基于物联网技术的智慧校园分布式双活数据采集系统

舒忠平

摘要：随着信息管理技术的不断进步发展，各大高校越来越重视校园的信息化管理，为了使校园管理更加智能化，将物联网技术合理地应用要校园的日常管理中，来实现智慧校园。物联网是互联网的一种延伸，它是利用各种传感器，将不同的物件连接到互联网上，实现物与物、人与物的信息交互，利用物联网技术，结合分布式双活数据中心平台的构建，实现智能化的智慧校园管理，为用户提供优质、高效的服务。

关键词：物联网;互联网;双活数据中心;智慧校园;RFID射频识别技术

中图分类号：G717;TP391.44;TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1001—5922（2021）02—0106—05

物联网技术是互联网技术的一种延伸，互联网技术是人与人之间的交流更加便捷，物联网技术则是通过不同类型的传感技术来识别不同物件，同时使物与物、人与物之间实现信息共享。随着计算机网络技术的不断发展进步，物联网技术已经成为现代信息产业的主要研究方向之一。现今全国各大高校都对自身信息化建设越来越重视，也建立了许多的信息管理系统，如教务管理、办公自动化、数字图书馆、人事管理等等应用系统，这些信息管理系统对学校每天的日常教学管理起到了重要作用，是维持校园日常事务开展的基础。由此可见，高效的网络数据管理系统的建设是十分必要的。目前，很多学校都建立了网络数据中心，数据中心集合整个校园的信息化硬件设施，学校的各种业务系统也在数据中心进行整合。所以，为了不影响全校师生对校园系统的使用，需要建立更加灵活、高效、可靠、安全的数据管理中心，以更好的完成业务部署和资源调配。这里我们对基于物联网技术的智慧校园数据管理系统进行了详细介绍，探讨了分布式双活数据采集系统的设计和实施。

1物联网技术介绍及其体系结构

1.1物联网技术介绍

物联网是互联网的一种延伸，它是通过射频识别RFID标签、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等等信息传感设备，按照一定了协议，在互联网中接入各种物件，通过它们之间信息通信和交换，达到对物体进行智能化识别、跟踪、定位、管理及监控的目的。与互联网不同，互联网是把计算机连接起来，构成网络使人和人之间能够进行信息交互，物联网技术是通过各种传感器，将各种物件接人互联网，实现人与物、物与物之间的信息交换和共享。

物联网技术实质上就是各种类型的感知技术的应用。根据需要在物件上安装EPC电子产品编码以及各种类型的传感器等，再使用射频识别技术或传感技术对所需要的信息进行收集，然后将所获取的实时信息通过无线或者有线网络和互联网进行融合，将物件的此实时信息及时准确的传输出去，同时在对应的网络数据处理中心实现信息交互、共享或者智能化的处理，最后将这些已经处理好的信息利用物联网技术进行传播，这样就达到了对物件智能控制的目的。物联网技术是人工只能技术和传感技术的结合，同时它也应用了模式识别、云计算等各种技术，实现了对大量信息的分析、处理和加工，满足了不同用户的各种需求。

1.2物联网体系结构

物联网的体系结构大致分为4个层次：

1）感知层：物联网最底层技术就是感知技术，同时也是物联网一个核心技术。物联网通过FRID、EPC、阅读器、传感器、智能机器人等各种感知技术实现数据信息的收集，以达到识别的目的。

2）网络层：这一层次主要是将感知层所识别到采集到的信息通过有线或者无线通信网络或者互联网，安全可靠、准确实时进行传输。就目前的通信网络及互联网技术的发展现状来看，是可以基本达到物联网的数据传输要求的。

3）处理层：处理层是将网络层所获取的信息向数据处理中心传递，然后利用人工智能技术及云计算技术等对信息进行储存、处理，来达到信息共享、交互、实时发布以及各种智能计算的目的。

4）应用层：应用层就是把处理层获得的信息应用到物理世界，实现跨系统、跨行业之间的应用。

物联网的体系结构图以及物联网数据流程图如图1、图2所示。

2智慧校园系统结构

智慧校园是利用物联网技术，对传统的校园各项资源管理方式进行改进，校园资源、学生、教师的物与人、人与人、物与物之间的交流方式更加灵活高效、安全可靠，进而实现校园的智慧化管理和服务。智慧校园就是将RFID、EPC等各种传感器安装到食堂、教室、图书馆、实验室等等校园设施中，利用智慧校园系统这个平台将它们连接起来，构成物联网，使得校园的各种信息能够融入学校的各个应用领域，实现信息交互和协作，进而实现校园的智慧管理。根据校园各种资源及管理的归纳分析，智慧校园系统可以分为五个部分，智慧校园结构图如图3所示。

