高校智慧校園架構(gòu)分析

徐殿軍，韓麗艷

（1.渤海大學 實驗中心，遼寧 錦州 121013；2.渤海大學 信息科學與技術(shù)學院，遼寧 錦州 121013）

0 引言

高校的信息化發(fā)展已經(jīng)進入了智慧校園建設(shè)的新階段，它是高校信息化的高級形態(tài).國家市場監(jiān)督管理總局國家標準委于2018年公布的《智慧校園總體框架》（GB/T 36342-2018）給出了智慧校園的定義：物理空間和信息空間有機銜接，使任何人、任何時間、任何地點都能便捷地獲取資源和服務(wù).［1］

浙江大學早在2010年就率先開始了智慧校園的研究，將智慧校園定義為綜合運用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、智能感知、商業(yè)智能、知識管理、社交網(wǎng)絡(luò)等新興信息技術(shù)，全面感知校園物理環(huán)境，智能識別師生群體的學習、工作情景和個體的特征，將學校物理空間和數(shù)字空間有機銜接起來，為師生建立智能開放的教育教學環(huán)境和便利舒適的生活環(huán)境，改變師生與學校資源、環(huán)境的交互方式，實現(xiàn)以人為本的個性化創(chuàng)新服務(wù)，支撐學校開展智慧教育.［2］

1 智慧校園的建設(shè)目標

智慧校園總體建設(shè)目標主要包括：全面感知、深度融合、柔性架構(gòu)和高效演進四個方面.

1.1 全面感知

全面感知是通過泛在的感知終端給校園內(nèi)的每一個物體唯一的ID標識，它還可以實時發(fā)出或搜集信息，使校園內(nèi)物理環(huán)境與師生群體融為一個有機體.并廣泛覆蓋各個橫向縱向業(yè)務(wù)工作場景，從而實現(xiàn)資源效用和組織效率最大化.

1.2 深度融合

深度融合是讓信息化在管理及業(yè)務(wù)改革創(chuàng)新過程中，其發(fā)揮的作用逐漸由輔助支持轉(zhuǎn)變?yōu)槿χ?，深入到師生的教育教學生活環(huán)境中，全面發(fā)揮各種新興信息化技術(shù)的優(yōu)勢.

1.3 柔性架構(gòu)

柔性架構(gòu)是隨著教育信息化新生態(tài)而出現(xiàn)的一套完善的信息系統(tǒng)架構(gòu)，它以適應(yīng)智慧校園螺旋式的演化過程，快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求變化，適應(yīng)技術(shù)的不斷升級更替，延長系統(tǒng)壽命，降低生產(chǎn)成本，從而做到隨需應(yīng)變、快速構(gòu)建.［3］

1.4 高效演進

高效演進是指智慧校園建設(shè)應(yīng)由學校進行頂層設(shè)計，吸納各個方面的力量共同參與建設(shè)，采用碎片化、快速迭代、敏捷協(xié)同的演進方式，同時在不斷的演進過程中，持續(xù)地調(diào)整完善智慧校園規(guī)劃細節(jié)，讓智慧校園演進形成一個閉環(huán).

2 智慧校園的整體架構(gòu)與設(shè)計

為實現(xiàn)智慧校園總體建設(shè)目標，需要設(shè)計一個架構(gòu)體系作為支撐.智慧校園的架構(gòu)較為復雜，很難用一個設(shè)計圖做到完整和清晰的陳述，這里從體系架構(gòu)、硬件架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、服務(wù)架構(gòu)四個維度對智慧校園架構(gòu)設(shè)計進行分析.

2.1 智慧校園的體系架構(gòu)

智慧校園從體系架構(gòu)上可分為硬件設(shè)施層、核心數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)層、終端交互層四個層次和縱向的支撐保障體系構(gòu)成，如圖1所示：

2.1.1 硬件設(shè)施層

硬件設(shè)施層包括智能感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層和計算/存儲層.

