摘要：該文闡述了物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與層次模型以及智慧校園概念，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園模型，從而促進(jìn)人與校園的融合、人與信息的融合、校園實(shí)體與信息系統(tǒng)的融合，實(shí)現(xiàn)校園車輛、人員、檔案、圖書、能源的集成優(yōu)化控制，創(chuàng)建智慧、低碳、便捷、安全的嶄新校園環(huán)境。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧校園；模型

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）15-3509-03

2005年11 月17日，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（ WSIS） 上， 國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU） 發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》， 正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。[1]報(bào)告指出：無(wú)所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來(lái)臨， 世界上的所有物體都可以通過互聯(lián)網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行信息交換。射頻識(shí)別技術(shù)（ RFID）、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（ WSN）、智能嵌入式技術(shù)、納米技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用。

2009年， IBM 首席執(zhí)行官Samuel J. Palmisano 提出了“智慧地球”的概念， 把傳感器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種應(yīng)用中， 并且通過智能處理， 達(dá)到智慧狀態(tài)[2]，奧巴馬就任美國(guó)總統(tǒng)后對(duì) “智慧的地球”給予了積極的回應(yīng)，并上升至美國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略。2009年8月溫家寶總理在無(wú)錫視察時(shí)提出了“感知中國(guó)”戰(zhàn)略。物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)校園的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

1 物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與層次模型

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）是信息技術(shù)發(fā)展背景下催生的一個(gè)新概念，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。物聯(lián)網(wǎng)，字面上看就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這包含了兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間進(jìn)行信息交換和通信。[3]物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。[4]物聯(lián)網(wǎng)不是只涉及某一門學(xué)科，而是多學(xué)科交叉，涵蓋了傳感器、RFID 電子標(biāo)簽、無(wú)線通信、自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域；物聯(lián)網(wǎng)是通過各種接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)將各種傳感器設(shè)備和系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)形成的一個(gè)巨大的智能網(wǎng)絡(luò)，不僅可以實(shí)現(xiàn)人與物體的對(duì)話，而且可以實(shí)現(xiàn)物體與物體間的對(duì)話。物聯(lián)網(wǎng)具有其基本屬性， 實(shí)現(xiàn)了任何物體、任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)， 使用任何路徑/ 網(wǎng)絡(luò)以及任何設(shè)備的連接。[5]

1.2 物聯(lián)網(wǎng)層次模型

一個(gè)典型的物聯(lián)網(wǎng)層次模型一般包含“感知層-接入層-應(yīng)用層”。[6]感知層其主要功能是通過散布在各個(gè)角落的傳感器、電子標(biāo)簽、RFID等感知結(jié)點(diǎn)采集信息，構(gòu)建感知網(wǎng)絡(luò)，對(duì)感知信息計(jì)算與控制，通過接入設(shè)備對(duì)信息進(jìn)行資源共享和交互。接入層其主要功能是將感知網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)、無(wú)線接入網(wǎng)等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)連接，并負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)端的控制任務(wù)下達(dá)給感知結(jié)點(diǎn)和將感知數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程應(yīng)用。應(yīng)用層是用戶與物聯(lián)網(wǎng)的接口，應(yīng)用層對(duì)應(yīng)特定的服務(wù)，面向?qū)嶋H應(yīng)用，其主要任務(wù)是物聯(lián)網(wǎng)中間件設(shè)計(jì)、對(duì)象名稱解析服務(wù)、物理標(biāo)記語(yǔ)言服務(wù)以及各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件平臺(tái)的開發(fā)。

2 智慧校園

2.1 智慧校園概念

智慧校園與“智慧地球”、“感知中國(guó)”一樣與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)密不可分，是“智慧地球”、“感知中國(guó)”在校園的具體體現(xiàn)。智慧校園作為一個(gè)新概念，不同提出者對(duì)此有不同的詮釋。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，智慧校園作為數(shù)字校園升級(jí)到一定階段的表現(xiàn)，是指一個(gè)信息技術(shù)被高度地融合，信息化的應(yīng)用被深度地整合，構(gòu)建成信息終端廣泛感知的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化的校園。[7]因此，智慧校園可以稱為第三代校園信息化系統(tǒng)。

