新型智慧實驗室建設探討

鐘鳳貴

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.14.124

摘 要：隨著時代的不斷發(fā)展，原有的高校實驗室建設也是在不斷的變革，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術和移動技術的新發(fā)展，在建設信息化校園的前提下，對該院的實驗室建設進行建設改造。文章主要從當前實驗室建設的各種技術出發(fā)，結(jié)合自身的管理制度，實現(xiàn)對實驗室的資源、安全進行智慧管理，為教師和學生提供各種資源和遠程服務這一目標。基于這一目標的實現(xiàn)，提出了新型智慧實驗室建設的方案。

關鍵詞：智慧實驗室 智能化 探討 現(xiàn)狀

中圖分類號：G482 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（b）-0124-02

高校實驗室的建設是高校科研力量的重要組成部分，一個良好的實驗室有助于教師的科研教學和學生的上課實踐，在過去的時候高校實驗室建設，尤其是計算機實驗室建設方面比較注重于購買計算機，對于硬件設備建設比較多，但是如何對這些軟件設備進行管理和利用的方面比較少研究。當物智能化技術的出現(xiàn)，尤其是聯(lián)網(wǎng)技術的出現(xiàn)和虛擬技術的出現(xiàn)，為高校計算機實驗室建設提出了新的思路。學校實驗室也是基于這一技術環(huán)境下需要對實驗室進行新型的建設和改造，通過建設新型的智慧型實驗室為教師和學生提供更加方便快捷的實驗環(huán)境，為實驗室管理人員提供良好的管理方式和技術。

1 智慧型實驗室建設的背景和現(xiàn)狀

高校計算機實驗室的建設經(jīng)歷了大致三個階段的發(fā)展：第一階段主要是采購計算機為主，然后組建成局域網(wǎng)，在局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)計算機的共享管理；第二階段是在第一階段的基礎上再全校園內(nèi)實現(xiàn)信息化管理；第三階段就是現(xiàn)在的智慧型實驗室的建設階段，通過智慧型實驗室的建立為在校的師生提供更加方便快捷的服務。在這一階段中主要是以計算機網(wǎng)絡技術中的SNMP、物聯(lián)網(wǎng)技術中的智能化控制、云計算技術的中的資源共享等方式來實現(xiàn)對實驗室的計算機資源以及數(shù)據(jù)資源管理，從而提高實驗室管理工作的效率和創(chuàng)造出更好的實驗環(huán)境來為科研教學服務。

目前高校的計算機管理工作主要存在著以下幾點問題：（1）安全管理問題，大量的計算機分布在不同的實驗室，包括設備的存放、防火等問題只能通過人工進行防護，效率低下而且無法實時獲取設備的狀態(tài)。（2）資源共享率不高，例如：相關的數(shù)據(jù)庫軟件，目前只能在局域網(wǎng)內(nèi)部進行使用，計算機資源無法進行共享。（3）能源損耗較高，對設備的自動化管理水平較低，無法實時對設備進行啟用或者關閉，造成能源的損耗。（4）設備環(huán)境無法實時監(jiān)控，例如：服務器存放的機房需要的溫度和環(huán)境無法通過設備控制。

2 支撐智慧型實驗室建設的現(xiàn)有技術

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)技術是把設備的相關信息通過RFID射頻技術發(fā)送到網(wǎng)絡中，按照一定的協(xié)議例如SNMP，由網(wǎng)絡管理軟件對設備進行管理和維護的一種網(wǎng)絡新技術。在智慧實驗室建設的過程中物聯(lián)網(wǎng)的三個特性全面感知、可靠傳遞和智能處理為實驗室設備和管理平臺之間打通了一條通道，通過這種方式，實驗管理人員可以快速的獲取設備的各項信息，包括存放位置和性能。

2.2 虛擬應用技術

虛擬仿真平臺的建設也是智慧實驗室建設的重要組成部分，虛擬實驗平臺面向全校，充分考慮多種技術的融合，以實現(xiàn)全校虛擬實驗資源的整合，通過網(wǎng)絡技術環(huán)境的搭建，實現(xiàn)實驗資源的整合與共享。

2.3 底層的網(wǎng)絡支撐技術

智慧實驗室的基石就是網(wǎng)絡技術，網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，給智慧實驗室建設帶來了新的局面，包括無線網(wǎng)絡技術，4G通信技術等，通過這些技術實現(xiàn)硬件和數(shù)據(jù)的傳輸。與之相關還有SDN技術，為云桌面技術提供了基層的網(wǎng)絡，使得原有的異構(gòu)網(wǎng)絡可以智能化管理，為虛擬技術提供了網(wǎng)絡層的支持。

3 智慧型實驗室的管理制度

通過現(xiàn)有的技術對實驗室進行改造后可以實現(xiàn)對實驗室全天候智能化的管理，但是隨之而來的是制度方面的建設，通過制度的建設可以來進一步地對實驗室進行更好的建設。現(xiàn)在通過對期刊論文的檢索發(fā)現(xiàn)，大部分智慧型實驗室的建設都是基于技術方面進行探討，從技術的角度來對實驗室進行構(gòu)建，但是光有技術建設還是不夠，要從管理的角度來考慮建設智慧型實驗室，不但要使用技術手段來提升實驗室的管理水平，還要從制度建設方面著手。從兩方面來實現(xiàn)智慧型實驗室建設。