智能感知層：采用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、數(shù)字寬帶等技術(shù)實現(xiàn)校園物理空間的全面感知，并實時采集各種數(shù)據(jù)，其中包括教學、科研、管理及其相關(guān)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)綜合開發(fā)、利用和優(yōu)化.通過感知終端對校園內(nèi)各類人員的生活狀態(tài)、各種物理設(shè)備的使用狀態(tài)、不同活動的進行過程進行感知和信息采集，匯集成海量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智慧校園的全域感知.

網(wǎng)絡(luò)通信層：采用有線、無線和4G網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)結(jié)合的技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)扁平化，實現(xiàn)業(yè)務(wù)需求網(wǎng)絡(luò)的集中管理，使校園網(wǎng)承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)能夠即時傳輸，健全網(wǎng)絡(luò)安全防護體系，為智慧校園提供寬帶、安全、泛在的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ).

計算/存儲層：通過基于IaaS的云服務(wù)能力，為智慧校園提供數(shù)據(jù)的存儲與計算的物理平臺，有效提高智慧校園硬件基礎(chǔ)設(shè)施的利用率，并從硬件資源層面為智慧校園軟件系統(tǒng)運行提供可靠保障.

2.1.2 核心數(shù)據(jù)層

核心數(shù)據(jù)層為終端交互層和應(yīng)用服務(wù)層提供核心數(shù)據(jù)支撐.核心數(shù)據(jù)層包括對核心數(shù)據(jù)的存儲、記錄、治理、加工、流轉(zhuǎn)和分析等處理動作，是連接智慧校園各種數(shù)據(jù)的中樞.它可以促進數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，消除信息孤島，解決數(shù)據(jù)沖突，實現(xiàn)業(yè)務(wù)信息互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)資產(chǎn)可信可用.

2.1.3 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層包括教學、學生、科研、生活、管理和文化服務(wù)，這些服務(wù)通過統(tǒng)一身份認證平臺，實現(xiàn)一站式管理.采用規(guī)范數(shù)據(jù)標準整合各類數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心和連接到各個業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享.

2.1.4 終端交互層

終端交互層支持各種智能手機、PC機、一體機、Ipad等設(shè)備的交互操作，為各類用戶提供與其所處環(huán)境、所用終端相適應(yīng)、相匹配的動態(tài)交互模式，為用戶提供個性化的服務(wù)，提升智慧校園的用戶體驗感.［4］

2.1.5 支撐保障體系

智慧校園支撐保障體系包括運維和安全保障體系.運維體系對整個校園網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)拓撲管理，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、主機與服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)安全等進行檢測監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)、迅速定位和排除網(wǎng)絡(luò)故障，保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行.安全保障體系遵循國家相關(guān)標準體系，根據(jù)學校網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的具體情況而形成的標準化規(guī)范，保障網(wǎng)絡(luò)與信息安全、系統(tǒng)性能、服務(wù)質(zhì)量.

2.2 智慧校園硬件架構(gòu)

智慧校園硬件架構(gòu)分為終端感知接入和物理支撐兩大部分.

2.2.1 終端感知接入

終端感知接入包括人機物交互和泛在互聯(lián)兩個部分.人機物交互是應(yīng)用智能感知技術(shù)、可穿戴技術(shù)和自助設(shè)備采集校園環(huán)境和設(shè)備的狀態(tài)信息、人群活動信息、用戶輸入信息，并為人機物之間提供及時的信息反饋與行為控制，實現(xiàn)校園的物理信息采集、環(huán)境控制和人群協(xié)同.［5］泛在互聯(lián)是應(yīng)用通信和移動互聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)校園內(nèi)外高速、泛在的有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)交融互通，實現(xiàn)因需、因人、因物的即時通信互聯(lián).以學校管理部門為結(jié)點，實現(xiàn)學校工作泛在式的智慧支持服務(wù)、決策與業(yè)務(wù)管理.

2.2.2 物理支撐

基于云計算、云存儲、大數(shù)據(jù)等技術(shù)構(gòu)建智慧校園私有云，虛擬化聚合部署底層服務(wù)器主機、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源，通過云計算管理平臺統(tǒng)一管理，完成基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IaaS）部分的搭建，它是智慧校園的物理核心，為智慧校園動態(tài)提供計算和存儲資源.

