□紀明明 劉禮文 陳明武 唐桂林

物聯(lián)網(wǎng)是以Internet為基礎的拓展和延伸，它是Internet對網(wǎng)絡中物體控制的發(fā)展方向，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的換代網(wǎng)絡，既能提供互聯(lián)網(wǎng)的全部功能和服務，又能兼容原來的Internet，還能實現(xiàn)萬物的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)是真實的，而Internet是虛擬網(wǎng)絡。希望打造一個隨時都可以收集物體所有數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡世界，物聯(lián)網(wǎng)通過射頻識別設備、傳感器、GPS定位設備、等信息傳感設備，按照既定的協(xié)議，把網(wǎng)絡中的物品與Internet連接起來，進行信息交換和收集，從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡中的物品的識別、定位跟蹤、和監(jiān)管的一種智能化網(wǎng)絡。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個重要分支。全稱為：Narrow Band Internet of Things，簡稱：NB-IOT，窄帶物聯(lián)網(wǎng)是基于蜂窩網(wǎng)絡通信，只要消耗極小的帶寬，就可以直接實現(xiàn)基于GSM或基于LTE的網(wǎng)絡部署，設備的部署成本能夠得到極大的降低、同時還可以能夠實現(xiàn)平滑升級。窄帶物聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個新興技術，窄帶物聯(lián)網(wǎng)支持超低功耗設備的蜂窩數(shù)據(jù)連接廣域網(wǎng)。

一、窄帶物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應用

窄帶物聯(lián)網(wǎng)的構架體系一般而言，窄帶物聯(lián)網(wǎng)主要應用在智慧校園的三個要應用層面，通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備和智慧校園管理系統(tǒng)的軟硬件有機結合，組成窄帶物聯(lián)網(wǎng)智慧校園管理平臺，通過對智慧校園的三個層面的精確控制管理，將智慧校園進行整合，將窄帶物聯(lián)網(wǎng)真正處于智慧校園的核心，為智慧校園的運營提供強勁動力。

(一)智慧校園的全面感知。窄帶物聯(lián)網(wǎng)通過遍布在校園各個角落和物體上的各種各樣的傳感器，以及由它們組成的無線傳感網(wǎng)絡，來感知整個校園區(qū)域。感知層主要的任務是對各種校園信息進行搜集和感知，如通過傳感器測量校園周邊環(huán)境，如溫濕度、光照強度、PM2.5濃度，噪聲強度等，為校園營造一個良好工作學習環(huán)境，對校園資產設備運行狀態(tài)進行二十四小時監(jiān)控，以達到對校園資產運維的精確管控。通過無線通信網(wǎng)絡與因特網(wǎng)的融合網(wǎng)絡，實時準確地將獲取的海量校園信息上傳到智慧校園管理平臺，充分利用云計算和大數(shù)據(jù)技術對海量的校園信息進行分類、數(shù)據(jù)聚合和智能處理，感知層是智慧校園的基礎。

(二)智慧校園的網(wǎng)絡層。智慧校園的網(wǎng)絡層主要是通過移動通信網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)等基礎的網(wǎng)絡設施，對來自校園感知層的海量數(shù)據(jù)信息進行傳輸和接入，以實現(xiàn)對校園信息的傳輸功能，網(wǎng)絡層主要采用能夠接入各種異構網(wǎng)絡的設備，如接入移動通信網(wǎng)網(wǎng)關、接入Internet網(wǎng)關等，由于這類設備都具有比較強的硬件支撐能力，可以采用相對比較復雜的協(xié)議進行設計。

(三)智慧校園的應用服務層。根據(jù)智慧校園不同應用場景和不同設備的需求，感知層的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡層傳遞到智慧校園的應用服務層，需要對獲得的海量數(shù)據(jù)進行智能分析和處理，通過采用不同的數(shù)據(jù)處理邏輯，對傳遞來的數(shù)據(jù)進行分類、過濾、刪除冗余數(shù)據(jù)、定位丟失數(shù)據(jù)，然后對處理過后的質量比較高的數(shù)據(jù)進一步進行數(shù)據(jù)挖掘，即從數(shù)據(jù)庫或者信息庫中的大量數(shù)據(jù)中獲得有效、潛在有效、新穎的最終可理解的模式，將獲得的有效數(shù)據(jù)通過與同期歷史數(shù)據(jù)進行比較，與目前的校園環(huán)境結合起來，通過數(shù)據(jù)與應用場景的有效關聯(lián)，針對智慧校園的特點，如固定資產的監(jiān)管、教學軟件系統(tǒng)的運行狀態(tài)等，可以采用風險分級預警的運行模式，提前制定應急預案，把預警信息實時地上傳到管理平臺，實現(xiàn)即時的業(yè)務反饋和控制，利用仿真將應急預案進行優(yōu)化，以提供更好的決策依據(jù)。

