隨著校園信息化基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)，各類智能化的感知設(shè)備越來越多，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已從試點(diǎn)邁向規(guī)?；涞?，成為推動(dòng)校園智能化升級(jí)的重要?jiǎng)恿?。校園物聯(lián)網(wǎng)通過將校園內(nèi)各類智能感知設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)深度互聯(lián)，構(gòu)建起“信息全面感知、數(shù)據(jù)可靠傳遞、決策智能處理”的完整體系，讓“萬物互聯(lián)”從概念逐步走向現(xiàn)實(shí)。一方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過重構(gòu)管理流程顯著提升了校園運(yùn)營(yíng)效率與服務(wù)精度。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還在校園安全與能源管理等關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。這些應(yīng)用的深度融合，持續(xù)推動(dòng)高校智慧校園的智能化水平向更高層次邁進(jìn)。
建設(shè)原則
西安交通大學(xué)近年來依托創(chuàng)新港校區(qū)的建設(shè)，逐步形成了一套滿足學(xué)校日常管理和使用需求的校園物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)模式與方案。整體的設(shè)計(jì)和建設(shè)遵循以下原則：
先進(jìn)性與成熟性兼顧。技術(shù)選型聚焦行業(yè)前沿水平，確保所選技術(shù)與設(shè)備能支撐未來5~10年的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，避免短期技術(shù)迭代導(dǎo)致的系統(tǒng)重構(gòu)；同時(shí)，優(yōu)先采用經(jīng)過市場(chǎng)長(zhǎng)期驗(yàn)證、具備穩(wěn)定運(yùn)行案例的成熟方案，以降低設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)與后期維護(hù)成本，保障系統(tǒng)全生命周期的可靠性。
標(biāo)準(zhǔn)化與開放性統(tǒng)一。設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)技術(shù)規(guī)范及通用協(xié)議，從底層保障不同廠商設(shè)備、不同系統(tǒng)模塊間的無縫互操作與兼容對(duì)接；同時(shí)預(yù)留開放的接口與標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議通道，支持與校園現(xiàn)有管理系統(tǒng)（如宿管系統(tǒng)、公房系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)）及未來新增系統(tǒng)的互連互通，為后續(xù)擴(kuò)展升級(jí)奠定基礎(chǔ)。
可靠性與安全性并重。通過冗余備份設(shè)計(jì)與智能故障恢復(fù)機(jī)制，確保單點(diǎn)設(shè)備或鏈路故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能自動(dòng)切換至備用通道，保障業(yè)務(wù)不中斷；同時(shí)構(gòu)建多層次安全防護(hù)體系，融合訪問控制、數(shù)據(jù)傳輸加密及終端準(zhǔn)入控制等，全面抵御惡意攻擊、數(shù)據(jù)竊取與非法入侵，守護(hù)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)安全。
擴(kuò)展性與靈活性適配。采用模塊化、分層化設(shè)計(jì)思路，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持按需擴(kuò)展，可靈活適配校園從“局部物聯(lián)網(wǎng)覆蓋”到“全場(chǎng)景互聯(lián)”的規(guī)模增長(zhǎng)；同時(shí)設(shè)備需具備靈活的配置能力與統(tǒng)一的管理平臺(tái)，支持根據(jù)智慧照明、能源監(jiān)控、安防預(yù)警等不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，快速調(diào)整參數(shù)與功能，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)場(chǎng)景的高效適配。
校園物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
校園物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層四部分，自下而上形成數(shù)據(jù)“采集、傳輸、處理、使用”的閉環(huán)，各層既承擔(dān)獨(dú)立功能，又通過協(xié)同支撐校園智能化場(chǎng)景的落地。
感知層是采集校園物理空間的各類數(shù)據(jù)，并將物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為可傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，同時(shí)接收上層指令驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作。其應(yīng)適配校園多樣化場(chǎng)景（教室、實(shí)驗(yàn)室、配電室、公寓等），兼顧低功耗、抗干擾、易部署等需求。
圖1 校園物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)層是將感知層采集的數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定、高效地傳輸至平臺(tái)層，同時(shí)將平臺(tái)層的控制指令下發(fā)至感知層。其解決了校園“多場(chǎng)景、多設(shè)備、多協(xié)議”的傳輸需求，既要覆蓋室內(nèi)外大范圍區(qū)域（教學(xué)樓、操場(chǎng)、地下車庫），又要適配不同設(shè)備的通信協(xié)議，同時(shí)保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>
平臺(tái)層是接收網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)暮Ａ繑?shù)據(jù)，進(jìn)行清洗、存儲(chǔ)、分析與建模，同時(shí)整合硬件資源與軟件能力，為上層應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化的“數(shù)據(jù)服務(wù)”與“控制接口”。其解決校園數(shù)據(jù)“碎片化”問題，同時(shí)具備可擴(kuò)展、易管理的特性。
