物联网技术在中职校园网构建中的应用

【摘要】本文分析当前我国中职学校校园网构建存在的问题，论述物联网技术的优势和核心技术，针对物联校园网的构建，提出加快突破物联网技术瓶颈、培训或引进中职学校互联网技术专业人才等对策。

【关键词】物联网技术 中职学校 校园网构建

【中图分类号】G63 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2022）20-0027-04

近年来，在教育现代化、教育信息化目标的指引下，我国中职学校高度重视校园网建设，大部分中职学校都已建立相对完善的校园网。不过，这些校园网建设方案主要参考高职院校、中小学校的校园网建设经验，而自身的校园网建设缺乏特色。随着我国职业教育改革的逐渐深入，部分中职学校现有的校园网架构与学校管理模式适应程度较低，校园网各大应用系统还迫切需要在云计算、物联网等新技术的支持下进行优化和改进。对此，本文重点探究中职学校校园网建设中物联网技术的实际应用，旨在为优化中职学校校园网构建提供参考。

一、物联网概述

（一）物联网的概念及特点

物联网（The Internet of Things，简称IOT）是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。物联网的网络构架主要由感知层、网络层、应用层构成，其中感知层是指通过各种感应和扫描设备获取外部信息;网络层是借助网关和路由器把数据传输到网络上，实现数据交互和通信;应用层是针对具体需求借助数据库和身份识别等技术提供相应的技术服务。

物联网的三大特征可概括为全面感知、可靠传输和智能处理。全面感知即利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备感知获取物体的各类信息;可靠传输即通过对互联网、无线网络的融合，将物体的信息实时、准确地传送，以便信息交流、分享;智能处理即使用各种智能技术，对感知和传送到的数据、信息进行分析处理，实现监测与控制的智能化。从通信对象和过程来看，物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。

（二）物联网关键技术

1.传感器技术

传感器技术与计算机技术和通信技术一起被称为信息技术的三大技术。从仿生学观点分析，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。微型无线传感技术以及以此组建的传感网是物联网感知层的重要技术手段。

2.射频识别技术

无线射频识别技术（RFID）是一种利用RFID信号，通过获取目标数据的方式进行自动识别的一项技术。RFID系统可以在放射性、高污染等复杂环境下使用，在阅读设备的支持下可以快速获取RFID标签的信息。RFID系统主要由电子标签、阅读器、天线、后台数据管理系统等四个部分构成。在电子标签进入阅读器工作范围后，位于电子标签端的天线会自动接收阅读器端天线所产生电磁场中的能量，驱动电子标签电路将芯片中的数据送出，同时阅读器端天线会依序接收来自电子标签的数据，并传输至阅读器进行数据解读，随后再将数据传输到后台应用程序进行处理。

3.无线传感器网络

无线传感器网络是分布在系统监测区域内数量众多、状态不同的传感器节点，利用短距离无线通信方式将各节点连接起来从而形成一个独立的网络系统，能够实现对网络覆盖区域内目标信息的感知、采集和处理，同时将采集处理后的信息传输到终端设备供人使用。无线传感器网络中通常配有大量不同类型的传感器，可以实现对物理世界中各类事物、现象的自动监测，其中包括水、电、光、物体、速度等，目前被广泛运用于工业、农业、建筑等领域。

4.二维码技术

二维码技术是在一维条码无法满足实际需求的前提下产生的。受信息容量的限制，一维条码通常是对物品的标识，而二维条码是对物品的描述。二维碼以矩阵形式进行表达，可以在纵横两个方向存储信息，可存储的信息量是一维码的几十倍，并能整合图像、声音、文字等多种信息，具有可靠性高、保密防伪性强等特点，而且易于制作、成本低。

5.GPS技术

GPS技术又称全球定位系统，是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。GPS作为移动感知技术，是物联网延伸到移动物体、采集移动物体信息的重要技术，更是物流智能化、交通智能化的重要技术。

