高校智慧校园架构分析

徐殿军，韩丽艳

（1.渤海大学 实验中心，辽宁 锦州 121013；2.渤海大学 信息科学与技术学院，辽宁 锦州 121013）

0 引言

高校的信息化发展已经进入了智慧校园建设的新阶段，它是高校信息化的高级形态.国家市场监督管理总局国家标准委于2018年公布的《智慧校园总体框架》（GB/T 36342-2018）给出了智慧校园的定义：物理空间和信息空间有机衔接，使任何人、任何时间、任何地点都能便捷地获取资源和服务.［1］

浙江大学早在2010年就率先开始了智慧校园的研究，将智慧校园定义为综合运用云计算、物联网、移动互联、大数据、智能感知、商业智能、知识管理、社交网络等新兴信息技术，全面感知校园物理环境，智能识别师生群体的学习、工作情景和个体的特征，将学校物理空间和数字空间有机衔接起来，为师生建立智能开放的教育教学环境和便利舒适的生活环境，改变师生与学校资源、环境的交互方式，实现以人为本的个性化创新服务，支撑学校开展智慧教育.［2］

1 智慧校园的建设目标

智慧校园总体建设目标主要包括：全面感知、深度融合、柔性架构和高效演进四个方面.

1.1 全面感知

全面感知是通过泛在的感知终端给校园内的每一个物体唯一的ID标识，它还可以实时发出或搜集信息，使校园内物理环境与师生群体融为一个有机体.并广泛覆盖各个横向纵向业务工作场景，从而实现资源效用和组织效率最大化.

1.2 深度融合

深度融合是让信息化在管理及业务改革创新过程中，其发挥的作用逐渐由辅助支持转变为全力支撑，深入到师生的教育教学生活环境中，全面发挥各种新兴信息化技术的优势.

1.3 柔性架构

柔性架构是随着教育信息化新生态而出现的一套完善的信息系统架构，它以适应智慧校园螺旋式的演化过程，快速响应业务需求变化，适应技术的不断升级更替，延长系统寿命，降低生产成本，从而做到随需应变、快速构建.［3］

1.4 高效演进

高效演进是指智慧校园建设应由学校进行顶层设计，吸纳各个方面的力量共同参与建设，采用碎片化、快速迭代、敏捷协同的演进方式，同时在不断的演进过程中，持续地调整完善智慧校园规划细节，让智慧校园演进形成一个闭环.

2 智慧校园的整体架构与设计

为实现智慧校园总体建设目标，需要设计一个架构体系作为支撑.智慧校园的架构较为复杂，很难用一个设计图做到完整和清晰的陈述，这里从体系架构、硬件架构、数据架构、服务架构四个维度对智慧校园架构设计进行分析.

2.1 智慧校园的体系架构

智慧校园从体系架构上可分为硬件设施层、核心数据层、应用服务层、终端交互层四个层次和纵向的支撑保障体系构成，如图1所示：

2.1.1 硬件设施层

硬件设施层包括智能感知层、网络通信层和计算/存储层.

智能感知层：采用物联网、云计算、数字宽带等技术实现校园物理空间的全面感知，并实时采集各种数据，其中包括教学、科研、管理及其相关环节的数据信息，从而实现综合开发、利用和优化.通过感知终端对校园内各类人员的生活状态、各种物理设备的使用状态、不同活动的进行过程进行感知和信息采集，汇集成海量数据，实现智慧校园的全域感知.

网络通信层：采用有线、无线和4G网络三网结合的技术，实现网络扁平化，实现业务需求网络的集中管理，使校园网承载业务数据能够即时传输，健全网络安全防护体系，为智慧校园提供宽带、安全、泛在的网络基础.

计算/存储层：通过基于IaaS的云服务能力，为智慧校园提供数据的存储与计算的物理平台，有效提高智慧校园硬件基础设施的利用率，并从硬件资源层面为智慧校园软件系统运行提供可靠保障.

2.1.2 核心数据层

核心数据层为终端交互层和应用服务层提供核心数据支撑.核心数据层包括对核心数据的存储、记录、治理、加工、流转和分析等处理动作，是连接智慧校园各种数据的中枢.它可以促进数据流转，消除信息孤岛，解决数据冲突，实现业务信息互联互通、数据资产可信可用.

2.1.3 应用服务层

应用服务层包括教学、学生、科研、生活、管理和文化服务，这些服务通过统一身份认证平台，实现一站式管理.采用规范数据标准整合各类数据，通过统一的数据中心和连接到各个业务应用的数据接口实现数据共享.

