基于物联网的计算机实验室智能化管理系统研究

滑斌 魏华

（1.宁夏大学信息工程学院 宁夏回族自治区银川市 750021 2.宁夏六盘山高级中学 宁夏回族自治区银川市 750002）

物联网是把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网被视为互联网的应用拓展，应用创新是物联网发展的核心,以用户体验为核心的创新2.0。不同于互联网之间的人与人的交互，物联网的侧重点是人与物之间的信息传递与交流。不论是衣服背包，还是蔬菜瓜果，又或者是公交汽车，任何生活中能够接触到的物品，都可以通过植入感应式的芯片，被智能化的控制，变成“会说话”的物品。通过无线传感网络技术，可以被实时监控进行智能化操作。

而物联网技术也被广泛引用到高校的教学实验室，便于更好地管理实验室内多且精密的设备仪器，通过物联网无线传感技术把控制主机和各种电子技术的连接，接入实验器材终端，这样物与物之间就不再是独立的个体，基于物联网技术就能实现人与物之间随时随地进行信息交流，人也可以对物进行识别、定位、控制或者管理。

1 物联网在高校实验室应用的意义

（1）高校作为高等素质教育的中心，是人才培养与输出的高地，科研创新的是我国重点关注并推进的，建设物联网信息实验室符合人才培养的需要。

（2）建设依托于物联网的实验室，能够为高校的创新实验带来极大的便利，提高科研创新的效率和质量，是学校自身建设与发展的 需要。

（3）建设物联网信息平台及应用实验室，实现智慧化操作和信息化管理，进行资源的整合与管理，能够让高校、学生、老师甚至是整个物联网行业共同受益。

2 物联网高校实验室中心的管理设计理念

2.1 物联网实验系统的结构层次

物联网实验系统是物联网技术和手段是实验中心在管理方面的灵活运用。其主要包括了网络、应用、感知这三个不同的结构层次，而他们主要使用的还是 B/S 模式，这种模式是依托于这三个层次进行构架的。通俗地分析就是，物联网在网络层面的校园网络体系，在应用层的管理体系和在感知层中的传感网络这三个层面。如图1所示。

图1

每个层面也都各自发挥着自己的重要作用。感知层面负责采集学生、老师以及实验室内各种实验设备的信息，原理就是把已经贴上RFID标签的学生和老师的校园卡信息以及实验室内的设备信息借助对应的信息读写器搜集起来。网络层是感知层的接应，说白了就是校园网的组合，负责把上面搜集到的信息传送到数据库进行汇总。而应用层主要是把上述所有的信息应用到为师生服务的实践中去，这一层面主要是由高校实验室的数据管理系统和实验室，管理系统组成，借助于数据的管理与分析进行精准化、智慧化服务。

2.2 物联网实验室安全系统设计

物联网实验室管理系统是依托于互联网进行数据传递的，所以网络安全问题是不可避免的。既然这一系统是以物联网模型为基础进行设计的，究其根源，网络安全问题的着眼点还得回到网络层、感知层、应用层这三个层面进行具体分析。感知层的主要功能是信息采集，要想保证信息采集的安全性就要检查每一环节是否存在问题，如信息有无被他人恶意修改、设备、师生的标签是否正常，标签是否存在信息不准确、可能会引起他人误解的情况，有无别人非法访问网络的情况等等；网络层的主要功能是搜集信息，与感知层环环相扣，要检查网络系统是存在漏铜，在后面的应用层主要考虑的就是数据在传输过程中的安全保护，有没有设置加密、数据流有没有被他人非法获取等等，把好这些方面的关卡，是物联网实验室系统安全的关键。

3 物联网高校实验管理体系设计的方案

3.1 数据库系统

本系统采用系统的E-R图进行数据系统的设计，然后再根据E-R图所对应的逻辑关系和思维方式建立数据库模型。数据库模型的设计要遵循便于储存，清晰简单，方便查询的原则，在此基础之上还要保证数据库的安全性能，设计的时候也要注意数据库初衷，是便于服务实验室管理员、学生和老师的控制与使用，所以在操作方面也要设计的更加便捷，方便使用。这个系统也是根据三层结构的模式设计的，以SQL,Server2008的数据作为基础，并且还使用了数据流的协议等。减少系统出现漏洞或者因为某些问题导致的系统崩溃现象，在安全上也做了保障。

3.2 RFID

这方面的设计主要包括了四个环节：

3.2.1 编码设计

不同的设计的设计系统中都有不同的 RFID编码，且不重合，为的是能控清楚地区分每一个设备和任务信息，做到一一对应，精准明了。所以在进行进行编码设计的时候要注意它的标签信息能够准确对应，不会与其他的信息有重合或者相似的地方。实验室的数据管理是以数据信息为基础的，这一方面的标准制度为了确保能够在国际推广，一般都是确定了统一的制度的。在设计数据库的时候要注意制度统一。还要加强其便捷性的设计，用最简单的方法化解复杂的编码代码。

