基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)研究

滑斌 魏華

（1.寧夏大學(xué)信息工程學(xué)院 寧夏回族自治區(qū)銀川市 750021 2.寧夏六盤山高級(jí)中學(xué) 寧夏回族自治區(qū)銀川市 750002）

物聯(lián)網(wǎng)是把所有物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)被視為互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展，應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心,以用戶體驗(yàn)為核心的創(chuàng)新2.0。不同于互聯(lián)網(wǎng)之間的人與人的交互，物聯(lián)網(wǎng)的側(cè)重點(diǎn)是人與物之間的信息傳遞與交流。不論是衣服背包，還是蔬菜瓜果，又或者是公交汽車，任何生活中能夠接觸到的物品，都可以通過植入感應(yīng)式的芯片，被智能化的控制，變成“會(huì)說話”的物品。通過無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以被實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)行智能化操作。

而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也被廣泛引用到高校的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，便于更好地管理實(shí)驗(yàn)室內(nèi)多且精密的設(shè)備儀器，通過物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳感技術(shù)把控制主機(jī)和各種電子技術(shù)的連接，接入實(shí)驗(yàn)器材終端，這樣物與物之間就不再是獨(dú)立的個(gè)體，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)人與物之間隨時(shí)隨地進(jìn)行信息交流，人也可以對(duì)物進(jìn)行識(shí)別、定位、控制或者管理。

1 物聯(lián)網(wǎng)在高校實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的意義

（1）高校作為高等素質(zhì)教育的中心，是人才培養(yǎng)與輸出的高地，科研創(chuàng)新的是我國(guó)重點(diǎn)關(guān)注并推進(jìn)的，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)信息實(shí)驗(yàn)室符合人才培養(yǎng)的需要。

（2）建設(shè)依托于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室，能夠?yàn)楦咝５膭?chuàng)新實(shí)驗(yàn)帶來極大的便利，提高科研創(chuàng)新的效率和質(zhì)量，是學(xué)校自身建設(shè)與發(fā)展的 需要。

（3）建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)智慧化操作和信息化管理，進(jìn)行資源的整合與管理，能夠讓高校、學(xué)生、老師甚至是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)共同受益。

2 物聯(lián)網(wǎng)高校實(shí)驗(yàn)室中心的管理設(shè)計(jì)理念

2.1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和手段是實(shí)驗(yàn)中心在管理方面的靈活運(yùn)用。其主要包括了網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、感知這三個(gè)不同的結(jié)構(gòu)層次，而他們主要使用的還是 B/S 模式，這種模式是依托于這三個(gè)層次進(jìn)行構(gòu)架的。通俗地分析就是，物聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層面的校園網(wǎng)絡(luò)體系，在應(yīng)用層的管理體系和在感知層中的傳感網(wǎng)絡(luò)這三個(gè)層面。如圖1所示。

圖1

每個(gè)層面也都各自發(fā)揮著自己的重要作用。感知層面負(fù)責(zé)采集學(xué)生、老師以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的信息，原理就是把已經(jīng)貼上RFID標(biāo)簽的學(xué)生和老師的校園卡信息以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的設(shè)備信息借助對(duì)應(yīng)的信息讀寫器搜集起來。網(wǎng)絡(luò)層是感知層的接應(yīng)，說白了就是校園網(wǎng)的組合，負(fù)責(zé)把上面搜集到的信息傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匯總。而應(yīng)用層主要是把上述所有的信息應(yīng)用到為師生服務(wù)的實(shí)踐中去，這一層面主要是由高校實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室，管理系統(tǒng)組成，借助于數(shù)據(jù)的管理與分析進(jìn)行精準(zhǔn)化、智慧化服務(wù)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是依托于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的，所以網(wǎng)絡(luò)安全問題是不可避免的。既然這一系統(tǒng)是以物聯(lián)網(wǎng)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，究其根源，網(wǎng)絡(luò)安全問題的著眼點(diǎn)還得回到網(wǎng)絡(luò)層、感知層、應(yīng)用層這三個(gè)層面進(jìn)行具體分析。感知層的主要功能是信息采集，要想保證信息采集的安全性就要檢查每一環(huán)節(jié)是否存在問題，如信息有無(wú)被他人惡意修改、設(shè)備、師生的標(biāo)簽是否正常，標(biāo)簽是否存在信息不準(zhǔn)確、可能會(huì)引起他人誤解的情況，有無(wú)別人非法訪問網(wǎng)絡(luò)的情況等等；網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是搜集信息，與感知層環(huán)環(huán)相扣，要檢查網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是存在漏銅，在后面的應(yīng)用層主要考慮的就是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全保護(hù)，有沒有設(shè)置加密、數(shù)據(jù)流有沒有被他人非法獲取等等，把好這些方面的關(guān)卡，是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。

