1、互联网教育时代下基于物联网的智慧校园平台整体解决方案基互 物 体决育慧园“互联网+教育”时代下基于物联网应用的智慧校园平台整体解决方案第一章 前言 51 .1 概述 51 .2 建设基于一卡通的智慧校园 5第二章 总体设计 72 .1 总体业务流程 72 .2 关键技术应用 82 .2 .1 云计算架构的运用 82 .2 .2 面向服务的体系结构（SOA） 92 .2 .3 面向对象的组件技术 102 .2 .4 移动互联网技术 112 .2 .5 数据交换技术 112 .2 .6 非接触式 CPU 卡（M1 卡需要将此节删除） 112 .2 .7 定位技术 132 .3 参考规范 132 .
2、4 方案特点 142 .4 .1 信息推送 142 .4 .2 具有智慧的一卡通平台 162 .4 .3 基于教务系统的考勤管理 162 .4 .4 移动互联网 APP，玩转校园 162 .4 .5 大数据技术的应用 17第 1 页第 2 页3 .6 .3 原有系统整合 1093 .6 .4 第三方标准接口 1103 .6 .5 智慧校园公共服务接入扩展 1113 .7 安全保障体系 1113 .7 .1 安全体系框架 1113 .7 .2 安全保障设计 1123 .7 .3 安全管理 114术 语 和 符 号 说 明术语描述B/SBrows e r/S e rve r，浏览器/服务器结构C
3、/SC lie nt/S e rve r，客户机/服务器结构XMLe Xte ns ible Ma rkup La ng ua g e ，可扩展标记语言S OAPS imple Obje ct Acce s s P rotocol，简单对象访问协议We b S e rvice完成交换数据或集成的一种应用程序LDAPLig htwe ig ht Dire ctory Acce s s P rotocol，轻量目录访问协议UDDIUnive rs a l De s cription Dis cove ry a nd Inte g ra tion，一种目录服务IAASInfra s tructure
4、 a s a S e rvice ，基础设施即服务P AASP la tform a s a S e rvice ，平台即服务第 3 页S AASS oftwa re a s a s e rvice ，软件即服务S S OS ing le S ig n On，单点登录S OAS e rvice -Orie nte d Archite cture ，面向服务的体系结构AP IApplica tion P rog ra mming Inte rfa ce ，应用程序编程接口ES BEnte rpris e S e rvice Bus ，企业服务总线R BACR ole -Ba s e d Acce
5、 s s C ontrol，基于角色的访问控制AP PApplica tion，安装在手机上的软件GP SGloba l P os itioning S ys te m，全球定位系统GP R SGe ne ra l P a cke t R a dio S e rvice ，通用分组无线服务技术GISGe og ra phic Informa tion S ys te m，地理信息系统S DKS oftwa re De ve lopme nt Kit，软件开发工具包ETLExtra ct-Tra ns form-Loa d，用来描述将数据从来源端经过抽取（e xtra ct）、转换（tra ns
6、 form ）、加载（loa d）至 目的端的过程第 4 页第一章 前言1 .1 概述一卡通是智慧校园的重要组成部分，是基于物联网的主要应 用，是大数据分析的数据源，是智慧生活的具体表现形式。通过与数字化校园的 融合，使数字化校园获得了感知、判段、辨别、记忆等能力，让数字化校园拥有了智慧。这种智慧让师生可以通过一张卡片，快速 方便的使用校内的各种应用，实现智能身份识别、智慧交易、智慧能源监管、智慧管理和自助查询服务，同时也让学校现更加方便、高效的校园管理。一卡通适用于消费管理、考勤管理、水电管理、门禁管理、通道管理、停车场管理、巡更管理、访客管理、班车管理、会议签到等多种场景。它既可以用于电子