二、中职校园网构建的现状分析

（一）校园网建设目标模糊

各中职学校在建设校园网的过程中，主要是参照各高职院校、中小学校的校园网建设方案，导致在运用过程中出现诸多不适，功能无法完全符合实际需求。主要原因是各中职学校对自身校园网建设缺乏全面的理解和准确认识，难以满足中职学校各职能部门实际运行的特殊需求，也难以将中职学校校园网差异性体现出来，更无法提升中职学校校园网的运行效率和管理功能。校园网应具备教学、管理、通讯等三大功能。首先校园网应为学校教学提供良好的现代化网络教学环境，即能为师生提供安全、快捷、平稳的网络，为师生提供在线教学服务;能为教师和行政管理人员提供自动化的日常管理服务，比如在线课堂教学、学生成绩管理、图书资料管理、办公自动化、财务管理、人事管理、招生与就业等。此外，校园网还应满足校内外的通讯需求，比如网络会议、远程培训、电子公告等。

（二）重硬件建设而轻软件开发

硬件建设与软件开发在校园网建设中同等重要，只有两者均衡发展，校园网才能更好地发挥其数据驱动管理的功能。然而，各中职学校在校园网实际建设过程中普遍存在重硬件建设、轻软件开发的突出问题，严重制约了校园网的高效建设。比如，在规划校园网时，部分中职学校往往把大部分项目资金投入到网络、交换机、电脑等先进硬件购买上，而对校园网相关的软件应用缺乏全面准确的规划和顶层设计，导致校园网建设中软硬件严重失衡，软件明显滞后于硬件，影响校园网的实际运用和体验效果。其原因主要是校园网建设项目经费不足、分配不均。短期内，各中职学校的办学经费是有限的，但学校运营与人才培养的各项开支繁多，为了“顾全大局”，学校往往只能优先硬件设备建设，导致校园网功能软件开发、信息化教学资源普遍滞后。这种不均衡的经费投入拉低了中职学校信息化的整体水平。

（三）校园网信息安全存在漏洞

信息安全是校园安全的重要内容。当前中职学校校园网仍然存在多重安全风险，主要表现在两个方面：一是非法访问风险。由于学生缺乏网络安全意识，且好奇心强，在运用网络查询资料时会有意或无意点击非法网站信息，导致校园网面临网络黑客攻击、非法盗取信息等潜在风险。二是计算机网络感染病毒的风险。计算机网络病毒是一种破坏性极强的程序，它不仅影响计算机的运行，还会破坏网络资源，对校园信息的安全产生重大威胁。校园网安全管理制度和资源配置尚未完善是其主要原因，笔者认为，中职学校校园网建设应做好顶层设计，制订全面完善的安全管理制度。

（四）校园网综合管理体系不完善

校园网管理体系是校园网健康高效运行的重要保障。现阶段大部分中职学校的校园网管理体系存在比较严重的缺陷：一是校园网建设缺乏专业的运维团队。现有的运维团队普遍由专业和非专业教师构成，原有的信息化知识结构与技能水平较低，不足以支撑智慧校园网的建设、运营和维护，尤其是在软件功能的设计与开发以及对数据的管理应用上。二是运营管理制度不科学、不合理，普遍缺乏校园网建设、运营与维护的具体管理制度和标准，缺乏对运维人员的培训与激励。主要原因是缺乏校园网建设的顶层设计与专项建设资金不足，笔者认为，信息管理部门与人事部门需要进一步优化业务流程，加强业务管理的科学性和规范性。

（五）数据整合与应用效率低下

校园网建设的重要意义在于打破各部门的“信息孤岛”，把所有数据汇集在同一平台上，并为学校的日常管理和教学改革提供准确的数据支撑。但调查数据显示，中职学校的校园网数据整合与应用存在很多问题，比如：“信息孤岛”依然存在，同一学生的信息在不同部门出现不同版本;应用手段只停留在教学层面上，没有开展信息化与课堂的深度融合;应用形式简单，思维固化，单一使用多媒体教学，没有发挥信息化教学的优势和价值;数据缺乏有效整合分析，没有形成用数据驱动教学改革和学校管理的效应;等等。主要原因是缺乏科学详尽可落地的中职校园网建设的指导意见和标准，导致各中职校园网建设千差万别，顶层设计不完善，对学校日常教学管理数据的常态化收集、分析、应用缺乏“一盘棋”思考（如系统账号权限如何划分、各部门需要收集什么信息、数据汇总到哪里、数据如何实现动态更新、数据分析的关键指标确定、谁负责数据分析及管理、数据分析的报告与建议如何分模块动态呈现等），笔者认为，学校需要建立一整套对数据的开发、分析、应用的机制。

