校园物联网在智慧校园建设中的重要性及建设思路研究

摘    要：教育部、财政部联合印发《关于实施中国特色高水平高职学校和专业建设计划的意见》明确指出需加快智慧校园建设，促进信息技术和智能技术深度融入教育教学和管理服务全过程，改进教学、优化管理、提升绩效。

关键词：物联网;智慧校园;校园网;数据

前言

根据《智慧校园总体框架标准》（GB/T36342-2018），智慧校园基础设施层是智慧校园平台的基础保障，提供异构网络通信，广泛的物联感知和海量数据汇集存储，为智慧校园的各种应用提供基础支持，为大数据挖掘、分析提供数据支撑。并且标准在智慧教學环境、智慧校园管理、智慧校园服务的相关要求中也明确提出：智能感知、智能控制、智能管理的相关要求。同时，随着5G技术的逐步推进，物联网技术突飞猛进，物联网化浪潮已经到来，教育的物联网化建设受到社会的广泛关注。新科技革命到来，推进建设智慧化校园，打造智能感知的学习环境已成为以人为本的教育业发展的关键。

一、目前存在的问题

1.物联网建设标准不统一，数据共享困难

物联网技术整体发展较快，标准上存在如BLE＼RFID＼ZigBee＼LoRa等多种物联协议，不同厂商的产品和方案所采用的技术标准不尽相同，数据标准很难统一，如不进行统一规划和顶层设计，后期的数据难以有效打通，孤岛式建设在所难免。

2.物联专网与校园网无法有效隔离

随着学校规模不断扩大，学校业务功能的不断增加，校园网上承载的业务越来越多，如安防监控、一卡通、数字广播、车辆出入、节能监控、弱电间动环、可视化教室、智慧教室系统等等。当前校园网中，不同的业务部处部署的终端和应用，没有有效的隔离措施和保障手段，导致相互争抢网络带宽等干扰影响，对校园网的稳定运行带来极大的安全风险。

3.物联终端准入管理能力不足

校园网中存在多种类型终端：一卡通终端、安防摄像头、网络打印机、大型科研仪器、物联网传感器等。因不同于传统终端，此类终端本身并不具备很强的准入能力，无法使用校园bras设备提供的安全准入手段如PPPOE、WEB portal等方式，缺乏有效手段对各类终端进行安全准入及精细化管理，无法根据不同的终端所属的业务部处定义不同的终端准入和终端管理策略。

另一方面，在《网络安全等级保护基本要求》物联网安全扩展要求，对于物联网准入控制，物联网资产管理，物联网安全管理提出明确的要求。

4.室外环境监测需求

对校区的空气质量、气象参数、土壤状况、井盖状况、人流量多地方的垃圾桶状况、人工湖水质水位需要进行监测。

5.资产定位与管理需求

各个院系的实验室存在资产定位和管理相关的需求。信息中心的设备资产分布于全校范围内，当前主要问题是无法确定设备资产的位置信息以及盘点困难。针对学校现有的传统资产标签，希望使用更加便捷的资产盘点方式如手机扫码二维码来开展工作。针对资产定位需求，除关心位置信息之外，同时关心电子围栏以及告警方式。另外，防脱落资产定位标签也是信息中心主要关心的重要问题。目前，实验室与设备管理处存在大约百余台设备需要做电流分析，即分析设备的能耗使用状况，同时根据该数据判定设备是否异常。

6.弱电间监控需求

信息中心管辖的校园弱电间分布在校园的各个角落，消防方面，弱电间内设备集中布放，产生大量发热，或堆放杂物，存在火灾隐患。同时在管理方面，存在弱电间物权归属部门不统一，管理维护涉及跨部门配合，传统人力巡检方式效率低，巡检工作无法常态化等问题。

二、亟需解决的问题

1.统一建设，实现物联网平台共享和数据共享

校园内应统一建设一张物联承载网络，并提供物联终端接入所需的各种接入能力，包括但不限于以太网＼WIFI＼BLE＼RFID＼ZigBee＼LoRa，并建设统一的物联网平台，实现各个业务部处物联终端的统一管理和数据共享需求，避免建设后集成方式带来的数据孤岛。

2.独立建设，确保现有校园网的稳定运行

校园网定位于承载智慧教学环境及智慧教学资源，承载着在线学习，在线办公，互联网浏览等数字化校园应用，网络性能必须得到保障。校园内应建设一张独立于现有校园网络的物联承载网络，将安防监控、校园广播等大流量的网络应用接管至承载网络中，并通过安全隔离专用设备与校园网进行数据打通，避免对现有校园网产生影响。