7、交易，也可用于身份识别，覆盖于校园，并延伸至金融服务；既可对接数字化校园平台，也可接入学校各个应用系统，共同组成智慧校园，为教育革命贡献自己的力量。1 .2 建设基于一卡通的智慧校园图： 基于一卡通的智慧校园智慧是一种高级的综合能力，包含有：感知、知识、记忆、理解、联想、情感、逻辑、辨别、计算、分析、判断、文化、中庸、包容、决定等多种能力。当第 5 页数字校园平台也具备这些能力时，将成为一个智慧的平台，形成智慧校园。一卡 通使数字化校园获得了感知、判段、辨别其它能力，让数字化升华为智慧化，建 设具有智慧的数字化校园必需基于具有智慧的一卡通。数字校园拥有了智慧，将 实现无处不在的网络学习、融合创
8、新的网络科研/教研、透明高效的校务治理、 丰富多彩的校园文化、方便周到的校园生活。第 6 页第二章 总体设计2 .1 总体业务流程开 始挂 失 补 卡 制 卡 中 心智 慧 金 融智 能 身 份 识 别自 助 服 务充 值 门 禁 自 助 查 询消 费 通 道 网 上 查 询自 助 缴 费出 入 口 控 制微 信 公 众 号考 勤退 卡数 据 交 互大 数 据 分 析结 束图：总体业务流程图智慧校园一卡通平台的业务范围包括校园智慧交易、智能身份识别、节能监 管和自助服务，从师生取得代表身份的校园卡开始，即可享受一卡通所带来的服 务。平台将收集这些过程中的所有数据信息，用户可随时通过自助服务、移
9、动终 端查询统计，同时系统将进行大数据处理，让学校获得更有价值的结果，实现大 数据的应用。第 7 页解 决 方 案2 .2 关键技术应用2 .2 .1 云计算架构的运用构建基于云架构的智慧校园一卡通平台，形成信息集中共享，业务分散处理的基于云的三层应用框架。图： 云计算平台框架（1）云计算服务构建云计算基础环境，实现 Paa S，向智慧校园一卡通平台提供按需的、可扩展的弹性计算环境。（2）云数据服务建立统一的数据存储、处理中心，数据中心智慧校园一卡通所有数据的集中存储、更新、备份、 维护、数据的分类和检索等。建立数据交换中心，保证智慧校园一卡通与数字化校园平台及各应用管理系统之间的数据的同步和
10、及时更新。建立全面的、统一的人员和基础数据的基本信息库。（3）云存储服务为智慧校园一卡通提供云存储服务8/115SAAS图：智慧校园一卡通云平台架构2 .2 .2 面向服务的体系结构（S OA）面向服务的体系结构（Ser vi ce- Or i ent ed Ar chi t ect ur e，SOA）是一个组件 模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的 接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它独立于实现服务的 硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以 一种统一和通用的方式进行交互。这种具有中立的接口定义（没有强制绑定到
11、特定的实现上）的特征称为服务 之间的松耦合。松耦合系统的好处有两点：一点是它的灵活性，另一点是当组成 整个应用程序的每个服务的内部结构和实现逐渐地发生改变时，它能够继续存在。 而另一方面，紧耦合意味着应用程序的不同组件之间的接口与其功能和结构是紧 密相连的，因而当需要对部分或整个应用程业务级别、业务重点、合作伙伴关系、 行业地位以及其他与业务有关的因素序进行某种形式的更改时，它们就显得非常 脆弱。对松耦合系统的需要，来源于业务应用程序需要根据业务的需要变得更加灵 活，以适应不断变化的环境。比如经常改变的政策、，这些因素甚至会影响业务第 9 页的性质。我们称能够灵活地适应环境变化的业务为按需（o
12、n De ma nd）业务，在 按需业务中，一旦需要，就可以对完成或执行任务的方式进行必要的更改。虽然面向服务的体系结构不是一个新鲜事物，但它却是更传统的面向对象的 模型的替代模型，面向对象的模型是紧耦合的，已经存在二十多年了。虽然基于 SOA 的系统并不排除使用面向对象的设计来构建单个服务，但是其整体设计却是 面向服务的。由于它考虑到了系统内的对象，所以, 虽然 SOA 是基于对象的，但 是作为一个整体，它却不是面向对象的。不同之处在于接口本身。SOA 系统原型 的一个典型例子是通用对象请求代理体系结构（Common Obj ect Re ques t Br oker Ar chi t ec