1）智能消费管理系统：在日常校园生活中，无论是教师还是学生都会产生一定的消费，如购物消费、吃饭消费、洗浴消费等等。每个学生和老师都会持有一张装配有RFID电子标签的校园一卡通，这张卡里面会将个人的资金信息包括在内，同时会在学校的超市、食堂、浴室等地方配置RFID阅读器，当学生和教师在该阅读器上进行刷卡操作时，相对应的信息就会被读取，通过智慧校园系统的智能消费管理网络将所读取到的信息传输到数据处理中心，在系统的后台数据库进行查询，并对卡上的余额进行读取，对该次消费金额进行扣除，同时后台数据库完成数据的实时更新。消费管理系统的技术核心就是数据库技术和RFID射频识别技术。

2）智能教学管理系统：校园日常的教学管理包括课程管理、考勤管理以及实训管理。传统的教师对学生的考勤管理，在一定程度上耗费了老師的精力，并且也会浪费老师的课堂教学时间，智能考勤则可以很好解决这个问题。再教室内装配RFID阅读器，学生持含有RFID电子标签的校园卡进教室，并在读卡器上进行刷卡操作，这样读卡器就会将学生的刷卡记录收集起来，然后通过网络将该记录传送到教学管理系统服务器上，数据则会自动更新到考勤数据库中，这样教师就可以高效快速的查询到学生的出勤状态。在实训教室里面也可以安装所需要的传感器，到室内环境达到极限时可以及时发出警报，进而减少教学过程中不必要的损失，警报次数也可以记录到含有RFID的校园卡中，以便教师对学生的实训情况进行查询。

3）智能后勤管理系统：学校的后勤管理主要指的是卫浴管理和照明管理。在教室、浴室、卫生间等场所安装所需要的传感器，结合声控技术、无线遥感技术，对照明强度进行自动调节，在浴室也可以安装RFID读卡器，当持卡者进行刷卡操作后，浴室喷头可出水并对流量进行计算，这样也可以达到节水、节能的目的。

4）智能图书馆系统：在图书馆内的每本书上配置RFID卡，并在卡内记录好书记的定位信息以及分类信息，利用智能机器人技术，通过读卡器识别，根据所记录的信息对书籍进行定位、查询以及归架等操作，实现了智能文献分类、文献架位及文献上架等功能，图书馆的管理也实现了智能化和无人化，缩短了工作时间，节省了人工。智能图书馆的核心技术就是数据库技术、RFID识别技术以及人工智能技术。

5）智能安防管理系统：校园的安防管理过程中，需要应用到很多现代技术，诸如图像识别技术、射频识别技术、无线传导网络技术、GPS以及遥感技术等等，同时还要与日常的视屏监控系统相结合，实现对校园环境变化的全面感知，然后这些感知信息会在校园的计算机系统中汇总及处理，根据相应的情况适时发出警报或者提示。

在校园的各个区域中安装相应的感应设别，当人或物进入警戒区时，该区域的感应终端会对闯入的人或物的具体位置进行判别，同时安防系统会调转对应的摄像头进行区域的全面监控，并且会及时将提示信息发送到校园安防管理系统中心，以及校园保卫人员的设备中，确保安保人员能够及时进行现场处理。

3智慧校园双活数据采集系统

3.1双活数据中心模型

双活数据中心指的是有两个数据中心同时处于运行状态，并且相互之间互为备份。结合云计算、虚拟化、高速网络技术，双活数据中心可以快速、方便的将应用从一个数据中心转移到另一个数据中心，图4是典型的双活数据中心模型。

双活数据中心具有一定的复杂性，它囊括了系统、数据、业务、服务器、网络等基础设施资源的多个方面。利用存储、数据库、云计算等等技术，来实现数据中心数据库、储存、传输、网络、应用等几个层级的双活。结合数据同步写入、业务均衡负载，双活数据中心除了能够提供日常业务服务外，还可以分担生产系统的负载，使数据中心的资源利用率大大提高。此外，当一个数据站点发生故障时，还有一个数据站能够实时的接管所有的业务，完成双活无感知切换，并且保证了数据零丢失。业务零中断。

3.2双活数据中心的需求

3.2.1双活储存系统

通过虚拟储存网关所构建的存储集群，主机集群能够对同一个虚拟卷进行访问，两个数据中心部署了跨站点的上层主机集群，当其中任何一个数据中心发生存储故障时，另一个完好的数据中心就会将多有业务自动接管过来。

