基于云平臺的智慧校園系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

王娟

【摘 要】本文從智慧校園和云平臺的內(nèi)涵及特征出發(fā)，分析構建基于云平臺的智慧校園的關鍵技術，論述基于云平臺的智慧校園的框架設計，從基礎設施服務層、數(shù)據(jù)信息服務層、軟件業(yè)務應用層、平臺功能與性能分析四方面提出具體做法，為學校智慧校園的構建提供借鑒。

【關鍵詞】智慧校園 云平臺 ?系統(tǒng)設計 內(nèi)涵特征 關鍵技術 框架設計

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）02B-0070-03

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術、移動互聯(lián)網(wǎng)技術、數(shù)據(jù)挖掘技術及智慧課堂的發(fā)展，學校信息化正從傳統(tǒng)的數(shù)字化校園逐漸向智慧化校園邁進?；谠破脚_的智慧校園是依托現(xiàn)代化科學技術，通過綜合信息服務平臺，為廣大師生提供個性化、便捷化、優(yōu)質(zhì)化的服務，給學校的教育管理、科研工作及學生培養(yǎng)帶來了極大的便利，有效推動了校園文化的快速發(fā)展。本文從智慧校園和云平臺的內(nèi)涵及特征出發(fā)，分析構建基于云平臺的智慧校園的關鍵技術，提出基于云平臺的智慧校園的框架設計，以期為學校智慧校園的構建提供借鑒。

一、智慧校園的內(nèi)涵及特征

智慧校園的概念最早來源于“智慧地球”一詞，所謂智慧校園就是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎，以云平臺為支撐，為學校的教學管理、科研工作、文化建設、生活學習等方面創(chuàng)造一體化的運行環(huán)境，滿足校內(nèi)用戶不斷提高的服務要求，為師生提供全方位的、智能化的、個性化的校園服務平臺，從而促進學校綜合實力的提升。與傳統(tǒng)的數(shù)字化校園相比，智慧校園具有以下幾個方面的顯著特征。

（一）實現(xiàn)了寬帶互聯(lián)網(wǎng)的全面覆蓋。智慧校園的建設更加注重以物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)為依托，將校園中的人與人、物與物、人與物之間的聯(lián)系，通過建設全面覆蓋的校園網(wǎng)絡，為校園師生提供隨時、隨地的便捷服務，從而為學校開展高質(zhì)量的教育活動奠定基礎。

（二）實現(xiàn)了智能感應終端的廣泛應用。近年來，智能化終端設備在師生中得到了廣泛應用，這樣就能和智慧校園中的云平臺進行消息和數(shù)據(jù)的實時互通。此外，紅外、光線、影像等各種智能感應技術的應用，使得智慧校園系統(tǒng)能夠?qū)崟r獲取各種應用數(shù)據(jù)信息。

（三）實現(xiàn)了校園海量數(shù)據(jù)的收集與整理。智慧校園的構建是以數(shù)字校園海量數(shù)據(jù)的收集與存儲為基礎，將管理、教學、科研、活動等數(shù)據(jù)進行集中分析與挖掘以了解師生的日常行為情況及需求，進而更好地為師生提供更優(yōu)質(zhì)的服務。

（四）實現(xiàn)了個性化的校園服務模式。智慧校園系統(tǒng)功能的設置及平臺的構建都是以校園師生的學習、工作與生活為基礎，有效地解決了他們的諸多實際需求，使得校園服務更具個性化、更便利。

二、基于云平臺的智慧校園系統(tǒng)設計的關鍵技術

基于云平臺的智慧校園系統(tǒng)設計的關鍵是運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)等現(xiàn)代化技術，實現(xiàn)“以人為本、互動參與、資源一體化”的發(fā)展理念，推動校園智慧教育的深入研究與應用。

（一）物聯(lián)網(wǎng)技術。所謂物聯(lián)網(wǎng)是在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)基礎上實現(xiàn)的一種物物相連的互聯(lián)網(wǎng)模式。在基于云平臺的智慧校園系統(tǒng)設計過程中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術及各種自動化設備的聯(lián)動，實現(xiàn)教育教學、科研管理、校園生活、節(jié)能安保、圖書管理等校園局域網(wǎng)內(nèi)的物理與網(wǎng)絡連接，進而統(tǒng)一進行信息通信與實時監(jiān)管，從而讓在校師生能夠更好地運用校園中的各個機械設施。