13、t ur e，CORBA），它已经出现很长时间了，其定义的概念与 SOA 相似。然而，现在的 SOA 已经有所不同了，因为它依赖于一些更新的进展，这些 进展是以可扩展标记语言（e Xt ens i bl e Ma r kup Language，XML）为基础的。通 过使用基于 XML 的语言（称为 We b 服务描述语言（We b Ser vi ces De f i ni t i on Language，WSDL）来描述接口，服务已经转到更动态且更灵活的接口系统中， 非以前 CORBA 中的接口描述语言（I nt er f ace De f i ni t i on Language，I DL）
14、可 比了。对 SOA 的需要，来源于需要使业务 I T 系统变得更加灵活，以适应业务中的 改变。通过允许强定义的关系和依然灵活的特定实现，I T 系统既可以利用现有 系统的功能，又可以准备在以后做一些改变来满足它们之间交互的需要。SOA 技术由于其前所未有的信息系统整合与自动协同能力，成为继互联网以 来又一个革命性的技术，将会把目前基于 WEB/互联网的知识经济推进到一个前 所未有的新阶段。2 .2 .3 面向对象的组件技术软件编程由依赖于特定单机从头到尾编写，到依赖于操作系统，发展到面向 对象的组件技术。面向对象的组件技术是一种完全独立于硬件和操作系统的开发 环境，着重于开发构成应用程序“业
15、务对象”的可重复使用的组件，利用这些组 件，像搭积木一样的建立分布式应用程序。面向对象的组件技术在异构分布环境第 10 页下为不同机器上的应用提供了互操作性，并无缝地集成了多种对 象系统；另一方面，大大加快了软件开发的速度， 降低了软件开发和再开发的成本。系统的主要“应用逻辑”由组件构成。以组件技术为导向的 组织架构提供了系统良好的可伸缩性，使系统轻易地组合与拆分其功能模块。2 .2 .4 移动互联网技术应用移动互联网技术为用户提供支持 I OS 和 Andr oi d 的移动应用 APP，以及微信公众号，为教师、学生、家长、商家、领导和教育工作者提供移动查询、充值缴费等服务。2 .2 .5
16、数据交换技术中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件 借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户机/服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通讯。是连接两个 独立应用程序或独立系统的软件。相连接的系统，即使它们具有不同的接口，但通过中间件相互之间仍能交换信息。执行中间件的一个关键途径是信息传递。 通过中间件，应用程序可以工作于多平台或 OS环境。图：数据交换中间件技术示意图2 .2 .6 非接触式 CP U 卡（M1 卡需要将此节删除）CPU卡采用的是基于 PBOC2. 0/PBOC3. 0 规范的非接触式 CPU卡，非接触式 CPU卡是指芯片内含有一个微处理器，它的功
17、能相当于一台微型计算机。CPU卡内集成电路中包括中央处理器( CPU) 、 只读存储器( ROM) 、随机存取存储器( RAM) 、电可擦除可编程只读存储器( EEPROM) 等主要部分，犹如一台超小型 电脑。具有信息第 11 页量大、防伪安全性高、可脱机作业，可多功能开发等优点。CPU卡采用强大而稳 定的安全控制器，增强了卡片的安全性，而非接触传输接口又能满足快速交易的 要求( 如快速小额支付的应用) 。CPU卡采用了多种芯片级防攻击手段，基本上不 可伪造；CPU卡所特有的内外部认证机制以及以金融 I C 卡规范为代表的专用认 证机制，能够完全保证交易的合法性；在认证和交易过程中，CPU密钥
18、是不在线 路上以明文出现的，它每次的送出都是经过随机数加密的，而且因为有随机数的 参加，确保每次传输的内容不同，保证了交易的安全性。在认证和交易过程中所 使用的密钥都是在安全的发卡环境中产生并密文安装到 SAM卡和用户卡中，整个 过程密钥不外露。CPU卡的应用防火墙功能可以保障同一张卡中不同应用的安全 独立性。对安全性要求较高的金融行业都以 CPU卡作为下一代银行卡的标准。采 用 CPU卡可以杜绝伪造卡、伪造终端、伪造交易，最终保证了系统的安全性。同 时 CPU卡的大容量存储空间又可以满足预期的大金额消费应用所要求的更多客 户信息的存储。而这时安全就不仅仅是存储在卡内的电子货币的安全，还包括个
