基于EDSOA與物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設與研究

高曉玲

（寧夏大學新華學院，銀川 750021）

基于EDSOA與物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設與研究

高曉玲

（寧夏大學新華學院，銀川 750021）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術給出了智慧校園的組成框架，介紹了面向服務架構SOA與事件驅(qū)動架構EDA的優(yōu)缺點，提出了事件驅(qū)動、面向服務的EDSOA架構。基于物聯(lián)網(wǎng)與EDSOA的智慧校園具有易于集成，可用性高以及快速響應的優(yōu)點，更有利于系統(tǒng)之間自主動態(tài)協(xié)同。

物聯(lián)網(wǎng)；智慧校園；SOA；EDSOA

0 引言

從20世紀90年代開始，各地政府部門和高校對校園信息化工作不斷加大投入，從總體上看，我國教育信息化建設取得了重大歷史性突破，但同時面臨著一系列突出的問題。一是信息化基礎設施仍處于低水平狀態(tài)，不能有效滿足各級各類教育的發(fā)展需求；二是數(shù)字化校園中系統(tǒng)繁多，各系統(tǒng)相互獨立，存在信息孤島和應用孤島；三是高校信息化建設缺乏完整統(tǒng)一、覆蓋全面、高效穩(wěn)定、可擴展的應用構架。2009年8月，溫家寶總理提出的“感知中國”科技發(fā)展計劃，確定物聯(lián)網(wǎng)技術及產(chǎn)業(yè)為國家戰(zhàn)略發(fā)展產(chǎn)業(yè)。浙江大學信息化“十二五”規(guī)劃提出建設一個“令人激動”的智慧校園[1]；南京郵電大學完成了一個相當完整的智慧校園規(guī)劃，而在2013年11月浙江旅游職業(yè)學院“智慧校園”正式獲得教育部全國首批教育信息化試點單位立項。因此，利用現(xiàn)有的基礎平臺，結合物聯(lián)網(wǎng)技術來解決高校信息化建設中存在的問題，真正做到“智慧”的校園，成為了高校信息化建設的熱點問題。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術與智慧校園

物聯(lián)網(wǎng)（IOT-Internet of Things），指通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把物與物，人與物進行智能化連接，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種新興網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)不是一種物理上獨立存在的完整網(wǎng)絡，而是架構在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)或下一代公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)基礎上的聯(lián)網(wǎng)應用（network）和通信能力，強調(diào)智能應用[2]。物聯(lián)網(wǎng)分為三個層次：第一是傳感系統(tǒng)（設備層），通過各種技術手段，來實現(xiàn)和物相關的信息識別和采集；第二是通信網(wǎng)絡（信號傳輸和獲取層），包括現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)以及各種接入網(wǎng)和專用網(wǎng)，目的是對采集來的信息進行可靠傳輸和處理；第三是應用和業(yè)務（業(yè)務應用層），即輸入輸出控制終端，可基于現(xiàn)有的手機、個人電腦等終端進行。

目前，國內(nèi)外眾多高校、科研院所先后開展了無線傳感器網(wǎng)絡的研究，物聯(lián)網(wǎng)相關的技術、應用也得到了極大的發(fā)展，其中之一就是與校園管理活動的融合，用于促進智慧校園的建設。智慧校園是以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術為基礎，信息技術被高度融合，信息化應用被深度整合，構建成信息終端廣泛感知的網(wǎng)絡化、信息化和智能化的校園[3]，多域融合共享和泛在的智慧服務，以實現(xiàn)多域間資源及其業(yè)務的融合和共享，實現(xiàn)無所不在的信息服務綜合化和智慧化，讓校園中各個功能彼此協(xié)調(diào)運作，提供結合網(wǎng)絡、技術、服務的智能的綜合信息服務，全方位地實施教育信息化。

2 智慧校園的組成

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園的建設應該從物聯(lián)化、集成化、智能化出發(fā)，本著提高教學科研水平，提高學校自身各項管理工作的效率和效益的目的，實現(xiàn)教育服務社會的職能，最終成為智慧城市的有機的一部分。本論文給出了智慧校園組成框圖如圖1所示。

