智慧校园中物联网与云计算应用

2016-09-03周梦菲

中国科技信息 2016年10期

周梦菲许珂

智慧校园中物联网与云计算应用

周梦菲许珂

2012年3月，教育部发布了《教育信息化十年发展规划（2011－2020年）》制定出了我国今后十年的教育信息化发展总体规划，将教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，把教育信息化提升到了一个新的战略高度。在社会信息化的大背景下，建设“智慧校园（E－campus）”不断推进以学校为主题的教育信息化进程，变成了教育信息化的重要组成部分。物联网、RFID、云计算、虚拟化是智慧校园运行的关键支撑技术，为在校师生提供智慧应用与服务。

智慧校园的涵义与特征

2008年11月，IBM在纽约召开的外国关系理事会上提出“智慧地球”这一概念。之后引发了全球关于“智慧城市”的讨论热潮。智慧校园是一种独特的校园系统，它将学校的教学、科研、管理与校园资源和应用系统进行整合，通过云计算、物联网、虚拟化、大数据、移动互联、商业智能、社交网络等的信息技术手段，结合网络、技术、服务的智能综合信息服务，全方位实施教育信息化，提高应用交互的灵活性、明确性和响应速度。

智慧校园的核心是服务，以服务学校、服务教学、服务社会为方向，主要强调智能感知、资源组织、信息交换、管理逻辑与科学决策等。它的最终目的是将学校物理空间与信息空间有机衔接，建立起一个智能的教育教学环境和便利舒适的生活环境，改变在校师生与学校资源、环境的交互方式，从而向用户提供更为便捷、优质的服务。

随着智慧校园的提出与实施，传统校园教育教学、生活环境、管理服务模式正在逐渐被改变。总体而言，智慧校园的基本特征包括以下几点。

（1）感知化的系统构成。智慧校园运用传感器、采集器、二维码、射频识别等感知技术和设备对校园中与教育科研、环境、管理和生活服务相关的所有信息资源进行采集、处理与管理。结合校内物联网系统的管理与控制，提高校园的运行效率。

（2）基于“大数据”的决策支撑。学校各应用系统中累积的大量数据，依据这些数据建立的数据模型，然后进行数据的统计与分析，并预测未来可能的发展规律。最终为学校管理层做出正确决策提供有力的支撑。

（3）无障碍的个性访问服务。通过校园有线、无线、移动网络的无缝融合的网络环境，为校园内海量用户提供随时随地接入网络的便捷服务。访问渠道多样化也为用户提供便利，用户除了通过传统PC机访问网络之外，还可以使用手机、掌上电脑、电视等各种终端获取所需信息。在访问内容、界面与方式方面也能够提供按需定制的个性化服务。

图1　云计算的架构层次示意图

智慧校园的关键支撑技术

1. 物联网（The Internet of Things）

物联网技术与智慧校园的实施密不可分，它连接了校园网中各类基础设施并提供智能感知的一体化智能环境，完成了智慧校园的首要目标。物联网，即“物物相连的互联网”，它通过射频技术（RFID）、无线传感网络、移动网络、全球定位系统与激光扫描器等信息技术手段，按约定协议将人员、物品与网络连接起来，进行信息通信和信息交换，从而实现智能化的识别、定位、监控、跟踪和管理的一种网络。

实现物联网的关键技术是射频技术（RFID），RFID是一种通过射频信号来达到无接触传递信息的自动识别技术。一般而言，基本的射频信号系统包括标签、阅读器和支撑软件。RFID标签由芯片和天线构成，且具有唯一的电子编码。天线作为RFID标签的核心的技术之一，每个RFID标签具有单个或多个天线；RFID阅读器的主要任务是接收标签的反馈，并控制射频模块往标签发射读取信号，同时解码标签对象的信息，将此信息及标签上的其他相关信息发送至主机进行处理。RFID标签和阅读器所使用的频率成为RFID工作频率，RFID频率的选择影响着信号传输的距离与速度等。

目前的高校信息化应用中也存在着物联网技术，例如图书管理和资产管理所用到的条形码技术、校园一卡通的IC卡识别技术等。这些应用较为单一、数据信息无法整合，因此还没有形成智慧化校园模式。利用射频技术（RFID）在高校各层面建立物联网体系，并与校园网络有机结合，即可解决校园数据采集问题。物联网技术有效的帮助智慧校园建设，对校园内的人员、车辆、物资、基础设施等进行感知、定位与控制。通过覆盖校园的网络将收集的信息传输至信息处理中心，经过处理分析后的信息与原有信息融合之后，再由校园信息指挥系统对获取信息进行智能处理，将结果反馈至学校各级管理部门，为决策提供可靠有力的帮助。

2. 云计算（Cloud Computing）

云计算作为被讨论的热点名词，已经成为了未来发展的重要趋势之一。美国国家标准与技术研究院（NIST）将云计算定义为一种按使用量付费的服务模式，这种模式将网络、服务器、存储、应用软件等计算机资源形成可配置的资源共享池，使这些资源可以快速、按需且弹性的提供给使用方。图1所示为云计算架构层次，其中包括基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。

数据中心是云计算的核心，其资源规模与可靠性对上层的云计算服务有着显著的影响。云计算数据中心特点为：（1）自治性，相对于传统数据中心，它摆脱了人工维护，在系统发生异常时可自动重新配置并恢复。（2）规模化，通过大规模集群的统一标准化管理，使设备管理的成本大幅降低，同时，云计算数据中心采用大规模高性价比设备，并可扩展规模空间。数据中心为云计算提供大量资源，虚拟化技术则实现了基础设施服务的按需分配。因此，虚拟化技术成为了实现云计算资源池化和按需服务的基础。

云计算作为实现智慧校园的重要支撑技术，它使科学、可量化的决策成为可能。同时，云计算也为智慧校园中的上层应用提供了计算、存储和共享等服务。作为一种成熟的互联网商业模式，云计算被引入到智慧校园基础服务平台的建设中，它利用了高校现有资源，通过云计算及虚拟化技术，整合校园中可利用的现有资源，在不增加购置其他大型设备的状况下，实现海量数据挖掘、复杂的科学计算和大规模分布式存储，使资源可以动态的伸缩调整，让超级计算机的性能更加显著，以此使得智慧校园的智慧特征更易实现和突出。

总结

随着科技水平日益更新迭代，教育信息化迫切需要从数字校园向智慧校园转型。而物联网、云计算等的关键支撑技术的迅速发展与应用为智慧校园的转型提供了良好的实现手段与外部环境。毫无疑问，在未来，智慧校园会渗透到校园中的每一个角落。智慧校园建设也将为师生提供更快捷便利的服务，加快科研项目完成速度，提高科研质量，丰富校园文化，提高校务管理效率。