物联网技术在智慧校园建设中的应用.pdf

物联网技术在智慧校园建设中的应用宋承继 物联 网技术在智慧校 园建设 中的应用 宋 承继 ( 陕西工业职业技 术学院 陕西成阳，7 1 2 0 0 0 ) 摘要：本文介绍了物联网技术和智慧校园的相关概念、 层次结构及特征， 并从教学、 管理和资源共享等方面论述了物联 网技术在智能校园建设中的应用， 基于物联网技术的智慧校园是未来高校发展的重要趋势。 关键词 ：物联网； R F I D； 智慧校园 D OI 编码：1 0 1 4 0 1 6 j c n k i 1 0 0 1 9 2 2 7 2 0 1 5 0 3 2 0 8 Ab s l m睫 T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e c o n c e p t s， l e v e l s t r u c t u r e a n d c h a r a c t e r i s t i c o f t h e I n t e me t o f t h i n g s a n d s ma r t c a mp u s ， d i s - c u s s e s t h e a p p l i c a t i o n o f t h e I n t e r n e t o f t h i n g s i n b u i l d i n g o f s ma r t c a mp u s f r o m t h e a s p e c t s o f t e a c h i n g ， ma n a g e m e n t a n d r e s o u r c e s h a r i n g i n t h e f u tur e ， c o n s t r u c t i n g s ma r t c a mp u s b a s e d o n I n t e r n e t o f t h i n g s i s a n i mp o r t a n t t r e n d o f c o l l e g e s I rwo r a s ： I n t e r n e t o f t h i n g s ； RF I D； S ma rt c a mp u s 中图分类号：T P 3 9 3 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 1 - 9 2 2 7 ( 2 0 1 5 )0 3 - 0 2 0 8 - 0 3 0 引 言 物联网技术的快速发展将会对校园智能化建设产生深远影 响，在教育领域引入物联网相关技术是保障校园安全、创新教 学手段、提高教学和管理水平的需要，在促进教育向着更加人 性化和智能化方向发展有着广阔的应用前景。如何有效地应用 物联网技术来推动智慧校园的建设是亟待研究和实践的重要课 题，基于物联网技术的智慧校园建设将会更好地促进教育的跨 越式发展，改善高校学生的学习环境和学习方式，是未来高校 建设 与发展 的重要趋势 。 1 物联 网的概念与层次结构 1 1 物联 网的概念 物联网是通过射频识 J ( R F m) 、红外感应 、传感器等信息 设备，按照相关的协议将物品与互联网相连接 ，实现智能化识 别、追踪和监控 ，达到人和物相互关联、数据相互共享等的一 种网络。网络的范围包括互联网、无线传感网络等各种信息网 络，物与物之间的连接是通过射频传感器等多种技术手段来实 现信息交互 。其 目的就是使所有物品都与网络连接在一起使 得识别和管理更加方便。 1 2物 联 网 的层 次 结 构 物联网的层次结构主要由感知层 、网络层、平台服务层 、 应用层。这四个层次融合了传感器技术、网络技术和计算机技 术，承担着对信息的获取 、传输和处理 。感知层利用二维码 、 R F I D、传感器等感知手段识别物体状态；网络层在通信 网、 互联网等的支持下，以无线或者有线的方式将感知层获得的信 息进行处理并及时地传输；平台服务层通过感知层及网络层获 得数据后对数据进行过滤、融合等技术加工；应用层根据业务 的需要在平台服务层上使用相关的应用系统，这些应用会以业 收稿 日期： 2 0 1 5 - 叭一 0 5 基金 项 目： 陕西省教 育厅 专项科研 计划项 目( 2 0 1 3 J K1 1 6 6 ) ；陕西工 业职业技 术学院科研基金项 目 ( Z K1 2 0 6 ) 作者 简介 ：宋承 继 ( 1 9 8 0 一 ) ，男，陕西凤 翔 ，讲师 ，硕 士，主要 研 究方向为软件工程 、计算机应用。 