基于物聯網的計算機實驗室智能化管理系統研究

滑斌 魏華

（1.寧夏大學信息工程學院 寧夏回族自治區銀川市 750021 2.寧夏六盤山高級中學 寧夏回族自治區銀川市 750002）

物聯網是把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算、泛在網絡的融合應用，被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。物聯網被視為互聯網的應用拓展，應用創新是物聯網發展的核心,以用戶體驗為核心的創新2.0。不同于互聯網之間的人與人的交互，物聯網的側重點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式的芯片，被智能化的控制，變成“會說話”的物品。通過無線傳感網絡技術，可以被實時監控進行智能化操作。

而物聯網技術也被廣泛引用到高校的教學實驗室，便于更好地管理實驗室內多且精密的設備儀器，通過物聯網無線傳感技術把控制主機和各種電子技術的連接，接入實驗器材終端，這樣物與物之間就不再是獨立的個體，基于物聯網技術就能實現人與物之間隨時隨地進行信息交流，人也可以對物進行識別、定位、控制或者管理。

1 物聯網在高校實驗室應用的意義

（1）高校作為高等素質教育的中心，是人才培養與輸出的高地，科研創新的是我國重點關注并推進的，建設物聯網信息實驗室符合人才培養的需要。

（2）建設依托于物聯網的實驗室，能夠為高校的創新實驗帶來極大的便利，提高科研創新的效率和質量，是學校自身建設與發展的 需要。

（3）建設物聯網信息平臺及應用實驗室，實現智慧化操作和信息化管理，進行資源的整合與管理，能夠讓高校、學生、老師甚至是整個物聯網行業共同受益。

2 物聯網高校實驗室中心的管理設計理念

2.1 物聯網實驗系統的結構層次

物聯網實驗系統是物聯網技術和手段是實驗中心在管理方面的靈活運用。其主要包括了網絡、應用、感知這三個不同的結構層次，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層次進行構架的。通俗地分析就是，物聯網在網絡層面的校園網絡體系，在應用層的管理體系和在感知層中的傳感網絡這三個層面。如圖1所示。

圖1

每個層面也都各自發揮著自己的重要作用。感知層面負責采集學生、老師以及實驗室內各種實驗設備的信息，原理就是把已經貼上RFID標簽的學生和老師的校園卡信息以及實驗室內的設備信息借助對應的信息讀寫器搜集起來。網絡層是感知層的接應，說白了就是校園網的組合，負責把上面搜集到的信息傳送到數據庫進行匯總。而應用層主要是把上述所有的信息應用到為師生服務的實踐中去，這一層面主要是由高校實驗室的數據管理系統和實驗室，管理系統組成，借助于數據的管理與分析進行精準化、智慧化服務。

2.2 物聯網實驗室安全系統設計

物聯網實驗室管理系統是依托于互聯網進行數據傳遞的，所以網絡安全問題是不可避免的。既然這一系統是以物聯網模型為基礎進行設計的，究其根源，網絡安全問題的著眼點還得回到網絡層、感知層、應用層這三個層面進行具體分析。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節是否存在問題，如信息有無被他人惡意修改、設備、師生的標簽是否正常，標簽是否存在信息不準確、可能會引起他人誤解的情況，有無別人非法訪問網絡的情況等等；網絡層的主要功能是搜集信息，與感知層環環相扣，要檢查網絡系統是存在漏銅，在后面的應用層主要考慮的就是數據在傳輸過程中的安全保護，有沒有設置加密、數據流有沒有被他人非法獲取等等，把好這些方面的關卡，是物聯網實驗室系統安全的關鍵。

3 物聯網高校實驗管理體系設計的方案

3.1 數據庫系統

本系統采用系統的E-R圖進行數據系統的設計，然后再根據E-R圖所對應的邏輯關系和思維方式建立數據庫模型。數據庫模型的設計要遵循便于儲存，清晰簡單，方便查詢的原則，在此基礎之上還要保證數據庫的安全性能，設計的時候也要注意數據庫初衷，是便于服務實驗室管理員、學生和老師的控制與使用，所以在操作方面也要設計的更加便捷，方便使用。這個系統也是根據三層結構的模式設計的，以SQL,Server2008的數據作為基礎，并且還使用了數據流的協議等。減少系統出現漏洞或者因為某些問題導致的系統崩潰現象，在安全上也做了保障。

3.2 RFID

這方面的設計主要包括了四個環節：

3.2.1 編碼設計

不同的設計的設計系統中都有不同的 RFID編碼，且不重合，為的是能控清楚地區分每一個設備和任務信息，做到一一對應，精準明了。所以在進行進行編碼設計的時候要注意它的標簽信息能夠準確對應，不會與其他的信息有重合或者相似的地方。實驗室的數據管理是以數據信息為基礎的，這一方面的標準制度為了確保能夠在國際推廣，一般都是確定了統一的制度的。在設計數據庫的時候要注意制度統一。還要加強其便捷性的設計，用最簡單的方法化解復雜的編碼代碼。

