数字地球与智慧城市

选修课课程作业

课程论文

课程名称：数字地球与智慧城市

姓名：***

学号：****

所在院系：****

任课教师：***

2013 年 6月

数字化校园建设构想

[摘要]结合国家教育发展规划，顺应“数字地球与智慧城市”的发展，提出了数字化校园的相关概念与建设目标。简要介绍了数字化校园建设构想的架构图，系统介绍了一卡通系统及其网络基础。系统介绍了基于云计算的物联网系统及其网络结构。

[关键词]数字化校园；一卡通；云计算；物联网

引言

网络的高度发达，带动了数据、人和各种事物都以不同方式联入网络。通过先进的技术和超级计算机对这些堆积如山的数据进行整理、加工和分析，将生硬的数据转化成实实在在的洞察，各种各样的智慧系统随之形成。教育行业，由于其“引领创新、培养人才”的特殊职责，成为智慧的地球实现的根本保障和推动力。智慧的地球能否实现的重要条件之一就是能否使教育行业实现“智慧化”。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》明确提出高等教育承担着培养高级专门人才、发展科学技术文化、促进社会主义现代化建设的重大任务。提高质量是高等教育发展的核心任务，是建设高等教育强国的基本要求。当前，先进的信息化手段与教学的融合，已成为提高教育质量，促进人的自由而全面发展的有效途径。因此，信息化之路是西南大学实现跨越式发展的必然选择。

一建设目标

智慧虚拟服务开放

建立以网络互连技术的为基础的一卡通系统和基于云计算和物联网的智能管理系统，实施虚拟服务器系统，完善有效服务不同学科的共享高性能计算环境;建设基础应用支撑平台，建立提升管理效率的决策支持系统和一体化业务应用系统，支撑学校核心战略发展;建设有利于学科交叉和学术交流的科研信息平台，支持自然科学研究、社会科学研究水平的提升，进一步完善和全面推广统一身份认证系统、信息门户和中心数据库;建设信息化教学应用平台，构建支持多种教学模式的数字化教学与学习环境，开发整合校内各种资源的数字资源管理服务系统;建设覆盖学校所有领域的综合业务管理信息平台，实现以用户为中心的管理与服务，建设信息化校园服务平台，完善虚拟社区功能，建立涉及各类服务项目的“一站式”服务申报、受理信息系统;建设物联网应用及移动互联平台，探索智能感知、识别控制等技术在学校各个领域的应用。

成功建设的数字化校园应包括：环境数字化、管理数字化，教学数字化、学习数字化、生活数字化及一站式服务等

二数字化校园架构图

三基于网络互连技术的一卡通系统

3.1校园一卡通与数字化校园建设

随着计算机技术和网络技术的迅速发展，科学正进入信息时代，信息技术本身正对教育的改革产生深远的影响。现代化的学校少不了现代化的教学设施、设备的武装。建设校园一卡通，为学校的教师、学生和教学管理人员提供具有开放性、灵活性、面向学校应用服务的管理平台，是教学管理科学化的必要前提和基本途径，所以，校园一卡通的建设势在必行。

校园一卡通是数字化校园的基础工程，它为数字化校园提供全面的数据采集网络，结合学校的管理信息系统和校园网络在教学，科研，生活方面的各种应用系统，星池全校范围的数字空间和共享环境。

3.2校园卡应用现状

（1）教师，学生的工作证，学生证图书证医疗证繁多，以卡代证的需求加大；

（2）食堂，洗浴，上机，超市等消费领域等全面实现以卡代币的需求；

（3）各种MIS，OA系统中用于师生身份识别的应用很多，系统之间互不联通的弊端日益突出。

3.3总体方案

3.3.1 建设原则：系统与软件的可靠性；先进性与实用性；易扩充；易管理与维护。3.3.2建设目标：

（1）在校园网上建成“校园一卡通系统”的数据平台，卡片平台，财务结算平台，校园卡应用的身份识别管理、银行转账、商务管理的各子系统都建立在该平台下，以后随学校规模的扩大和卡片功能的增加只需随时增加子系统，不需再对平台进行扩充。（2）数字化校园建设中的其他MIS系统、0A系统，可以通过平台预留的扩展接口实现与“校园卡系统”的数据共享。

