基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園建設(shè)已經(jīng)成為學(xué)校特色項目基礎(chǔ)性的辦學(xué)設(shè)施，為更好的解決當(dāng)前數(shù)字校園存在的資源整合與共享困難，研究設(shè)計適于中職學(xué)校發(fā)展的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能數(shù)字校園系統(tǒng)，為職業(yè)教育區(qū)域數(shù)字資源中心提供服務(wù)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧校園；設(shè)計

中圖分類號：TP391.45

1 構(gòu)建智慧校園，滿足我校信息化深入應(yīng)用的需求

當(dāng)前，先進的信息化手段與教學(xué)的融合，已成為提高教育質(zhì)量，促進人的自由而全面發(fā)展的有效途徑。因此，信息化之路是我校實現(xiàn)跨越式發(fā)展的必然選擇。2012年末學(xué)校投資1500萬元完成了國內(nèi)外一流的，功能完善、技術(shù)先進的多系統(tǒng)多業(yè)務(wù)融合的全數(shù)字校園網(wǎng)建設(shè)。該數(shù)字校園網(wǎng)通過光纖、六類雙絞線、無線實現(xiàn)十萬兆為骨干、萬兆到樓、千兆到桌面的信息接入，可實現(xiàn)對校園區(qū)域的全面覆蓋。已經(jīng)實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)、IP視頻安全監(jiān)控、教學(xué)巡查、校園一卡通、班班通、網(wǎng)絡(luò)接入、IP語音與視頻、信息發(fā)布、多媒體錄播系統(tǒng)等多系統(tǒng)業(yè)務(wù)的一體化。該數(shù)字校園不但可以滿足我校辦公、管理以及教學(xué)的數(shù)字化需要，還利用200M出口帶寬和數(shù)字教學(xué)資源平臺為我市職業(yè)教育區(qū)域數(shù)字資源中心提供服務(wù)。

2 總體建設(shè)目標(biāo)

本項目建設(shè)的總體目標(biāo)是，通過為期2年的建設(shè)，到2014年底，以我校目前已建設(shè)完成的國內(nèi)先進的數(shù)字校園網(wǎng)絡(luò)為依托，通過技術(shù)升級和改造，利用數(shù)字化手段特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過傳感器和RFID、二維識別碼等傳感技術(shù)和無線通信技術(shù)對校園環(huán)境（包括資產(chǎn)設(shè)備、教室等）、資源（如圖書、教學(xué)資源等）、活動（包括教學(xué)、管理、服務(wù)、辦公等）等各個方面和環(huán)節(jié)進行綜合管理。在硬件、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上運用智慧校園軟件信息平臺，高效便捷地實現(xiàn)學(xué)校的教學(xué)、管理和服務(wù)等活動的全部過程，從而達到提高學(xué)校教學(xué)質(zhì)量、服務(wù)水平和管理水平，促進實現(xiàn)學(xué)校辦學(xué)宗旨的目的。實現(xiàn)一個平安、智能、環(huán)保、節(jié)能的智慧校園。

3 建設(shè)思路

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能網(wǎng)絡(luò)采用三層體系，從物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)來看，整個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字校園系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)涵蓋了系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、內(nèi)容實施、安全保障和項目管理體系建設(shè)的一系列內(nèi)容。從項目建設(shè)內(nèi)容上劃分，整個系統(tǒng)為三層：

數(shù)據(jù)層包括：完成數(shù)據(jù)庫軟件、各類數(shù)據(jù)匯聚、應(yīng)用數(shù)據(jù)以及安裝調(diào)試完數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、中間件服務(wù)器和相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。

應(yīng)用層包括：各應(yīng)用模塊業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件的研發(fā)實施、聯(lián)調(diào)和試用。通過上述三層的建設(shè)，可以實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字校園系統(tǒng)內(nèi)各類數(shù)據(jù)信息的高效管理與校內(nèi)共享以及現(xiàn)有數(shù)字校園各類信息管理系統(tǒng)、數(shù)字化辦公系統(tǒng)的集成。從系統(tǒng)工程角度出發(fā)，按照網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計與分析的基本流程，根據(jù)我校信息化建設(shè)需求和未來發(fā)展趨勢，結(jié)合目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在建設(shè)上按照如下思路進行，擴充內(nèi)容，增加一卡通的功能和范圍，實現(xiàn)和數(shù)字校園的融合；分應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)各物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字校園功能模塊。

在設(shè)計方案時候堅持如下原則：

（1）實用性：針對我校的具體情況和需求，使系統(tǒng)最大限度的切合學(xué)校的實際要求，避免重復(fù)建設(shè)，充分利用現(xiàn)有數(shù)字校園的技術(shù)優(yōu)勢，融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并且使用方便，維護方便。

