基于物聯(lián)網(wǎng)的計算機實驗室管理系統(tǒng)構(gòu)建

張俊玲

摘要??? 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)和RFID技術(shù)被廣泛應用于計算機實驗室管理系統(tǒng)構(gòu)建中，大幅度提升了實驗室管理系統(tǒng)的智能化水平。本文從分析計算機實驗室管理系統(tǒng)的用戶需求入手，對基于物聯(lián)網(wǎng)的計算機實驗室管理系統(tǒng)總體架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)應用進行研究探討。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 計算機實驗室管理系統(tǒng) RFID中間件

1 計算機實驗室管理系統(tǒng)的用戶需求分析

在計算機實驗室管理系統(tǒng)的操作中，系統(tǒng)管理員、教師和學生是主要用戶，在系統(tǒng)構(gòu)建時必須要考慮用戶的需求，以保證系統(tǒng)具備較強的實用性。對于系統(tǒng)管理員而言，管理員要求系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)增刪改、運行監(jiān)測、設備信息管理、教學工作量統(tǒng)計等功能;對于教師而言，要求系統(tǒng)具備網(wǎng)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(tǒng)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(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗室管理系統(tǒng)構(gòu)建能夠滿足用戶的使用需求，通過引入無線射頻技術(shù)和無線傳感技術(shù)，可對感知層數(shù)據(jù)進行全面采集、篩選和匯總，實現(xiàn)信息資源的高度共享，并且還可對實驗室設備進行監(jiān)控，全面掌握實驗室設備的性能參數(shù)。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的計算機實驗室管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)層次架構(gòu)設計

本系統(tǒng)采用三層架構(gòu)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(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成，為實驗室管理人員和師生提供提供系統(tǒng)操作界面。

2.1.2 網(wǎng)絡層

該層由Wi-Fi和校園網(wǎng)組成，負責將從感應層獲得的相關(guān)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中。

2.1.3 感知層

該層由傳感器及其網(wǎng)關(guān)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(guān)信息。

2.2 系統(tǒng)功能設計

本系統(tǒng)在應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎上，要具備設備信息采集、設備信息分析、數(shù)據(jù)資源共享、用戶信息管理、后臺數(shù)據(jù)庫管理等基本功能。同時，本系統(tǒng)根據(jù)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(tǒng)設計為教師端、學生端、管理端子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)的功能如下：

2.2.1 教師端管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)的功能包括教師注冊登錄、系統(tǒng)配置、學生信息管理、考勤管理、設備管理、環(huán)境數(shù)據(jù)展示等。

2.2.2 學生端管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)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(huán)境數(shù)據(jù)采集等。

2.2.3 管理人員端子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)的功能包括用戶信息登入、用戶權(quán)限分配、用戶信息修改、系統(tǒng)設置、數(shù)據(jù)管理、設備管理等。

2.3 系統(tǒng)通信設計

本系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)的計算機實驗管理系統(tǒng)，按照實驗室管理與使用流程，將系統(tǒng)通信模塊設計為以下三個部分：無線傳感器網(wǎng)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(lián)網(wǎng)的計算機實驗室管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)應用

RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，也是基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室管理系統(tǒng)設計中的重要技術(shù)，應用RFID技術(shù)可實現(xiàn)對實驗室設備24小時全天候的動態(tài)監(jiān)控，實時了解設備運行狀態(tài)和存放位置，提高實驗室管理效率。所以下面對RFID技術(shù)的應用進行分析。

3.1 RFID編碼

在計算機實驗室管理系統(tǒng)中，要對每個設備進行唯一編碼，確保實驗室設備能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交換。在本系統(tǒng)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(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式和存儲數(shù)據(jù)信息，其運行流程如下：采集RFID電子標簽上的數(shù)據(jù);將獲取數(shù)據(jù)信息按照相應標準轉(zhuǎn)換為符合讀寫器標準的數(shù)據(jù)格式;存儲格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_做準備。

3.3 RFID數(shù)據(jù)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(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)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(guān)數(shù)據(jù)。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(gòu)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(xiàn)與RFID硬件設備的通信，具備過濾、整合RFID讀寫器數(shù)據(jù)的功能;前端服務器包括Web服務器、MQ中間件和網(wǎng)絡代理，當邊緣控制器在處理完數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)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(gòu)建計算機實驗室管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)后臺應用程序?qū)η岸薘FID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(lián)機服務等方面的控制。

3.4 RFID數(shù)據(jù)傳輸模塊

該模塊通過特定的數(shù)據(jù)接口將設備數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)服務器，在數(shù)據(jù)傳輸過程中會涉及龐大的數(shù)據(jù)量及其運算，若每次傳輸過程中都要對比數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，則會降低實驗室管理系統(tǒng)的響應效率。為解決這一問題，可先將數(shù)據(jù)同步到前端服務器，并采用無線傳輸技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，提高系統(tǒng)運行效率。

4 結(jié)論

綜上所述，計算機實驗室管理系統(tǒng)要充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在結(jié)合用戶使用需求的基礎上，按照物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)進行設計，完善系統(tǒng)功能和通信模塊設計，提高系統(tǒng)的智能化水平。計算機實驗室管理系統(tǒng)要重視RFID技術(shù)的應用，實現(xiàn)信息讀寫、采集、轉(zhuǎn)換、存儲與傳輸?shù)母咝н\行，并利RFID中間件建立起獨立應用系統(tǒng)之間的聯(lián)系，實現(xiàn)信息交換和資源共享，滿足計算機實驗管理系統(tǒng)的運行需求。

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