近年來，在人工智能,、大數(shù)據(jù),、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的影響下，國內(nèi)各高?！爸腔坌@”建設(shè)正如火如荼地進行,。智慧校園建設(shè)是學(xué)校工作效率及工作質(zhì)量的保障，是提高校園現(xiàn)代化管理以及綜合性提高的關(guān)鍵因素^[1],。物聯(lián)網(wǎng)自身具備強大的低功耗,、廣覆蓋、低成本,、大容量等技術(shù)優(yōu)勢,，在智慧校園建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。

在校園內(nèi)開發(fā)部署一套智慧校園物聯(lián)網(wǎng)平臺,，可以融合學(xué)校各種軟件,、硬件，整合各類校務(wù)服務(wù),，優(yōu)化各類資源,，深入挖掘各類業(yè)務(wù)，拓展校園應(yīng)用場景,，實現(xiàn)各系統(tǒng)有機聯(lián)系,，打造以智能物聯(lián)平臺為基座的智慧校園，為全校師生的學(xué)習(xí),、生活,、工作提供便捷服務(wù)，全面提升學(xué)校管理化水平^[2],。

1. 設(shè)備的泛在接入

由于行業(yè)內(nèi)缺乏統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入標(biāo)準(zhǔn),，目前市場上各類智能設(shè)備的通訊協(xié)議各不相同，難以快速接入并進行統(tǒng)一管理。物聯(lián)網(wǎng)平臺需要解決感知層設(shè)備協(xié)議不一,、轉(zhuǎn)換困難,、成本較高的問題。

2. 數(shù)據(jù)低成本可靠傳輸

隨著高校規(guī)模的不斷擴張,，校園內(nèi)智能設(shè)備的數(shù)量逐漸龐大,。由于不同業(yè)務(wù)場景對設(shè)備通訊的實時性、可靠性要求各不相同,，所以物聯(lián)網(wǎng)平臺需要結(jié)合校園的自身特點,，根據(jù)業(yè)務(wù)場景需要，合理選取數(shù)據(jù)傳輸方式,，從而兼顧性能和運行成本,。

3. 消除“設(shè)備孤島”問題

目前，高校有很多正在使用的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),，如空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng),、泵房監(jiān)控系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制方式,，難以聯(lián)網(wǎng)集控和資源整合,，形成了一個個垂直孤立的“設(shè)備孤島”，不利于智慧校園的整體建設(shè),。因此,，迫切需要一個統(tǒng)一的、具備異構(gòu)系統(tǒng)集成能力的物聯(lián)網(wǎng)平臺,，解決跨系統(tǒng)間設(shè)備的通訊和聯(lián)動控制問題,。

按照物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通常的層次結(jié)構(gòu)，可將物聯(lián)網(wǎng)平臺從邏輯上劃分為四層,，分別為感知層,、傳輸層、處理層,、應(yīng)用層^[3],，整體架構(gòu)設(shè)計如圖1所示,。

感知層是物聯(lián)網(wǎng)的底層,，主要解決物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力。校園內(nèi)有多種類型的傳感器,，每個傳感器都是一個獨立的信息源,，可以獲取和識別各類校園信息。由于高校通常不具備生產(chǎn)制造能力,，所以目前校園內(nèi)使用的各類傳感器多為從市場上直接采購的成熟產(chǎn)品,，主要可分為兩大類。

第一類是以智能電 / 水表、溫 / 濕度傳感器為代表的獨立設(shè)備,。這類設(shè)備在校園內(nèi)數(shù)量龐大,，但自身的智能化程度較低，能夠采集到的參數(shù)也較為單一 , 通訊時大多使用RS485,、M-BUS等智能儀表領(lǐng)域相關(guān)通信協(xié)議,。對于此類設(shè)備，在選型時應(yīng)重點關(guān)注其通信協(xié)議是否符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，如智能電表應(yīng)符合《多功能電能表通信協(xié)議》, 智能水表,、燃?xì)獗砗蜔幔ɡ洌?/span>量表應(yīng)符合《戶用計量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件》。

第二類是以中央空調(diào),、電梯為代表的成套設(shè)備,。這類設(shè)備在校園內(nèi)數(shù)量較少，但自身的智能化程度較高,，通常具備完整的本地自控系統(tǒng),，能夠采集到的參數(shù)非常豐富，通訊時大多采用工業(yè)控制和自動化領(lǐng)域相關(guān)協(xié)議,。對于此類設(shè)備,，由于不同廠商之間設(shè)備的差異性較大，缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，因此在選型時應(yīng)重點關(guān)注其開放性和功能性,，即設(shè)備廠商是否愿意開放數(shù)據(jù)接口和通信/控制協(xié)議，以及提供的采集/控制變量能否滿足上層應(yīng)用的功能需求,。