（2）可靠性：保證系統(tǒng)能長期穩(wěn)定、可靠運行。首先從設(shè)備上提供系統(tǒng)可靠運行的基礎(chǔ)，在結(jié)構(gòu)上精心設(shè)計，嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行施工，以保證系統(tǒng)最終穩(wěn)定、可靠的運行。

（3）先進性：系統(tǒng)設(shè)計不僅要在當(dāng)前具有先進性，而且要在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)保持其先進性，它可以隨著技術(shù)的不斷發(fā)展而進行升級，保證系統(tǒng)的先進性。

（4）經(jīng)濟性：系統(tǒng)要有很好的性能價格比。以短期的投入，換取長期的回報。

（5）擴充性：硬件采用模塊設(shè)計，應(yīng)具有非常好的擴充性，保證用戶對系統(tǒng)有更廣泛的要求時，無需大量投入。

4 建設(shè)內(nèi)容

4.1 在現(xiàn)有數(shù)字校園運行應(yīng)用的基礎(chǔ)上，完成系統(tǒng)分析和規(guī)劃，形成我?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字校園建設(shè)實施方案。詳細(xì)分析我校數(shù)字校園對物聯(lián)網(wǎng)模塊的實際需求，確定最終節(jié)點數(shù)以及功能分布，和有關(guān)廠商聯(lián)系，做出符合實際需求，具有可操作性，滿足我校實際的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案。此方面工作是實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計思路，達成系統(tǒng)目標(biāo)的重要一步，應(yīng)充分吸納來自校內(nèi)各部門、企業(yè)專家和廠商的建議。最終形成一套有針對性的實施方案，編制更細(xì)致的資金預(yù)算表。

4.2 對數(shù)字校園網(wǎng)絡(luò)的校園一卡通系統(tǒng)和數(shù)字校園平臺的擴充和升級。首先，完成應(yīng)對現(xiàn)有數(shù)字校園中功能模塊的擴容和升級。重點是結(jié)合校園一卡通系統(tǒng)，在已經(jīng)完成的餐飲計費系統(tǒng)、機房計費系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和考勤系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進一步完善一卡通模塊，增加校園一卡通使用范圍。建設(shè)2.4G RFID網(wǎng)絡(luò)，增加遠(yuǎn)距離讀卡設(shè)備，全面普及基于手機一卡通或白卡模式的校園一卡通認(rèn)證和計費系統(tǒng)，增加相應(yīng)數(shù)據(jù)識別設(shè)備的數(shù)量。將現(xiàn)有一卡通的數(shù)據(jù)庫和校園數(shù)字平臺數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)庫接口關(guān)聯(lián)，初步建成物聯(lián)網(wǎng)一卡通數(shù)據(jù)中心。對現(xiàn)有的全數(shù)字校園數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的功能進一步挖掘，增加電子周界與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動查詢功能。實現(xiàn)一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與數(shù)字校園平臺數(shù)據(jù)庫接口的對接。通過升級校園一卡通，達到能夠記錄每個學(xué)生、教職工人員的出入學(xué)校、軌跡、等管理。除了建設(shè)RFID網(wǎng)絡(luò)以外，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需求，完成基礎(chǔ)設(shè)施層建設(shè)，重點是無線網(wǎng)以及傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)下的傳感器是一種能感知預(yù)定的被測指標(biāo)并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件和裝置，傳感器的種類很多，如速度傳感器、入侵傳感器、溫度濕度傳感器、位置傳感器、能耗傳感器等，也可以包含以師生用戶的電子標(biāo)簽卡或者手機一卡通卡為EPC碼存儲設(shè)備的RDID傳感器。

通過傳感器，可以將校園內(nèi)各類設(shè)施以及建筑物的環(huán)境參數(shù)、能源參數(shù)以及人員動態(tài)信息搜集并發(fā)送給云計算中心。所以建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)的一個重要基礎(chǔ)設(shè)施就是在無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其基本思想就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。按照我校目前實際，將對校園區(qū)域內(nèi)的教室、實驗室、辦公室以及宿舍部署環(huán)境傳感器，對校園重要設(shè)施區(qū)域部署狀態(tài)傳感器，總節(jié)點約1500個，在初期階段可以預(yù)留點位，保證重點區(qū)域的傳感器部署。

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作者簡介：張東旭（1979.12-），女，遼寧本溪人，講師，研究方向：計算機。

作者單位：本溪市機電工程學(xué)校，遼寧本溪 117000