3.2.2跨数据中心的可用性高的服务器集群

为了缩短服务器的中断时间，达到屏蔽故障目的服务器集群，该服务器集群中的两4-YL点需要保持同时运行各自的应用，同时要对双方的运行情况进行监控，当其中一台主机发生故障时，另一台主机能够及时加管它的所有工作。

3.2.3高速可靠的网络系统

为了给内网用户和Interact用户提供可靠的业务访问服务，需要给两个数据中心否配置高速光纤网络链路。

3.2.4机房设施齐全

齐全的机房基础设施，需要有不间断的电源、先进的机房空调、自给供电系统、完善的监控及消防设备。

3.3双活数据中心的设计

3.3.1可靠的计算机系统

利用虚拟化技术对数据中心的计算架构进行重建，资源虚拟化物理服务器，同时对内存、CPU、网卡等计算资源池进行构建。根据实际需要建立好运行环境，同时模拟业务系统进行实际运行，通过这种方法来收集各个业务系统所需要的应用服务器硬件、软件资源的配置要求，进而实现业务系统的配置管理数据库的形成。其中硬件配置包括对虚拟服务器的计算能力、CPU架构、网络宽带、操作系统磁盘类型、储存空间、容量及内存容量等资源需求。而软件配置则包括数据库系统、Web服务器、开发及管理工具、操作系统及版本、其他实用软件和网络等配置信息。业务系统对软件和硬件资源的需求，需要将峰值业务状态和正常业务长途的需求考虑在内，同时也要考虑可能的业务量的增加，数据库系统、操作系统和业务系统的升级拓展需求也需要考虑到。

3.3.2可靠的存储系统

双活数据中心的两个数据中心的虚拟存储网关会组成一个跨站点的双活集群，这个集群会将两个数据中心的磁盘阵列统一接管，形成一个跨站点的存储资源池，结合使用虚拟网关镜像卷技术，能够达到两个数据中心相互备份保护的目的，提供了跨数据中心访问的共享数据卷给上层应用，实现了VMware集群和Oracle RAC集群的跨站点部署。另外，第3方种在站点则可以使用第3方仲裁存储单元，再通过光纤通道或者IP网络与双活数据中心的虚拟储存网关设备连接。学校主要的数据信息包括学生、教师等校园网用户的基础数据信息、一卡通生活数据信息、教学业务数据信息以及科研管理等机构化数据信息，另外还有电子图书、视频、音频教学资源等数据信息。因此，在对存储系统进行规划时，需要对高要求的结构化储存使用异地双活技术来设计规划。

3.3.3可靠的网络构架

双活数据中心的前端业务网络需要采用两台万兆交换机，并且以集群的方式与校园网核心实现万兆高速连接，两台万兆交换机分布在两个数据中心，其他各个物理服务器都要连接到两台交换机上，来达到链路冗余和负载的目的，是业务网络的可靠性得以提升。此外校园网核心也需要部署两台万兆交换机，同时使其构成集群和虚拟化，校园网核心与数据中心之间会通过许多条联力进行交叉连接，来达到链路冗余和负载的目的。

3.3.4网络安全设计

智慧校园需要一个可靠安全、大宽带的网络环境，因此需要对校园网的主干和出口位置进行扁平化改造，将网络结构中的汇聚层和核心层进行合并，形成核心汇聚层，然后在核心汇聚层部署大容量的交换机，此外将性能优良的综合安全网关设备部署到数据中心前端以及校园网出口，以此提供2～7层的安全防护给数据中心和校园网。

3.3.5双活数据中心构架的实现

根据上面的要求进行设计，实现双活数据中心的建设，该数据中心的每个数据中心都配置了相同的物理服务器、存储资源以及网络，通过虚拟化管理平台实现服务器资源的集中管理，形成了統一使用、管理的计算资源池，当其中一个中心发生故障时，另一个数据系统可以快速的完成任务接管，并且期间任务零中断、数据零丢失，在结合存储虚拟化集群技术，形成了双活存储系统，使得业务连续性和存储可靠性进一步提高。两个数据中心通过高速光纤链路连接，构建了一个十分可靠的双活数据中心平台。

4结语

在智慧校园管理系统中，物联网的作用时非常巨大的，利用物联网技术将校园各个物件连接起来，并对数据进行感知和分析，实现统一的智能化管理，在物联网技术的基础上，构建一个分布式双活数据中心，使得数据的存储和共享更加可靠，进而实现智慧校园的高效管理，为用户提供了优质和高效的服务。