2 0 8 务流 程 的方 式整 合感知 层 、I网络层 以及平 台服 务层 的服务 能 力，利用智能手机，p c 等终端设备实现及时感知 、及时响应的 物联网智能管理模式 。( 见图1 ) 应 用 层 j 等 ： 辱 基 一 一 一一一 一7 一一一 一一 一一 t 平 台 服 务 层 基 晒 一 一粤 毫 章 霉 一 一。一一 一一一 一一 一 ， 一 网 络 层 j j I 一 j 网 络 层 j 互 联 网j j 校 园 网j 通 信 网j I 【 一一一 l 一 l 一 一 一 一 0一 感 知 层I 替簪 0 1 砖 一 图 1物 联 网 的 层 次结 构 2 物联 网的功能与特征 2 1物联 网 的功 能 物联网的主要功能有智能识别、智能监控和对象跟踪。物 联网技术通过二维码 、射频识别等技术对具体的物体进行智能 标识，运用泛在接入等方式智能化地汇集和分析数据 ，并将对 象的实际活动情况传输到网络空间，为人们提供可视化的信息 服务，基于云计算平台和智能网络的物联网能够依据传感器获 取信息并做出智能分析与判断，对具体对象的行为进行控制 1 。 例如智能路灯装置可以根据光线的强弱调整路灯的开启时间和 亮度等。基于多种传感设备和广泛的传感网络，物联网能够获 取特定对象状态信息。例如通过传感器监控环境中二氧化碳的 浓度，用噪音探头监测环境的噪声污染，通过实验室的摄像头 实时监控实验室设备，通过G P S 确定车辆位置等。随着物联网 技术的不断发展，其应用领域将进一步拓宽，遍及智能物流、 环境检测、公共安全、食品溯源等多个领域。 2 2 物联 网的特征 物联网主要有两大特征：一是网络服务智能化，物联网使 得物体以智能化方式联系起来，使得现实环境中的物理对象最 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表) 2 0 1 5 年3 期 ( 总第 1 8 5 期) 大程度地数字化 、网络化。通过网络人们可以获取最新的信 息，极大限度地利用资源改善并提高生活和工作的质量。例 如：当行驶中的汽车车距过近时，智能系统会通过语音提醒司 机，当外界气温发生变化，智能系统会建议人们注意增减衣物 等等。二是连通性，物联网使得所有能够被独立寻址的物质在 任意时间和地点处在联通状态，实现任何物品都可以寻址、通 信和控制，实现人与人的交流 、人与物、物与物的即时联通 。 3 基 于物联 网的智慧校 园建设 随着互联网技术的不断发展，学校从环境资源到教与学的 活动逐步实现了数字化。在物联网技术发展的推动下，校园信 息化建设由数字校园升级到了智慧校园。物联网技术实现了物 体问的联通 ，智能化地实现了信息的获取、传递和分析，改变 了人们的生活、工作和学习的方式，同时也推进了智慧校园的 建设。运用具有智慧性特点的物联网技术对教育教学过程进行 辅助设计 、研究和管理可以促进学校教学改革，实现教育现代 化并提高教学质量6 1 。 3 1 智慧校 园的特征 智慧校园是指高度地整合信息技术构建成智能化的信息终 端，形成具有可感知 、环保节能、安全稳定的网络化校园。它 主要包含四个方面的特征 ：一是将信息服务通过网络技术融入 到学校各个领域， 实现教学资源的共享；二是拥有开放互动协 作的智能化综合信息服务平台；三是拥有节能减排的服务设 施；四是通过智能感知环境 ，为校内外提供一个可以相互感知 的接口。使师生全面地感知教学资源，有效地采集信息获得智 慧化的学习 、教学管理和生活服务 。 3 2 物联网在智慧校园建设中的应用 3 2 1 物联 网技术在校 园管理方面的应用 在校园引人物联网技术， 对教学环境和安全保障系统等进 行可视化监测和智能控制 ，实现物理空间与数字化信息空间联 通 的校园安全 、教学环境 、学生生活服务等方面的智能化 管理。 ( 1 )基于物联网技术构建平安校园 利用物联网技术建立包括校园智能安防和校园智能交通管 理等的智能安全保障系统，在校园重要区域安装摄像头和红外 传感器 ，实现安全监控和 自动报警等功能；在校园中为重要的 物品贴上二维码标签 ，利用有关设备感知和追踪物品的位置， 促使学校资产管理工作更加信息化，科学化 ；对出入校园的车 辆进行监测，为重点区域和重要设施安装智能传感器 ，实现安 全定位 ，有利于实现校园安全管理。另外，利用物联网技术进 行师生的身份确认和考勤管理 ，提高校园的安全性 。 ( 2 )基于物联网技术建设智慧型图书馆 在智慧校园中建立智慧图书馆是物联网技术在教育中的重 要应用 ，依托物联网技术建成智慧型、开放式数字图书馆 ，实 现图书的自动盘点，快速确定图书位置，使借书、还书更加快 捷 、方便 ，提高图书管理工作效率。基于互联网读者可以利用 计算机 、智能手机等终端获得泛在、便捷服务。运用物联网技 术可以实现校际问实验设备、图书资源等共享，达到教育资源 的均衡。 ( 3 )基 于物联 网技术建设智慧节能型校园 运用物联网技术实现对学校能源的监控和管理，对水、电 等能源使用情况进行监管，实现校园能源消耗的智能化管理。 例如，在办公室、实验室、教室等区域安装光线传感器和控制 器，利用物联网技术根据光线强度调整灯光亮度，根据室外光 照强度调整窗帘的闭合状态 ，利用传感器感知室内二氧化碳浓 度 、温度和湿度等，根据监测数据提出优化措施 ，为学生提供 智能化的校园环境。 3 2 2 物联 网在教学方面的应用 物联网技术使得现实物质具有数字化和网络化的特性，在 智慧校园教师和学生在教室或者实验室就可以对实践场所的研 究物体进行控制和学习，也可以通过网络平台进行近距离的观 察。利用物联网技术将课本知识与现实环境之间建立联系，学 生在课堂中可以感知自然、感知真实的场景，能较快的理解和 把握知识 ，学习兴趣高。例如利用二维码技术 、视频技术等构 建数字化立体教材 ，为学生 自助学习、时时学习提供优质资 源，为教学活动提供有力支撑，为提高教学质量创造了有利的 条件 ，使课堂得以延伸，是培养学生的动手能力和思维能力的 有效方法 。 物联网与现有教学平台的有机整合，为智慧校园中的教学 活动提供了有力支撑 ，克服了教学中设备共享方面的障碍 ，突 破了传统教学的局限性 ，为师生提供了一个有利于拓展知识空 间与视野的良好学习环境 ，也为远程教学活动提供了智能化的 服务 。 3 2 3 物联 网在协作 学习方面的应 用 物联网技术为协作式学习提供了支持，基于物联网的感知 型学习模式给学生构建了一个虚拟与现实、个体与群体互联互 通的学习环境， 在这样 的物联网学习环境中学生之间可以建立 协同创新的伙伴关系，通过分工与协作在互动和实践中掌握知 识。通过物联网获取大量的数据信息，学生将习得更多的知识 技能和经验， 使教学由知识传授型转变为探究式学习， 在引导学 生开展知识探讨、分析问题、提高科研探究能力等方面有很大 的优点，有利于培养学生探索科学的精神以及合作探究、网络 应用、数据分析、归纳总结等方面的能力。 3 2 4 物联网在资源共享方面的应用 物联网技术使教学、科研设备得以共享 ，学校的实践课程 及研究性活动都可以通过网络平台开展。利用物联网技术可以 拓展学习空间提供泛在服务 ，能促进学生将课堂中学到的理论 知识与相关实例相结合，弥补理论知识与实践脱节的不足，使 学习活动得 以延伸 ，课堂教学 和学 习活动更 加真实有效 。基于 物联网技术的智慧校园还可以通过构建学校联盟 、校企联盟实 现校际间和学校与社会 间的交 流及 资源互补 ，有 效地拓展和分 享学校与社会的优质资源。 利用物联网技术将校园中的教育 资源与对口企业的相关资源进行联通 ，使校企之间建立双向互 动、优势互补的战略伙伴关系。基于物联网的智慧校园能够为 多领域和跨区域智慧学习活动提供泛在的服务，为实现移动学 习提供有力的资源保障。 4 结束语 基于物联网的智慧校园具有科学化、人性化和智能化的特 点 ，它使课堂得到延伸，对于激发学生的积极探所精神 、培养 2 0 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 物联网技术在智慧校园建设中的应用宋承继 学生的创新意识与综合能力具有重要作用。智慧的教育教学环 境使学生能够更快捷地利用多种信息手段学习，有利于提高师 资水平 ，提升教育资源的利用率。智慧校园既有广阔的应用前 景又面l临许多的挑战，需要教育工作者不断学习新技术 ，创新 教学模式 ，因地制宜建设智慧的校园环境。 