KC14141121-r07-参考文献：基于网络智慧校园的技术架构及其实现

1、基于网络智慧校园的技术架构及其实现摘要:随着当代网络和信息技术的发展，将校园网与物联网和云计算等技术相结合，建构基于网络的智慧校园，逐渐成为教育信息化发展的重要课题。利用先进的泛在网、物联网、传感器等关键技术，建设智慧型校园的计划也在紧锣密鼓地进行着。本文从基于网络的智慧校园研究现状、概念、特征相关技术架构及其实现等方面，对基于网络的智慧校园的构建进行初步探讨。随着当代网络和信息技术的发展，引起了世界各国对物联网和云计算的追捧。将校园网与物联网和云计算等技术相结合，建构基于网络的智慧校园，逐渐成为教育信息化发展的重要课题，浙江大学在 2010 年的信息化“十二五”规划中，首次提出了智慧校园的概

2、念，引发了“智慧校园”建设热潮。南京邮电大学等高校通过与通讯运营商协作，也开始对智慧校园的建设进行积极的探索。智慧校园的构建进一步促进学校管理模式、教学方式、服务方式的转变，实现了教学和管理的数字化、网络化、智能化。一、基于网络的智慧校园概述( 一) 智慧校园国内发展现状早在1997 年马来西亚智慧研究小组就对智慧学校下了定义: “智慧学校是一个学习机构，它能系统地开创该机构各项的教学与学习的方法及各项管理方案，让学习者能适应资讯新时代。”近年来，国内对智慧校园的探讨进入新的阶段。浙江大学在2010 年信息化“十二五”规划中，提出建设基于“云”的智慧校园，并与中国电信浙江公司签署“智慧校园”战

3、略合作协议，运用物联网及移动互联网新技术，建设浙大统一的移动办公平台、信息发布平台、校园一卡通平台等智慧校园项目，并构建基于网络的安全监控、平安校园管理及自助图书管理系统等。南京邮电大学的智慧校园的建设思路，是以物联网为基础，构建开放、智能的综合信息服务平台，提供各种管理、教学、科研、生活及感知服务。并以各种应用服务系统为载体，为学校的提供智慧化的教学、科研、管理、学习和生活环境。使得人们能快速、准确的获取校园中人、财、物和学、研、管业务过程中的信息。江苏无锡太湖学院提出的物联网校园信息化平台系统，包括掌上图书馆子系统、掌上教务子系统、电子消费子系统、新生迎新子系统、平安校园子系统、考勤管理子

4、系统。学院已于2011 年3 月建成物联网平安校园子系统，深受师生欢迎，被省教育厅、公安厅授予“江苏省平安校园”称号。上海同济大学把建设节约型校园作为智慧校园的一部分，指出，建设“智慧校园”要在体制与机制上有所突破，形成可持续发展的建设与运营模式，为建设可持续发展大学提供有效的基础保障。北京师范大学裴娣娜教授则提出，建设“智慧校园”的核心在于数字化学习方式的变革，要真正实现“智慧校园”中无处不在的网络学习，数字化学习资源建设是必不可少的。而视频资源的建设、远程交互教学、跨校教师间的研讨等项目都是“智慧校园”中不可或缺的。福州大学与中国电信福建分公司也已成功签约，今后5 年内，福州大学将积极进行

5、基础设施完善、校园网及校区光纤互联、校园 WIFI 覆盖、校园安全、校园翼机通及国家大学科技园等信息化项目。( 二) 基于网络的智慧校园的概念2010 年浙江大学提出的智慧校园理念是: 无处不在的网络学习、融合创新的网络科研、透明高效的校务治理、丰富多彩的校园文化、方便周到的校园生活。中国领先的软件与解决方案提供商 Neusoft 集团，对智慧校园下的定义是:智慧校园是数字化校园的深化，对信息的再加工、再利用; 通过信息化手段，提供智能化的业务处理方法，为领导、教职工和学生提供更好的教学、科研、管理与生活的信息化环境。因此，基于网络的智慧校园是在信息化背景下，将人、信息技术、教学资源及环境以及

