基于EDSOA與物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)與研究

高曉玲

（寧夏大學(xué)新華學(xué)院，銀川 750021）

基于EDSOA與物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)與研究

高曉玲

（寧夏大學(xué)新華學(xué)院，銀川 750021）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給出了智慧校園的組成框架，介紹了面向服務(wù)架構(gòu)SOA與事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)EDA的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了事件驅(qū)動(dòng)、面向服務(wù)的EDSOA架構(gòu)?；谖锫?lián)網(wǎng)與EDSOA的智慧校園具有易于集成，可用性高以及快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，更有利于系統(tǒng)之間自主動(dòng)態(tài)協(xié)同。

物聯(lián)網(wǎng)；智慧校園；SOA；EDSOA

0 引言

從20世紀(jì)90年代開始，各地政府部門和高校對(duì)校園信息化工作不斷加大投入，從總體上看，我國教育信息化建設(shè)取得了重大歷史性突破，但同時(shí)面臨著一系列突出的問題。一是信息化基礎(chǔ)設(shè)施仍處于低水平狀態(tài)，不能有效滿足各級(jí)各類教育的發(fā)展需求；二是數(shù)字化校園中系統(tǒng)繁多，各系統(tǒng)相互獨(dú)立，存在信息孤島和應(yīng)用孤島；三是高校信息化建設(shè)缺乏完整統(tǒng)一、覆蓋全面、高效穩(wěn)定、可擴(kuò)展的應(yīng)用構(gòu)架。2009年8月，溫家寶總理提出的“感知中國”科技發(fā)展計(jì)劃，確定物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)為國家戰(zhàn)略發(fā)展產(chǎn)業(yè)。浙江大學(xué)信息化“十二五”規(guī)劃提出建設(shè)一個(gè)“令人激動(dòng)”的智慧校園[1]；南京郵電大學(xué)完成了一個(gè)相當(dāng)完整的智慧校園規(guī)劃，而在2013年11月浙江旅游職業(yè)學(xué)院“智慧校園”正式獲得教育部全國首批教育信息化試點(diǎn)單位立項(xiàng)。因此，利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)平臺(tái)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來解決高校信息化建設(shè)中存在的問題，真正做到“智慧”的校園，成為了高校信息化建設(shè)的熱點(diǎn)問題。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧校園

物聯(lián)網(wǎng)（IOT-Internet of Things），指通過射頻識(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，把物與物，人與物進(jìn)行智能化連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種新興網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)不是一種物理上獨(dú)立存在的完整網(wǎng)絡(luò)，而是架構(gòu)在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)或下一代公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)基礎(chǔ)上的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（network）和通信能力，強(qiáng)調(diào)智能應(yīng)用[2]。物聯(lián)網(wǎng)分為三個(gè)層次：第一是傳感系統(tǒng)（設(shè)備層），通過各種技術(shù)手段，來實(shí)現(xiàn)和物相關(guān)的信息識(shí)別和采集；第二是通信網(wǎng)絡(luò)（信號(hào)傳輸和獲取層），包括現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)以及各種接入網(wǎng)和專用網(wǎng)，目的是對(duì)采集來的信息進(jìn)行可靠傳輸和處理；第三是應(yīng)用和業(yè)務(wù)（業(yè)務(wù)應(yīng)用層），即輸入輸出控制終端，可基于現(xiàn)有的手機(jī)、個(gè)人電腦等終端進(jìn)行。

目前，國內(nèi)外眾多高校、科研院所先后開展了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)、應(yīng)用也得到了極大的發(fā)展，其中之一就是與校園管理活動(dòng)的融合，用于促進(jìn)智慧校園的建設(shè)。智慧校園是以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)為基礎(chǔ)，信息技術(shù)被高度融合，信息化應(yīng)用被深度整合，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[3]，多域融合共享和泛在的智慧服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)多域間資源及其業(yè)務(wù)的融合和共享，實(shí)現(xiàn)無所不在的信息服務(wù)綜合化和智慧化，讓校園中各個(gè)功能彼此協(xié)調(diào)運(yùn)作，提供結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)、服務(wù)的智能的綜合信息服務(wù)，全方位地實(shí)施教育信息化。

