校園物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園建設(shè)中的重要性及建設(shè)思路研究

摘? ? 要：教育部、財政部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于實施中國特色高水平高職學(xué)校和專業(yè)建設(shè)計劃的意見》明確指出需加快智慧校園建設(shè)，促進信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育教學(xué)和管理服務(wù)全過程，改進教學(xué)、優(yōu)化管理、提升績效。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智慧校園;校園網(wǎng);數(shù)據(jù)

前言

根據(jù)《智慧校園總體框架標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T36342-2018），智慧校園基礎(chǔ)設(shè)施層是智慧校園平臺的基礎(chǔ)保障，提供異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信，廣泛的物聯(lián)感知和海量數(shù)據(jù)匯集存儲，為智慧校園的各種應(yīng)用提供基礎(chǔ)支持，為大數(shù)據(jù)挖掘、分析提供數(shù)據(jù)支撐。并且標(biāo)準(zhǔn)在智慧教學(xué)環(huán)境、智慧校園管理、智慧校園服務(wù)的相關(guān)要求中也明確提出：智能感知、智能控制、智能管理的相關(guān)要求。同時，隨著5G技術(shù)的逐步推進，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)突飛猛進，物聯(lián)網(wǎng)化浪潮已經(jīng)到來，教育的物聯(lián)網(wǎng)化建設(shè)受到社會的廣泛關(guān)注。新科技革命到來，推進建設(shè)智慧化校園，打造智能感知的學(xué)習(xí)環(huán)境已成為以人為本的教育業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

一、目前存在的問題

1.物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)共享困難

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整體發(fā)展較快，標(biāo)準(zhǔn)上存在如BLE＼RFID＼ZigBee＼LoRa等多種物聯(lián)協(xié)議，不同廠商的產(chǎn)品和方案所采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)很難統(tǒng)一，如不進行統(tǒng)一規(guī)劃和頂層設(shè)計，后期的數(shù)據(jù)難以有效打通，孤島式建設(shè)在所難免。

2.物聯(lián)專網(wǎng)與校園網(wǎng)無法有效隔離

隨著學(xué)校規(guī)模不斷擴大，學(xué)校業(yè)務(wù)功能的不斷增加，校園網(wǎng)上承載的業(yè)務(wù)越來越多，如安防監(jiān)控、一卡通、數(shù)字廣播、車輛出入、節(jié)能監(jiān)控、弱電間動環(huán)、可視化教室、智慧教室系統(tǒng)等等。當(dāng)前校園網(wǎng)中，不同的業(yè)務(wù)部處部署的終端和應(yīng)用，沒有有效的隔離措施和保障手段，導(dǎo)致相互爭搶網(wǎng)絡(luò)帶寬等干擾影響，對校園網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來極大的安全風(fēng)險。

3.物聯(lián)終端準(zhǔn)入管理能力不足

校園網(wǎng)中存在多種類型終端：一卡通終端、安防攝像頭、網(wǎng)絡(luò)打印機、大型科研儀器、物聯(lián)網(wǎng)傳感器等。因不同于傳統(tǒng)終端，此類終端本身并不具備很強的準(zhǔn)入能力，無法使用校園bras設(shè)備提供的安全準(zhǔn)入手段如PPPOE、WEB portal等方式，缺乏有效手段對各類終端進行安全準(zhǔn)入及精細化管理，無法根據(jù)不同的終端所屬的業(yè)務(wù)部處定義不同的終端準(zhǔn)入和終端管理策略。

另一方面，在《網(wǎng)絡(luò)安全等級保護基本要求》物聯(lián)網(wǎng)安全擴展要求，對于物聯(lián)網(wǎng)準(zhǔn)入控制，物聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)管理，物聯(lián)網(wǎng)安全管理提出明確的要求。