2.2智慧校園特征

智慧校園具有三個(gè)核心特征：一是為廣大師生提供一個(gè)全面的智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，提供基于角色的個(gè)性化定制服務(wù)；二是將基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息服務(wù)融入到學(xué)校的各個(gè)應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)資源的互聯(lián)和人員的互動(dòng)協(xié)作；三是通過智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，為學(xué)校與外部世界提供一個(gè)相互交流、相互感知的接口。[8]

3 一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園模型與應(yīng)用研究

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，智慧校園變得更加易于實(shí)現(xiàn)。基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園可以創(chuàng)建無(wú)處不在的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)、融合創(chuàng)新的科研網(wǎng)絡(luò)、透明高效的校務(wù)治理、豐富多彩的校園文化、方便周到的校園生活，可以提供一個(gè)安全、智能、環(huán)保、節(jié)能的校園環(huán)境，提高教學(xué)、科研、管理效率，這也是智慧校園的核心價(jià)值體現(xiàn)。

本智慧校園（以下簡(jiǎn)稱智慧校園）以“RFID+Zigbee”為主干感知網(wǎng)絡(luò)，融合傳感網(wǎng)、校園網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)，從而促進(jìn)人與校園的融合、人與信息的融合、校園實(shí)體與信息系統(tǒng)的融合，實(shí)現(xiàn)校園車輛、人員、檔案、圖書、能源的集成優(yōu)化控制，創(chuàng)建智慧、低碳、便捷、安全的嶄新校園環(huán)境。

3.1 智慧校園總體模型與功能

智慧校園納入通用的物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)，即“感知層-接入/網(wǎng)絡(luò)層-應(yīng)用層”。在該三層體系中，首先通過散布在校園各個(gè)角落的感知節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的傳感網(wǎng)，識(shí)別物體，采集信息并且傳遞信息；然后傳感網(wǎng)與校園網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相互融合，通過云計(jì)算中心整合數(shù)據(jù)資源，統(tǒng)一信息管理，提供融合服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、共享以及計(jì)算和存儲(chǔ)資源的最優(yōu)化；最后通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件實(shí)現(xiàn)各類智慧校園應(yīng)用，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)車輛管理、人員管理、能耗監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)測(cè)、智慧圖書館、資產(chǎn)和文檔的自動(dòng)識(shí)別和管理、以及基于RFID的校園一卡通等智慧服務(wù)功能。智慧校園將教學(xué)、科研、管理與校園資源和應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行整合，可提高應(yīng)用交互的明確性、靈活性和響應(yīng)速度。

3.2 智慧校園特色

與其他學(xué)者和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提出的智慧校園相比具有以下特色：①將物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和校園信息化技術(shù)相融合，解決各種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、通信、處理問題，實(shí)現(xiàn)基于智能感知環(huán)境的綜合信息服務(wù)平臺(tái)；②將物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、云計(jì)算和應(yīng)用軟件模塊化技術(shù)應(yīng)用于校園信息化平臺(tái)過程中，從而建立擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的物聯(lián)網(wǎng)智慧校園系統(tǒng)，建立一種感知節(jié)點(diǎn)拓?fù)洳呗?，提供智慧校園底層感知網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)參考，提高感知節(jié)點(diǎn)工作效率；③打造智慧校園云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)、云管理和云計(jì)算，構(gòu)建智慧應(yīng)用的資源池，最小化存儲(chǔ)和計(jì)算成本，最大化應(yīng)用績(jī)效。

