基于構建智慧計算機實驗室的分析

衡井榮

摘 要：計算機實驗室的建設直接關系著計算機專業教學以及相關專業的上機操作實踐，隨著信息技術水平的不斷提高，原有的計算機實驗室已不能滿足多樣化的實驗室使用需求，這就需要結合當下先進的計算機技術、通信技術、大數據、云計算等多種技術，構建符合時代發展需求的智慧計算機實驗室。本文立足于此，對智慧計算機實驗室的構建展開了分析，以供參考和借鑒。

關鍵詞：智慧；計算機；實驗室；構建

中圖分類號： TP308 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）24-189-2

0 引言

智慧計算機實驗室的提出是基于智慧校園的建設，也是適應信息時代發展潮流的內在要求。智慧計算機實驗室主要依托信息技術，包括物聯網、云計算、云物聯、大數據和移動互聯等，將實驗室的各種基礎設施相互連接在一起，實現智能化、自動化管理與監控，保障高校計算機實驗室的正常、穩定使用。同時，智慧計算機實驗室的建設能夠高效進行數據統計分析、教學實踐等工作，并提高其規范化與標準化，更好地服務于高校的科研、教學與實驗活動。下面將對智慧計算機實驗室的構建進行具體分析。

1 智慧計算機實驗室的構建需求分析

信息時代人們獲取信息的方式日益多樣化，突破了傳統計算機和網絡范疇。以互聯網、物聯網、電信網、廣電網、無線寬帶網等網絡組合為基礎，以移動智能手機、平板、可穿戴設備等為終端，使得現代化教育不再局限于時間和空間的限制。物聯網是信息技術的重要組成部分，其可以將網絡延伸到物體與物體之間的連接上，可以將校園內的任何物體與智能設備進行無縫連接。在此背景下，計算機實驗室的功能要在滿足基本的上機操作、網絡服務以及數字教育資源的共享與利用的基礎上，充分利用現代化的信息技術，朝著智慧化方向發展成為必然趨勢。此外，智慧校園的建設正在逐步推廣和應用，其使得教學、建筑、節能等諸多方面都開始智慧化。計算機實驗室作為校園內教學體系的重要組成部分，是重要的學習科研環境之一，也必須綜合利用計算機技術、大數據、云計算、通信技術、智能控制技術、物聯網等技術，有機融合智慧校園的數據、服務及網絡，以實現與智慧校園的全面融合，創造智能舒適、綠色環保、低碳低耗的計算機實驗室環境。

2 智慧計算機實驗室的構建設計

智慧計算機實驗室主要依據智慧校園的建設目標，結合其技術特性，分為3層架構來構建智慧計算機實驗室，分別是物聯層、互聯層以及智能層，具體結構如圖1所示：

2.1 物聯層

物聯層的建設主要包括兩部分內容：

①云平臺建設，其是使用云終端、云存儲、云服務器等技術虛擬化計算機實驗室資源，通過“云”提供所有教學資源，并有機整合機房全部IT資源，突破時間和空間限制，提高各項資源的利用率；同時更有利于保護使用者的隱私安全，通過構建實驗室和用戶私有云，防止計算機病毒的侵害；減少實驗室管理人員的工作量，降低系統終端的升級和日常管理維護的難度；②物聯網建設，其組成主要包括傳感器、致動器、PLC以及分布式智能傳感器4大基礎設施，物聯網建設利用無線互聯技術，以控制引擎為基礎，無線連接傳感器、致動器、控制器，將其放在整體環境中。數據的獲取是通過傳感器，后經視頻和數字信號處理，提高數據的精密度。另外，為了進一步收集和移動數據，物聯網集成了大量的傳感器和設備，并將數據傳輸至互聯層進行深度處理、存儲和管理。物聯網的設計還有特定的目的，例如，為了實時、有效獲取計算機實驗室內的溫濕度，設置溫度傳感器、濕度感覺器；為了保障計算機實驗室的使用安全，設置門禁系統等。

2.2 互聯層

互聯網的主要功能是獲取、存儲和管理各項數據，建立數據中心，其數據的來源包括：①物聯層傳輸的數據，按照某種方式輸入互聯層，例如按照某種約定協議或是web服務等，之后匯總到數據中心。②實驗室管理系統的數據，涵蓋了實驗設備的基本管理、計算機實驗室承擔課程的信息管理、課余時間的自由開放管理、對實驗室內的機器進行登錄（加鎖）和不登錄（放開）的控制、維護用戶的賬戶信息等眾多方面的管理數據。這些數據的來源和格式都不同，在數據中心會映射到關注事件中的系統事件服務，之后結合其他相關系統事件信息，篩選過濾原始數據，通過數據建模、識別、關聯，形成能夠深入拓展的系統，實現監控并優化業務流程的數據源，進而提供精確的信息支撐。互聯層將各項數據轉化為與系統事件相關的信息后經過處理各自對應領域的管理系統，將信息輸送到智能層。

2.3 智能層

智能層利用互聯層提供的信息主要是依托BI、BA、優化、事件管理和規則引擎等應用程序和技術，進而增強其分析數據和使信息可視化的能力。智能層設置了多個模塊，例如配置定義管理模塊、自定義時間編組管理模塊等。通過預定義各個模塊的提示以及遠程通告、遠程人員的混排處理流程，智能化實時監測各類物理對象。同時，智能層的數學算法和統計工具會深入拓展系統集成，利用可視化數據，進一步洞察學校各項事件信息。在現有應用程度和管理系統的基礎上，利用面向服務的架構（SOA）模型，實現數據的進一步轉換和分析，進行執行結果預測、場景建模和模擬，幫助風險管理，并科學合理地進行決策。比如環境監測、開放預約、遠程監控、電力監測、人員監測等。通過這些特性，實現綜合智能化管理實驗室場所、人員、設備、環境與安全保障，提高效率和服務水平。

智能層中的環境監測主要是利用光線傳感器，根據光線強度和實驗室開展教學時學生所處的位置，對實驗室內的燈光亮度以及計算機平面亮度進行自動化的調節，保障室內光線的合理性；環境監測模塊還可以根據室外光照的強度對窗簾的高度進行合理的調整。另外，就是對實驗室內溫濕度的自動調節作用，同時可以有效監測室內二氧化碳的濃度，并根據濃度和室內溫度，自動調節設置實驗室的通風情況和空調溫度等；開放預約指的是系統會實時更新實驗室的使用情況，將空閑工位或實驗室通過系統顯示出來，便于集體預約和個人預約，提高實驗室的利用效率，有效開展各學科的實驗教學；遠程監控模塊主要是監控實驗室內各個設備的使用情況及連接情況，包括照明設施、空調設備、遠程電源與串口管理、網絡設備監測、大型實驗儀器設備等眾多方面；電力監測主要就是對實驗室內的各種用電設施設備進行監測，包括實驗室內的通訊電源、配電柜、UPS以及蓄電池組、發電機、防雷系統等，對這些動力設備實施遠程集中監測管控，確保實驗室內動力系統的穩定運行；人員檢測，在實驗室內設置門禁系統或視頻攝像頭，制定設備間的進出權限，實時監測設備間的人員狀況，未經授權的人員進出及時提醒管理員，保障實驗室的正常使用。

3 結束語

本文設計了涵蓋物聯層、互聯層以及智能層的智慧計算機實驗室，其能夠提高計算機實驗室的管理效率和質量，實現實驗室的智能化與自動化管理與監控，進而更好地為高校實驗室教學與科研活動服務。但該系統還存在諸多不足，需要在日后的實踐中不斷地完善。

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