二、智慧校園的物聯(lián)網(wǎng)應用場景

智慧校園中有很多應用物聯(lián)網(wǎng)的場景，包括能源管控、資產管理、安全監(jiān)控等。

(一)智慧校園資產管理。通過物聯(lián)網(wǎng)電子標簽綁定的的校園資產，應用在資產的采購、出庫、入庫、以及資產盤點的各個環(huán)節(jié)，節(jié)省了大量的人工統(tǒng)計、管理成本，管理效率非常高。

(二)智慧校園能源管控。校園作為能耗大戶，對于水、電、天然氣需求巨大，傳統(tǒng)的人工抄表，損壞保修的管理模式已經(jīng)不再適合，通過引入接入物聯(lián)網(wǎng)的智能水表、電表和天然氣表，能夠對校園的實施能耗進行掌握，對水電氣的泄漏事故可以實時的進行維護，最大程度的保障校園中師生的人身安全，同時也避免了能源的浪費。

通過對智慧校園感知層、智慧校園的網(wǎng)絡層以及智慧校園的應用服務層的有效整合，提升智慧校園的運營效率，深化業(yè)務創(chuàng)新模式、降低業(yè)務運行成本，從而實現(xiàn)感知、分析和響應及時感知的一體化物聯(lián)網(wǎng)運行模式。

三、智慧校園建設中面臨的主要問題

基于物聯(lián)網(wǎng)建設的智慧校園面臨的問題，例如我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起步較晚，現(xiàn)在仍然處于初期發(fā)展階段，物聯(lián)網(wǎng)的技術標準體系不完備，制度建設尚未開始，因此在智慧校園建設中面臨的主要問題有以下幾方面。

(一)數(shù)據(jù)傳輸問題。成本問題作為基于物聯(lián)網(wǎng)建設的智慧校園建設的首要問題，由于智慧校園建設院校包含的對象種類繁多，各個種類的對象的信息感知復雜程度千差萬別，因此如果采用使用單一的感知技術，以滿足高感知需求的對象作為建設基礎，不僅會造成感知成本的浪費，而且會造成信息數(shù)據(jù)的大量冗余，因此需要運用多種感知技術，根據(jù)不同對象的感知需求，采用針對性的感知技術，做到量體裁衣，在滿足感知需求的同時又盡量節(jié)約感知成本。多種感知技術的綜合應用，不同設備網(wǎng)絡的標準迥異，互不兼容，數(shù)據(jù)格式標準不一，迫切地需要一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸技術。

(二)能耗問題。物聯(lián)網(wǎng)設備的續(xù)航問題隨著物聯(lián)網(wǎng)新技術發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量激增變的越來越引起關注。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)設備對于電池的需求量越來越大，全球每年消耗的電池數(shù)量高達數(shù)十億顆，數(shù)量龐大的廢棄電池會嚴重污染環(huán)境?；谖锫?lián)網(wǎng)建設的智慧校園物聯(lián)網(wǎng)設備眾多，對電池的需求巨大，因此如何保障設備續(xù)航的同時提前解決電池污染問題、迫切需要采用超低耗能設備技術的設備應用和升級。

四、窄帶物聯(lián)網(wǎng)的技術特點

基于物聯(lián)網(wǎng)建設的智慧校園中包括有以下技術特點需求的設備。一是設備固定，無需移動，極小上行數(shù)據(jù)量，對傳輸時延較為遲鈍；二是設備移動性較強，切換頻繁，極小上行小數(shù)據(jù)量。

采用基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園可以完全解決智慧校園建設的主要問題，窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備功耗低、待機時間長，能夠支持對高網(wǎng)絡連接設備的高效連接，能夠提供全面的室內蜂窩數(shù)據(jù)覆蓋連接。窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備電池壽命超長，部分設備甚至可以達到10年甚至更長。