6、社会性要素，有机整合在一起的一种独特的校园系统。从技术层面上看，智慧校园是运用现代物联网及云计算等技术构建的，以感知、智能、数据挖掘、控制等技术为手段，构建具有感知全面、响应及时、智能综合、高效运行的校园。( 三) 基于网络智慧校园的特征基于网络的智慧校园的特征，可以概括为以下几个方面:1、网络化。基于网络的智慧校园，运用物联网、云计算等网络技术，以及泛在感知等信息技术，构建信息化的新型校园，因此新一代的网络技术，是构建基于网络智慧校园的基础。2、智能化。基于网络的智慧校园，融合物联技术与基于网络的数字化应用服务平台，促进了学校管理及服务智能化，最大限度提高工作效率，实现教学、教务、学生及校园

7、管理和校园服务等多个领域的智能应用。例如，“校园一卡通”，实现学生的入学报到、宿舍管理、图书借阅、就餐购物、乘车消费等“一卡联通”的智能化应用。3、 感知化。基于网络的智慧校园，充分运用了传感器、射频识别( RFID) 、智能监控、数据挖掘等技术，对校园中传递的信息进行采集、整合、处理和分享，实现校内门禁考勤、消费服务、信息接收和互动等功能，提高校园的运行效率。4、互动性。通过物联网技术将所有相关的人员、设备、信息管理等互相联系起来，使之快捷、流畅地互相联通。例如，可综合手机短信、互联网和语音技术，为教师、家长、学生供便捷的家校沟通方式和互动交流空间。二、基于网络智慧校园的技术支撑基于网络智慧

8、校园是建立在云计算的基础上，在物联网和泛在网的支撑下，实现泛在物联和泛在协同的过程。泛在物联阶段即物联网阶段，是走向泛在网的重要一步，传感器网络是物联网末端采用的关键技术之一。泛在协同阶段即在泛在网的各个层面( 包括延伸感知层、网络层、应用层) ，都相互协同发展，从而集成各类应用的优势和资源，真正实现智慧校园的愿景。( 一) 基于网络智慧校园的平台: 云计算技术云计算( Cloud Computing) 是一种基于网络的计算模式。“云”由计算机群构成，每个计算机群由几十万甚至几百万台计算机组成。云计算方式能够根据用户端的需求，提供信息和软硬件资源，方便快捷地实现不同设备间的数据与应用共享。云计

9、算技术是网格计算( Grid Computing ) 、并行计算( Parallel Compu-ting) 、分布式计算( Distributed Computing) 、网络存储( Network Storage Technolo-gies) 、虚拟化( Virtualization) 、负载均衡( Load Balance) 等技术融合的产物。云计算通过网络，把诸多的计算机整合成一个强大计算能力的系统，并通过 SaaS( 软件即服务) 、PaaS( 平台即服务) 、IaaS( 基础设施即服务) 、MSP( 管理服务提供商) 等商业模式实现运营，让用户在大大节省投资和维护费用的同时，享用云

10、服务。云计算平台为智慧校园提供了高集成、高效率、智能化的网络数据平台，它以网络为载体，结合虚拟化技术，把大量的高度虚拟化的计算和存储资源管理起来，构成一个巨大的计算和资源中心进行协同工作，统一向用户提供按需服务。在智慧校园的云计算模式中，用户可以随时随地通过利用互联网的大规模服务器集群，访问存储和读取数据、运行应用软件，大大提升了用户终端的的计算能力和存储空间。“云计算”提供的云服务 IaaS、PaaS、SaaS 等，在智慧校园中得到充分的应用。此外，云计算在智慧校园中构建个人移动学习环境、改变移动学习模式、创建开源教育模式、整合公优质的教育信息资源、创建自主多元的虚拟学习社区、及构建移动学习

11、模式等方面，也将起到积极的作用。( 二) 基于网络智慧校园的智能感知: 物联网技术2005 年，国际电信联盟( ITU) 在ITU 互联网报告 2005: 物联网中，最早提出了“物联网”的概念，意为“物物相连的互联网”( The Internet of things) 。美国麻省理工大学的研究人员提出，“物联网”是指通过射频识别( RFID) 、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。因此，物联网是指在物理世界的实体中，部署具有一定感知能力、计算能力或执行能力的各种信息传