（二）數(shù)據(jù)挖掘技術。智慧校園系統(tǒng)的建設需要收集與積累校園當中師生學習、工作及生活等各方面的大量的信息數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)資源的種類，快速、高效地進行分類、分析、存檔及智能決策管理，通過對數(shù)據(jù)資源進行深入挖掘與建模分析，準確地找出海量數(shù)據(jù)背后所蘊藏的價值，從而用智慧的計算來構建高效、科學的校園管理。

（三）云計算。云計算是基于云平臺的智慧校園系統(tǒng)設計的關鍵技術之一，是通過 Internet 以服務的方式提供動態(tài)的、可伸縮的、虛擬化的、可并行的資源計算模式，在校園資源的設備與共享、信息化系統(tǒng)建設及工作通信等方面發(fā)揮著重大作用。

（四）校園移動互聯(lián)網(wǎng)技術。智慧校園的建設利用校園移動互聯(lián)網(wǎng)技術，為廣大師生提供了一個穩(wěn)定安全且無處不在的開放式無線網(wǎng)絡環(huán)境，不僅打破了傳統(tǒng)課堂教學的弊端，讓校園師生能夠隨時、隨地獲取相應的學習資源，便于師生、生生之間進行交流互動，使得師生的學習更加便捷、高效，而且增進了人與人之間的交流與溝通，營造了良好的校園氛圍。

三、基于云平臺的智慧校園系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

基于云平臺的智慧校園系統(tǒng)包含了能夠滿足所有用戶需求的各種應用服務系統(tǒng)，具備統(tǒng)一的硬件平臺與數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)資源的存儲與共享，為師生提供一個隨時通信交流、校園一卡通與手機一卡通相結合的通信平臺，為師生提供課堂考勤、圖書借閱、一卡通余額查詢和充值、校園消費、移動支付、科研項目查詢、學籍管理等服務，有效將學校的教學、科研、管理與校園生活有機融合在一起，讓教師可以實現(xiàn)手機移動辦公，學生可以實現(xiàn)隨時隨地學習?；谠破脚_的智慧校園系統(tǒng)設計除了滿足智慧校園基本需求，該云平臺還配備了云安全標準與評估體系、網(wǎng)絡安全管理體系、信息標準體系、第三方系統(tǒng)集成體系、運行服務體系等，總體系統(tǒng)框架設計如圖 1 所示。

在整個系統(tǒng)框架中，從下至上依次分別為：基礎設施服務層、數(shù)據(jù)信息服務層和軟件業(yè)務應用層。

（一）基礎設施服務層（Iaas）設計。基礎設施服務層（Iaas）是基于云平臺智慧校園系統(tǒng)設計的最底層，其框架、設計如圖 2 所示。

在 Iaas 層中利用虛擬化技術將云平臺中的硬件設備、網(wǎng)絡基礎設施、云數(shù)據(jù)中心、云存儲、云計算、安全防護進行有效整合。其中，云數(shù)據(jù)中心對校園中的各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的搜集、整理、分析與管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享;云存儲和云計算提供存儲系統(tǒng)與計算系統(tǒng)，對各類信息進行存儲與計算;安全防護從網(wǎng)絡防護、接入防護、應用防護及虛擬防護四個方面入手，確保整個智慧校園系統(tǒng)的安全性。此外，在該層設計中，還需要搭建寬帶互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境、物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境、移動通信網(wǎng)絡環(huán)境及 WiFi 環(huán)境，建設感知物聯(lián)服務平臺和云服務平臺，為智慧校園的建設奠定基礎。

（二）數(shù)據(jù)信息服務層（Paas）架構設計。數(shù)據(jù)服務層（Paas）是在 Iaas 層的基礎上，實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理平臺、統(tǒng)一身份認證平臺、綜合信息管理平臺、校園卡服務平臺等信息整合支撐平臺，通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心平臺，確保數(shù)據(jù)信息的實時性、正確性、完整性、安全性及一致性，從而為智慧校園系統(tǒng)提供強大的數(shù)據(jù)庫管理，如圖 3 所示。

