高校物联网建设挑战与思考

 伴随信息技术的迭代更新,物联网在高校的应用现状如何?部署过程中面临哪些挑战,该如何解决?校园物联网应用又肩负着哪些使命?针对这些问题,近日我们采访了相关人士。

  探索中求发展

  “当前物联网在高校的应用仍处于探索发展阶段,但已逐渐出现感知设备智能化、物联接入专网化、资源整合平台化、物联业务支撑标准化、业务应用智慧化等趋势。”西安交通大学网络信息中心主任锁志海表示,物联网在高校的应用场景涵盖教学、后勤、资产及安保等众多业务领域。例如,课堂教学中的互动传感、后勤能源中的远传计量、资产管理中的RFID标识、校园安保中的人体感应等。

  江南大学网络及基础设施科科长赵让表示,当前高校物联网应用可以说是“苔花如米小,也学牡丹开”,即校园物联网应用虽然不如信息系统建设、数据存储等传统信息化应用那般火热,但整体发展态势向好。

  目前高校物联网主要应用于能源监管、校园智能卡、安防消防和楼宇自控等。但由于后三者相对比较传统且架构差异较大,而能源监管系统的架构比较符合物联网层次模型,争议较少,成为高校开展较为广泛的物联网应用。

  江南大学物联网主要应用于能源监管方面,自2006年开始,学校就自主设计、研发了国内高校首个基于物联网架构的数字化能源监管平台。

  赵让感慨地说:“这些年来,我们持续探索,虽然步履蹒跚,但能取得今天的成就,也倍感欣慰!印象最深的是,2008年我们刚开始做学生宿舍能源管理时,市面上找不到一款能够满足我们需求的电表。当时,我们对这款电表的功能要求比较多,即具备计费功能,能定单价、改单价,具有计免费额度的功能,并且要对宿舍用电进行功率控制,还能进行恶性负载的识别等。最后,我们主动出击,找到电表厂家,在经过协商之后,厂家最终根据我们的要求定制了一款电表。这款电表后来在高校的使用效果很好,成功更新了国内高校学生宿舍电费管理模式。”

  可见,高校物联网应用场景广泛,可部署的业务领域众多。目前大部分高校物联网应用仍处于探索发展阶段,对于正在行动或观望的高校而言,物联网部署的注意事项则成为众多信息化工作者研究的重点课题。

  抓住“三个”注意事项

  物联网技术虽然能够使智慧校园更加智能,但也不能急于求成、生搬硬套,专家表示,应从以下五个角度慎重考虑:

  第一,是否具备物理部署条件和足够成本?

  锁志海表示,在物联网建设中,为了保证通讯质量,对感知实时性要求较高的业务(如实时控制),应尽量采用有线接入的方式;对于实时性要求不高的业务(如计量监测类等),若不具备有线接入条件,可考虑采用无线接入方式。对此,赵让做了进一步补充,即在组网及通信方式上,能用有线就不要用无线,能用以太网(TCP/IP)就不要用其他,能用校园网就不要自建网络。同时,物联网应用由于牵涉到大量硬件和施工,成本相较于软件系统建设要高许多。

  第二,是否考虑技术成熟度和足够扩容能力?

  “相较于传统的信息管理系统,物联网应用出现较晚,技术还处于快速发展和迭代阶段,不同应用之间的技术路线差异较大。”赵让表示,很多高校信息化中心精通网络、软件的人很多,但精通物联网的人很少。对于物联网系统不熟悉,就会导致建设的积极性不高,平时工作中对物联网建设的主动思考和工作规划也会较少。

  锁志海指出,校园物联网建设是一项长期持续性工作,若在建设之初未考虑后续的协议扩展与数量扩容,将极大地制约后续建设工作的开展。因此,校园物联网建设前应结合当前及后续可能出现的应用场景,制定包含后续发展的建设方案,并在实际建设中考虑一定的接入数量、带宽、设备供电等方面的冗余。

  第三,是否支持分步建设、逐步集成?

  锁志海表示,校园物联网建设作为一项长期持续性工作,可考虑采用“小步快跑”的建设方式,分业务领域、分楼宇逐步推进,同时考虑后续的逐步集成,尽量避免碎片化建设导致业务发展又回到“烟囱式”上来。

  难关不再难

  针对当前的建设现状,专家指出,校园物联网应用部署面临如下四项挑战:

  首先,技术标准难以统一与协调。

  锁志海表示,虽然目前物联网已有部分业界标准与规范,但尚未完全覆盖。校园物联网感知层不同的设备有不同的接口、不同的协议,产生的数据多源异构,对统一集成带来困难。校园物联网传输层也可能由于缺乏统筹,各类物联分项使用的网络类型不同,存在不同的网络协议,对统一承载带来困难。