12、感设备，通过网络设施实现信息传输、协同和处理，从而实现广域或大范围的人与 人、人与物、物与物之间信息交换需求的互联网络。2010 年“两会”期间，国务院的政府工作报告所附的注释中，对物联网做了如下说明: 物联网是通过传感设备按照约定的协议，把各种网络连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的发展，将对智慧校园的诸多方面，产生重要的推动作用。物联网技术可用于构建智能化教学环境，丰富实验教学，辅助教学管理，拓展课外教学活动等教育环节。在智慧校园构建中，可通过物联网设计一种可实现用户管理与自动身份识别、图书借阅、校内消费、学生信息管理等功能的智能数字校

13、园系统。 在智慧校园构建中，物联感知系统是其重要部分，利用传感器、采集器、RFID、二维码、视频监控等感知技术和设备，实现校园环境管理的智能化。构建内容包括: 部署传感器等数据采集设备并联网; 利用 RFID、二维码等技术标识校园环境; 运用校园智能物联网络，并构建校园环境信息数据库和应用平台; 推动智慧校园项目的应用。智慧校园物联感知系统，能够应用于教学技术、学生管理、后勤保障服务等，建设内容具体包括: 基础物联网络环境、楼宇能耗监控网络系统、平安校园网络管理系统、自助图书网络管理系统等。( 三) 基于网络智慧校园的技术服务形态: 泛在网泛在网络来源于拉丁语的 Ubiquitous，是指无所

14、不在的网络覆盖。早期的泛在网络概念来自于日、韩两国，其定义为: 泛在网络将是由智能网络、最先进的计算技术以及其它领先的数字技术基础设施装备而成的技术社会形态。MarkWeiser 指出，泛在网是指基于个人和社会的需求，实现人与人、人与物、物与物之间，按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务。在此概念中，泛在网络隐含了“三无”( 无所不在、无所不包、无所不能) 的基本特征，并以此为基础实现“4A 化通信”，即任何时间( Any time) ，任何地点( Any where) ，任何人( Any one) ，任何物( Any thing) 的无障碍通信。泛在网络具有超强的环境感知、内

15、容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。泛在网为智慧校园提供了基础设施和基本条件，适应了智慧校园对网络的高宽带、广覆盖、海量数据、移动状态、协同工作的要求。( 四) 基于网络智慧校园的控制和协调技术: 传感器网传感器网( Sensor Network) ，是指运用各种传感器，以此收集光、电、温度、湿度、压力等信息，加上近距离的有线或无线通信技术，而构成的独立网络系统，它一般提供局域或小范围的物与物之间的信息交换。传感器网是物联网末端采用的关键技术之一，是物联网的延伸和应用的基础，因而成为构建智慧校园的最核心技术。传感器网络，是由许多在空间上分布的自动装置组成的计算机

16、网络，这些自动装置使用各种传感器，协同监控不同位置的物理或环境状况( 如温度、声音、振动、压力、运动或污染等) ，以作为系统调控的基础。传感器网络主要包含三个方面: 感应、通讯、计算( 硬件、软件、算法) 。其中的关键技术主要有无线数据库技术，比如使用在无线传感器网络的查询，和用于和其它传感器通讯的网络技术，特别是多次跳跃路由协议。无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域，如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、以及交通抑制等，并在智慧校园的构建中起到了积极的作用。综上所述，云计算、物联网、泛在网、传感器网为基于网络的智慧校园构建奠定了坚实的技