在 Paas 層設計過程中，基于云計算的大數(shù)據(jù)中心構建是支撐智慧校園高效運行的關鍵，也是整個智慧校園建設中的重難點。不僅需要搜集、整理、存儲與分析全校的基礎數(shù)據(jù)、業(yè)務信息及教學資源，還要利用虛擬化技術實現(xiàn)對校園資源的靈活分配與管理，盡可能降低校園信息化的運營成本。此外，該層還提供 ESB 服務、ETL 服務、規(guī)則服務等技術服務。

（三）軟件業(yè)務應用層（Saas）設計?；谠破脚_的智慧校園系統(tǒng)為校園師生提供了滿足他們學習、生活與工作中的各種需求服務。為此，軟件業(yè)務應用平臺的建設貫穿于整個智慧校園系統(tǒng)的設計過程中，主要分為以下三個層面：智慧管理、智慧教育與智慧科研，其中包括教學管理系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、公共服務系統(tǒng)、圖書館服務系統(tǒng)、數(shù)字資源共享系統(tǒng)等，數(shù)字資源共享系統(tǒng)是利用云服務將所有與校園內(nèi)師生學習與科研工作有關的資源整合起來，并通過優(yōu)化檢索處理及靈活組合，最終以個性化的方式提供給校園師生，滿足他們的學習需求與表達需求。其架構設計如圖 4 所示。

在該層中，從下至上分為數(shù)據(jù)層、服務器層、通用層、業(yè)務邏輯層及展現(xiàn)層。軟件業(yè)務應用層（Saas）通過搭建基于 Saas 服務的相關管理系統(tǒng)，構建基于云平臺架構的校園應用及物聯(lián)網(wǎng)應用層，在設計中，主要采用基于 Android 系統(tǒng)開發(fā)的移動客戶端和 J2EE 框架模型設計的 Web 應用框架，能夠滿足校園內(nèi)所有的計算機用戶和智能手機移動用戶的需求。

（四）平臺功能與性能分析?；谠破脚_的智慧校園系統(tǒng)設計完成后，應對其功能及性能進行全面客觀的分析。云計算的最終目的是要實現(xiàn)校園系統(tǒng)的按需運營以及多種服務的開通，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的合理分配與調(diào)度，對傳統(tǒng)物理資源和新的虛擬資源進行管理，從而實現(xiàn)自動化的統(tǒng)一管理模式。為此，智慧校園必須滿足以下要求：首先，智慧校園系統(tǒng)必須為學校師生提供教學信息管理、教學計劃及工作日歷，讓教師能夠詳細掌握其教學日歷及計劃，讓學生能夠及時了解教學動態(tài);其次，師生能夠在線查詢與科研項目有關的詳細信息，便于學校及師生了解各項科研項目的申請狀態(tài)、項目研究進展、科研經(jīng)費使用情況、科研人員分配、科研設備購買等，為學?？蒲泄ぷ鞯捻樌_展提供極大的便捷;再次，智慧校園能夠為學生提供智慧課堂，突破傳統(tǒng)課堂教學的時空限制，讓學生能夠隨時、隨地選擇上課時間，并能夠下載相關資源進行課程學習，同時能夠通過與教師、同學之間的溝通，及時解決學習及生活中的問題，有效增強師生之間的互動與交流，也為教師的教和學生的學帶來極大的便利;最后，智慧校園系統(tǒng)的設計還需要考慮校園人力資源的重組與分配、人事組織的管理、校園系統(tǒng)的安全性評估及維護等，進而實現(xiàn)一個優(yōu)質(zhì)化、個性化、全面化及便捷化的基于云平臺的智慧校園系統(tǒng)，更好地為全校師生服務，滿足他們的各項需求。

綜上所述，基于云平臺的智慧校園系統(tǒng)的建設是現(xiàn)代化校園發(fā)展的一個主要方向，不僅能夠優(yōu)化校園服務模式、降低校園運營成本，而且能夠?qū)⑿@、管理人員、教師、學生、設備環(huán)境及文娛活動有機地統(tǒng)一起來，為校園師生提供了一個更為便捷、優(yōu)質(zhì)及舒適的環(huán)境，為學校教育質(zhì)量和人才培養(yǎng)效果的提高創(chuàng)造了良好的條件。

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（責編 羅汝君）