基于物聯網和云技術的軟件工程實驗室架構設計

宋陽

摘要 各類院校針對軟件工程課程的教學基本以理論口授結合片斷工程案例的方式進行。由于軟件工程本身具有很多非常抽象的內容，并且在工程實施的過程中往往都會有大量的“意外”情況發生，所以這種教學方式很難保證教學質量。學生只能在頭腦中形成一些空洞的理論知識，導致參加工作后需要花費大量的時間和精力重新學習如何在一個軟件項目中擔當其相應的職責。因此院校投入資金建設專業的軟件工程實驗室改變教學現狀是必需的。

【關鍵詞】物聯網 云技術 軟件工程 USDM

1 軟件工程專業機房建設的必然性和必要性

軟件是新一代信息技術產業的靈魂，“軟件定義”是信息革命的新標志和新特征。軟件和信息技術服務業是引領科技創新、驅動經濟社會轉型發展的核心力量，是建設制造強國和網絡強國的核心支撐。建設強大的軟件和信息技術服務業，是我國構建全球競爭新優勢、搶占新工業革命制高點的必然選擇。“十二五”以來，我國軟件和信息技術服務業持續快速發展，產業規模迅速擴大，技術創新和應用水平大幅提升，對經濟社會發展的支撐和引領作用顯著增強。“十三五”時期是我國全面建成小康社會決勝階段，全球新一輪科技革命和產業變革持續深入，國內經濟發展方式加快轉變，軟件和信息技術服務業迎來更大發展機遇。在這個背景下，凡是開設計算機類相關專業的高職院校更應該在軟件開發類課程輔助教學上加大投入，輔助教學不只是軟件方面還有硬件，那么建立先進實用的專業軟件開發實驗室就是必要的也是必然的。

目前高職院校缺少專業的軟件開發實驗室，教學手段單一、教學硬件環境匱乏、一些學校疏于對計算機專業實驗室的軟硬件投資，導致學生只能對軟件開發的理論一知半解，甚至毫無興趣。沒有一個相對專業的軟件開發環境去對所學理論知識進行實踐，對學生的軟件開發能力進行訓練，學生的編程能力、編程思想和技術水平相對低下，畢業后推向社會不利于其在企業立足，這樣就無法達到高職院校軟件專業人才培養的目標。再者，缺少相關的專業實驗室或者實驗室軟硬件設備陳舊、技術落后，學生缺乏實踐訓練環境，因為軟件開發最重要的編程技術是需要這樣的環境訓練出來的，一個好的程序員是需要在一個code環境中寫出上萬行代碼，不斷熟練技術，不斷積累經驗的過程，因此學校建立這樣的專業實驗室是非常有必要的。

2 軟件工程實驗室架構概述

軟件開發實驗室是面對計算機軟件專業輔助教學和學生自主學習實踐的場所.在建設規劃上要彈性考慮其先進性和實用性。因此會把云計算和物聯網技術綜合應用在實驗室建設中。

2.1 云機房設計思想

2.1.1 實用的功能兼顧先進的技術

云機房的建設既要滿足功能需求，又要兼顧以后的服務拓展和技術升級需求。盡量使用先進的技術、軟硬件和新材料，以適應云機房的彈性需要，使其在使用期間內保持技術的先進性，并具有良好的可拓展潛力。

2.1.2 可靠的安全性

利用可靠性高的云平臺管理系統去對機房中的硬件進行應用管理、軟件部署、流程管理、數據保護、服務監控等功能，這個管理過程因其管理平臺的高可靠性而安全性倍增。

2.1.3 靈活性與可擴展性

云機房可以使用虛擬化技術，用軟件虛擬出很多硬件功能，具有很強的靈活性和可擴展性。

2.1.4 標準化與可管理性

云機房的總體架構設計要符合相關的國際或國家標準，具有智能化和可管理的特性。比如上文提到的智能監控系統，其服務器也是使用云服務，通過監測實現事件的集中管理和記錄，以便故障尋跡、提高維護效率和保障運行性能。

2.2 軟件工程實驗室建設必要的軟硬件和技術

2.2.1 使用物聯網技術在專業機房中實現智能監控、門禁系統、環境監測等功能

物聯網技術在機房的應用主要包括兩方面：

（1）機房環境信息的采集，我們通過在機房安裝一些高清攝像頭、紅外傳感器、溫度傳感器、煙感裝置、門禁控制裝置、進水傳感裝置來實時的收集機房環境信息，包括圖像信息、報警信息和數據信息，并將所有信息匯總上傳到智能監控系統所在服務器上，以便我們觀察和分析環境數據，及時發現和排除隱患、調整機房環境狀態，更好的完成教學輔助。