参考文献 1 贺志强 ， 庄君 明， 物联网在教育 中的应 用及发展趋势 J 】 现代远程教 育研究 ， 2 0 1 1 ( 0 3 ) 2 夏利玲 浅析物联 网的应用与发展 J 科技信息 2 0 1 1 ( 1 1 ) 3 潘小莉 物联网在教育中的应用 J 电子商务， 2 0 1 l ( 0 8 ) 4 】 贺志强， 庄君明 物联网在教育中的应用及 发展趋 势J 现代远程教育 研究， 2 0 1 1 ( 2 ) 5 关 辉 物联网在高校教学和管理中的应用探讨 J 软件导刊 ， 2 0 1 1 ( 1 1 ) 【 6 杨铁军 “ 数字校园” 智能化的探讨 J 】 长春师范学院学报( 自 然科学 版 ) ， 2 0 1 2 ( 3 ) 7 李 胜， 呼家龙等 R F I D智慧校园安防管理系统研究与应用 J 现代 教育技术， 2 0 1 3 ( 3 ) ( 上接第2 0 7页) 成员为 B =1 , 2 ， 凡 )，群成员对应为公钥 P = P ， g = e ( ， P ) =1 , 2 ， ；对任意签名消息 M e 0 ， l r，签名者 按如下步 骤计算： ， 随机选 取两个 随机数 e Z 和一 个 z 上 的多项 式F ( ： z + ； 计算 u = g ， - g B ( “ ， = H ( M) + r z P ， 5 = ) ； 输出签名 ， 。 ， ， ， ， ， ( 5 ) 当验证群收到( ， ， ， ， ， S ) ，假设 t 个群成员，不妨 设 ( 日 ， 曰 ， ， 参与验证过程，且在参与验证人中指定一个合 成者 ，具 体如下 ： 第 个 参 与 者 计 算 = = ： “ m ， 把 焉 发 送给合成者 ； 当 收 集 到 所 有 ， 计 算 ： I 1 囊 一 ： 毫 瓢 焉 ： 验证 S = ) ， e ( 尸 ， ) = e ( 尸 ， 日 ( 卢，都成立签名有效，否 则 ，签名无效 。 方案正确性可以类似3 2 ； 方案不可伪造性同上，副本可模拟也和上面类似 ，先计算 把 m p = 和 选 取 G ： 上 的 多 项 式 G m p # ， 计 算 = c ( O；输出签名 ( H ， O l ， ， ， 厅 ， H( t e m p ) ) ，显然也可以通 过 验证 ， ( “ ， 。 ， ， ， ， ) 和 ( ， ， 口 ， ， ， ， H( t e m p f1 ) ) 是 不可 区分的。 4 结束语 本文提出的指定验证方的门限验证签名方案有别于已有的 方案 ，不需要事先固定验证群 ，再让密钥分配中心指定群公 钥 ，对群私钥分片，最后通过安全方式把密钥分片发送给对应 的群成员。而是采用签名者在签名过程中临时指定验证群，更 适合经常有节点加入和删除的动态的网络环境。为了提高效率 21 0 和节省带宽，方案采用了短签名方式 ，因此，方案具有很好的 应用前景。 参考文献 1 J a k o b s s o n M， S a k o K， I mp a g l i a z z o R De s i g n a t e d v e ri fi e r p r o o f s a n d t h e i r a p p l i c a t i o n s AP r o c e d i n g s o f E u r -o c r y p t 9 6 ， L NC S 1 0 7 0 C Be r l i n ： S p r i n g e r - Ve r l a g，1 9 9 6 1 43 1 5 4 2 D a i J Z ，Y a n g XH，Do n g J XDe s i g n a t e d - r e c e i v e r p r o x y s i g n a t u r e s c h e me f o r e l e c t r o n i c c o mme r c e A P r o c e e d i n g s o f I E E E I n t e ma t i o n a l C o n f e r e n c e o n S y s t e ms ， Ma n a n d Cy b e me t i c s C Ne w Y o r k ： I EEE P r e s s ， 2 0 0 3 3 8 4 3 8 9 3 L a l S ， L i n D， Xu e R I D b a s e d d e s i gna t e d v e ri fi e r p r o x y s i g n a t u r e s J I E E P r o c e e d i n g s C o mmu n i c a t i o n s 2 0 0 5 ， 1 5 2 ( 6 ) ： 9 8 9 9 9 4 【 4 F L a g u i l l a u mi e ， D V e r g n a u d ， Mu l t i d e s i g n a t e d