4.室外環(huán)境監(jiān)測需求

對校區(qū)的空氣質(zhì)量、氣象參數(shù)、土壤狀況、井蓋狀況、人流量多地方的垃圾桶狀況、人工湖水質(zhì)水位需要進行監(jiān)測。

5.資產(chǎn)定位與管理需求

各個院系的實驗室存在資產(chǎn)定位和管理相關(guān)的需求。信息中心的設(shè)備資產(chǎn)分布于全校范圍內(nèi)，當(dāng)前主要問題是無法確定設(shè)備資產(chǎn)的位置信息以及盤點困難。針對學(xué)校現(xiàn)有的傳統(tǒng)資產(chǎn)標(biāo)簽，希望使用更加便捷的資產(chǎn)盤點方式如手機掃碼二維碼來開展工作。針對資產(chǎn)定位需求，除關(guān)心位置信息之外，同時關(guān)心電子圍欄以及告警方式。另外，防脫落資產(chǎn)定位標(biāo)簽也是信息中心主要關(guān)心的重要問題。目前，實驗室與設(shè)備管理處存在大約百余臺設(shè)備需要做電流分析，即分析設(shè)備的能耗使用狀況，同時根據(jù)該數(shù)據(jù)判定設(shè)備是否異常。

6.弱電間監(jiān)控需求

信息中心管轄的校園弱電間分布在校園的各個角落，消防方面，弱電間內(nèi)設(shè)備集中布放，產(chǎn)生大量發(fā)熱，或堆放雜物，存在火災(zāi)隱患。同時在管理方面，存在弱電間物權(quán)歸屬部門不統(tǒng)一，管理維護涉及跨部門配合，傳統(tǒng)人力巡檢方式效率低，巡檢工作無法常態(tài)化等問題。

二、亟需解決的問題

1.統(tǒng)一建設(shè)，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)平臺共享和數(shù)據(jù)共享

校園內(nèi)應(yīng)統(tǒng)一建設(shè)一張物聯(lián)承載網(wǎng)絡(luò)，并提供物聯(lián)終端接入所需的各種接入能力，包括但不限于以太網(wǎng)＼WIFI＼BLE＼RFID＼ZigBee＼LoRa，并建設(shè)統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)各個業(yè)務(wù)部處物聯(lián)終端的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)共享需求，避免建設(shè)后集成方式帶來的數(shù)據(jù)孤島。

2.獨立建設(shè)，確保現(xiàn)有校園網(wǎng)的穩(wěn)定運行

校園網(wǎng)定位于承載智慧教學(xué)環(huán)境及智慧教學(xué)資源，承載著在線學(xué)習(xí)，在線辦公，互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等數(shù)字化校園應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)性能必須得到保障。校園內(nèi)應(yīng)建設(shè)一張獨立于現(xiàn)有校園網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)承載網(wǎng)絡(luò)，將安防監(jiān)控、校園廣播等大流量的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用接管至承載網(wǎng)絡(luò)中，并通過安全隔離專用設(shè)備與校園網(wǎng)進行數(shù)據(jù)打通，避免對現(xiàn)有校園網(wǎng)產(chǎn)生影響。

3.實現(xiàn)物聯(lián)終端的統(tǒng)一準(zhǔn)入和管控

采用適合物聯(lián)終端特點的準(zhǔn)入手段，對各種方式接入物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的終端實施有效的終端準(zhǔn)入手段，避免非法終端接入，保證物聯(lián)網(wǎng)符合等保2.0相關(guān)建設(shè)要求。

4.實現(xiàn)室外環(huán)境監(jiān)測、資產(chǎn)定位管理及弱電間遠程監(jiān)控管理

實現(xiàn)室外環(huán)境監(jiān)測，通過不同的無線傳感器，實時監(jiān)測以下各項環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)校園綠化數(shù)字展示，并可給師生提供貼心提示：

●空氣質(zhì)量（溫濕度、二氧化碳、光照）

●氣象參數(shù)（風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓、雨量）

●土壤狀況（溫濕度、PH值、含鹽量）

●井蓋位移

●垃圾桶滿溢

●湖水水質(zhì)（PH、濁度）、水深資產(chǎn)定位管理

●利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，確定資產(chǎn)的實時位置信息

●產(chǎn)實時位置信息需要聯(lián)動電子圍欄系統(tǒng)，可實時報警

●資產(chǎn)管理管理系統(tǒng)需要根據(jù)實時資產(chǎn)位置信息，支持資產(chǎn)自動盤點 弱電間遠程監(jiān)控管理

●可記錄煙感、水浸、環(huán)境等數(shù)據(jù)的相關(guān)歷史，方便日后溯源

●可對智慧門鎖做分權(quán)分級的操作，使不同管理員具備不同權(quán)限

●支持郵件、微信等多種推送方式，及時感知隱患

三、建設(shè)思路

校園物聯(lián)網(wǎng)從下至上可分為物聯(lián)網(wǎng)感知層，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)層，物聯(lián)網(wǎng)承載層，物聯(lián)網(wǎng)平臺層及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層。