應(yīng)用層是基于平臺(tái)層提供的數(shù)據(jù)與能力，針對(duì)校園具體場(chǎng)景開發(fā)垂直應(yīng)用系統(tǒng)，直接解決師生需求與管理痛點(diǎn)。其貼近校園實(shí)際需求，注重易用性與實(shí)用性。
感知層。感知層可采用有線或無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。有線方式可采用傳統(tǒng)的RS485或以太網(wǎng)進(jìn)行連接；無線方式可采用藍(lán)牙、ZigBee、NB-IoT、LORA、WIFI等模式互聯(lián)。
圖2 感知層
其中以太網(wǎng)和WIFI將數(shù)據(jù)采集和傳輸融為一體，可直接接入網(wǎng)絡(luò)層，無須網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)化。其它采集方式可利用物聯(lián)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后接入網(wǎng)絡(luò)層。
西安交通大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中感知層通過以太網(wǎng)、RS485、NB-IoT、WIFI等多種方式實(shí)現(xiàn)電表、水表、暖表、閘機(jī)、門禁、物聯(lián)門鎖、攝像頭、照明控制器、溫濕度傳感器、水浸變送器等近5萬余路點(diǎn)位的接入。
網(wǎng)絡(luò)層。創(chuàng)新港校園網(wǎng)絡(luò)在規(guī)劃時(shí)就利用一套網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò)各類有線、無線和物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的接入，即將校園內(nèi)原本獨(dú)立部署的有線網(wǎng)、無線網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)三張物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃與整合，構(gòu)建成一張高效協(xié)同的基礎(chǔ)物理網(wǎng)絡(luò)。通過SDN與VxLAN技術(shù)，在這張物理網(wǎng)絡(luò)上劃分出多個(gè)邏輯獨(dú)立的虛擬網(wǎng)絡(luò)通道，分別承載教學(xué)辦公、師生上網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備交互等不同類型業(yè)務(wù)。
接入層不同位置的感知設(shè)備或網(wǎng)關(guān)就近接入校園網(wǎng)絡(luò)中，可根據(jù)不同場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)不同類型的專網(wǎng)接入。這種模式有效解決智慧校園建設(shè)中面臨的資金投入有限、運(yùn)維人員短缺、專網(wǎng)需求規(guī)模大等現(xiàn)實(shí)問題，大幅降低長(zhǎng)期運(yùn)維成本，減少運(yùn)維人員的重復(fù)勞動(dòng)，輕松適配校園各類物聯(lián)業(yè)務(wù)的擴(kuò)展需求。
平臺(tái)層。平臺(tái)層是物聯(lián)網(wǎng)的“數(shù)字中樞與交互底座”，核心由物聯(lián)網(wǎng)感知接入、數(shù)據(jù)處理、安全管理、規(guī)則引擎四大核心部件構(gòu)成。它既是以“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”為核心的業(yè)務(wù)中間件，通過標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)處理能力支撐上層業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行，也是打通不同“智慧型”校園應(yīng)用的底層操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互與協(xié)同控制，為智慧教學(xué)、管理、出入、物業(yè)等場(chǎng)景提供統(tǒng)一的技術(shù)支撐。
平臺(tái)層完成校園全場(chǎng)景感知數(shù)據(jù)的“匯聚、處理、封裝”閉環(huán)，一方面，通過異構(gòu)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，解決不同廠商設(shè)備的數(shù)據(jù)互通問題；另一方面，基于預(yù)設(shè)邏輯實(shí)現(xiàn)應(yīng)用業(yè)務(wù)觸發(fā)，構(gòu)建“感知、決策、執(zhí)行”的自動(dòng)化流程。同時(shí)，平臺(tái)層還具備協(xié)議轉(zhuǎn)換、地址映射、數(shù)據(jù)清洗、信息融合、安全認(rèn)證、物聯(lián)網(wǎng)防火墻、規(guī)則引擎驅(qū)動(dòng)等全維度能力，可覆蓋從設(shè)備接入到數(shù)據(jù)傳輸、從安全防護(hù)到業(yè)務(wù)調(diào)度的全鏈路需求。
在數(shù)據(jù)接入與傳輸性能上，具備強(qiáng)大的多協(xié)議兼容與高并發(fā)處理能力，支持MQTT、CoAP、HTTP等主流協(xié)議的通信匯聚與融合，可高效承接跨平臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的所有通信流量。
在部署上，平臺(tái)層采用分布式部署模式，基于多臺(tái)高性能服務(wù)器搭建運(yùn)行環(huán)境。服務(wù)器需滿足高可靠性、高性能、高吞吐量三大指標(biāo)，可根據(jù)校園物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)規(guī)模（如設(shè)備接入數(shù)量、業(yè)務(wù)復(fù)雜度）彈性擴(kuò)展集群服務(wù)，確保平臺(tái)在校園業(yè)務(wù)持續(xù)擴(kuò)展過程中始終保持穩(wěn)定運(yùn)行。
應(yīng)用層。應(yīng)用層各業(yè)務(wù)以物聯(lián)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，面向后勤、物業(yè)、保衛(wèi)、資產(chǎn)等部門，圍繞能源、物業(yè)、飲食、安全等核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域，構(gòu)建“全面感知、動(dòng)態(tài)平衡、創(chuàng)新服務(wù)”的智慧物聯(lián)保障體系，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化服務(wù)流程、提升保障效率，為校園師生提供更精準(zhǔn)、高效的服務(wù)支持。