（1）智能化校園支撐平臺：包括了校園綜合布線，線路綜合管道設計，中心機房建設以及校園廣播系統(tǒng)等。利用原有數(shù)字校園網(wǎng)絡基礎設施建設，通過有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡節(jié)點覆蓋整個校園，達到各類網(wǎng)絡的互聯(lián)互通，所有感知信息的實時傳遞。遵從“多網(wǎng)合一”的設計基準，使得將“智慧校園”各個系統(tǒng)功能組件模塊集中起來，通過中心機房的建設及監(jiān)控中心的建設，將所有的應用系統(tǒng)管理權限集中起來，實現(xiàn)“中央集控”的目的。

圖1 智慧校園組成框圖

（2）智能化安防監(jiān)控系統(tǒng)：以智能化校園支撐平臺為依托，利用現(xiàn)有的一卡通系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)，移動定位等感知技術，結合更多的更多的RFID 等傳感器技術，可以實現(xiàn)在校師生身份識別、門禁、人員考勤、消費、圖書館借還圖書，車輛管理等，同時也方便出現(xiàn)故障時能夠及時維護，實現(xiàn)遠程診斷協(xié)助等。

（3）智能化教學管理系統(tǒng)：利用物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)網(wǎng)絡教學、遠程教學和教育資源（視頻、音頻、圖片、文字、PPT）共享，支持多種設備（手機、PDA、專用設備）接入以及多種信息傳送機制。比如智能教室，不僅可以實現(xiàn)多媒體教學，作業(yè)批改，遠程教學，課堂互動等，還可以利用實現(xiàn)對教室的環(huán)境在線監(jiān)控，包括監(jiān)測點的溫濕度、空氣中的CO、CO2等含量；實現(xiàn)對教室光線自動感應，通過實時數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)發(fā)布，保證教室光線質(zhì)量。

（4）校園云數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)的全面集成和智能分析。通過對各業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的智能采集，為管理和服務提供基本數(shù)據(jù)、提供互有聯(lián)系的各個業(yè)務如用電、用水等的流程管理、并可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)建立數(shù)學模型，為學校提供指標化管理的具體依據(jù)。

（5）校園云協(xié)同管理系統(tǒng)：支持信息相關性分析挖掘（人員、內(nèi)容、儀器、設備相關性的分析和統(tǒng)計），在感知信息的基礎上，實現(xiàn)智能分析、預警預測、智能決策、資源合理調(diào)度、智能應對等。比如可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)實現(xiàn)照明空調(diào)與通風系統(tǒng)控制等節(jié)能控制等。這些都需要通過云計算來整合資源，按需分發(fā)感知信息，實時協(xié)同相關的服務流程以便做出快速反應。

3 智慧校園集成架構的研究

3.1 面向服務架構與事件驅(qū)動架構優(yōu)缺點

面向服務的體系結構(Service Oriented Architecture，SOA)的軟件設計方法以服務作為基本組件，將應用程序的不同功能單元組織成一個個服務，服務之間通過定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。基于SOA的解決方案包含可重用的服務，以及定義良好、符合標準的接口，并通過XML定義的服務描述、服務消息實現(xiàn)不同平臺、不同語言上的系統(tǒng)之間的交換，不僅為了解決信息孤島和遺留系統(tǒng)問題，更能夠針對企業(yè)提供的業(yè)務流程，提供快速靈活的變化。在SOA框架中，服務發(fā)布者和請求者通過服務代理實現(xiàn)了一對一的關系，這種關系是被動的。

事件驅(qū)動框架(Event Driven Architecture，EDA)是一種軟件構架模式，提供了一種設計和構建應用的方法，以事件驅(qū)動為中心，采取更加松耦合的組織形式，事件消息用發(fā)布/訂閱方式通過消息代理傳輸，一個事件可以傳送給多個需要者，因此，具有能更準確的模擬企業(yè)業(yè)務操作過程，更加迅速的適應企業(yè)業(yè)務多變性的特點。

