隨著校園信息化基礎設施的不斷建設，各類智能化的感知設備越來越多，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用已從試點邁向規(guī)模化落地，成為推動校園智能化升級的重要動力。校園物聯(lián)網(wǎng)通過將校園內(nèi)各類智能感知設備與互聯(lián)網(wǎng)深度互聯(lián)，構建起“信息全面感知、數(shù)據(jù)可靠傳遞、決策智能處理”的完整體系，讓“萬物互聯(lián)”從概念逐步走向現(xiàn)實。一方面，物聯(lián)網(wǎng)技術通過重構管理流程顯著提升了校園運營效率與服務精度。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)技術還在校園安全與能源管理等關鍵領域發(fā)揮著重要作用。這些應用的深度融合，持續(xù)推動高校智慧校園的智能化水平向更高層次邁進。
建設原則
西安交通大學近年來依托創(chuàng)新港校區(qū)的建設，逐步形成了一套滿足學校日常管理和使用需求的校園物聯(lián)網(wǎng)建設模式與方案。整體的設計和建設遵循以下原則：
先進性與成熟性兼顧。技術選型聚焦行業(yè)前沿水平，確保所選技術與設備能支撐未來5~10年的業(yè)務發(fā)展需求，避免短期技術迭代導致的系統(tǒng)重構；同時，優(yōu)先采用經(jīng)過市場長期驗證、具備穩(wěn)定運行案例的成熟方案，以降低設備故障風險與后期維護成本，保障系統(tǒng)全生命周期的可靠性。
標準化與開放性統(tǒng)一。設計嚴格遵循國家強制性標準、行業(yè)技術規(guī)范及通用協(xié)議，從底層保障不同廠商設備、不同系統(tǒng)模塊間的無縫互操作與兼容對接；同時預留開放的接口與標準化協(xié)議通道，支持與校園現(xiàn)有管理系統(tǒng)（如宿管系統(tǒng)、公房系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)）及未來新增系統(tǒng)的互連互通，為后續(xù)擴展升級奠定基礎。
可靠性與安全性并重。通過冗余備份設計與智能故障恢復機制，確保單點設備或鏈路故障時，網(wǎng)絡能自動切換至備用通道，保障業(yè)務不中斷；同時構建多層次安全防護體系，融合訪問控制、數(shù)據(jù)傳輸加密及終端準入控制等，全面抵御惡意攻擊、數(shù)據(jù)竊取與非法入侵，守護網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)安全。
擴展性與靈活性適配。采用模塊化、分層化設計思路，網(wǎng)絡架構支持按需擴展，可靈活適配校園從“局部物聯(lián)網(wǎng)覆蓋”到“全場景互聯(lián)”的規(guī)模增長；同時設備需具備靈活的配置能力與統(tǒng)一的管理平臺，支持根據(jù)智慧照明、能源監(jiān)控、安防預警等不同應用場景的需求，快速調(diào)整參數(shù)與功能，實現(xiàn)多業(yè)務場景的高效適配。
校園物聯(lián)網(wǎng)架構
校園物聯(lián)網(wǎng)架構分為感知層、網(wǎng)絡層、平臺層和應用層四部分，自下而上形成數(shù)據(jù)“采集、傳輸、處理、使用”的閉環(huán)，各層既承擔獨立功能，又通過協(xié)同支撐校園智能化場景的落地。
感知層是采集校園物理空間的各類數(shù)據(jù)，并將物理信號轉(zhuǎn)化為可傳輸?shù)臄?shù)字信號，同時接收上層指令驅(qū)動執(zhí)行器動作。其應適配校園多樣化場景（教室、實驗室、配電室、公寓等），兼顧低功耗、抗干擾、易部署等需求。
圖1 校園物聯(lián)網(wǎng)架構
網(wǎng)絡層是將感知層采集的數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定、高效地傳輸至平臺層，同時將平臺層的控制指令下發(fā)至感知層。其解決了校園“多場景、多設備、多協(xié)議”的傳輸需求，既要覆蓋室內(nèi)外大范圍區(qū)域（教學樓、操場、地下車庫），又要適配不同設備的通信協(xié)議，同時保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>
平臺層是接收網(wǎng)絡層傳輸?shù)暮Ａ繑?shù)據(jù)，進行清洗、存儲、分析與建模，同時整合硬件資源與軟件能力，為上層應用提供標準化的“數(shù)據(jù)服務”與“控制接口”。其解決校園數(shù)據(jù)“碎片化”問題，同時具備可擴展、易管理的特性。
應用層是基于平臺層提供的數(shù)據(jù)與能力，針對校園具體場景開發(fā)垂直應用系統(tǒng)，直接解決師生需求與管理痛點。其貼近校園實際需求，注重易用性與實用性。