三、物联网技术支持下中职校园网构建的策略

（一）多层次多角度构建中职校园网

1.总体规划

当前，构建中职校园网，需要在互联网、物联网等技术的支持下，结合学校自身特色，设计一套可以嵌入校园网的RFID一卡通系统。该系统设计与数字化校园规划建设原理相符，可以与学校其他类型的MIS进行有效对接，有助于学校实现智慧校园网络建设目标，为中职学校现代化管理创造良好的条件。物联网技术在中职校园网架构设计的过程中，学校必须充分考虑校园网的安全性和可靠性。系统建设必须符合国家相关标准，确保系统在受外部因素影响下仍可正常运转。在射频识别技术的帮助下，校园网络体系中的数据可以实现无线传输，同时为了保证数据信息的安全性，学校还需要设计、构建防火线，并对相关数据信息进行加密处理。在物联网技术的支持下，保证系统在面对庞大信息流时仍然可以准确、高效地对数据信息进行识别，并经系统后台处理后实现快速输出。在进行规划设计的过程中，学校还应充分考虑技术发展以及其他应用系统构建问题，确保新技术、新系统的应用不会对系统功能造成影响。

2.感知层建设

首先，在中职校园网建设过程中，学校在建设RFID子网时可以和地方移动通信公司合作，力争得到移动通信公司的支持，以便将校讯通卡作为RFID识别的基础，由移动通信公司负责RFID卡制作，这样就可以降低学校的投入成本。在選择阅读器、RFID技术标准以及电子标签的过程中，一定要考虑三者的匹配度。比如出于节省建设成本、方便RFID卡管理的目的，可以选择工作频率为915 MHz且能进行批量生产的无源电子标签，如此一来，就需要选择工作在915 MHz频段的超高频RFID阅读器。RFID天线主要分为阅读器天线和电子标签天线两种，在低频和高频频段工作的天线可以采用电感耦合方式进行工作，电感耦合的射频载波率在13.56 MHz和135 KHz之间。在这样的情况下，电子标签所需的工作能量主要采用电感耦合的方式从阅读器的耦合线圈辐射进场获得，通常属于无源系统，工作距离不超过1米。

其次，中职学校在设计校园网架构的过程中，可以有针对性地引入加密算法，建立一个密钥管理机制，统一认证性与机密性。认证性策略可以采用对称或非对称密码方案解决。比如学校在考虑成本投入的情况下，可以采用交互认证协议、Hash-Lock系列协议等。机密性策略则可以在通信的时候建立一个临时会话密钥。相较于这两种策略，其他策略的安全性优势不够突出，比如采用有源屏蔽的方法会加大建设成本、采用使标签失效的方法会导致资源浪费等。

3.传输层建设

传输层建设主要建立在当前各中职学校已经建成的校园网的基础上，在学校需要重新规划一个新校园网的情况下，可以在此基础上参照中等职业技术学校数字化校园建设方案进行建设。需要注意的是，如果学校希望通过运用物联网技术加强对学校事务的管理，就需要以无线校园网建设为目标，其中包括WIFI路由器以及ZigBee路由器部署，并且还需要确保校园无线网络能够实现整体覆盖，如此方可在学校运行、管理中不断将物联网技术的优势和作用发挥出来。

当前学校在传输层可以结合不同的网络构成设置相应的安全机制。通常情况下，安全机制可以分为端到端以及节点到节点的机密性。无论是哪种，都需要得到安全机制的支持，其中包括密钥管理机制、密钥协商机制、机密性算法选取机制等。同时，在端到端机密性以及节点到节点机密性上还应建立认证机制，在充分考虑网络架构安全性的情况下，建立网络环境不同的认证衔接机制;根据应用层需求的不同，还需要建立广播和组播通信的认证机制。

4.应用层建设

想要实现智慧校园建设目标，学校还应当结合自身管理需求，加强软件平台建设。首先，中职学校可以建立一个完善的身份识别系统，RFID一卡通系统就是一种很好的选择。在系统建成以后，学校的每一个成员都将持有一张具有独特身份标识的校园卡，这张校园卡类似于我们的身份证，支持搭载就餐、充值、出行、阅读等功能。其次，学校可以建设一个完善的校园内部管理系统，并确保该系统处于校园网的核心位置，在建设过程中提前预留开放的子系统接口。通过深度运用物联网技术支持中职校园网建设，为优化中职学校校园网架构设计创造良好的条件。第三，应用层应当建立可靠性强的密钥管理机制以及身份认证机制，同时为了避免受到外部因素的干扰，还应当建立病毒查杀机制、入侵检测机制等。