3.2 基于EDSOA的智慧校園集成架構

由上述可知，將SOA和EDA結合起來，一種事件驅(qū)動、面向服務的物聯(lián)網(wǎng)提供方法（EDSOA，event-driven service-oriented architecture）不僅融入了SOA和EDA的優(yōu)勢，也增強了系統(tǒng)的靈活性。EDSOA結合使用了SOA的請求/響應模式和EDA的事件發(fā)布/訂閱模式，是對SOA的極大地補充[4-6]。由于智慧校園包含了不同的硬件和軟件類型，其中各種各樣的傳感器和設備，以及子系統(tǒng)中異構的數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議標準，物聯(lián)網(wǎng)為這些基礎設備提供了信息標識，但對于服務的整合、兼容各類數(shù)據(jù)和協(xié)議還需要借助事件驅(qū)動面向服務架構。因此，本文提出基于EDSOA的智慧校園集成架構如下圖2所示。

圖2 基于EDSOA的智慧校園集成架構

圖2所示應用框架分為四層：底層為設備層，是智慧校園建設中的各種類型的傳感器，利用了RFID技術的各類設備，以及傳感器應用系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理平臺負責對底層傳感器數(shù)據(jù)進行收集，解析，封裝和轉(zhuǎn)換。為使應用系統(tǒng)能對各子系統(tǒng)異構的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一調(diào)用，需要利用XML和元數(shù)據(jù)技術對異構數(shù)據(jù)進行一致性和標準化處理，形成資源描述模型，將消息適配器得到的異構信息轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的事件。

服務層主要是提供通用接口和代理服務，通過調(diào)用事件代理的發(fā)布/訂閱接口，將統(tǒng)一的事件發(fā)布到消息空間，消息空間完成事件的發(fā)布、訂閱和分發(fā)，其發(fā)布的事件也可以被其他應用系統(tǒng)訂閱。通用接口主要是搭建了數(shù)據(jù)處理和上層應用之間的橋梁。

利用通用接口可以與應用層聯(lián)系，主要是把不同類型的用戶使用的通信協(xié)議進行解析，實現(xiàn)各種通信協(xié)議的兼容，可以給Web用戶和終端設備發(fā)布/訂閱事件，推送通知，甚至可以發(fā)布事件給相關的其他應用系統(tǒng)。

4 結束語

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)推動了智慧校園應用的不斷優(yōu)化，但要實現(xiàn)全面的智慧校園，不僅要對學校人員、設備、資源做到全面感知，各類網(wǎng)絡互連，信息實時傳遞，還需要在感知信息的基礎上實現(xiàn)智能分析，資源合理調(diào)度，預警預測等，因此，對信息資源、應用系統(tǒng)資源和服務資源的共享、整合和協(xié)同提出了更高的要求。本文介紹了基于EDSOA的智慧校園集成架構，結合物聯(lián)網(wǎng)技術，采用事件驅(qū)動面向服務的架構既具有面向服務架構的易于集成，可用性高等優(yōu)點，又具有快速響應的優(yōu)點，將更有利于處理信息在多個系統(tǒng)之間按需發(fā)布，系統(tǒng)之間自主動態(tài)協(xié)同等，增強了系統(tǒng)的靈活性。

[1]韓雪.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧校園系統(tǒng)的設計研究[J].電子設計工程，2011（04）：35-37.

[2]ITU.The Internet of Things[Z].(2005-11-02).http://www.itu.int/ osg/internetofthings/InternetofThings_ summary.pdf.

[3]宗平，朱洪波，黃剛等.智慧校園設計方法的研究[J].南京郵電大學學報（自然科學版），2010（04）：15-19,51.

[4]喬秀全，章洋，吳步丹等.事件驅(qū)動、面向服務的物聯(lián)網(wǎng)服務提供方法[J].中國科學，2013，43（10）：1219-1243.

[5]Overbeek S, Klievink B, Janssen M.A exible, eventdriven, service-oriented architecture for orchestrating service delivery.IEEE Intell Syst, 2009, 24: 31-41.

[6]Dasgupta S.Bhat S.Lee Y.An abstraction framework for service composition in event-driven SOA systems.In:Proceedings of IEEE International Conference on Web Services.Los Angeles, 2009, 671-678.

2012年寧夏大學新華學院科研基金資助（2012XHKY04）

高曉玲(1981—)，女，寧夏平羅人，碩士，講師，研究方向：寬帶網(wǎng)絡應用，物聯(lián)網(wǎng)技術。