例如：對建立相關的安全監(jiān)管制度來匹配智能實驗室中的智能安全管理，制度是作為技術的補充，起到對技術的約束和促進作用。這樣就可以使得技術與制度相結(jié)合，使智慧實驗室和實驗室管理人員相融合，將高校智慧型實驗室建設的更好，讓智慧化管理融入到高校實驗室建設的各個方面。

4 智慧型實驗室的構(gòu)建

智慧型實驗室項目建成后，實驗室將全天開放，借助互聯(lián)網(wǎng)平臺，除了滿足相關實驗課程之外，還能滿足全校教師及學生教學科研活動對場地、設備的需求，充分實現(xiàn)校內(nèi)共享共用。對實驗室的建設主要是分成三部分建設工程，首先是網(wǎng)絡及實驗室設備智能化改造；其次是建設智慧實驗室管理平臺，通過平臺的建設連接網(wǎng)絡層和應用層；最后是在平臺上各種具體功能應用的開發(fā)，包括智能排課系統(tǒng)、智能安全監(jiān)控體系、智能電力系統(tǒng)、虛擬云桌面等。

4.1 基礎設施層的建設

主要是對網(wǎng)絡層的改造，網(wǎng)絡性能可保證大量網(wǎng)絡業(yè)務能順暢運行，提高網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋瑥亩岣哂脩舻纳暇W(wǎng)體驗。性能不僅要滿足當前的網(wǎng)絡需求，也要能完全滿足未來幾年網(wǎng)絡應用對網(wǎng)絡性能的要求。有規(guī)模的業(yè)務中心、數(shù)據(jù)中心會逐步建立，會有多臺服務器、智能網(wǎng)絡設備的高性能接入。因此，整網(wǎng)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)設計采用三層架構(gòu)，核心層、匯聚層和接入層，以及綜合布線改造。

通過對網(wǎng)絡基礎層的重新改造，建立一個可以提供多維網(wǎng)絡連接的網(wǎng)絡體系層，為智慧實驗室的信息傳輸構(gòu)建渠道。使得分布在不同地方的實驗資源、信息資源以及信息化系統(tǒng)可以連接在一起，實現(xiàn)資源共享。

另外就是對設備的改造，這個是屬于智慧實驗室中的感知改造，把分布在不同地方的設備通過RFID標簽設備進行管理，對這些設備的位置信息和性能狀態(tài)可以實時的反饋到智慧管理系統(tǒng)中，當設備的位置進行變更或者移動的時候，可以通過系統(tǒng)快速的獲知，這樣既保障了設備的安全也使設備的管理更加方便快捷，設備資源的共享率會大大提高。

4.2 平臺應用層的構(gòu)建

平臺主要分成兩大模塊：一個是虛擬仿真教學平臺，通過把常用的虛擬仿真課程集合在一起，形成一個網(wǎng)上虛擬仿真教學系統(tǒng)，同學可以通過網(wǎng)絡來進行課程上的一些仿真實驗，幫助同學加深對理論的掌握，例如：網(wǎng)上財務審計、物流仿真實驗等。另一大模塊就是管理平臺，把課程安排、設備管理、數(shù)據(jù)管理融為一體的綜合性智慧管理系統(tǒng)，主要功能就是實現(xiàn)智能排課系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能電力系統(tǒng)等一系列的功能應用。

4.3 具體應用功能的開發(fā)

通過統(tǒng)一的管理平臺把相應的功能集中在一起，逐步開發(fā)相應的功能模塊，首先建立智能電力模塊，在重新構(gòu)造網(wǎng)絡層的時候也對電路進行智能化改造，對實驗室的電路、防雷系統(tǒng)、冗余電路系統(tǒng)等實現(xiàn)智能化管理，保障實驗室的電力供應。其次就是安全保障功能的開發(fā)，包括對環(huán)境的檢測，實現(xiàn)對溫度的智能化管理，通過智能門禁和監(jiān)控系統(tǒng)，對非授權的人員進行檢測，如果非授權人員在非工作時間進入實驗室則進行報警處理；其次是智能化開放預約系統(tǒng)，通過網(wǎng)上預約，然后進行身份授權，學生可以自由的使用實驗室的空余計算機進行試驗，提高計算機的使用率。除此之外還提供移動管理功能給實驗室管理人員進行使用，保障在任何時候都可以對實驗室進行實時的監(jiān)控，遠程管理。

5 結(jié)語

智慧型實驗室建設是在物聯(lián)網(wǎng)技術、虛擬應用技術環(huán)境下提出的，如何建設智慧實驗室是一個比較新的領域，文章提出對智慧型實驗室建設的一些見解，但是這還遠遠不夠，還有更多的內(nèi)容可以對實驗室建設進行，未來智慧型實驗室的建設是在不斷的完善和發(fā)展的，甚至可能實現(xiàn)三維立體虛擬實驗室等。

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