（2）對機房內所有硬件的遠程控制，當機房服務器或教學用計算機出現硬件異常、沒有響應和宕機時，我們可以通過遠程控制系統對其進行重啟或者復位操作，此系統還包括對機房的供電系統、照明系統、門窗進行遠程的控制開關，當然所有的操作都要依靠無線傳感器和網絡的硬件支持。遠程控制系統是基于B/S架構開發的網絡應用程序，使用瀏覽器即可使用系統。這樣我們就可以在任何場景任何設備下對實驗室中的硬件進行控制和信息接收，也就是說不僅僅只是使用計算機在學校范圍內去監測和控制，各種移動設備包括pad和智能手機都可以使用，條件允許的話也可以開發一套相應的移動端App程序，利用智能手機這種自帶無線網絡的設備便可以隨時隨地遠程的監測和控制，這也是云技術的一種體現。

2.2.2 使用云技術搭建應用服務器、資源服務器、Web服務器等

實現教學軟件在學生機端的應用、學生學習資源的上傳保存、B/S架構軟件的開發的實驗環境。一般情況下，需要搭建四種服務器：

（1）教學應用服務器，基于國內環境使用Windows系統平臺，安裝相關教學軟件、軟件開發環境和工具軟件、軟件測試類軟件，學生機端計算機不配置硬盤存儲器，通過云技術和網絡共享使用教學應用服務器上安裝的相關軟件，這樣既節省硬件成本，又降低了安全成本，還可以使學生端計算機輕量化運行和處理數據，避免了計算機高負載和硬件資源浪費。

（2） Linux服務器，基于Linux企業服務器的網站開發及網絡應用開發。有一些程序語言是基于umx這個環境開發的，而Linux系統是Unix系統的開源表現，支持很多程序語言的函數庫和架構，不需要安裝編譯器便可以編譯，比如Java語言、PHP腳本語言、python語言等。Linux系統本身的安全性是非常可靠的，要優于Windows Serve系統，所以在企業級的服務器上應用比較普遍。

（3） Windows服務器，NET程序開發及ASP.NET網站開發。由于國內計算機環境，不管是企業還是事業單位所使用的計算機操作系統多為Windows，一些中小企業級服務器也會選擇使用Windows Server系統，相關的應用軟件也都是基于Windows系統開發，因此在Windows環境下的軟件開發教學和編程訓練是必不可少的，那么就需要學生熟練掌握和使用.Net框架下的程序設計語言（c#）和IDE （VS）開發環境。

（4）文件資源服務器，Linux+ Samba，用于學生們上傳保存自己的程序代碼和項目文檔等。

服務器和學生機之間的交互我們可以通過云桌面解決方案來完成。云桌面是一種融合了網絡系統平臺、軟件、服務器、存儲和以實現數據中心服務交付自動化的解決方案，它提供了統一的管理界面，可以快速設計、配置并優化應用基礎設施，打造一個整合的池化資源。云桌面有現成的產品可以拿來使用，比如微軟云的的管理平臺systemcenter2012、惠普的刀片矩陣等，如果不想使用現成的云桌面產品，我們還可以使用Windows Server平臺下的Hyper-v及遠程桌面服務來創建虛擬桌面集合以實現云桌面的功能。

2.2.3 軟件開發相關的軟硬件設備

硬件方面包括服務器級計算機、教學用計算機、網絡和網絡交換機、掃描儀和打印機輔助設備、投影和無線擴音教學設備等。軟件方面包括Windows和Linux服務器系統平臺，mySql、SQLServer和Orcle數據庫系統，Java和NET開發環境和相關的IDE開發工具，LoadRunner、WinRunner等常用軟件測試工具，項目管理工具MS Project，Ms Office辦公系統工具等。

3 軟件工程實驗室教學平臺-USDM

USDM指的是集成化軟件工程管理平臺，是學生學習軟件工程項目開發的環境平臺。它可以對開發的項目進行產品的結構配置，并通過項目團隊的組建、成員角色的劃分、權限、配置管理、缺陷跟蹤和管理、建模工具、內外部郵件系統、工作流程、團隊開發等對產品的組成結構進行管理和維護。管理范圍覆蓋生產過程的各個生命周期;它們包括業務階段、需求階段、設計階段、編碼階段、測試階段和發布階段，其它支撐環節包括項目管理+配置管理+生產環境。通過這個平臺學生可以對“項目準備”、“集成項目管理”、“配置管理”、“客戶需求調研及分析”、“軟件設計”、“實施”、“測試”、“發布”、“度量分析”、“知識管理與組件復用”、“CMMI與軟件公司資質評估”（或是其它標準）等多個真實的情境進行真實的體驗，學會如何規范地按照軟件工程的方法進行軟件設計、開發和管理，而不再是像以往一樣只是學習了一大堆枯燥的軟件工程理論和文檔樣本。通過引入企業環境，讓學生與企業“零距離”接觸，課程開始具有鮮明的“以工作過程為導向、以實際項目為載體”的工學結合特色。

4 結語

軟件工程實驗室的架構設計是非常復雜的過程，涉及到主機、網絡、存儲、應用的方方面面，我們既要考慮功能上的實用性又要兼顧技術上的先進性，彈性的可升級的去設計其架構，總之要保證實驗室朝著監控智能化、軟硬件集中化的方向發展，未來隨著新技術的出現，我們也可以對其調優和升級。

參考文獻

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