數(shù)據(jù)中心模型

雙活數(shù)據(jù)中心指的是有兩個數(shù)據(jù)中心同時處于運行狀態(tài)，并且相互之間互為備份。結(jié)合云計算、虛擬化、高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，雙活數(shù)據(jù)中心可以快速、方便的將應(yīng)用從一個數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移到另一個數(shù)據(jù)中心，圖4是典型的雙活數(shù)據(jù)中心模型。

雙活數(shù)據(jù)中心具有一定的復(fù)雜性，它囊括了系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施資源的多個方面。利用存儲、數(shù)據(jù)庫、云計算等等技術(shù)，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫、儲存、傳輸、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用等幾個層級的雙活。結(jié)合數(shù)據(jù)同步寫入、業(yè)務(wù)均衡負(fù)載，雙活數(shù)據(jù)中心除了能夠提供日常業(yè)務(wù)服務(wù)外，還可以分擔(dān)生產(chǎn)系統(tǒng)的負(fù)載，使數(shù)據(jù)中心的資源利用率大大提高。此外，當(dāng)一個數(shù)據(jù)站點發(fā)生故障時，還有一個數(shù)據(jù)站能夠?qū)崟r的接管所有的業(yè)務(wù)，完成雙活無感知切換，并且保證了數(shù)據(jù)零丟失。業(yè)務(wù)零中斷。

3.2雙活數(shù)據(jù)中心的需求

3.2.1雙活儲存系統(tǒng)

通過虛擬儲存網(wǎng)關(guān)所構(gòu)建的存儲集群，主機集群能夠?qū)ν粋€虛擬卷進(jìn)行訪問，兩個數(shù)據(jù)中心部署了跨站點的上層主機集群，當(dāng)其中任何一個數(shù)據(jù)中心發(fā)生存儲故障時，另一個完好的數(shù)據(jù)中心就會將多有業(yè)務(wù)自動接管過來。

3.2.2跨數(shù)據(jù)中心的可用性高的服務(wù)器集群

為了縮短服務(wù)器的中斷時間，達(dá)到屏蔽故障目的服務(wù)器集群，該服務(wù)器集群中的兩4-YL點需要保持同時運行各自的應(yīng)用，同時要對雙方的運行情況進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)其中一臺主機發(fā)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

為了給內(nèi)網(wǎng)用戶和Interact用戶提供可靠的業(yè)務(wù)訪問服務(wù)，需要給兩個數(shù)據(jù)中心否配置高速光纖網(wǎng)絡(luò)鏈路。

3.2.4機房設(shè)施齊全

齊全的機房基礎(chǔ)設(shè)施，需要有不間斷的電源、先進(jìn)的機房空調(diào)、自給供電系統(tǒng)、完善的監(jiān)控及消防設(shè)備。

3.3雙活數(shù)據(jù)中心的設(shè)計

3.3.1可靠的計算機系統(tǒng)

利用虛擬化技術(shù)對數(shù)據(jù)中心的計算架構(gòu)進(jìn)行重建，資源虛擬化物理服務(wù)器，同時對內(nèi)存、CPU、網(wǎng)卡等計算資源池進(jìn)行構(gòu)建。根據(jù)實際需要建立好運行環(huán)境，同時模擬業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行實際運行，通過這種方法來收集各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需要的應(yīng)用服務(wù)器硬件、軟件資源的配置要求，進(jìn)而實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的配置管理數(shù)據(jù)庫的形成。其中硬件配置包括對虛擬服務(wù)器的計算能力、CPU架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)寬帶、操作系統(tǒng)磁盤類型、儲存空間、容量及內(nèi)存容量等資源需求。而軟件配置則包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、Web服務(wù)器、開發(fā)及管理工具、操作系統(tǒng)及版本、其他實用軟件和網(wǎng)絡(luò)等配置信息。業(yè)務(wù)系統(tǒng)對軟件和硬件資源的需求，需要將峰值業(yè)務(wù)狀態(tài)和正常業(yè)務(wù)長途的需求考慮在內(nèi)，同時也要考慮可能的業(yè)務(wù)量的增加，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的升級拓展需求也需要考慮到。