3.3 智慧校園總體架構(gòu)與技術(shù)原理

智慧校園的主要架構(gòu)和技術(shù)原理如圖1所示，其總體技術(shù)方案架構(gòu)采用物聯(lián)網(wǎng)三層體系，即“感知層-接入/網(wǎng)絡(luò)層-應(yīng)用層”。在該三層體系中，其中感知層為傳感網(wǎng)、校園網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)的相互融合；接入/網(wǎng)絡(luò)層通過云計(jì)算中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享以及計(jì)算和存儲(chǔ)資源的最優(yōu)化；應(yīng)用層通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件實(shí)現(xiàn)各類智慧功能，下面分別予以闡述。

感知層：物聯(lián)感知系統(tǒng)是整個(gè)智慧校園中最基礎(chǔ)、最核心的部分，通過散布在校園各個(gè)角落的感知節(jié)點(diǎn)構(gòu)成所謂的傳感網(wǎng)。感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括傳感器、二維碼、 RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體，采集信息的來(lái)源，其主要功能是識(shí)別物體，采集信息并且將信息向上層傳遞。由于感知節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，在地域上分散，因此感知環(huán)境的建立是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作。

接入/網(wǎng)絡(luò)層：該層屬于中間層，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息，或者將遠(yuǎn)端的控制指令下達(dá)給感知節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，對(duì)于含電子標(biāo)簽的物聯(lián)網(wǎng)，接入層還需要RFID讀寫器來(lái)讀寫RFID電子標(biāo)簽的信息，因此需開發(fā)相應(yīng)接口連接底層感知網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。該層的云計(jì)算平臺(tái)是支撐智慧校園的第二大平臺(tái)。云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)使量化、科學(xué)的決策成為可能。建設(shè)的云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施包括機(jī)房環(huán)境、計(jì)算平臺(tái)、存儲(chǔ)平臺(tái)、容災(zāi)系統(tǒng)等。

應(yīng)用層：打造多種智慧校園服務(wù)，這是面向應(yīng)用的解決方案的核心，展示接入/網(wǎng)絡(luò)層的信息，控制感知層的活動(dòng)。能夠?qū)崿F(xiàn)“車輛識(shí)別、人員識(shí)別、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、停車場(chǎng)管理和自動(dòng)繳費(fèi)、車輛防盜、人員考勤、能耗監(jiān)測(cè)、校園路燈智慧控制、用電安全監(jiān)測(cè)、智慧圖書館、資產(chǎn)和文檔的自動(dòng)識(shí)別和管理、以及基于RFID的校園一卡通”等功能模塊，實(shí)現(xiàn)智慧應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)革命是信息革命的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)是撬起“智慧地球”杠桿，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園系統(tǒng)是校園信息化的必然之路。該文剖析了物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與層次模型，闡述了智慧校園的概念，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園模型，并分析了實(shí)現(xiàn)智慧校園的關(guān)鍵技術(shù)，這是實(shí)現(xiàn)智慧校園的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] ITU Strategy and Policy Unit （SPU）.ITU Internet Reports 2005： The Internet of Things [R].Geneva： International Telecommunication Union （ITU），2005.

[2] 智慧的地球[EB/OL]http：//www.ibm.com/smart-planet/us/en/

[3] 利爾達(dá)科技.物聯(lián)網(wǎng)/無(wú)線傳感網(wǎng)原理與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[4] The Internet of Things [EB/OL].錯(cuò)誤！超鏈接引用無(wú)效。

[5] 劉強(qiáng)，崔莉，陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2010，37（6）：1-10.

[6] 李云飛，陳良，王樹青.物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與應(yīng)用及其對(duì)過程自動(dòng)化的啟示[J].石油化工自化，2011，47（2）：1-4.

[7] 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用點(diǎn)亮智慧校園[DB/OL].[2012-02-26].http：//labs.chinamobile.com/report/53312.

[8] 智慧化校園[DB/OL].[2012-03-06].http：//baike.baidu.com/view/5478486.htm.