2 智慧校園的組成

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園的建設(shè)應(yīng)該從物聯(lián)化、集成化、智能化出發(fā)，本著提高教學(xué)科研水平，提高學(xué)校自身各項(xiàng)管理工作的效率和效益的目的，實(shí)現(xiàn)教育服務(wù)社會(huì)的職能，最終成為智慧城市的有機(jī)的一部分。本論文給出了智慧校園組成框圖如圖1所示。

（1）智能化校園支撐平臺(tái)：包括了校園綜合布線，線路綜合管道設(shè)計(jì)，中心機(jī)房建設(shè)以及校園廣播系統(tǒng)等。利用原有數(shù)字校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，通過有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋整個(gè)校園，達(dá)到各類網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，所有感知信息的實(shí)時(shí)傳遞。遵從“多網(wǎng)合一”的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，使得將“智慧校園”各個(gè)系統(tǒng)功能組件模塊集中起來，通過中心機(jī)房的建設(shè)及監(jiān)控中心的建設(shè)，將所有的應(yīng)用系統(tǒng)管理權(quán)限集中起來，實(shí)現(xiàn)“中央集控”的目的。

圖1 智慧校園組成框圖

（2）智能化安防監(jiān)控系統(tǒng)：以智能化校園支撐平臺(tái)為依托，利用現(xiàn)有的一卡通系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)，移動(dòng)定位等感知技術(shù)，結(jié)合更多的更多的RFID 等傳感器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在校師生身份識(shí)別、門禁、人員考勤、消費(fèi)、圖書館借還圖書，車輛管理等，同時(shí)也方便出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷協(xié)助等。

（3）智能化教學(xué)管理系統(tǒng)：利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)和教育資源（視頻、音頻、圖片、文字、PPT）共享，支持多種設(shè)備（手機(jī)、PDA、專用設(shè)備）接入以及多種信息傳送機(jī)制。比如智能教室，不僅可以實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)，作業(yè)批改，遠(yuǎn)程教學(xué)，課堂互動(dòng)等，還可以利用實(shí)現(xiàn)對(duì)教室的環(huán)境在線監(jiān)控，包括監(jiān)測點(diǎn)的溫濕度、空氣中的CO、CO2等含量；實(shí)現(xiàn)對(duì)教室光線自動(dòng)感應(yīng)，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)發(fā)布，保證教室光線質(zhì)量。

（4）校園云數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)的全面集成和智能分析。通過對(duì)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的智能采集，為管理和服務(wù)提供基本數(shù)據(jù)、提供互有聯(lián)系的各個(gè)業(yè)務(wù)如用電、用水等的流程管理、并可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，為學(xué)校提供指標(biāo)化管理的具體依據(jù)。

（5）校園云協(xié)同管理系統(tǒng)：支持信息相關(guān)性分析挖掘（人員、內(nèi)容、儀器、設(shè)備相關(guān)性的分析和統(tǒng)計(jì)），在感知信息的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能分析、預(yù)警預(yù)測、智能決策、資源合理調(diào)度、智能應(yīng)對(duì)等。比如可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)照明空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)控制等節(jié)能控制等。這些都需要通過云計(jì)算來整合資源，按需分發(fā)感知信息，實(shí)時(shí)協(xié)同相關(guān)的服務(wù)流程以便做出快速反應(yīng)。

3 智慧校園集成架構(gòu)的研究

3.1 面向服務(wù)架構(gòu)與事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(Service Oriented Architecture，SOA)的軟件設(shè)計(jì)方法以服務(wù)作為基本組件，將應(yīng)用程序的不同功能單元組織成一個(gè)個(gè)服務(wù)，服務(wù)之間通過定義良好的接口和契約聯(lián)系起來?；赟OA的解決方案包含可重用的服務(wù)，以及定義良好、符合標(biāo)準(zhǔn)的接口，并通過XML定義的服務(wù)描述、服務(wù)消息實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)、不同語言上的系統(tǒng)之間的交換，不僅為了解決信息孤島和遺留系統(tǒng)問題，更能夠針對(duì)企業(yè)提供的業(yè)務(wù)流程，提供快速靈活的變化。在SOA框架中，服務(wù)發(fā)布者和請(qǐng)求者通過服務(wù)代理實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的關(guān)系，這種關(guān)系是被動(dòng)的。