2.1.4 终端交互层

终端交互层支持各种智能手机、PC机、一体机、Ipad等设备的交互操作，为各类用户提供与其所处环境、所用终端相适应、相匹配的动态交互模式，为用户提供个性化的服务，提升智慧校园的用户体验感.［4］

2.1.5 支撑保障体系

智慧校园支撑保障体系包括运维和安全保障体系.运维体系对整个校园网进行网络拓扑管理，对网络设备、主机与服务器、网络性能、网络安全等进行检测监控，及时发现、迅速定位和排除网络故障，保证网络稳定运行.安全保障体系遵循国家相关标准体系，根据学校网络和应用的具体情况而形成的标准化规范，保障网络与信息安全、系统性能、服务质量.

2.2 智慧校园硬件架构

智慧校园硬件架构分为终端感知接入和物理支撑两大部分.

2.2.1 终端感知接入

终端感知接入包括人机物交互和泛在互联两个部分.人机物交互是应用智能感知技术、可穿戴技术和自助设备采集校园环境和设备的状态信息、人群活动信息、用户输入信息，并为人机物之间提供及时的信息反馈与行为控制，实现校园的物理信息采集、环境控制和人群协同.［5］泛在互联是应用通信和移动互联技术实现校园内外高速、泛在的有线网络与无线网络交融互通，实现因需、因人、因物的即时通信互联.以学校管理部门为结点，实现学校工作泛在式的智慧支持服务、决策与业务管理.

2.2.2 物理支撑

基于云计算、云存储、大数据等技术构建智慧校园私有云，虚拟化聚合部署底层服务器主机、存储资源、网络资源，通过云计算管理平台统一管理，完成基础架构即服务（IaaS）部分的搭建，它是智慧校园的物理核心，为智慧校园动态提供计算和存储资源.

私有云平台包含云平台管理、运维和服务等功能，如下图所示，如自服务门户、虚拟机管理、身份认证、块存储、对象存储、虚拟交换机、虚拟路由器、虚拟防火墙、负载均衡等.

云平台具有池化资源管理、跨平台移植性、网络架构可优化、数据安全性、平台可靠性、应用多元性和强大的稳定性等特色功能.

2.3 智慧校园数据架构

智慧校园从数据架构上分为五层，如图3所示，这五个层次分别是数据整合层、数据中心层、数据管理层、数据服务层、用户交互层.

2.3.1 数据整合层

数据整合层完成数据从源头被采集（导入或工具抽取），经过清洗、转换后加载或存储于公共数据库的过程，构成校级数据中心.

2.3.2 数据中心层

数据中心层根据需要创建各种主题库和统计分析库，为特定的数据分析、展示、应用的目的服务.

2.3.3 数据管理层

数据管理层对数据进行各种操作和管理，通过信息标准管理工具、元数据管理工具、主数据管理工具、数据质量管理工具、接口管理工具等对数据中心的数据进行维护.［6］

2.3.4 数据服务层

数据服务层在保障数据质量的基础之上，利用数据提供各种服务的集合，比如系统功能的即时查询、综合统计分析、统计报表、综合校情展示、整合应用等.

2.3.5 用户交互层

用户交互层将数据服务结果集成展示到学校统一的信息门户中，用户通过门户与之进行交互，获取想要的信息.

2.4 智慧校园服务架构

智慧校园服务架构如图4所示，可分为服务展现层和服务管理层.

2.4.1 服务展现层

以线上、线下的一站式服务大厅呈现智慧校园中各种学生服务、教师服务、教学服务、科研服务.

2.4.2 服务管理层

通过服务注册、服务发布管理、服务监控和统一消息队列.功能模块对智慧校园一站式服务进行统一管理控制.统一服务接口和服务代理、统一服务托管与授权、统一服务数据云存储等服务管理模块，将一站式服务大厅所呈现的所有服务业务流程化.

3 结束语

智慧校园的架构设计要达到总体建设目标的要求，能够为智慧校园的建设目标提供架构支撑，除完成上述架构设计功能要求以外，还需要在满足主管部门的业务要求的同时，灵活适配智慧校园的各种服务，实现以人为本的个性化创新服务，支撑快速获取所需信息，实现信息和流程的无缝对接，打破业务数据信息孤岛，优化业务流程，最终实现高校智慧校园管理的精细化和决策的科学化.