17、术基础。三、基于网络的智慧校园的架构与实现( 一) 基于网络智慧校园的架构综上所述，基于网络的智慧校园的系统架构如图1 所示:基于网络的智慧校园的系统平台采用物联网架构，划分为感知层、传输层以及应用层三层。通过物联网、传感器网、云计算等新技术的应用，采用软件中间件作为其基础集成平台，实现高新智慧校园综合服务平台的物联应用，通过拓展、丰富接入渠道，实现对教育部门、学校以及家长、学生等的综合服务。图1 智慧校园系统架构图平台以校园综合信息管理、关注学生成长、提高教育教学质量为核心，充分集合 RFID、卫星遥感、红外等物联网及云计算技术、打造覆盖教育部门、学校、社会的综合服务平台，全面推动提升校园管

18、理的智能化、信息化水平及学校教育教学质量。( 二) 基于网络智慧校园的解决方案基于网络智慧校园的构建，与当前技术产业的支持分不开。其建设需要电信移动等网络通讯企业的支持，也需要前端研发企业的支持。电信运营商作为智慧城市的推动者，在智慧校园的建设当中也起到了积极的推动作用。电信运营商在智慧校园的建设当中，电信运营商充分利用自身的优势资源，深入推进物联网、泛在网项目、促进传感技术与宽带及 3G 的融合，积极推进智慧校园建设。在智慧校园建设的作用如下: 起着基础信息通道运营商的职责，使宽带网、电话网、无线网、城市光网、物联网、移动网等组合成校园网。提供的应用平台，如公共数据平台、校园新新门户、短信推

19、送平台等，使之在智慧校园建设中充当校内 IT 系统集成商的角色。成为校园公共通信平台的服务商，支持校内公共短信服务平台，如短信群发公告、短信请求等; 还支持公共 WAP 服务与支付服务等。其规划的智慧校园项目有校园信息化、校讯通、翼机通、电子校徽、家校互动等业务。目前，中国电信翼机通已在全国发展八百多家学校，其在物联网开发的产品和应用系统已多达数十项，主要有: M2M 平台、智慧城市产品、智慧家居、智慧校园、智慧医疗系统、智慧环保产品、智慧交通系统、智慧文博系统等。通讯运营商通过与前端研发企业的合作，纷纷提出了智慧校园的解决方案。移动运营商提出建设校园宽带、信息网、校园 WLAN 覆盖、校园办

20、公自动化、校务管理电子化、校园一卡通和智能化安全管理等综合信息通信系统。联通推出智慧校园一卡通方案，包括智慧保安、智慧食堂、智慧宿舍、智慧学堂、智慧机房、智慧考勤、智慧总机、智慧办公、智慧会议、智慧排队、智慧停车场等功能。电信运营商利用其先进的技术与产品，投资于智慧校园的建设同时，也通过师生语音业务、短信服务业务、宽带数据业务、增值业务等收取使用费的方式得到收益回报。运营商对智慧校园的投资，既解决了学校建设智慧校园的资金不足的困难，又推广了产品、拓宽了市场，使得通信运营商与学校的合作成为一种双赢的模式。2010 年上海市高等教育学会信息管理专业委员会年会报告中，中国电信表示将全力支持高校建设新

21、一代智慧校园，并提出其智慧校园建设合作项目: 智慧教学、智慧科研、智慧生活、智慧管理。在智慧校园的运作过程，并不是一层不变的，而是随着技术的发展和学习生活方式的转变而转变的。所以，智慧校园的不断完善过程也是需要通讯运营商的大力支持与维护。各通讯运营商的积极参与智慧校园的建设，在解决学校短期内建设资金技术不足的问题的同时，也通过收取相应的业务费获得利润。( 三) 智慧校园的规划、实施与完善智慧校园的构建是一个长期的演进过程。需要遵循“统一规划，分部实施，逐步完善”的原则。智慧校园的设计与实现，是需要多方共同参与合作才能完成的。马来西亚于1996 年提出智慧校园构思。1999 年1 月以前会有21 所小学与69 所中学实施智慧校园的计划，并将这些学校实施的结果作为 2010 年全国实施智慧校园计划的指导与修正依据。智慧校园的计划将期待于 2020 年全面落实完成，让马来西亚步入发达国家的行列。其智慧校园的设计包括教学与学习、行政与管理、人员、技巧与责任、实施过程、政策、科技六个方面，需教育部、工业界以及多媒体发展