基于云平臺的智慧校園系統的設計與實現

王娟

【摘 要】本文從智慧校園和云平臺的內涵及特征出發，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、數據信息服務層、軟件業務應用層、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 ?系統設計 內涵特征 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，隨著物聯網技術、移動互聯網技術、數據挖掘技術及智慧課堂的發展，學校信息化正從傳統的數字化校園逐漸向智慧化校園邁進。基于云平臺的智慧校園是依托現代化科學技術，通過綜合信息服務平臺，為廣大師生提供個性化、便捷化、優質化的服務，給學校的教育管理、科研工作及學生培養帶來了極大的便利，有效推動了校園文化的快速發展。本文從智慧校園和云平臺的內涵及特征出發，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網為基礎，以云平臺為支撐，為學校的教學管理、科研工作、文化建設、生活學習等方面創造一體化的運行環境，滿足校內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。與傳統的數字化校園相比，智慧校園具有以下幾個方面的顯著特征。

（一）實現了寬帶互聯網的全面覆蓋。智慧校園的建設更加注重以物聯網和移動互聯網為依托，將校園中的人與人、物與物、人與物之間的聯系，通過建設全面覆蓋的校園網絡，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量的教育活動奠定基礎。

（二）實現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據的實時互通。此外，紅外、光線、影像等各種智能感應技術的應用，使得智慧校園系統能夠實時獲取各種應用數據信息。

（三）實現了校園海量數據的收集與整理。智慧校園的構建是以數字校園海量數據的收集與存儲為基礎，將管理、教學、科研、活動等數據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質的服務。

（四）實現了個性化的校園服務模式。智慧校園系統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設計的關鍵技術

基于云平臺的智慧校園系統設計的關鍵是運用物聯網、大數據、云計算、移動互聯等現代化技術，實現“以人為本、互動參與、資源一體化”的發展理念，推動校園智慧教育的深入研究與應用。

（一）物聯網技術。所謂物聯網是在傳統互聯網基礎上實現的一種物物相連的互聯網模式。在基于云平臺的智慧校園系統設計過程中，利用物聯網技術及各種自動化設備的聯動，實現教育教學、科研管理、校園生活、節能安保、圖書管理等校園局域網內的物理與網絡連接，進而統一進行信息通信與實時監管，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）數據挖掘技術。智慧校園系統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據，并根據數據資源的種類，快速、高效地進行分類、分析、存檔及智能決策管理，通過對數據資源進行深入挖掘與建模分析，準確地找出海量數據背后所蘊藏的價值，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設計的關鍵技術之一，是通過 Internet 以服務的方式提供動態的、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、信息化系統建設及工作通信等方面發揮著重大作用。

（四）校園移動互聯網技術。智慧校園的建設利用校園移動互聯網技術，為廣大師生提供了一個穩定安全且無處不在的開放式無線網絡環境，不僅打破了傳統課堂教學的弊端，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的設計與實現

基于云平臺的智慧校園系統包含了能夠滿足所有用戶需求的各種應用服務系統，具備統一的硬件平臺與數據中心，通過數據資源的存儲與共享，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，讓教師可以實現手機移動辦公，學生可以實現隨時隨地學習。基于云平臺的智慧校園系統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、網絡安全管理體系、信息標準體系、第三方系統集成體系、運行服務體系等，總體系統框架設計如圖 1 所示。

在整個系統框架中，從下至上依次分別為：基礎設施服務層、數據信息服務層和軟件業務應用層。

（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、網絡基礎設施、云數據中心、云存儲、云計算、安全防護進行有效整合。其中，云數據中心對校園中的各類數據進行統一的搜集、整理、分析與管理，實現數據資源的共享;云存儲和云計算提供存儲系統與計算系統，對各類信息進行存儲與計算;安全防護從網絡防護、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的安全性。此外，在該層設計中，還需要搭建寬帶互聯網環境、物聯網環境、移動通信網絡環境及 WiFi 環境，建設感知物聯服務平臺和云服務平臺，為智慧校園的建設奠定基礎。

（二）數據信息服務層（Paas）架構設計。數據服務層（Paas）是在 Iaas 層的基礎上，實現統一數據管理平臺、統一身份認證平臺、綜合信息管理平臺、校園卡服務平臺等信息整合支撐平臺，通過建立統一的數據中心平臺，確保數據信息的實時性、正確性、完整性、安全性及一致性，從而為智慧校園系統提供強大的數據庫管理，如圖 3 所示。

在 Paas 層設計過程中，基于云計算的大數據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據、業務信息及教學資源，還要利用虛擬化技術實現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、規則服務等技術服務。

（三）軟件業務應用層（Saas）設計。基于云平臺的智慧校園系統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，軟件業務應用平臺的建設貫穿于整個智慧校園系統的設計過程中，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、科研管理系統、公共服務系統、圖書館服務系統、數字資源共享系統等，數字資源共享系統是利用云服務將所有與校園內師生學習與科研工作有關的資源整合起來，并通過優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，從下至上分為數據層、服務器層、通用層、業務邏輯層及展現層。軟件業務應用層（Saas）通過搭建基于 Saas 服務的相關管理系統，構建基于云平臺架構的校園應用及物聯網應用層，在設計中，主要采用基于 Android 系統開發的移動客戶端和 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。基于云平臺的智慧校園系統設計完成后，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校園系統的按需運營以及多種服務的開通，實現網絡資源的合理分配與調度，對傳統物理資源和新的虛擬資源進行管理，從而實現自動化的統一管理模式。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;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、項目研究進展、科研經費使用情況、科研人員分配、科研設備購買等，為學校科研工作的順利開展提供極大的便捷;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、校園系統的安全性評估及維護等，進而實現一個優質化、個性化、全面化及便捷化的基于云平臺的智慧校園系統，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的建設是現代化校園發展的一個主要方向，不僅能夠優化校園服務模式、降低校園運營成本，而且能夠將校園、管理人員、教師、學生、設備環境及文娛活動有機地統一起來，為校園師生提供了一個更為便捷、優質及舒適的環境，為學校教育質量和人才培養效果的提高創造了良好的條件。

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（責編 羅汝君）