無線傳感器網絡課程云實驗模式探索

崔勇 張茜 宋曉 王秋生

摘 ?要 無線傳感器網絡與通信技術、計算機技術構成信息技術的三大支柱。針對現有實驗模式中實驗時間固定、實驗地點固定、實驗設備數量有限等問題，進行無線傳感器網絡課程的云實驗模式探索，為學生靈活安排實驗時間及地點、不受實驗資源限制提供良好的解決方案。

關鍵詞 無線傳感器網絡;云實驗模式;實驗室;云平臺

中圖分類號：G642.423 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）12-0045-03

Exploration of Cloud Experiment Mode in Wireless Sensor Net-

work Course//CUI Yong， ZHANG Xi， SONG Xiao， WANG Qiu-sheng

Abstract Wireless sensor networks， communication technologies， and computer technologies constitute the three pillars of information

technology. In view of the fixed time of experiment， fixed experi-mental location and limited number of experimental equipment in the

existing experimental mode， the cloud experiment mode of wireless sensor network course was explored， which provided a good solution

for students to flexibly schedule the time and place of the experi-ment， regardless of the limitations of the experimental resources.

Key words wireless sensor network; cloud experimental; labora-tory; cloud platform

1 前言

隨著微機電系統（Micro-Electro-Mechanism System，

MEMS）、片上系統（SOC，System on Chip）、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展，孕育出無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN），并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來信息感知的一場變革。正如因特網能使計算機訪問各種數字信息而無論其存儲在何處，無線傳感器網絡則能夠讓人們遠程與現實世界進行交互，因此，無線傳感器網絡的重要性被認為與互聯網相當。無線傳感器網絡甚至被人稱為一種全新類型的計算機系統，因為與過去硬件不同，具有可分散分布的特點以及集體分析能力。無線傳感器網絡、通信技術與計算機技術構成信息技術的三大支柱。傳感器網絡、微型機電系統和無線通信技術的最新進展，使得微型、智能、成本低的傳感器能夠部署在物理區域，并通過無線鏈路與互聯網聯網，為各種民用和軍用應用提供前所未有的機會[1]。

無線傳感器網絡實驗課程的開展，能夠培養信息化實踐性人才。針對現有實驗模式中實驗時間固定、實驗地點固定、實驗設備數量有限等問題，進行無線傳感器網絡課程的云實驗模式探索，為學生靈活安排實驗時間、隨時隨地進行實驗、不受實驗資源限制提供了良好的解決方案。

2 基于云模式的實驗平臺架構

基于云模式的實驗平臺由資源層、平臺層和應用層組成。資源層是基本的運算和存儲單元，它將物理硬件設備虛擬化為計算節點[2]。平臺層采用Hadoop架構。應用層為訪問者提供服務，對無線傳感器網絡實驗中采集到的數據進行計算和管理。

整個實驗架構由學生終端、云實驗中心以及無線傳感器網絡實驗室組成。學生通過個人計算機登錄學校的云實驗中心（圖1），將云平臺與實驗室中計算機連接，通過實驗室內的計算機訪問無線傳感器網絡實驗箱，從而可以在個人計算機上遠程完成實驗，獲取實驗數據。

云實驗中心的課程信息來自學校教務管理平臺，課程信息包括實驗學時、實驗選課人數、實驗學生名單等。學生通過學校的統一身份驗證系統登錄云平臺，由管理員進行權限管理等操作。云實驗中心合理劃分業務功能并將其模塊化，基礎模塊有教師模塊、學生模塊及管理員模塊，各個模塊相互獨立。整個系統耦合性低，可擴展性強。

云實驗中心內有虛擬化軟件平臺，當有網絡節點遠程接入時，云實驗中心會及時啟動資源調度管理，迅速提供相應的軟硬件服務以響應訪問用戶的需求。

3 云實驗操作模式

本無線傳感器網絡實驗的云實驗平臺通過VMware虛擬化技術構建底層虛擬機，實驗系統依照云實驗平臺提供的環境配置網絡環境。學生可隨時隨地通過遠程桌面登錄北京航空航天大學云實驗中心，選擇教師上傳的實驗課程，下載相關實驗資源并預約實驗時間。云實驗中心經由Teamviewer遠程連接本地實驗室的計算機，實驗室計算機上實驗軟件已安裝成功，實驗系統已配置完備，可不間斷運行。按照上述搭建云實驗平臺后，學生的個人計算機可顯示實驗室計算機的桌面，即可進行遠程實驗操作，并通過程序編譯結果及實驗采集數據獲取實驗結果。

無線傳感器網絡的云實驗模式的優點在于：學生無須安裝實驗軟件，免去煩瑣的安裝步驟和復雜的維修管理;學生及教師可以自由地選擇零碎時間進行實驗相關操作，較好地解決了實驗地點單一、實驗時間固定、實驗資源有限的問題;云實驗模式為每個用戶創建的虛擬機物理隔離，模塊分明，為教師輕松便捷管理實驗課程創造了條件。