3.2.2 读写

这一模块的设计是为了读取识别贴在实验室设备或是学生与老师上的标签搜集到的信息，并在读取的时候就把信息转变成为数据库接受的格式设计，并且把这种格式保存下来便于数据分析和处理。明确读写的应用功能就是对标签上的不同信息进行统一搜集。把搜集到的大量信息进行转换的时候是以搜集到的信息具体的参数为依据的，把这些参数相应地转换为样本电信号，最后在通过计算机技术把这些电信号转换为数据系统能够识别的信息。数据的采集是一个庞大的工程，采集到的数据能够帮助使用者更好地管理实验室，使用实验室，提高工作与学习的效率。因此在储存数据的时候也要注意数据的格式。

3.2.3 数据采集

这一方面的数据采集主要是帮助RFID读写和后台软件进行连接，完成信息的交与互动。建立一个标签、信息读写和系统时间相互沟通桥梁，达到信息实时互动掌控的效果。

3.2.4 数据传输

数据传输主要是将标签所采集到的数据通过与之相对应的数据接入口传送到控制整个服务系统的后台中，在信息传送的时候，由于信息量比较大且繁杂，需要系统对信息进行庞大的识别处理，每一次的识别都会给系统造成一定的负担，使得系统运行的速度慢，识别的速度也在多次精准处理中变慢。所以，为了解决这一问题，优化系统，可以提前把数据在前端进行同步，提高系统的处理和运算速率，在进行数据传输的时候也可以借助一些先进的先进的技术，来确数据能够无损且精准地传输到后台。

4 物联网实验室管理设计的功能预设

本系统将会围绕4个功能模块进行阐述：

4.1 系统管理

这一模块的主要功能是把系统的不同参数进行不同的设置，再对信息采集系统搜集到的数据进行处理，对这个系统的服务对象，即管理员 、学生、教师统一管理。对于刚开始运行的系统要进行不断地升级处理，监控系统可能出现的漏洞，及时修复和维护保障系统可以正常运行。在数据的管理方面，要及时录新的变动后的数据替换旧的数据，保证数据的实时有效，性，还要搜集的数据进行备份，防止有人非法侵入系统，破坏数据，或者以为系统故障而造成数据丢失。当然，对于受损的数据也要及时进行还原，保证数据的完整性和真是准确性。

对于实验室管理方面，主要包括实验平常在使用、打扫、设备的检查等方面进行统一管理，还有学生或者老师要借助实验室做实训练习或者是科研项目的研究和部署，需要通过什么样的形式，递交那些素材等等，都会由本系统进行规划和管理，提高实验室的资源配置和利用率。对于用户管理方面。首先，本系统的宗旨就是服务于使用者——管理员、学生、老师，为确保实验室的安全性，系统会及时录入每个使用者的身份信息，在根据数据分析进行不同权利限制的分配和管理。会对每个有权使用本实验室的人的身份信息提前录入，对于身份过期或者因为某些原因不再具有本实验室的使用权限的人的信息进行删除，对于使用本实验室的身份信息在权限上有变化的人也会及时更新使用权限。

4.2 用户管理

任何系统的使用对象都是人，但是人具有个人自主意识，所以也存在着很多的变动因素，在设置系统的时候必须要考虑这一点，保障用户可以正常方便地使用系统。用户管理的模块主要分为一下三个部分：

（1）信息管理。系统是基于数据的识别与运用来进行实验室管理的。所以，对于使用者的身份信息也要进行录入，还要记录使用者对于实验室有哪些使用权限，身份账号的密码是什么等等。

（2）系统权限管理。不同的人对于实验室的使用权限也是不同的，因此对于权限管理要加以区分，以此来监测实验室，保障实验室在安全的条件下可以正常运转。

（3）用户的界面。对于学生、管理员、老师这三个级别的用户使用权限不一样，相应也会设置不同的登录界面加以差异化地区分。

4.3 数据管理

这一板块是对数据库的大数据内容，使用者的信息、信息的识别与查询等进行管理的。

4.4 设备管理

实验室的管理系统是依托于不同的设备信息进行管理的，这是前提。对于实验室的各种设备所包含的信息和这些设备的应用情况要加以记录和掌握。

5 结语

在高校实验管理系统中，物联网技术的应用具有重要意义。物联网正处于飞速发展阶段，采用物联网技术对高校实验室进行管理是目前最有效的管理方法，可以实现实验室智能化和网络化，节省 大量的人力、物力和财力，从而可以提高高校实验室的管理效率。还可以优化教学资源，加强实验室的安全管理，可以大范围的推广和普及，也有利于我国科研创新项目的发展，培养高校科研人才，促进学校自身的稳定发展。