3 物聯(lián)網(wǎng)高校實(shí)驗(yàn)管理體系設(shè)計(jì)的方案

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用系統(tǒng)的E-R圖進(jìn)行數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，然后再根據(jù)E-R圖所對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系和思維方式建立數(shù)據(jù)庫(kù)模型。數(shù)據(jù)庫(kù)模型的設(shè)計(jì)要遵循便于儲(chǔ)存，清晰簡(jiǎn)單，方便查詢的原則，在此基礎(chǔ)之上還要保證數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性能，設(shè)計(jì)的時(shí)候也要注意數(shù)據(jù)庫(kù)初衷，是便于服務(wù)實(shí)驗(yàn)室管理員、學(xué)生和老師的控制與使用，所以在操作方面也要設(shè)計(jì)的更加便捷，方便使用。這個(gè)系統(tǒng)也是根據(jù)三層結(jié)構(gòu)的模式設(shè)計(jì)的，以SQL,Server2008的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，并且還使用了數(shù)據(jù)流的協(xié)議等。減少系統(tǒng)出現(xiàn)漏洞或者因?yàn)槟承﹩栴}導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰現(xiàn)象，在安全上也做了保障。

3.2 RFID

這方面的設(shè)計(jì)主要包括了四個(gè)環(huán)節(jié)：

3.2.1 編碼設(shè)計(jì)

不同的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中都有不同的 RFID編碼，且不重合，為的是能控清楚地區(qū)分每一個(gè)設(shè)備和任務(wù)信息，做到一一對(duì)應(yīng)，精準(zhǔn)明了。所以在進(jìn)行進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意它的標(biāo)簽信息能夠準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，不會(huì)與其他的信息有重合或者相似的地方。實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)管理是以數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)的，這一方面的標(biāo)準(zhǔn)制度為了確保能夠在國(guó)際推廣，一般都是確定了統(tǒng)一的制度的。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候要注意制度統(tǒng)一。還要加強(qiáng)其便捷性的設(shè)計(jì)，用最簡(jiǎn)單的方法化解復(fù)雜的編碼代碼。

3.2.2 讀寫

這一模塊的設(shè)計(jì)是為了讀取識(shí)別貼在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備或是學(xué)生與老師上的標(biāo)簽搜集到的信息，并在讀取的時(shí)候就把信息轉(zhuǎn)變成為數(shù)據(jù)庫(kù)接受的格式設(shè)計(jì)，并且把這種格式保存下來便于數(shù)據(jù)分析和處理。明確讀寫的應(yīng)用功能就是對(duì)標(biāo)簽上的不同信息進(jìn)行統(tǒng)一搜集。把搜集到的大量信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)候是以搜集到的信息具體的參數(shù)為依據(jù)的，把這些參數(shù)相應(yīng)地轉(zhuǎn)換為樣本電信號(hào)，最后在通過計(jì)算機(jī)技術(shù)把這些電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠識(shí)別的信息。數(shù)據(jù)的采集是一個(gè)龐大的工程，采集到的數(shù)據(jù)能夠幫助使用者更好地管理實(shí)驗(yàn)室，使用實(shí)驗(yàn)室，提高工作與學(xué)習(xí)的效率。因此在儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的時(shí)候也要注意數(shù)據(jù)的格式。

3.2.3 數(shù)據(jù)采集

這一方面的數(shù)據(jù)采集主要是幫助RFID讀寫和后臺(tái)軟件進(jìn)行連接，完成信息的交與互動(dòng)。建立一個(gè)標(biāo)簽、信息讀寫和系統(tǒng)時(shí)間相互溝通橋梁，達(dá)到信息實(shí)時(shí)互動(dòng)掌控的效果。

3.2.4 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸主要是將標(biāo)簽所采集到的數(shù)據(jù)通過與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)接入口傳送到控制整個(gè)服務(wù)系統(tǒng)的后臺(tái)中，在信息傳送的時(shí)候，由于信息量比較大且繁雜，需要系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行龐大的識(shí)別處理，每一次的識(shí)別都會(huì)給系統(tǒng)造成一定的負(fù)擔(dān)，使得系統(tǒng)運(yùn)行的速度慢，識(shí)別的速度也在多次精準(zhǔn)處理中變慢。所以，為了解決這一問題，優(yōu)化系統(tǒng)，可以提前把數(shù)據(jù)在前端進(jìn)行同步，提高系統(tǒng)的處理和運(yùn)算速率，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候也可以借助一些先進(jìn)的先進(jìn)的技術(shù)，來確數(shù)據(jù)能夠無(wú)損且精準(zhǔn)地傳輸?shù)胶笈_(tái)。

4 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室管理設(shè)計(jì)的功能預(yù)設(shè)