v e ri fi e r s s i gna t u r e s i n ： Pr o c o f I CI CS0 4 ，i n：Le c tur e No t e s i n Co mp u t S c i ， v o 1 3 2 6 9 ， S p r i n g e r , Be r l in， 2 00 4， P P 4 9 5 5 0 7 5 】陈伟东， 冯登果， 谭作文 指定验证方的门限验证签名方案及安全性 证 明【 J J ， 软件学报 ， 2 0 0 5 ， v o l 1 6 ( 1 1 ) ， 1 9 6 7 - 1 9 7 4 6 鲁荣波， 何大可， 王常吉 指定验证方的门限验证匿名代理签名方案 【 J 中国铁道科 学 ， v o 1 2 8 ( 2 ) ， 2 0 0 7 ， 1 1 0 - l l 4 7 、 u L Hs u C T h r e s h o l d S i g n a tur e S c h e me Us i n g S e l f _ c e mf i e d P u b l i c Ke y s J T h e J o u r n a l o f S y s t e ms a n d S o f t wa r e 6 7 ( 2 0 0 3 ) ， 8 9 - 9 7 8 Z h e n c h u an Ch a i Z h e n f u C a o ，Do n g Xi a o l e i E ffic i e n t I D b a s e d Mu l t i r e c e i v e r T hr e s h o l d De c r y p t i o n ， I n t e ma t -i o n a l J o u r n a l o f F o u n - d a t i o n s o f C o mp u t e r S c i e n c e J 2 0 0 7 V b l l 8 No 5 P 9 8 7 1 0 0 4 【 9 R S t e n f e l d ， L Bu l l ， H Wa n g ，J P i e p r z y k Un i v e r s a l d e s i g n a t e d v e r fi e r s i g n a t u r e s A Ad v a n c e d in As i a c r y p t 0 3 C B e r l i n ：S p r i n g e r - V e r l a g ， 2 0 0 3 5 2 3 5 4 2 【 1 0 Ga lb r a i t h S D， Ha r r i s o n K， S o l d e r a D I mp l e me n t i n g t h e T a t e P a i ri n g s A A NT S 2 0 0 2 ： L NCS 2 3 6 9 C b e r l i n g ： S p r i n g e r - V e r l a g ， 2 0 0 2 3 2 4 3 3 7 1 1 BO NE H D， F R ANKL I N M I d e n t i t y b a s e d E n c r y p t i o n f r o m We i l p a i r - i n g A Ad v a n c e s i n C r r y p t o g r a p h y - CR YP T 0 2 0 0 1 ， L NC S 2 1 3 9 C B e r - l i n： S p r i ng e r - Ve r l a g ， 2 0 01 21 3 2 2 9 1 2 Dan B o n e h ， B e n L y n n ， and Ho v a v S h a c h a m S h o rt s i g n a t u r e s fr o m t h e We i l p a i r i n g A】 I n P r o c e e d i n g s o f As i a c r y p t 2 0 0 1 ， v o l u me 2 2 4 8 o f L NCS C ， S p r i n g e r - V e r la g ， 2 0 0 1 ， 5 1 4 5 3 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m