19、 人信息的安全，非接触式 CPU卡的安全机制可以为此提供良好的保障。CPU卡与 M1 卡对比CPU 卡M1操 作 系 统带 有 COS 系 统无 COS 系 统硬 件 加 密 模 块硬 件 运 算 模 块无 实 现 算 法 的 硬 件 加 密 模 块算 法 支 持国 密 算 法 （ S M1 ）厂 家 专 用 不 公 开 算 法 ， 不 支 持 国 密密 钥 长 度16 字 节6 字 节交 易 安 全 性钱 包 不 可 被 非 法 访 问 ； 与 PSAM之 间 严 格 双 向 认 证 流 程 ； 交 易 自 动 形 成 不 可 抵 赖 的 TAC 码口 令 保 护 钱 包 ， 不 校 验 口
20、 令 错 误 次 数 ； 口 令 更 换 是 明 文 可 被 截 获 ， 卡 片 不 能 验 证 设 备 合 法 性终 端 安 全 性采 用 动 态 密 钥 ， 密 钥 存 储 、 交 易 验 证 与 加 密 计 算 都 由 SAM卡 独 立 完 成 ， 安 全 有 保 障采 用 固 定 密 钥 ， 不 支 持 SAM卡 双 向 认 证多 应 用支 持 多 应 用 ， 应 用 之 间 独 立 ； 每 个 应 用 的 COS 、容 量 、功 能 可 自 行 定 义 ， 可 完 全 不 同 ， 支 持 多 种 认简 单 支 持 多 应 用 ， 应 用 数 量 与 每 个 应 用 容 量 有 限第
21、12 页证 方 式容 量4 Kby t e s 80 Kby t e s1 K/ 4 Kby t e s空 间 分 配文 件 方 式 ， 任 意 大 小 自 由 分 配 ， 并 可 灵 活 设 置 访 问 条 件扇 区 方 式 ， 每 区 域 64 Kby t e s ， 会 造 成 空 间 浪 费数 据 完 整 性支 持 断 电 保 护 和 防 插 拔 处 理 ， 由 COS 保 证 数 据 完 整 性不 支 持 断 电 保 护 ， 需 要 人 为 备 份 和 恢 复 机 制通 信 速 率106 Kbps ， 最 高 可 达 847 Kbps106 Kbps由于 CPU卡具有以上无可比拟的优
22、点，非常适用于电子钱包、电子存折、公 路自动收费系统、公共汽车自动售票系统、社会保障系统、I C 卡加油系统、安 全门禁等等众多的应用领域。非接触 CPU卡将逐步取代逻辑加密卡而成为 I C 卡 的主要选型。在 M1 卡被破解的形势下，采用 CPU卡取代 M1 卡是解决 M1 卡危机 的最终解决方案。2 .2 .7 定位技术手机定位技术是指利用 GPS 定位技术或者基站定位技术对手机进行定位的 一种技术。基于 GPS 的定位方式是利用手机上的 GPS 定位模块将自己的位置信号 发送到定位后台来实现手机定位的。基站定位则是利用基站对手机的距离的测算 距离来确定手机位置的。后者不需要手机具有 GP
23、S 定位能力，但是精度很大程度 依赖于基站的密度。前者定位精度较高。此外还有利用 Wi f i 在小范围内定位的 方式。2 .3 参考规范为满足学校要求，保证智慧校园一卡通系统的先进性、实用性、安全性和扩 展性，在系统设计过程中应详细参考国内外的相关标准，技术上严格遵守国际、 国内标准。应用规划上以教育信息化标准、中国教育集成电路 I C 卡规范 和中国金融集成电路（I C）卡规范为指南，在符合其规范的前提下，保证系 统的灵活性和实用性。主要设计参考资料如下：( 1) 国际综合布线标准I SO/I EC11801第 13 页( 2) 民用建筑电气设计规范J GJ /T16- 92( 3) 中华
24、人民共和国安全防范行业标准GA/T74- 94( 4) 中华人民共和国公共安全行业标准GA/T70- 94( 5) 监控系统工程技术规范GB/50198- 9( 6) 智能建筑设计标准（ GB/T50314- 2000）( 7) 建筑设计防火规范（ GB16- 87）( 8) 建筑内部装修设计防火规范（GB50222- 95）( 9) 建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范（GB50311 - 2000）( 10) 建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范（GB5031 2- 2000）( 11) 智能建筑工程质量验收规范（GB50339- 2003）( 13) 安全防范工程程序与要求（GA/T75