3.2.2 讀寫

這一模塊的設計是為了讀取識別貼在實驗室設備或是學生與老師上的標簽搜集到的信息，并在讀取的時候就把信息轉變成為數據庫接受的格式設計，并且把這種格式保存下來便于數據分析和處理。明確讀寫的應用功能就是對標簽上的不同信息進行統一搜集。把搜集到的大量信息進行轉換的時候是以搜集到的信息具體的參數為依據的，把這些參數相應地轉換為樣本電信號，最后在通過計算機技術把這些電信號轉換為數據系統能夠識別的信息。數據的采集是一個龐大的工程，采集到的數據能夠幫助使用者更好地管理實驗室，使用實驗室，提高工作與學習的效率。因此在儲存數據的時候也要注意數據的格式。

3.2.3 數據采集

這一方面的數據采集主要是幫助RFID讀寫和后臺軟件進行連接，完成信息的交與互動。建立一個標簽、信息讀寫和系統時間相互溝通橋梁，達到信息實時互動掌控的效果。

3.2.4 數據傳輸

數據傳輸主要是將標簽所采集到的數據通過與之相對應的數據接入口傳送到控制整個服務系統的后臺中，在信息傳送的時候，由于信息量比較大且繁雜，需要系統對信息進行龐大的識別處理，每一次的識別都會給系統造成一定的負擔，使得系統運行的速度慢，識別的速度也在多次精準處理中變慢。所以，為了解決這一問題，優化系統，可以提前把數據在前端進行同步，提高系統的處理和運算速率，在進行數據傳輸的時候也可以借助一些先進的先進的技術，來確數據能夠無損且精準地傳輸到后臺。

4 物聯網實驗室管理設計的功能預設

本系統將會圍繞4個功能模塊進行闡述：

4.1 系統管理

這一模塊的主要功能是把系統的不同參數進行不同的設置，再對信息采集系統搜集到的數據進行處理，對這個系統的服務對象，即管理員 、學生、教師統一管理。對于剛開始運行的系統要進行不斷地升級處理，監控系統可能出現的漏洞，及時修復和維護保障系統可以正常運行。在數據的管理方面，要及時錄新的變動后的數據替換舊的數據，保證數據的實時有效，性，還要搜集的數據進行備份，防止有人非法侵入系統，破壞數據，或者以為系統故障而造成數據丟失。當然，對于受損的數據也要及時進行還原，保證數據的完整性和真是準確性。

對于實驗室管理方面，主要包括實驗平常在使用、打掃、設備的檢查等方面進行統一管理，還有學生或者老師要借助實驗室做實訓練習或者是科研項目的研究和部署，需要通過什么樣的形式，遞交那些素材等等，都會由本系統進行規劃和管理，提高實驗室的資源配置和利用率。對于用戶管理方面。首先，本系統的宗旨就是服務于使用者——管理員、學生、老師，為確保實驗室的安全性，系統會及時錄入每個使用者的身份信息，在根據數據分析進行不同權利限制的分配和管理。會對每個有權使用本實驗室的人的身份信息提前錄入，對于身份過期或者因為某些原因不再具有本實驗室的使用權限的人的信息進行刪除，對于使用本實驗室的身份信息在權限上有變化的人也會及時更新使用權限。

4.2 用戶管理

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

（1）信息管理。系統是基于數據的識別與運用來進行實驗室管理的。所以，對于使用者的身份信息也要進行錄入，還要記錄使用者對于實驗室有哪些使用權限，身份賬號的密碼是什么等等。

（2）系統權限管理。不同的人對于實驗室的使用權限也是不同的，因此對于權限管理要加以區分，以此來監測實驗室，保障實驗室在安全的條件下可以正常運轉。

（3）用戶的界面。對于學生、管理員、老師這三個級別的用戶使用權限不一樣，相應也會設置不同的登錄界面加以差異化地區分。

4.3 數據管理

這一板塊是對數據庫的大數據內容，使用者的信息、信息的識別與查詢等進行管理的。

4.4 設備管理

實驗室的管理系統是依托于不同的設備信息進行管理的，這是前提。對于實驗室的各種設備所包含的信息和這些設備的應用情況要加以記錄和掌握。

5 結語

在高校實驗管理系統中，物聯網技術的應用具有重要意義。物聯網正處于飛速發展階段，采用物聯網技術對高校實驗室進行管理是目前最有效的管理方法，可以實現實驗室智能化和網絡化，節省 大量的人力、物力和財力，從而可以提高高校實驗室的管理效率。還可以優化教學資源，加強實驗室的安全管理，可以大范圍的推廣和普及，也有利于我國科研創新項目的發展，培養高?？蒲腥瞬?，促進學校自身的穩定發展。