圖3 應(yīng)用層
智慧能源服務(wù)。聚焦校園能源“高效利用、精準(zhǔn)管控、安全保障”目標(biāo)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)貫穿能源管理全流程，實(shí)現(xiàn)從“被動(dòng)運(yùn)維”到“主動(dòng)節(jié)能”的轉(zhuǎn)型。包括節(jié)能策略制定與落地（如基于能耗數(shù)據(jù)優(yōu)化空調(diào)運(yùn)行時(shí)段）、能源系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控（如配電室設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)）、水電暖精準(zhǔn)計(jì)費(fèi)（如宿舍/商戶分戶計(jì)量）、設(shè)備故障維修響應(yīng)（如水管泄漏智能告警與派單）。
服務(wù)覆蓋范圍包括綜合能源管理（能源態(tài)勢(shì)、公寓、實(shí)驗(yàn)室水/電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)）；管網(wǎng)水平衡管控（供水管網(wǎng)泄漏檢測(cè)、用水量動(dòng)態(tài)調(diào)配，避免水資源浪費(fèi)）；供配電安全保障（高低壓配電室設(shè)備電流、電壓、溫度監(jiān)測(cè)，預(yù)警短路、過載風(fēng)險(xiǎn)）；供熱供冷效能優(yōu)化（中央空調(diào)、熱力管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)）等。
智慧物業(yè)服務(wù)。依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打通物業(yè)服務(wù)“需求端、調(diào)度端、執(zhí)行端”鏈路，提升服務(wù)響應(yīng)速度與管理精細(xì)化水平，打造“有溫度、高效率”的校園物業(yè)服務(wù)體系。構(gòu)建全流程物業(yè)服務(wù)閉環(huán)，包括用戶服務(wù)（師生報(bào)修、咨詢響應(yīng)，如通過APP提交宿舍燈具維修需求）、管理調(diào)度（工單分配，如根據(jù)報(bào)修位置就近派單）、質(zhì)量監(jiān)督（服務(wù)過程跟蹤、滿意度評(píng)價(jià)，如維修完成后自動(dòng)推送評(píng)價(jià)問卷）。
圖4 網(wǎng)絡(luò)層
服務(wù)覆蓋范圍包括樓宇管理（智能照明控制、出入安全、消防設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)），公寓服務(wù)（后勤巡檢、維修響應(yīng)、公共區(qū)域照明），公共設(shè)施維護(hù)（校園路燈智能控制）等。
后勤飲食服務(wù)。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入校園飲食“供應(yīng)鏈、運(yùn)營(yíng)、監(jiān)督”全鏈條，實(shí)現(xiàn)食材安全可追溯、商戶管理規(guī)范化、服務(wù)監(jiān)督透明化，保障師生飲食安全與體驗(yàn)。圍繞飲食服務(wù)全流程優(yōu)化，包括商業(yè)運(yùn)營(yíng)、經(jīng)營(yíng)管控、內(nèi)控管理等。
服務(wù)覆蓋范圍涵蓋校園飲食服務(wù)全場(chǎng)景，具體包括智能化倉采服務(wù)系統(tǒng)、食堂商戶能源計(jì)費(fèi)、餐飲服務(wù)監(jiān)督系統(tǒng)、AI+明廚亮灶等。
結(jié)語
隨著“隨時(shí)隨地接入”“萬物互聯(lián)”等需求的深化，以及SDN、VxLAN等虛擬化技術(shù)的成熟應(yīng)用，智慧校園網(wǎng)絡(luò)正面臨兩大關(guān)鍵變化，一方面智能終端與感知終端的接入規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，設(shè)備類型與業(yè)務(wù)需求日趨多元；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)“有線網(wǎng)、無線網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建設(shè)、分開運(yùn)維”的模式，已難以適配多網(wǎng)協(xié)同需求。因此，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)與管理，構(gòu)建能承載泛在連接的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系，成為智慧校園物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的重要任務(wù)。
西安交通大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了“校園級(jí)”物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與服務(wù)的全域支撐，利用彈性接入能力，可靈活適配智慧教學(xué)、能源管理、物業(yè)服務(wù)等場(chǎng)景下各類物聯(lián)終端的接入需求，無論是數(shù)千個(gè)教室的溫濕度傳感器，還是上萬個(gè)宿舍的物聯(lián)門鎖、預(yù)付費(fèi)電表，均能高效接入網(wǎng)絡(luò)；借助隨需應(yīng)變的動(dòng)態(tài)調(diào)度能力，可根據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)流轉(zhuǎn)。同時(shí)通過多層次安全防護(hù)與高可靠傳輸機(jī)制，能穩(wěn)定采集、安全傳輸全場(chǎng)景感知數(shù)據(jù)，為校園物聯(lián)網(wǎng)控制管理平臺(tái)及各類大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)提供高質(zhì)量、高可信度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，成為智慧校園持續(xù)升級(jí)的堅(jiān)實(shí)底座。
來源：《中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò)》2025年9月刊
作者：李虎群 張哲 朱曉芒 吳飛龍 徐墨（作者單位為西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心）