本系統(tǒng)將會(huì)圍繞4個(gè)功能模塊進(jìn)行闡述：

4.1 系統(tǒng)管理

這一模塊的主要功能是把系統(tǒng)的不同參數(shù)進(jìn)行不同的設(shè)置，再對(duì)信息采集系統(tǒng)搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象，即管理員 、學(xué)生、教師統(tǒng)一管理。對(duì)于剛開始運(yùn)行的系統(tǒng)要進(jìn)行不斷地升級(jí)處理，監(jiān)控系統(tǒng)可能出現(xiàn)的漏洞，及時(shí)修復(fù)和維護(hù)保障系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。在數(shù)據(jù)的管理方面，要及時(shí)錄新的變動(dòng)后的數(shù)據(jù)替換舊的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)有效，性，還要搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，防止有人非法侵入系統(tǒng)，破壞數(shù)據(jù)，或者以為系統(tǒng)故障而造成數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)然，對(duì)于受損的數(shù)據(jù)也要及時(shí)進(jìn)行還原，保證數(shù)據(jù)的完整性和真是準(zhǔn)確性。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)室管理方面，主要包括實(shí)驗(yàn)平常在使用、打掃、設(shè)備的檢查等方面進(jìn)行統(tǒng)一管理，還有學(xué)生或者老師要借助實(shí)驗(yàn)室做實(shí)訓(xùn)練習(xí)或者是科研項(xiàng)目的研究和部署，需要通過什么樣的形式，遞交那些素材等等，都會(huì)由本系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃和管理，提高實(shí)驗(yàn)室的資源配置和利用率。對(duì)于用戶管理方面。首先，本系統(tǒng)的宗旨就是服務(wù)于使用者——管理員、學(xué)生、老師，為確保實(shí)驗(yàn)室的安全性，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)錄入每個(gè)使用者的身份信息，在根據(jù)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行不同權(quán)利限制的分配和管理。會(huì)對(duì)每個(gè)有權(quán)使用本實(shí)驗(yàn)室的人的身份信息提前錄入，對(duì)于身份過期或者因?yàn)槟承┰虿辉倬哂斜緦?shí)驗(yàn)室的使用權(quán)限的人的信息進(jìn)行刪除，對(duì)于使用本實(shí)驗(yàn)室的身份信息在權(quán)限上有變化的人也會(huì)及時(shí)更新使用權(quán)限。

4.2 用戶管理

任何系統(tǒng)的使用對(duì)象都是人，但是人具有個(gè)人自主意識(shí)，所以也存在著很多的變動(dòng)因素，在設(shè)置系統(tǒng)的時(shí)候必須要考慮這一點(diǎn)，保障用戶可以正常方便地使用系統(tǒng)。用戶管理的模塊主要分為一下三個(gè)部分：

（1）信息管理。系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)的識(shí)別與運(yùn)用來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室管理的。所以，對(duì)于使用者的身份信息也要進(jìn)行錄入，還要記錄使用者對(duì)于實(shí)驗(yàn)室有哪些使用權(quán)限，身份賬號(hào)的密碼是什么等等。

（2）系統(tǒng)權(quán)限管理。不同的人對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的使用權(quán)限也是不同的，因此對(duì)于權(quán)限管理要加以區(qū)分，以此來監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室，保障實(shí)驗(yàn)室在安全的條件下可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）用戶的界面。對(duì)于學(xué)生、管理員、老師這三個(gè)級(jí)別的用戶使用權(quán)限不一樣，相應(yīng)也會(huì)設(shè)置不同的登錄界面加以差異化地區(qū)分。

4.3 數(shù)據(jù)管理

這一板塊是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的大數(shù)據(jù)內(nèi)容，使用者的信息、信息的識(shí)別與查詢等進(jìn)行管理的。

4.4 設(shè)備管理

實(shí)驗(yàn)室的管理系統(tǒng)是依托于不同的設(shè)備信息進(jìn)行管理的，這是前提。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的各種設(shè)備所包含的信息和這些設(shè)備的應(yīng)用情況要加以記錄和掌握。

5 結(jié)語(yǔ)

在高校實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。物聯(lián)網(wǎng)正處于飛速發(fā)展階段，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行管理是目前最有效的管理方法，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室智能化和網(wǎng)絡(luò)化，節(jié)省 大量的人力、物力和財(cái)力，從而可以提高高校實(shí)驗(yàn)室的管理效率。還可以優(yōu)化教學(xué)資源，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的安全管理，可以大范圍的推廣和普及，也有利于我國(guó)科研創(chuàng)新項(xiàng)目的發(fā)展，培養(yǎng)高校科研人才，促進(jìn)學(xué)校自身的穩(wěn)定發(fā)展。