3.实现物联终端的统一准入和管控

采用适合物联终端特点的准入手段，对各种方式接入物联网络的终端实施有效的终端准入手段，避免非法终端接入，保证物联网符合等保2.0相关建设要求。

4.实现室外环境监测、资产定位管理及弱电间远程监控管理

实现室外环境监测，通过不同的无线传感器，实时监测以下各项环境参数，实现校园绿化数字展示，并可给师生提供贴心提示：

●空气质量（温湿度、二氧化碳、光照）

●气象参数（风速、风向、大气压、雨量）

●土壤状况（温湿度、PH值、含盐量）

●井盖位移

●垃圾桶满溢

●湖水水质（PH、浊度）、水深资产定位管理

●利用物联网系统，确定资产的实时位置信息

●产实时位置信息需要联动电子围栏系统，可实时报警

●资产管理管理系统需要根据实时资产位置信息，支持资产自动盘点 弱电间远程监控管理

●可记录烟感、水浸、环境等数据的相关历史，方便日后溯源

●可对智慧门锁做分权分级的操作，使不同管理员具备不同权限

●支持邮件、微信等多种推送方式，及时感知隐患

三、建设思路

校园物联网从下至上可分为物联网感知层，物联网网关层，物联网承载层，物联网平台层及物联网应用层。

物联感知层：通过无线物联网解决全面感知的问题，通过低功耗无线传输技术，使得传统传感器的供电、无线简易部署、实时收集数据成为可能;

物联接入层：部署有线/无线方式的物联网接入功能，基于当前主流物联网技术如wifi、LORA、ZigBEE、RFID、蓝牙，提供网络接入和数据回传功能。

物联承载层：通过建设基础的多终端多业务承载网络，将校园网过去多个业务专网进行统一整合，由“物理组网”的模式演进至“逻辑组网”的模式，解决线路设备资源重复投入、数据无法打通的障碍。

物联平台层：不同的业务在接入物联网平台后，可通过统一的物联网平台提供数据采集，数据标准，基于数据标准配置智能联动，完成物联网校园的智能化。

物聯应用层：在全面感知人和物的数据基础上，可针对不同业务作出预警预测，做到校园场景数字化、无人化，并为校园大脑的智能分析提供数据来源;

1.物联承载网络建设

（1）通过高性能核心交换机、汇聚交换机、接入交换机的替换，实现数据的高性能转发，提升整体骨干网络性能;并保证数据中心网络的高可靠性及安全性，提升承载多业务能力，满足校园数据业务需求。

（2）通过基于VxLAN、安全准入技术实现网络扁平化改造，满足校园多业务承载需求，实施各业务专网之间的安全隔离;最后通过建设校园网络集中控制平台，实现对入网终端的统一安全管控，并实现自动化运维及策略的集中下发，使网络变得柔性灵活，简化网络运维管理。

2.无线物联网建设

（1）网络接入模块：负责多种多样的物联终端接入，通过在学校教学区17栋建筑室内，以及部分室外重点区域部署无线物联网网关设备，提供包含但不限于无线网络、有线网络、LoRa网络、RFID、蓝牙、UWB网络等。接入层负责多种多样的终端接入，接入模块具备开放性、普适性等特点。

（2）网络管理模块：是对接入物联网平台的网络进行基本的管理操作，包括配置、版本、组网管理等。

3.物联平台建设

平台层南向接口接收网络层反馈的业务数据，并将业务数据结构化、统一化。北向支撑具体物联应用。同时平台层应具备数据开放能力，可对接校园基础数据库，用于深层次数据治理，服务校园最终业务。

4.物联应用层建设

基于统一平台的支撑，应用层向最终用户提供最终无线物联网业务。诸如智慧宿舍、物业、资产管理、无线网络运维管理，同时可根据后续业务定制化开发相关物联应用。

参考文献：

[1]磨然.浅谈物联网在高校智慧校园建设中的应用[J].数字通信世界，2020（04）：251-252.

[2]孙鳕琴.高职院校图书管理系统中物联网技术的应用探究[J].兰台内外，2020（16）：61-63.

[3]孙晓杰，王春，翟胜江.高校物联网实验教学平台建设策略探究[J].电子商务，2020（06）：93-94.

作者简介：吕春明（1988-），男，汉族，河北省沧州人，工程师，天津职业大学，主要从事高校信息化建设与管理，网络规划，数据中心架构与维护等研究。