(一)支持設備的海量接入。如在統(tǒng)一基站的狀態(tài)下，同比與現(xiàn)有技術，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術能夠提供超過50倍的設備接入數(shù)量，最大能夠支持100倍左右的設備接入能力。其中一個扇區(qū)就能提供高達十萬的設備接入支持，并且能夠滿足對于延時低敏感，設備成本極低，設備能耗極小以及更加優(yōu)化的架構網(wǎng)絡，而且隨著現(xiàn)有窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展和進步，在不遠的將來，整合進入物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的設備會越來越多，需要預留出足夠的設備連接能力為日后的迅猛發(fā)展提供更加廣闊的空間，因此完全能夠智慧校園的海量設備接入需求。

(二)超強的網(wǎng)絡覆蓋能力。窄帶物聯(lián)網(wǎng)具有強大的覆蓋力，以校園教室室內信號覆蓋強度為例，相比于傳統(tǒng)的LTE網(wǎng)絡，窄帶物聯(lián)網(wǎng)能夠在其基礎之上增加約20dB的增益，這就相當于將原有的網(wǎng)絡覆蓋能力直接提高了一百倍左右，以校園學生宿舍中的水表為例，即使水表處在水井蓋之下，絲毫不會影響設備信號的傳輸，在中國學生眾多，一般校園面積都比較大，因此設備對于網(wǎng)絡覆蓋能力要求特別高，無論是在人頭攢動的教室，還是在學生稀少的操場，對于超強的網(wǎng)絡覆蓋能力的需求都是無處不在的。

(三)極低的設備能耗。物聯(lián)網(wǎng)設備的功耗作為決定物聯(lián)網(wǎng)應用的重要指標之一，窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備功耗極小，這是由于窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備的工作特點決定的，窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備工作于較小傳輸速率，較小的數(shù)據(jù)量傳輸，正是由于窄帶物聯(lián)網(wǎng)對傳輸速率的低要求，才有了設備的低功耗。并且窄帶物聯(lián)網(wǎng)簡化了傳輸協(xié)議，通過更加優(yōu)化的網(wǎng)絡組網(wǎng)設計，在很大程度上更加了窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備的待機時間，因此窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備功耗極小，窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備才能具有更長的續(xù)航時間，可以大幅降低校園的設備能耗，節(jié)能減排。

(四)低成本。超低的設備制造成本，使得窄帶物聯(lián)網(wǎng)具有極大應用前景。每一項新技術的應用，設備成本的高低是直接決定技術能否快速應用先決條件，窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備的通信模組成本作為設備主要成本，其制造成本極低，目前一個通信模組的成本不高于30元，并且呈快速下降的趨勢，這對于窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備的批量采購十分有利，并且依據(jù)行業(yè)發(fā)展規(guī)律，三年左右的時間，其通信模組的制造成本能降低到6元以內。這對于目前智慧校園建設中面臨的設備采購資金緊張問題，能夠的到很好的解決。

(五)超低的設備部署成本。相比于傳統(tǒng)網(wǎng)絡，窄帶物聯(lián)網(wǎng)可以不需要新建組網(wǎng)，其天線和射頻都可以重復使用，隨著無線通信技術的迅猛發(fā)展，第五代移動通信技術已經(jīng)迅速在人們的生產生活中應用，以第二代移動通信技術的900MHZ工作頻段為例，利用這一頻段就可以完全滿足窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備的部署，不必再耗費新的頻段資源，很大程度上降低了窄帶物聯(lián)網(wǎng)設備的部署成本。因此在智慧校園建設中，直接對老舊的校園通信基礎設施進行改造，節(jié)省大筆的設施建設成本。

總之，在當今信息化技術快速發(fā)展的形勢下，窄帶物聯(lián)網(wǎng)的技術特點使得其在智慧校園的建設當中能夠發(fā)揮出極大的優(yōu)勢。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術深入融合到智慧校園的建設當中，為智慧校園的建設提供了更加有針對性的物聯(lián)網(wǎng)應用場景，例如應用了窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧校園，能夠顯著提升智慧校園安全防衛(wèi)的可視化程度，大幅提高智慧校園的安全防衛(wèi)管理效能，從而在根本上提高校園的安全防衛(wèi)水平。校園作為人才培養(yǎng)的基地，智慧校園建設已經(jīng)越來越受到人們的重視，隨著大數(shù)據(jù)技術、移動互聯(lián)技術、以及云計算技術的不斷進步，同窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術有機的結合起來，為未來智慧校園的建設提供強勁的發(fā)展動力。