事件驅(qū)動(dòng)框架(Event Driven Architecture，EDA)是一種軟件構(gòu)架模式，提供了一種設(shè)計(jì)和構(gòu)建應(yīng)用的方法，以事件驅(qū)動(dòng)為中心，采取更加松耦合的組織形式，事件消息用發(fā)布/訂閱方式通過消息代理傳輸，一個(gè)事件可以傳送給多個(gè)需要者，因此，具有能更準(zhǔn)確的模擬企業(yè)業(yè)務(wù)操作過程，更加迅速的適應(yīng)企業(yè)業(yè)務(wù)多變性的特點(diǎn)。

3.2 基于EDSOA的智慧校園集成架構(gòu)

由上述可知，將SOA和EDA結(jié)合起來，一種事件驅(qū)動(dòng)、面向服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)提供方法（EDSOA，event-driven service-oriented architecture）不僅融入了SOA和EDA的優(yōu)勢，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。EDSOA結(jié)合使用了SOA的請(qǐng)求/響應(yīng)模式和EDA的事件發(fā)布/訂閱模式，是對(duì)SOA的極大地補(bǔ)充[4-6]。由于智慧校園包含了不同的硬件和軟件類型，其中各種各樣的傳感器和設(shè)備，以及子系統(tǒng)中異構(gòu)的數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，物聯(lián)網(wǎng)為這些基礎(chǔ)設(shè)備提供了信息標(biāo)識(shí)，但對(duì)于服務(wù)的整合、兼容各類數(shù)據(jù)和協(xié)議還需要借助事件驅(qū)動(dòng)面向服務(wù)架構(gòu)。因此，本文提出基于EDSOA的智慧校園集成架構(gòu)如下圖2所示。

圖2 基于EDSOA的智慧校園集成架構(gòu)

圖2所示應(yīng)用框架分為四層：底層為設(shè)備層，是智慧校園建設(shè)中的各種類型的傳感器，利用了RFID技術(shù)的各類設(shè)備，以及傳感器應(yīng)用系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)底層傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，解析，封裝和轉(zhuǎn)換。為使應(yīng)用系統(tǒng)能對(duì)各子系統(tǒng)異構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)用，需要利用XML和元數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性和標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成資源描述模型，將消息適配器得到的異構(gòu)信息轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的事件。

服務(wù)層主要是提供通用接口和代理服務(wù)，通過調(diào)用事件代理的發(fā)布/訂閱接口，將統(tǒng)一的事件發(fā)布到消息空間，消息空間完成事件的發(fā)布、訂閱和分發(fā)，其發(fā)布的事件也可以被其他應(yīng)用系統(tǒng)訂閱。通用接口主要是搭建了數(shù)據(jù)處理和上層應(yīng)用之間的橋梁。

利用通用接口可以與應(yīng)用層聯(lián)系，主要是把不同類型的用戶使用的通信協(xié)議進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)各種通信協(xié)議的兼容，可以給Web用戶和終端設(shè)備發(fā)布/訂閱事件，推送通知，甚至可以發(fā)布事件給相關(guān)的其他應(yīng)用系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)推動(dòng)了智慧校園應(yīng)用的不斷優(yōu)化，但要實(shí)現(xiàn)全面的智慧校園，不僅要對(duì)學(xué)校人員、設(shè)備、資源做到全面感知，各類網(wǎng)絡(luò)互連，信息實(shí)時(shí)傳遞，還需要在感知信息的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能分析，資源合理調(diào)度，預(yù)警預(yù)測等，因此，對(duì)信息資源、應(yīng)用系統(tǒng)資源和服務(wù)資源的共享、整合和協(xié)同提出了更高的要求。本文介紹了基于EDSOA的智慧校園集成架構(gòu)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用事件驅(qū)動(dòng)面向服務(wù)的架構(gòu)既具有面向服務(wù)架構(gòu)的易于集成，可用性高等優(yōu)點(diǎn)，又具有快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，將更有利于處理信息在多個(gè)系統(tǒng)之間按需發(fā)布，系統(tǒng)之間自主動(dòng)態(tài)協(xié)同等，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

[1]韓雪.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011（04）：35-37.

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2012年寧夏大學(xué)新華學(xué)院科研基金資助（2012XHKY04）

高曉玲(1981—)，女，寧夏平羅人，碩士，講師，研究方向：寬帶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。