25、- 94）( 14) 安全防范系统通用图形符号（GA/T74- 2000）( 15) 安全防范报警设备安全要求和试验方法（GB16796- 1997）( 16) 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范（GB/T50169）2 .4 方案特点2 .4 .1 信息推送第 14 页平台实现了与手机 APP、微信公众号和家校通/校讯通等系统的数据推送， 能将学生消费信息、上课考勤信息、进/离校等信息即时推送给家长。让家长实 时关心子女的学习、生活状况。第 15 页解 决 方 案2 .4 .2 具有智慧的一卡通平台一卡通使数字化校园获得了感知、判段、辨别其它能力，让数字化升华为智慧化，建设具有智慧的数字
26、化校园必需基于具 有智慧的一卡通。数字校园拥有了智慧，将实现无处不在的网络学习、融合创新的网络科研/教研、透明高效的校务治理、丰富 多彩的校园文化、方便周到的校园生活。2 .4 .3 基于教务系统的考勤管理采用基于教务课表的考勤管理理念，通过从教务系统接入的课表数据，完成对师生考勤规则的定义。通过进行身份验证并 完成对教师办公、师生教室上课情况的采集、统计和分析。实施基于教务课表的考勤管理系统有效帮助学校管理和优化教学资 源，提高教学质量，完善教学制度等管理工作。2 .4 .4 移动互联网 AP P ，玩转校园利用移动互联网技术，搭建支持手机和平板电脑的移动访问终端的 APP 应用程序，学生和
27、老师可以安装该 APP 到手机或平 板电脑上，即可享受该 APP 为用户提供的移动服务。该 APP 满足我校学子从入学到毕业不同阶段的需求，提供丰富的掌上应用， 集学习、生活、交友、娱乐、消费、求职于一体。它与学校现有的校园一卡通系统进行无缝对接，实现学生校园门禁，食堂、 超市消费等应用场景，并可通过 APP 进行缴纳水电费、消费记录查询、自助挂失等操作。16/1152 .4 .5 大数据技术的应用利用数字化校园的成果，将智慧校园平台中的智慧管理、智慧学习、智慧生活和智慧一卡通的相关进行集中采集和处理，再建立适合的大数据分析方法，对学校的大数据进行分析、处理、挖掘，形成教学质量评估、教师教学能
28、力分析、个性化教学分析、学习行为分析、勤工助学分析、舆论分析等多种应用分析结果，以实现改善教学环境、提高教学质量的目标。2 .4 .6 多媒介结合使用在学校应用环境中，以 I C 卡为主要媒介，同时兼容各类生物识别方式，并支持卡与生物识别的组合识别方式。第 17 页2 .4 .7 消除“信息孤岛”为用户提供身份整合、数据整合服务，同原有数字化校园平台和各应用系统提供标准接口，实现统一身份认证，统一共享数据，消除“信息孤岛”。第 18 页第三章 详细设计第 三 方 标 准 接 口图：总体功能框架第 19 页解 决 方 案3 .1 综合管理平台3 .1 .1 概述综合管理平台是整个系统的基础支撑。
29、它由三大中心、三大 管理服务和数据采集服务组成，完成对系统应用的基础数据管理、基础设置、设备管理、结算管理、制卡管理、权限管理、密钥管理、系统监控和数据采集。是一卡通系统正常有序运行的基础支撑平台。3 .1 .2 功能体系综合管理平台管 理 中 心结 算 中 心制 卡 中 心权 限 管 理 系 统密 钥 管 理 系 统伺 服 监 管 服 务 系 统采 集 服 务20/115图：综合管理平台功能结构图3 .1 .2 .1 中心管理平台3 .1 .2 .1 .1 概 述管理中心是对智慧校园一卡通平台基础信息和基础设置的管理。包括新闻中心、商户中心、人事中心、平台管理、餐类设备、卡类设置、营业员管理、操作员管理、社团管理、补助设置和数据管理等。3 .1 .2 .1 .2 功 能 描 述（1） 新闻中心：包括通知公告、系统公告、用户新闻、企业新 闻、部门新闻、商户新闻等信息的编辑发布。（2） 商户中心：对商户信息的管理、商户账户的管理、商户交易明细和商户资金汇总的查询打印。（3） 人事中心：对人事信息进 行管理，包括状态、批次、职务、部门、用户，并可根据需要进行自定义扩展。一卡通