（3）持卡人的基本信息资料和电子钱包都作为统一的公用数据在全网上实时共享，做到一人一卡，一人一户，所有数据的变更都有做到全网立即生效。

4 总体结构

一体化、两级体系、三层结构”的原则。“一体化”是指将计费、结算、帐务管理、帐务处理、客户服务及业务管理等数据资源进行统筹的规划和考虑，作为一个有机整体，以数据中心的形式集中管理，使系统形成集中的、综合的、信息资源共享的支撑系统。“两级体系”是指系统须采用校园卡结算管理中心和管理分中心两级体系。而“三层结构”是指“校园一卡通”系统在逻辑上按“数据核心层、业务逻辑层和接入层”三层结构考虑。“校园一卡通”系统明确了两级、三层的体系结构，突出了系统的三个特征、两个能力。三个特征：个性化、信息化和金融化；两个能力：系统实时性和对新业务支持能力。

系统具体能力：

（1）卡片：MIFARE one，具有16个活动扇区，至少可以提供8个电子钱包并具有白维护功能，如某一扇区损坏，数据将自动转移，不会导致整张卡片报废。

（2）网络接口：专用网与校园网可通过防火墙对接；与终端设备可通过协议转换器对接。

（3）网络主干：“一卡通”专用网或建于校园网(VLAN)。

（4）应用软件结构：三层，组件式可执行模块；

（5）数据库平台：0racle8i，系统平台：windows/uNIx，接口：提供数据导入、导出专用软件包；提供“一卡通”公用数据库接口，便于扩展。

（6）系统平台：windows XP；

（7）终端设备：板块化、嵌入式程序结构；具有注册与授权合法性认证功能。

5 管理应用子系统

（1）收费管理子系统

（2）教务管理子系统

（3）学籍管理子系统

（4）图书管理子系统

（5）机房管理子系统

（6）医疗管理子系统

（7）门禁管理子系统

（8）……

四基于云计算和物联网的智能管理系统

4.1 概述

物联网主要解决物件到物件（thing to thing，H2T），人到物件（human to thing，H2T），人到人之间的互联（human to human，H2H）。物联网与传统互联网不同的是H2T 是指人利用通用装置与物件之间的连接，H2H是指人之间不依赖于个人电脑而进行的互连。随着物联网技术的研究与应用，利用物联网可以解决传统意义上互联网没有考虑的与物件互接的问题。新一代信息技术的发展为智慧地球的实现创造了可能，它能够更透彻的感知和度量，更全面的互联互通，更深入的智能化HJ。显然，物联网技术为实施智慧校园的建设提供了技术支撑平台。通过智慧校园，我们可以转变个人与组织机构，自然系统和人造系统的交互方式，使其更加智慧，即更加清晰、效率更高、响应更灵活更及时，这将为高校的发展带来新的机会。

云计算平台是支撑智慧校冈的第二大平台。云计算服务平台使量化、科学的决策成为nr能。，作为一种信息服务模式，云计算可以把大量的高度虚拟化的计算和存储资源管理起来，组成一个大的资源池，用来统一提供服务。

4.2 云计算下数字化校园

4.2.1 关键功能

（1）按需自助服务（On Demand Self-Service）：

师生可以按需方便地获得资源，如自助选课、自助缴费、自助充值、资源下载、信息查询、智能提醒等。

2)泛在的网络访问方式（Broad Network Access）：

通过统一身份认证平台和校内网络的部署，以统一标准的机制（认证机制、安全机制等）获取服务, 但不限于客户端的类型（例如：笔记本电脑、台式机、PDA、Gphone、Iphone、平板电脑等）。