感知層。感知層可采用有線或無線方式進行數(shù)據(jù)采集。有線方式可采用傳統(tǒng)的RS485或以太網(wǎng)進行連接；無線方式可采用藍牙、ZigBee、NB-IoT、LORA、WIFI等模式互聯(lián)。
圖2 感知層
其中以太網(wǎng)和WIFI將數(shù)據(jù)采集和傳輸融為一體，可直接接入網(wǎng)絡層，無須網(wǎng)關進行協(xié)議轉(zhuǎn)化。其它采集方式可利用物聯(lián)網(wǎng)關進行協(xié)議轉(zhuǎn)換后接入網(wǎng)絡層。
西安交通大學物聯(lián)網(wǎng)建設中感知層通過以太網(wǎng)、RS485、NB-IoT、WIFI等多種方式實現(xiàn)電表、水表、暖表、閘機、門禁、物聯(lián)門鎖、攝像頭、照明控制器、溫濕度傳感器、水浸變送器等近5萬余路點位的接入。
網(wǎng)絡層。創(chuàng)新港校園網(wǎng)絡在規(guī)劃時就利用一套網(wǎng)絡基礎設施來實現(xiàn)校園網(wǎng)絡各類有線、無線和物聯(lián)網(wǎng)絡的接入，即將校園內(nèi)原本獨立部署的有線網(wǎng)、無線網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)三張物理網(wǎng)絡進行統(tǒng)一規(guī)劃與整合，構建成一張高效協(xié)同的基礎物理網(wǎng)絡。通過SDN與VxLAN技術，在這張物理網(wǎng)絡上劃分出多個邏輯獨立的虛擬網(wǎng)絡通道，分別承載教學辦公、師生上網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)設備交互等不同類型業(yè)務。
接入層不同位置的感知設備或網(wǎng)關就近接入校園網(wǎng)絡中，可根據(jù)不同場景實現(xiàn)不同類型的專網(wǎng)接入。這種模式有效解決智慧校園建設中面臨的資金投入有限、運維人員短缺、專網(wǎng)需求規(guī)模大等現(xiàn)實問題，大幅降低長期運維成本，減少運維人員的重復勞動，輕松適配校園各類物聯(lián)業(yè)務的擴展需求。
平臺層。平臺層是物聯(lián)網(wǎng)的“數(shù)字中樞與交互底座”，核心由物聯(lián)網(wǎng)感知接入、數(shù)據(jù)處理、安全管理、規(guī)則引擎四大核心部件構成。它既是以“數(shù)據(jù)驅(qū)動”為核心的業(yè)務中間件，通過標準化數(shù)據(jù)處理能力支撐上層業(yè)務應用系統(tǒng)運行，也是打通不同“智慧型”校園應用的底層操作系統(tǒng)，實現(xiàn)跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互與協(xié)同控制，為智慧教學、管理、出入、物業(yè)等場景提供統(tǒng)一的技術支撐。
平臺層完成校園全場景感知數(shù)據(jù)的“匯聚、處理、封裝”閉環(huán)，一方面，通過異構數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，解決不同廠商設備的數(shù)據(jù)互通問題；另一方面，基于預設邏輯實現(xiàn)應用業(yè)務觸發(fā)，構建“感知、決策、執(zhí)行”的自動化流程。同時，平臺層還具備協(xié)議轉(zhuǎn)換、地址映射、數(shù)據(jù)清洗、信息融合、安全認證、物聯(lián)網(wǎng)防火墻、規(guī)則引擎驅(qū)動等全維度能力，可覆蓋從設備接入到數(shù)據(jù)傳輸、從安全防護到業(yè)務調(diào)度的全鏈路需求。
在數(shù)據(jù)接入與傳輸性能上，具備強大的多協(xié)議兼容與高并發(fā)處理能力，支持MQTT、CoAP、HTTP等主流協(xié)議的通信匯聚與融合，可高效承接跨平臺物聯(lián)網(wǎng)設備的所有通信流量。
在部署上，平臺層采用分布式部署模式，基于多臺高性能服務器搭建運行環(huán)境。服務器需滿足高可靠性、高性能、高吞吐量三大指標，可根據(jù)校園物聯(lián)網(wǎng)建設規(guī)模（如設備接入數(shù)量、業(yè)務復雜度）彈性擴展集群服務，確保平臺在校園業(yè)務持續(xù)擴展過程中始終保持穩(wěn)定運行。
應用層。應用層各業(yè)務以物聯(lián)數(shù)據(jù)為基礎，面向后勤、物業(yè)、保衛(wèi)、資產(chǎn)等部門，圍繞能源、物業(yè)、飲食、安全等核心業(yè)務領域，構建“全面感知、動態(tài)平衡、創(chuàng)新服務”的智慧物聯(lián)保障體系，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動優(yōu)化服務流程、提升保障效率，為校園師生提供更精準、高效的服務支持。