傳輸層主要解決感知層所獲得數(shù)據(jù)的長距離傳輸問題,，實現(xiàn)上下兩層之間數(shù)據(jù)的透明傳送。該層的關(guān)鍵設(shè)備是邊緣計算網(wǎng)關(guān),，其核心功能是完成上下行協(xié)議的轉(zhuǎn)換,。下行傳輸（傳輸層至感知層）通常使用串行通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸協(xié)議取決于感知層的傳感器,，種類繁多,，邊緣計算網(wǎng)關(guān)必須針對不同的設(shè)備逐個適配。上行傳輸（傳輸層至處理層）應(yīng)充分利用現(xiàn)有的基于TCP/IP協(xié)議的校園網(wǎng),，接入方式可采用有線（RJ45）或無線（Wi-Fi）,，傳輸協(xié)議選用MQTT協(xié)議。

處理層主要完成對設(shè)備和數(shù)據(jù)進行全生命周期管理,，包括設(shè)備注冊、功能定義,、在線調(diào)試,、遠程配置、固件升級,、遠程維護,、實時監(jiān)控、分組管理,、設(shè)備刪除,、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)持久化,、（實時/歷史）數(shù)據(jù)接口、訪問控制等功能。處理層的整體架構(gòu)如圖3所示,。

處理層采用Java開發(fā),，使用MQTT協(xié)議與邊緣計算網(wǎng)關(guān)通訊；采用HAPROXY進行負(fù)載均衡,。采EMQ集群作為MQTT消息服務(wù)器,。采用RabbitMQ作為消息總線，提供異步數(shù)據(jù)訪問,。采用Redis作為實時數(shù)據(jù)庫,，緩存感知層設(shè)備的實時狀態(tài)（即最新一次上報的數(shù)據(jù)）。采用influxDB作為歷史數(shù)據(jù)庫,，存儲感知層設(shè)備的所有監(jiān)測數(shù)據(jù),。采用MySQL作為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，存儲各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（即非設(shè)備采集數(shù)據(jù)）,。核心功能模塊包括設(shè)備控制服務(wù),、設(shè)備數(shù)據(jù)采集服務(wù)、設(shè)備監(jiān)控管理服務(wù),、數(shù)據(jù)分析服務(wù)等,。

應(yīng)用層提供豐富的基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)與用戶（包括人,、組織和其他系統(tǒng)）的接口,。主要解決如何基于物聯(lián)網(wǎng)平臺進行快速開發(fā)，根據(jù)業(yè)務(wù)需要快速構(gòu)建業(yè)務(wù)系統(tǒng),。通過對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進行分析和共性抽取,，提供基礎(chǔ)組件和項目腳手架，規(guī)范開發(fā)流程,，簡化開發(fā)難度,，降低運維成本。應(yīng)用層的整體架構(gòu)設(shè)計如圖4所示,。

江南大學(xué)是教育部直屬,、國家“211工程”重點建設(shè)高校和一流學(xué)科建設(shè)高校,，坐落于“感知中國中心”的江南名城無錫市。自2005年來,，學(xué)校自主創(chuàng)新,、設(shè)計研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的“智慧校園運行平臺”和能源管理、能源回收,、節(jié)能控制,、安全保障、運行管理共5大類17個子系統(tǒng),。

借助布設(shè)在校園內(nèi)的近2萬多個各類傳感監(jiān)控點和400多臺邊緣計算網(wǎng)關(guān),，實現(xiàn)了對能源使用、給水管網(wǎng),、校園路燈,、燃?xì)?/span>輸送和供電配變、空調(diào)管理的全方位立體式的數(shù)字化實時管理和突破時空約束的超越化管理,。系統(tǒng)通過“數(shù)字化”方式,，將傳統(tǒng)的校園管理從“模糊”概念變成清晰數(shù)據(jù)，為管理者提供了更便捷,、更科學(xué)的決策支持,，從而實現(xiàn)科學(xué)管理、精細(xì)管理,、高效管理,。

智慧校園是高校信息化建設(shè)的必由之路,。本文針對高校智慧校園物聯(lián)網(wǎng)平臺的設(shè)計理念、系統(tǒng)架構(gòu),、技術(shù)實現(xiàn)進行了研究,，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造智慧校園的參考途徑,。未來,，如何應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)安全威脅，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)安全的體系結(jié)構(gòu),，還需要進一步思考和完善,。

參考文獻