3)动态的资源池（Resource Pooling）：

分布式存储、分布式数据库、分布式计算、网络存储、资源共享。

4)快速可伸缩性（Rapid Elasticity）：

基于SOA架构，松耦合，可扩展性强；基于数字化校园平台可快速构建、部署新的应用系统。

5)可计量的服务（Measured Service）：

通过数字化校园平台（统一信息门户平台），可集中进行校园卡消费的查询、异常消费监控、接入平台应用系统服务整合，个性化服务等。

4.2.2 八大突出特征

（1）大规模的可伸缩性（Massive Scale）：

通过成熟稳定的网络环境，资源虚拟化；动态规模扩展。

（2）可修复能力（Resilience）：

包括容错和恢复能力及高可用性（High Availability），集群技术可提供解决办法。（3）同质性（Homogeneity）：

减少系统内资源的种类，便于管理和使用，虚拟化技术可以实现在多种OS上运行同一个OS的同一个版本；可以把跨地域，跨OS的资源整合为一个统一的逻辑单元。

（4）广泛的地理分布：

实现分布式资源共享（与地址无关），资源可以分布在多台服务器上，多个机房，甚至跨校区分布，而不会影响全校师生的使用。

（5）虚拟化（Virtualization）：

包括单系统虚拟化和多系统虚拟化，单系统虚拟化可以把一种机型变成另一种机型，实现同质化，也可以把一台机器变成多种机器来使用，实现异构化（Heterogeneity）; 多机虚拟化把多台、多机型的系统变成一台机器来使用。

（6）面向服务特性（Service Oriented）：

必须能够向师生提供有价值的服务，采用基于SOA技术的服务方式和手段，能够提供各种标准化APIs（Application Programming Interfaces）。

（7）低费用（Low Cost）：

通过整合分散的、甚至是闲置的资源来提供服务，这种模式必然能够降低成本，资源共享还能实现节能和减排。应用系统的整合提高了资源的利用率和工作的效率。

（8）先进的安全措施：

云计算系统由于在物理上是一个分布式体系，对信息安全和灾害防御等问题都会有更高的要求，也需要更先进的技术和措施来解决。（双机热备、异地备份、Raid机制、木马防御、敏感数据加密、……）

4.3物联网支撑环境

为了达到能够在任何时间、任何地点和任何人、任何物进行通信的要求，网络是一个重要的前提条件。将有线与无线结合的校园网络覆盖是一种十分有效的网络架构，提供固定或移动的应用环境，支持有线或无线的接入方式，网络结构灵活且扩展性好。实现有线与无线的双接入、移动的应用与服务、虚拟环境与现实环境的融合、校内校外的全面感知与交流的综合信息服务基础环境，特别是解决支撑T2T、H2T的问题。

技术方法

（1）编制信息规范与标准。信息化标准是智慧校园建设的基础内容，用以支撑教育资

源共享，保证各种系统之间进行信息交换和互操作能力。

（2）建设共享数据库平台，建设统一身份认证平台和建设综合信息服务平台。建立安全高效、统一共享的数据中心；规范信息从采集、处理、交换到综合利用的全过程，逐渐形成有效的信息化管理的运行机制，为学校领导和有关部门信息利用、分析决策提供支持。

（3）建设统一的基础设施支撑平台。建立有线无线双覆盖的网络环境，是实现泛在的感知信息接入和多源信息互联的前提，也是智慧校园的重要基础设施。

（4）建设IC卡与手机融合的综合校园卡应用系统，运用一卡通和智能SIM卡技术将各个系统应用与移动终端及校园IC卡结合起来，以手机作为独立服务终端请求服务或受用服务，支持泛在的感知与泛在的服务机制。

（5）建设基于多网融合的新型网络监控与管理系统。通过建立网络融合平台，在应用层面上融合服务，实现异构信息资源的高度共享与统一监控与管理。