3.3.2可靠的存儲系統(tǒng)

雙活數(shù)據(jù)中心的兩個數(shù)據(jù)中心的虛擬存儲網(wǎng)關(guān)會組成一個跨站點的雙活集群，這個集群會將兩個數(shù)據(jù)中心的磁盤陣列統(tǒng)一接管，形成一個跨站點的存儲資源池，結(jié)合使用虛擬網(wǎng)關(guān)鏡像卷技術(shù)，能夠達(dá)到兩個數(shù)據(jù)中心相互備份保護(hù)的目的，提供了跨數(shù)據(jù)中心訪問的共享數(shù)據(jù)卷給上層應(yīng)用，實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)與雙活數(shù)據(jù)中心的虛擬儲存網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接。學(xué)校主要的數(shù)據(jù)信息包括學(xué)生、教師等校園網(wǎng)用戶的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息、一卡通生活數(shù)據(jù)信息、教學(xué)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息以及科研管理等機構(gòu)化數(shù)據(jù)信息，另外還有電子圖書、視頻、音頻教學(xué)資源等數(shù)據(jù)信息。因此，在對存儲系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃時，需要對高要求的結(jié)構(gòu)化儲存使用異地雙活技術(shù)來設(shè)計規(guī)劃。

3.3.3可靠的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

雙活數(shù)據(jù)中心的前端業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)需要采用兩臺萬兆交換機，并且以集群的方式與校園網(wǎng)核心實現(xiàn)萬兆高速連接，兩臺萬兆交換機分布在兩個數(shù)據(jù)中心，其他各個物理服務(wù)器都要連接到兩臺交換機上，來達(dá)到鏈路冗余和負(fù)載的目的，是業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的可靠性得以提升。此外校園網(wǎng)核心也需要部署兩臺萬兆交換機，同時使其構(gòu)成集群和虛擬化，校園網(wǎng)核心與數(shù)據(jù)中心之間會通過許多條聯(lián)力進(jìn)行交叉連接，來達(dá)到鏈路冗余和負(fù)載的目的。

3.3.4網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計

智慧校園需要一個可靠安全、大寬帶的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，因此需要對校園網(wǎng)的主干和出口位置進(jìn)行扁平化改造，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的匯聚層和核心層進(jìn)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(yōu)良的綜合安全網(wǎng)關(guān)設(shè)備部署到數(shù)據(jù)中心前端以及校園網(wǎng)出口，以此提供2～7層的安全防護(hù)給數(shù)據(jù)中心和校園網(wǎng)。

3.3.5雙活數(shù)據(jù)中心構(gòu)架的實現(xiàn)

根據(jù)上面的要求進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)雙活數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，該數(shù)據(jù)中心的每個數(shù)據(jù)中心都配置了相同的物理服務(wù)器、存儲資源以及網(wǎng)絡(luò)，通過虛擬化管理平臺實現(xiàn)服務(wù)器資源的集中管理，形成了統(tǒng)一使用、管理的計算資源池，當(dāng)其中一個中心發(fā)生故障時，另一個數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以快速的完成任務(wù)接管，并且期間任務(wù)零中斷、數(shù)據(jù)零丟失，在結(jié)合存儲虛擬化集群技術(shù)，形成了雙活存儲系統(tǒng)，使得業(yè)務(wù)連續(xù)性和存儲可靠性進(jìn)一步提高。兩個數(shù)據(jù)中心通過高速光纖鏈路連接，構(gòu)建了一個十分可靠的雙活數(shù)據(jù)中心平臺。

4結(jié)語

在智慧校園管理系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)的作用時非常巨大的，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將校園各個物件連接起來，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行感知和分析，實現(xiàn)統(tǒng)一的智能化管理，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個分布式雙活數(shù)據(jù)中心，使得數(shù)據(jù)的存儲和共享更加可靠，進(jìn)而實現(xiàn)智慧校園的高效管理，為用戶提供了優(yōu)質(zhì)和高效的服務(wù)。