基于cps技术智慧校园平台设计

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1、基于CPS技术智慧校园平台设计摘要：CPS即物理信息系统，是一种对新型的计算方式的描述。在现实生活环境中已经有不少物理信息系统的雏形。根据CPS技术，可以将现有的校园内资源整合起来，形成具有智能化的校园服务平台，并在此平台上形成诸多智慧校园的应用。关键词：智慧校园；物理信息系统；设计中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2014)11-2491-03Abstract：CPSwhichisanaeronomyfor"CyberPhysicSystem"isanewkindofcomputationalarchitecture・Inmat

2、teroffact,therearemanyCPS-likesystemsinourdailylife・TherichresourcecanbeintegratedbyusingCPSsothatweareabletobuildaplatfonnofintelligentserviceincampusandvariousofapplicationsofsmartcampus.Keywords：Smartcampus；cyberPhysicSystem；design随着现代大学校园的规模不断增加，包括人数、设施和面积都越来越贴近一个小型乡镇。于是，智慧校园更像是智

3、慧城市的缩影，是将原有校园中的许多信息孤岛连接起来而形成校园管理和教学的平台，是对数字校园的革命性发展[1,6]o能支撑智慧校园平台的一个重要技术就是CPS,CPS(CyberPhysicalSystems)中文译为信息物理融合系统，是一个将计算力、网络和物理环境综合在一起的多维复杂系统,是计算(Computation)^通信(Communication)和控制(Control),即3C技术的有机融合与深度协作【2】，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。通过计算、通信与物理系统的一体化设计，以使系统更加可靠和高效。CPS是借用技术手段实现人的控制在时

4、间、空间等方面的延伸，CPS系统的本质就是人、机、物的融合计算。基于CPS的校建设与物联网密切相关，是从一个更为专业的角度对校园物联网的表述和系统实现。智慧校园贯彻与校园的方方面面，文献【1】定义了智慧校园覆盖了智慧环境、智慧管理、智能学习、智能教学、智能科研、智能学习和智慧生活。按这类定义讲，该文侧重点在于智慧环境和智慧生活上。1系统结构分析基于CPS的智慧校(CPS-BasedSmartCampus),下可以简称CBSC,是为师生用户提供感知环境的综合信息个性化服务平台，其融入了校园的各个应用服务领域，能实现校园资源的互联、用户互动协作以及校内外沟通，其架构

5、如图1所示，共分为四层结构，从下而上依次为：校园网络传输层、物理信息资源层、物理信息融合层和应用层。从中,我们可以定义CBSC的底层（也称感知层）为校网。目前各大高校的校园网，它们以无线网为主要实现形式，在其上扩展一下无线传感器网络，包括FRID智能标签、二维码、蓝牙及Zigbee[3,7】等；其上一层则使用原有校网络的固有资源，称物理信息资源层，包括物理控制系统，比如原有建设的覆盖全校园的平安校园监控网络，教学多媒体网络等等，这些系统大多由不相干的职能部门管辖，极少有数据交互和沟通，是明显的信息孤岛；其外还有一部分属于管理信息系统，其中包括大量的教务管理系统、

6、科研管理系统、图书管理系统、人事管理系统、资产管理系统和一卡通服务等等【5】。诸如此类众多的系统之间或多或少存在着壁垒，形成许多信息孤岛，而原本这些系统的数据之间是存在互补性，一旦融合后有较大的可挖掘价值。这一层代表了CBSC的组成时所有可利用的资源，也表现出CBSC不是完全重新搭建的平台，而是有效利用了大量原有数字校园的资源，这是CBSC最突出和区别其它方案【4】的地方，体现了绿色工程和可持续发展的理念。第三层是物理信息系统层，即将物理控制系统和管理信息系统融合起来的部分。CPS可以被定义为一个集计算系统、通信系统、感应系统和控制系统为一体的复杂系统，其目的是

7、通过广泛的互联互通-更透彻地认识物理世界、更有效的控制物理世界。CPS使信息世界与物理世界紧密结合，实现对物理世界安全、可靠、高效、实时、协同地感知和控制。传感器节点、执行器节点、传感器与执行器组合节点分布在物理世界，实现对物理世界直接感应，并通过操控物理世界的对象，正确地控制物理世界。计算部分完成CPS要求的各种计算任务，提供各种服务，包括信息服务，设计这部分的计算力要有较髙的冗余度，应考虑将其架设在云计算平台上，以满足其大数据融合的目的，并形成知识库。控制系统使用来自传感器网络的感知信息和社区网络信息，这些信息通过知识库的决策辅助可以确定对物理世界的控制策略

8、，协调各种终端执行机构的