  针对物联网传输层,西安交通大学在国内高校首创“四网融合”,将“有线网、无线网、物联网、运营商5G”统一使用一张物理网承载,采用VXLAN虚拟机化技术进行逻辑隔离,通过构筑的一张校园物联网实现物联传输层的集约化和标准化。同时,赵让也指出,由于校园物联网缺乏统一的标准,导致通用性不强,建设和运维成本高,不利于项目的可持续发展。

  其次,业务应用开发“烟囱式”。

  锁志海表示,校园物联网应用层由于开发技术标准不一、涉及业务领域的不同而存在不同的体系架构,难以统一管理。如果未考虑统一的管理平台,就会出现大量重复建设工作和数据冗余,造成资源浪费。

  西安交通大学制定了“物联网应用开发方法与规范”,引导各类业务应用借助物联网平台提供的标准化北向数据与服务支撑能力进行快速构建。

  一方面由物联网平台保证了基础感知数据采集、传输及储存的实时性和准确性,另一方面物联网平台实现了全校大量传感器资源和物联网数据的共享和重用及跨业务的互联、互通、互操作,新建业务应用可复用物联网平台已有的能力,减少感知层、传输层及部分应用层基础功能的重复性建设。以上工作使得校园物联应用开发从“烟囱式”逐步过渡到“水平式”上来。

  校园网的体系架构虽然已趋于成熟,有各类安全措施和管理制度保障,但依旧存在各种安全隐患,如敏感信息泄露、感染挖矿病毒,甚至重要信息被加密遭到勒索等安全事故。

  锁志海表示,校园物联网在近些年才被广泛应用,安防体系仍未成熟,因而安全问题更加突出。

  一是绝大多数传感设备暴露在外,存在较高非法侵入风险;二是传感数据往往包含用户位置、行为、习惯和偏好等信息,若被非法获取,将可能对师生的个人隐私造成较大损失;三是若设计建成的物联网平台纳入了较多重要业务管理功能、存储了海量传感数据,其自身出现安全隐患将可能对业务管理带来重大损失。

  对此,西安交通大学一是建立健全管理制度,即参与物联网建设的厂商必须签署具有法律效力的保密协议,使用数据的单位需要经过申请、审批并通过审核后方可对接使用;二是完善技术保障措施,“西安交通大学物联网平台”从南向感知设备接入、物联数据传输、物联数据存储到数据的北向输出服务,全过程都有安全保障措施。

  最后,投资绩效评估困难。

  锁志海表示,物联网快速发展和大规模应用虽然得到国家政策扶持,也能提高业务运行管理的精准性与便捷性,有效改善用户的使用体验。但不可否认的是,物联网建设投资成本较高且需持续进行,如何针对物联网对生产业务效益的提升作出准确评估以指导后续发展规划,也是目前面临的挑战。

  西安交通大学在物联网平台建设之前开展了广泛的兄弟院校建设情况调研,并与众多知名信息化建设企业多次研讨,结合学校的业务特点,制定了“物联网建设顶层规划与实施方案”。并以此为依据,遵循“小范围示范到全校推广”“粗粒度到精细化”,由点及面、稳步推进的原则,分业务领域、分区域、分期开展建设。

  每一期建成后,学校采用量化绩效评估指标体系,针对物联网在学校教育教学科研、后勤资产管理业务开展、师生满意度等维度的效益进行科学评估,以决定是否推动下一步建设,保证每期建设的合理性,避免建设资金的浪费。

  教育物联网的未来使命

  当前物联网技术的应用为教育教学高质量发展拓宽了路径,开辟了新的渠道。面向未来,锁志海认为,物联网技术在高校的应用主要集中在三个方面:

  第一,物联网技术可作为提升教育教学的方法和手段,例如利用物联传感技术、增强现实技术、虚拟现实技术等使得复杂的学习内容可感知、可量化,并进行可视化呈现与展示;

  第二,物联网技术可助力教育教学不断优化提升,例如通过采集刷卡消费、考勤、人脸识别等物联传感数据实时跟踪课堂到课率、未到课学生去向,以及学生对课堂讲授内容现场反馈情况,推动因材施教理念的落地实施;

  第三,物联网技术可改进教学质量评价、督导与帮扶体系,例如通过物联技术应用,采集学生在校期间学习生活的全过程状态数据,做到课堂状态智能分析、课程反馈定量评估等,实现教学质量评价科学化、课程督导精准化、学生个性帮扶主动化。

  他表示,西安交通大学物联网下一步建设将围绕学校“十四五”信息化规划开展,坚持发现问题、确立目标、制定方案、实施建设、评价结果全过程统筹推进,坚持技术与管理机制创新,发挥物联网在学校智慧校园建设中的重要支撑作用,驱动更多的智慧应用开花结果,扶持更多的教育新理念生根发芽。

  总之,物联网技术有助于提升校园管理能力和治理水平,能够有效提升师生学习、生活体验,是打造孪生校园的必由之路。未来,校园物联网与人工智能、大数据等技术将逐渐融合,校园“万物互联”将不再是梦。

资料来源:中国教科网