物聯(lián)感知層：通過無線物聯(lián)網(wǎng)解決全面感知的問題，通過低功耗無線傳輸技術(shù)，使得傳統(tǒng)傳感器的供電、無線簡易部署、實時收集數(shù)據(jù)成為可能;

物聯(lián)接入層：部署有線/無線方式的物聯(lián)網(wǎng)接入功能，基于當(dāng)前主流物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如wifi、LORA、ZigBEE、RFID、藍牙，提供網(wǎng)絡(luò)接入和數(shù)據(jù)回傳功能。

物聯(lián)承載層：通過建設(shè)基礎(chǔ)的多終端多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)，將校園網(wǎng)過去多個業(yè)務(wù)專網(wǎng)進行統(tǒng)一整合，由“物理組網(wǎng)”的模式演進至“邏輯組網(wǎng)”的模式，解決線路設(shè)備資源重復(fù)投入、數(shù)據(jù)無法打通的障礙。

物聯(lián)平臺層：不同的業(yè)務(wù)在接入物聯(lián)網(wǎng)平臺后，可通過統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺提供數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)配置智能聯(lián)動，完成物聯(lián)網(wǎng)校園的智能化。

物聯(lián)應(yīng)用層：在全面感知人和物的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，可針對不同業(yè)務(wù)作出預(yù)警預(yù)測，做到校園場景數(shù)字化、無人化，并為校園大腦的智能分析提供數(shù)據(jù)來源;

1.物聯(lián)承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

（1）通過高性能核心交換機、匯聚交換機、接入交換機的替換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高性能轉(zhuǎn)發(fā)，提升整體骨干網(wǎng)絡(luò)性能;并保證數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的高可靠性及安全性，提升承載多業(yè)務(wù)能力，滿足校園數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。

（2）通過基于VxLAN、安全準(zhǔn)入技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)扁平化改造，滿足校園多業(yè)務(wù)承載需求，實施各業(yè)務(wù)專網(wǎng)之間的安全隔離;最后通過建設(shè)校園網(wǎng)絡(luò)集中控制平臺，實現(xiàn)對入網(wǎng)終端的統(tǒng)一安全管控，并實現(xiàn)自動化運維及策略的集中下發(fā)，使網(wǎng)絡(luò)變得柔性靈活，簡化網(wǎng)絡(luò)運維管理。

2.無線物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

（1）網(wǎng)絡(luò)接入模塊：負責(zé)多種多樣的物聯(lián)終端接入，通過在學(xué)校教學(xué)區(qū)17棟建筑室內(nèi)，以及部分室外重點區(qū)域部署無線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，提供包含但不限于無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、LoRa網(wǎng)絡(luò)、RFID、藍牙、UWB網(wǎng)絡(luò)等。接入層負責(zé)多種多樣的終端接入，接入模塊具備開放性、普適性等特點。

（2）網(wǎng)絡(luò)管理模塊：是對接入物聯(lián)網(wǎng)平臺的網(wǎng)絡(luò)進行基本的管理操作，包括配置、版本、組網(wǎng)管理等。

3.物聯(lián)平臺建設(shè)

平臺層南向接口接收網(wǎng)絡(luò)層反饋的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、統(tǒng)一化。北向支撐具體物聯(lián)應(yīng)用。同時平臺層應(yīng)具備數(shù)據(jù)開放能力，可對接校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，用于深層次數(shù)據(jù)治理，服務(wù)校園最終業(yè)務(wù)。

4.物聯(lián)應(yīng)用層建設(shè)

基于統(tǒng)一平臺的支撐，應(yīng)用層向最終用戶提供最終無線物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。諸如智慧宿舍、物業(yè)、資產(chǎn)管理、無線網(wǎng)絡(luò)運維管理，同時可根據(jù)后續(xù)業(yè)務(wù)定制化開發(fā)相關(guān)物聯(lián)應(yīng)用。

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作者簡介：呂春明（1988-），男，漢族，河北省滄州人，工程師，天津職業(yè)大學(xué)，主要從事高校信息化建設(shè)與管理，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)與維護等研究。