（二）加快突破物联网技术瓶颈

现阶段，物联网的技术瓶颈突出表现在国内核心技术较为落后，高端产品与国外差距较大，感知技术水平较低，技术应用水平不高，综合集成服务能力不强，网络安全与隐私保护仍然困扰行业发展，等等。要突破这些技术问题，需联合政府主管部门、高校、行业与企业的力量，有效整合“政校企行”四方政策、资金、人才、产业支持等资源，制订多方协同创新与专利保护、奖励机制，才能有效促进国内物联网技术的不断突破与迭代，推动物联网产业的持续健康高速发展。在具体措施上，物联网厂商要加大研究力度，提升感知技術水平，重点解决超高频和微波RFID无源标签与传感器功率、功耗之间的平衡问题;加快适用于物联网的新型短距离无线通信技术和传感器节点的研发，突破现有技术和硬件的瓶颈，推动适用于固定、移动、有线、无线的多层次物联网组网技术的开发;以区块链技术赋能物联网解决网络安全与隐私保护问题，因为区块链具有天然的分布式存储、共识机制、加密算法等特点，这些特点赋予了物联网具备可追溯、不可篡改、自治性等特性，所以在解决物联网瓶颈问题上独具优势，大大提高了物联网的安全指数，有利于推动物联网技术的产业化发展。

（三）加大物联网技术专业人才培训和引进力度

目前，中职学校的信息管理部门普遍存在人员不足、水平较低、结构不合理、缺乏物联网专业技术人才等问题。一方面，随着学校不断增设新专业、扩大招生规模，导致信息部门的人员编制普遍不足，不少专业的实训室设备与网络管理是由专业实训管理员兼任;另一方面，信息管理部门的建设和运维团队主要由计算机相关专业人员组成，虽然部分成员有过企业实践经验，但大部分成员还是直接从学校到学校，缺乏实践经验，团队的知识和能力参差不齐，主要偏向计算机方向，缺乏物联网专业的教师;校园网运维团队对物联网的认知、建设、开发、管理等整体水平较低，严重制约了中职学校校园网的发展。

要破解学校存在的信息管理部门建设运维人才不足与结构不合理的问题，学校要规划好校园网建设的顶层设计，注重信息化人才的培养，可以通过“内培”和“外引”优化信息化管理团队的结构，提升团队的整体水平。比如，为了提升现有校园网运维团队业务水平，学校可以广泛开展业务培训，在工作任务较少的学期（一般是学年的第二学期）选派信息部门业务团队和计算机专业教师到物联网公司进行全脱产学习，或是选派到校园网做得比较优秀的学校去挂职学习，让那些“从来没有离开过校园”的专业教师真正到企业中了解、掌握最新的物联网技术、网络组建、开发与维护的新知识、新技术和操作规程;为优化信息管理团队人员结构，学校可以大力引进物联网技术专业人才，要求拥有相关企业工作背景和业绩，择优录用。此外，学校可以制订激励管理制度，规范运维管理团队建设，促进团队自我成长，进而推进校园网整体建设水平。

综上所述，中职学校在构建校园网的过程中还存在一些亟须改进的地方，因此各中职学校在借鉴高职院校、中小学校校园网建设经验之余，也要不断挖掘自身的优势，根据自身的需求做好校园网建设顶层设计，提高运维团队业务水平，完善管理制度，基于物联网技术优化校园网建设方案，努力在物联网技术的帮助下弥补现行校园网构建存在的漏洞，切实提升新校园网与学校管理的适应程度。

参考文献

[1]刘翔翔，杨勇平.以校园网为平台的校园物联网构建研究[J].办公自动化，2011（8）.

[2]庞镭.基于校园网的物联网部署与安全管理的实现[J].电子技术与软件工程，2019（7）.

[3]朱倩.基于物联网的智慧校园构建[J].软件导刊，2020（4）.

[4]于敏，王宗运.基于物联网的智慧校园的研究[J].计算机与网络，2012（21）.

注：本文系2019年度广西职业教育专业发展研究基地项目、2019年度广西职业教育改革项目“物联网技术应用专业‘柔性双轨制人才培养模式探索研究”的阶段性研究成果。

作者简介：马平（1974— ），高级讲师，主要研究方向为中职电子信息类教学、职业教育管理研究。

（责编 林 剑）