一种基于物联网的智慧校园模型

一种基于物联网的智慧校园模型

摘要：该文阐述了物联网的内涵与层次模型以及智慧校园概念，提出一种基于物联网的智慧校园模型，从而促进人与校园的融合、人与信息的融合、校园实体与信息系统的融合，实现校园车辆、人员、档案、图书、能源的集成优化控制，创建智慧、低碳、便捷、安全的崭新校园环境。

关键词：物联网；智慧校园；模型

中图分类号：g424 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）15-3509-03

2005年11 月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（ wsis）上，国际电信联盟（itu）发布了《itu互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。[1]报告指出：无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上的所有物体都可以通过互联网主动进行信息交换。射频识别技术（ rfid）、无线传感网络技术（ wsn）、智能嵌入式技术、纳米技术将得到更为广泛的应用。2009年， ibm 首席执行官samuel j. palmisano 提出了“智慧地球”的概念，把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种应用中，并且通过智能处理，达到智慧状态[2]，奥巴马就任美国总统后对“智慧的地球”给予了积极的回应，并上升至美国的国家战略。2009年8月温家宝总理在无锡视察时提出了“感知中国”战略。物联网的快速发展以及相关技术的不断成熟，将会对传统校园的发展产生深

远影响。

1 物联网的内涵与层次模型

1.1 物联网的内涵

物联网（the internet of things）是信息技术发展背景下催生的一个新概念，是继计算机、互联网之后的又一次信息产业浪潮。物联网，字面上看就是“物物相连的互联网”。这包含了两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间进行信息交换和通信。[3]物联网的定义是通过射频识别（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相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。[4]物联网不是只涉及某一门学科，而是多学科交叉，涵盖了传感器、rfid 电子标签、无线通信、自动控制等多个领域；物联网是通过各种接入网与互联网将各种传感器设备和系统结合起来形成的一

个巨大的智能网络，不仅可以实现人与物体的对话，而且可以实现物体与物体间的对话。物联网具有其基本属性，实现了任何物体、任何人在任何时间、任何地点，使用任何路径/ 网络以及任何设备的连接。[5]

1.2 物联网层次模型

一个典型的物联网层次模型一般包含“感知层-接入层-应用层”。

[6]感知层其主要功能是通过散布在各个角落的传感器、电子标签、

rfid等感知结点采集信息，构建感知网络，对感知信息计算与控制，通过接入设备对信息进行资源共享和交互。接入层其主要功能是将感知网与移动通信网、无线接入网等现有网络连接，并负责将远端的控制任务下达给感知结点和将感知数据发送给远程应用。应用层是用户与物联网的接口，应用层对应特定的服务，面向实际应用，其主要任务是物联网中间件设计、对象名称解析服务、物理标记语言服务以及各种物联网应用软件平台的开发。

2 智慧校园

2.1 智慧校园概念

智慧校园与“智慧地球”、“感知中国”一样与物联网技术密不可分，是“智慧地球”、“感知中国”在校园的具体体现。智慧校园作为一个新概念，不同提出者对此有不同的诠释。在物联网技术发展的推动下，智慧校园作为数字校园升级到一定阶段的表现，是指一个信息技术被高度地融合，信息化的应用被深度地整合，构建成信息终端广泛感知的网络化、信息化和智能化的校园。[7]因此，智慧校园可以称为第三代校园信息化系统。

2.2智慧校园特征

智慧校园具有三个核心特征：一是为广大师生提供一个全面的智能感知环境和综合信息服务平台，提供基于角色的个性化定制服务；二是将基于计算机网络的信息服务融入到学校的各个应用服务领域，实现资源的互联和人员的互动协作；三是通过智能感知环境和综合信息服务平台，为学校与外部世界提供一个相互交流、相互

感知的接口。[8]

3 一种基于物联网的智慧校园模型与应用研究

在物联网技术的支持下，智慧校园变得更加易于实现。基于物联网的智慧校园可以创建无处不在的学习网络、融合创新的科研网络、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，可以提供一个安全、智能、环保、节能的校园环境，提高教学、科研、管理效率，这也是智慧校园的核心价值体现。

本智慧校园（以下简称智慧校园）以“rfid+zigbee”为主干感知网络，融合传感网、校园网、互联网和电信网，从而促进人与校园的融合、人与信息的融合、校园实体与信息系统的融合，实现校园车辆、人员、档案、图书、能源的集成优化控制，创建智慧、低碳、便捷、安全的崭新校园环境。

3.1 智慧校园总体模型与功能

智慧校园纳入通用的物联网三层架构，即“感知层-接入/网络层-应用层”。在该三层体系中，首先通过散布在校园各个角落的感知节点构成的传感网，识别物体，采集信息并且传递信息；然后传感网与校园网、互联网、移动通信网实现相互融合，通过云计算中心整合数据资源，统一信息管理，提供融合服务平台，实现数据融合、共享以及计算和存储资源的最优化；最后通过物联网应用中间件实现各类智慧校园应用，重点实现车辆管理、人员管理、能耗监测、安全监测、智慧图书馆、资产和文档的自动识别和管理、以及基于rfid的校园一卡通等智慧服务功能。智慧校园将教学、科研、管理

与校园资源和应用系统进行整合，可提高应用交互的明确性、灵活性和响应速度。

3.2 智慧校园特色

与其他学者和移动运营商提出的智慧校园相比具有以下特色：①将物联网架构和校园信息化技术相融合，解决各种网络数据传输、通信、处理问题，实现基于智能感知环境的综合信息服务平台；②将物联网架构、云计算和应用软件模块化技术应用于校园信息化平台过程中，从而建立拥有完全自主知识产权的物联网智慧校园系统，建立一种感知节点拓扑策略，提供智慧校园底层感知网络的建设参考，提高感知节点工作效率；③打造智慧校园云平台，实现信息数据的云存储、云管理和云计算，构建智慧应用的资源池，最小化存储和计算成本，最大化应用绩效。

3.3 智慧校园总体架构与技术原理

智慧校园的主要架构和技术原理如图1所示，其总体技术方案架构采用物联网三层体系，即“感知层-接入/网络层-应用层”。在该三层体系中，其中感知层为传感网、校园网、互联网、移动通信网的相互融合；接入/网络层通过云计算中心实现数据的共享以及计算和存储资源的最优化；应用层通过物联网应用中间件实现各类智慧功能，下面分别予以阐述。

感知层：物联感知系统是整个智慧校园中最基础、最核心的部分，通过散布在校园各个角落的感知节点构成所谓的传感网。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括传感器、二维码、 rfid标