私有云平臺包含云平臺管理、運維和服務(wù)等功能，如下圖所示，如自服務(wù)門戶、虛擬機管理、身份認證、塊存儲、對象存儲、虛擬交換機、虛擬路由器、虛擬防火墻、負載均衡等.

云平臺具有池化資源管理、跨平臺移植性、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可優(yōu)化、數(shù)據(jù)安全性、平臺可靠性、應(yīng)用多元性和強大的穩(wěn)定性等特色功能.

2.3 智慧校園數(shù)據(jù)架構(gòu)

智慧校園從數(shù)據(jù)架構(gòu)上分為五層，如圖3所示，這五個層次分別是數(shù)據(jù)整合層、數(shù)據(jù)中心層、數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、用戶交互層.

2.3.1 數(shù)據(jù)整合層

數(shù)據(jù)整合層完成數(shù)據(jù)從源頭被采集（導入或工具抽?。?jīng)過清洗、轉(zhuǎn)換后加載或存儲于公共數(shù)據(jù)庫的過程，構(gòu)成校級數(shù)據(jù)中心.

2.3.2 數(shù)據(jù)中心層

數(shù)據(jù)中心層根據(jù)需要創(chuàng)建各種主題庫和統(tǒng)計分析庫，為特定的數(shù)據(jù)分析、展示、應(yīng)用的目的服務(wù).

2.3.3 數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)管理層對數(shù)據(jù)進行各種操作和管理，通過信息標準管理工具、元數(shù)據(jù)管理工具、主數(shù)據(jù)管理工具、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理工具、接口管理工具等對數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進行維護.［6］

2.3.4 數(shù)據(jù)服務(wù)層

數(shù)據(jù)服務(wù)層在保障數(shù)據(jù)質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，利用數(shù)據(jù)提供各種服務(wù)的集合，比如系統(tǒng)功能的即時查詢、綜合統(tǒng)計分析、統(tǒng)計報表、綜合校情展示、整合應(yīng)用等.

2.3.5 用戶交互層

用戶交互層將數(shù)據(jù)服務(wù)結(jié)果集成展示到學校統(tǒng)一的信息門戶中，用戶通過門戶與之進行交互，獲取想要的信息.

2.4 智慧校園服務(wù)架構(gòu)

智慧校園服務(wù)架構(gòu)如圖4所示，可分為服務(wù)展現(xiàn)層和服務(wù)管理層.

2.4.1 服務(wù)展現(xiàn)層

以線上、線下的一站式服務(wù)大廳呈現(xiàn)智慧校園中各種學生服務(wù)、教師服務(wù)、教學服務(wù)、科研服務(wù).

2.4.2 服務(wù)管理層

通過服務(wù)注冊、服務(wù)發(fā)布管理、服務(wù)監(jiān)控和統(tǒng)一消息隊列.功能模塊對智慧校園一站式服務(wù)進行統(tǒng)一管理控制.統(tǒng)一服務(wù)接口和服務(wù)代理、統(tǒng)一服務(wù)托管與授權(quán)、統(tǒng)一服務(wù)數(shù)據(jù)云存儲等服務(wù)管理模塊，將一站式服務(wù)大廳所呈現(xiàn)的所有服務(wù)業(yè)務(wù)流程化.

3 結(jié)束語

智慧校園的架構(gòu)設(shè)計要達到總體建設(shè)目標的要求，能夠為智慧校園的建設(shè)目標提供架構(gòu)支撐，除完成上述架構(gòu)設(shè)計功能要求以外，還需要在滿足主管部門的業(yè)務(wù)要求的同時，靈活適配智慧校園的各種服務(wù)，實現(xiàn)以人為本的個性化創(chuàng)新服務(wù)，支撐快速獲取所需信息，實現(xiàn)信息和流程的無縫對接，打破業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息孤島，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，最終實現(xiàn)高校智慧校園管理的精細化和決策的科學化.