基于物聯網的計算機實驗室管理系統構建

張俊玲

摘要??? 隨著物聯網技術的快速發展，無線傳感器網絡技術和RFID技術被廣泛應用于計算機實驗室管理系統構建中，大幅度提升了實驗室管理系統的智能化水平。本文從分析計算機實驗室管理系統的用戶需求入手，對基于物聯網的計算機實驗室管理系統總體架構與關鍵技術應用進行研究探討。

【關鍵詞】物聯網 計算機實驗室管理系統 RFID中間件

1 計算機實驗室管理系統的用戶需求分析

在計算機實驗室管理系統的操作中，系統管理員、教師和學生是主要用戶，在系統構建時必須要考慮用戶的需求，以保證系統具備較強的實用性。對于系統管理員而言，管理員要求系統具備數據增刪改、運行監測、設備信息管理、教學工作量統計等功能;對于教師而言，要求系統具備網上實驗安排、實驗室使用情況查詢、學生考勤管理等功能;對于學生而言，要求系統具備實驗資料查詢、師生在線互動、通知接收、實驗設備預約等功能。基于物聯網技術的實驗室管理系統構建能夠滿足用戶的使用需求，通過引入無線射頻技術和無線傳感技術，可對感知層數據進行全面采集、篩選和匯總，實現信息資源的高度共享，并且還可對實驗室設備進行監控，全面掌握實驗室設備的性能參數。

2 基于物聯網的計算機實驗室管理系統的總體架構

2.1 物聯網層次架構設計

本系統采用三層架構體系，具體包括：

2.1.1 應用層

該層由計算機實驗室管理系統、數據庫管理系統組成，為實驗室管理人員和師生提供提供系統操作界面。

2.1.2 網絡層

該層由Wi-Fi和校園網組成，負責將從感應層獲得的相關信息傳輸到數據庫中。

2.1.3 感知層

該層由傳感器及其網關組成，包括溫濕度傳感器、RFID標簽、RFID讀寫器等，主要用于采集實驗室設備信息以及師生相關信息。

2.2 系統功能設計

本系統在應用物聯網技術的基礎上，要具備設備信息采集、設備信息分析、數據資源共享、用戶信息管理、后臺數據庫管理等基本功能。同時，本系統根據計算機實驗室的管理需求，以及實驗室在教學實踐中的操作流程，將本系統設計為教師端、學生端、管理端子系統，各個子系統的功能如下：

2.2.1 教師端管理子系統

該子系統的功能包括教師注冊登錄、系統配置、學生信息管理、考勤管理、設備管理、環境數據展示等。

2.2.2 學生端管理子系統

該子系統的功能包括學生登錄、考勤簽到簽出、本組成員信息查看、實驗驗收申請、實驗報告提交、環境數據采集等。

2.2.3 管理人員端子系統

該子系統的功能包括用戶信息登入、用戶權限分配、用戶信息修改、系統設置、數據管理、設備管理等。

2.3 系統通信設計

本系統是基于物聯網的計算機實驗管理系統，按照實驗室管理與使用流程，將系統通信模塊設計為以下三個部分：無線傳感器網絡通信;學生機與無線傳感的通信，以及學生機與RFID讀寫器的通信;學生機與教師機的通信。

3 基于物聯網的計算機實驗室管理系統的關鍵技術應用

RFID技術是物聯網的關鍵技術，也是基于物聯網的實驗室管理系統設計中的重要技術，應用RFID技術可實現對實驗室設備24小時全天候的動態監控，實時了解設備運行狀態和存放位置，提高實驗室管理效率。所以下面對RFID技術的應用進行分析。

3.1 RFID編碼

在計算機實驗室管理系統中，要對每個設備進行唯一編碼，確保實驗室設備能夠實現數據交換。在本系統中，可采用EPC96位編碼，編碼由標頭、廠商代碼、對象分類代碼、序列號組成。

3.2 RFID讀寫模塊

該模塊主要用于轉換數據格式和存儲數據信息，其運行流程如下：采集RFID電子標簽上的數據;將獲取數據信息按照相應標準轉換為符合讀寫器標準的數據格式;存儲格式轉換后的數據，為數據傳輸到后臺做準備。

3.3 RFID數據采集接口模塊

該模塊用于連接后臺應用軟件與RFID讀寫器，實現兩者之間的數據交互。在該模塊中采用RFID中間件，RFID中間件是RFID標簽與應用程序之間的中介，應用程序利用中間件提供的API能夠順利連接到RFID讀寫器，讀取相關數據。在使用RFID中間件的情況下，應用端可處理復雜的多對多連接問題。RFID中間件獨立于RFID讀寫器和后臺應用程序，并且可與多個RFID讀寫器和后臺應用程度建立起連接。RFID中間件的架構主要由邊緣控制器和前端服務器組成，其中邊緣控制器包括控制器、讀寫器代理和過濾器，實現與RFID硬件設備的通信，具備過濾、整合RFID讀寫器數據的功能;前端服務器包括Web服務器、MQ中間件和網絡代理，當邊緣控制器在處理完數據之后，將數據提供給前端服務器，由前段服務器匯總、存儲設備信息。利用RFID中間件構建計算機實驗室管理系統能夠實現后臺應用程序對前端RFID硬件設備的智能化控制，包括信息采集、信息加工、安全管理、聯機服務等方面的控制。

3.4 RFID數據傳輸模塊

該模塊通過特定的數據接口將設備數據信息傳輸到后臺系統服務器，在數據傳輸過程中會涉及龐大的數據量及其運算，若每次傳輸過程中都要對比數據庫中的數據，則會降低實驗室管理系統的響應效率。為解決這一問題，可先將數據同步到前端服務器，并采用無線傳輸技術進行數據傳輸，提高系統運行效率。

4 結論

綜上所述，計算機實驗室管理系統要充分利用物聯網技術，在結合用戶使用需求的基礎上，按照物聯網的三層架構進行設計，完善系統功能和通信模塊設計，提高系統的智能化水平。計算機實驗室管理系統要重視RFID技術的應用，實現信息讀寫、采集、轉換、存儲與傳輸的高效運行，并利RFID中間件建立起獨立應用系統之間的聯系，實現信息交換和資源共享，滿足計算機實驗管理系統的運行需求。

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