圖3 應用層
智慧能源服務。聚焦校園能源“高效利用、精準管控、安全保障”目標，將物聯(lián)網(wǎng)技術貫穿能源管理全流程，實現(xiàn)從“被動運維”到“主動節(jié)能”的轉(zhuǎn)型。包括節(jié)能策略制定與落地（如基于能耗數(shù)據(jù)優(yōu)化空調(diào)運行時段）、能源系統(tǒng)實時運行監(jiān)控（如配電室設備狀態(tài)監(jiān)測）、水電暖精準計費（如宿舍/商戶分戶計量）、設備故障維修響應（如水管泄漏智能告警與派單）。
服務覆蓋范圍包括綜合能源管理（能源態(tài)勢、公寓、實驗室水/電實時監(jiān)測）；管網(wǎng)水平衡管控（供水管網(wǎng)泄漏檢測、用水量動態(tài)調(diào)配，避免水資源浪費）；供配電安全保障（高低壓配電室設備電流、電壓、溫度監(jiān)測，預警短路、過載風險）；供熱供冷效能優(yōu)化（中央空調(diào)、熱力管網(wǎng)運行參數(shù)調(diào)節(jié)）等。
智慧物業(yè)服務。依托物聯(lián)網(wǎng)技術打通物業(yè)服務“需求端、調(diào)度端、執(zhí)行端”鏈路，提升服務響應速度與管理精細化水平，打造“有溫度、高效率”的校園物業(yè)服務體系。構建全流程物業(yè)服務閉環(huán)，包括用戶服務（師生報修、咨詢響應，如通過APP提交宿舍燈具維修需求）、管理調(diào)度（工單分配，如根據(jù)報修位置就近派單）、質(zhì)量監(jiān)督（服務過程跟蹤、滿意度評價，如維修完成后自動推送評價問卷）。
圖4 網(wǎng)絡層
服務覆蓋范圍包括樓宇管理（智能照明控制、出入安全、消防設施狀態(tài)監(jiān)測），公寓服務（后勤巡檢、維修響應、公共區(qū)域照明），公共設施維護（校園路燈智能控制）等。
后勤飲食服務。將物聯(lián)網(wǎng)技術融入校園飲食“供應鏈、運營、監(jiān)督”全鏈條，實現(xiàn)食材安全可追溯、商戶管理規(guī)范化、服務監(jiān)督透明化，保障師生飲食安全與體驗。圍繞飲食服務全流程優(yōu)化，包括商業(yè)運營、經(jīng)營管控、內(nèi)控管理等。
服務覆蓋范圍涵蓋校園飲食服務全場景，具體包括智能化倉采服務系統(tǒng)、食堂商戶能源計費、餐飲服務監(jiān)督系統(tǒng)、AI+明廚亮灶等。
結語
隨著“隨時隨地接入”“萬物互聯(lián)”等需求的深化，以及SDN、VxLAN等虛擬化技術的成熟應用，智慧校園網(wǎng)絡正面臨兩大關鍵變化，一方面智能終端與感知終端的接入規(guī)模持續(xù)擴大，設備類型與業(yè)務需求日趨多元；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)“有線網(wǎng)、無線網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)絡獨立建設、分開運維”的模式，已難以適配多網(wǎng)協(xié)同需求。因此，推動物聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一規(guī)劃、建設與管理，構建能承載泛在連接的基礎網(wǎng)絡體系，成為智慧校園物聯(lián)網(wǎng)建設的重要任務。
西安交通大學物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了“校園級”物聯(lián)網(wǎng)應用與服務的全域支撐，利用彈性接入能力，可靈活適配智慧教學、能源管理、物業(yè)服務等場景下各類物聯(lián)終端的接入需求，無論是數(shù)千個教室的溫濕度傳感器，還是上萬個宿舍的物聯(lián)門鎖、預付費電表，均能高效接入網(wǎng)絡；借助隨需應變的動態(tài)調(diào)度能力，可根據(jù)業(yè)務優(yōu)先級調(diào)整網(wǎng)絡資源，確保關鍵數(shù)據(jù)實時流轉(zhuǎn)。同時通過多層次安全防護與高可靠傳輸機制，能穩(wěn)定采集、安全傳輸全場景感知數(shù)據(jù)，為校園物聯(lián)網(wǎng)控制管理平臺及各類大數(shù)據(jù)分析平臺提供高質(zhì)量、高可信度的基礎數(shù)據(jù)支撐，成為智慧校園持續(xù)升級的堅實底座。
來源：《中國教育網(wǎng)絡》2025年9月刊
作者：李虎群 張哲 朱曉芒 吳飛龍 徐墨（作者單位為西安交通大學網(wǎng)絡信息中心）
