基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)裝備管理方案

隋福寧

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是全球信息化產(chǎn)業(yè)中的一項關(guān)鍵技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到軍校教學(xué)裝備管理中，為設(shè)備管理提供實時信息，構(gòu)建一個輕量級的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以傳感器網(wǎng)絡(luò)采集各項裝備的狀態(tài)和維護(hù)信息，將采集到的信息錄入到管理系統(tǒng)中，實現(xiàn)對裝備的實時動態(tài)管理。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)裝備；管理

物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。近年來，各國政府部門對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了廣泛的調(diào)研，制訂了一系列發(fā)展計劃。而隨著研究的深入，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)逐步走進(jìn)了人們的日常生活和工作中，在多個領(lǐng)域產(chǎn)生了具體的應(yīng)用。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基本理論

（一）物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）的定義是：通過射頻識別系統(tǒng)（RFID）、紅外感應(yīng)系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)（GPS）[1] 。激光掃描儀等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，賦予物體智能，并通過接口把需要連接的物品與國際互聯(lián)網(wǎng)連接起來，形成一個物品與物品相互連接的巨大的分布式網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)智能化物品識別、物品定位、物品跟蹤、物品監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)的概念起源于1999年，上述定義看起來比較復(fù)雜，實際上其本質(zhì)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這句話有兩層含義：第一，互聯(lián)網(wǎng)依然是物聯(lián)網(wǎng)的核心與基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展和延伸，第二，物聯(lián)網(wǎng)終端可以延伸和擴(kuò)展到任何物品之間，這些物品利用相關(guān)技術(shù)借助互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行智能化信息交換與通訊。

（二）物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

從功能來看，物聯(lián)網(wǎng)是一個具有感知（含標(biāo)識）、互聯(lián)、計算和控制能力的網(wǎng)絡(luò)化智能計算系統(tǒng)。因此，從功能角度抽取的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)一般包含感知、傳輸、處理和執(zhí)行等部件。下面介紹幾種從功能角度抽取的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。

1.Networked Auto-ID

Networked Auto-ID體系結(jié)構(gòu)于1999年由美國麻省理工學(xué)院A uto-ID實驗室提出[2]，目的是“把所有物品通過射頻識別（RFID）和條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理”一般由標(biāo)識標(biāo)簽（如磁條、條碼、二維碼、射頻標(biāo)識等）、閱讀終端（磁條讀卡器、紅外掃描器、光學(xué)識別器、射頻讀寫器等）、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)識解析服務(wù)器和信息服務(wù)器組成。信息處理的次序：（1）閱讀終端采用接觸或非接觸方式讀取存儲在標(biāo)識標(biāo)簽中的物品標(biāo)識（ID） ；（2）通過標(biāo)識解析服務(wù)取得與該標(biāo)識相應(yīng)的信息服務(wù)器的地址（Address of IS）；（3）閱讀終端根據(jù)該地址訪問信息服務(wù)器（IS）；（4）獲得相應(yīng)的信息服務(wù)，完成對物品的智能識別、定位、跟蹤和管理。這一體系結(jié)構(gòu)最先在物流系統(tǒng)中得到實現(xiàn)，并成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的雛形。

2.uID IoT結(jié)構(gòu)

uID IoT由日本東京大學(xué)發(fā)起的非盈利標(biāo)準(zhǔn)化組織uID中心制訂的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，目的是“通過RFID和二維碼來標(biāo)識物體，由網(wǎng)絡(luò)化傳感器采集周圍環(huán)境信息（Context），并根據(jù)采集的環(huán)境信息調(diào)整信息服務(wù)”?？梢?，與Networked Auto-ID本質(zhì)不同的地方在于uID IoT不僅包括物體的標(biāo)識，還包括環(huán)境信息。圖2是uID IoT體系結(jié)構(gòu)的示意圖。該體系結(jié)構(gòu)由Ucode、Context、用戶終端、互聯(lián)網(wǎng)、Ucode解析服務(wù)器和應(yīng)用信息服務(wù)器組成。需要指出的是，Ucode解析服務(wù)器不同于NetworkedAuto-ID中的標(biāo)識解析器，因為它不僅可以根據(jù)物體的Ucode查詢獲得相關(guān)信息服務(wù)器的地址，而且可以采用Context和ucRCUcode Relation）操作符，通過查詢ucR數(shù)據(jù)庫（ucR DB），獲得相關(guān)的多個信息服務(wù)器的地址。

二、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的核心關(guān)鍵技術(shù)主要有傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計算技術(shù)、人工智能技術(shù)等[3]。

（一）傳感器技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)中傳感器主要負(fù)責(zé)接收物品‘講話”的內(nèi)容傳感器技術(shù)是從自然信源獲取信息并對獲取的信息進(jìn)行處理、變換、識別的一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)啟涉及傳感器、信息處理和識別的規(guī)劃設(shè)計、開發(fā)、制造、測試、應(yīng)用及評價改進(jìn)活動等內(nèi)容。

（二）RFID技術(shù)

又稱電子標(biāo)簽、無線射頻識別，是一種通信技術(shù)可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，它利用射頻信號通過空間電磁耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息實現(xiàn)物體識別。

（三）無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)中物品要與人無障礙地交流必然離不開高速、可進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)既包括允許用戶建立遠(yuǎn)距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)也包括近距離的藍(lán)牙技術(shù)、紅外技術(shù)。

（四）云計算技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展理離不開云計算技術(shù)的支持物聯(lián)網(wǎng)中的終端的計算和存儲能力有限云計算平臺可以作為物聯(lián)網(wǎng)的大腦以實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的存儲和計算。

（五）人工智能技術(shù)

人工智能是研究是計算機(jī)來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考和規(guī)劃等）的技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中人工智能技術(shù)主要將物品“講話的內(nèi)容進(jìn)行分析從而實現(xiàn)計算機(jī)自動處理。

三、教學(xué)裝備管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文所指的教學(xué)裝備主要是指用于教學(xué)的各種電器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以及各類實驗室、機(jī)房設(shè)備和用于現(xiàn)地教學(xué)和野外演習(xí)等活動的各類電子保障設(shè)備。在日常維護(hù)和管理過程中，為了保證設(shè)備以及機(jī)房等實驗場所的正常運轉(zhuǎn)，工作人員需要經(jīng)常對設(shè)備和實驗場所進(jìn)行巡回檢查

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

教學(xué)裝備管理系統(tǒng)是一個信息處理系統(tǒng)，包括三個層次：首先是感知層，這個層次主要包括溫度和濕度傳感器和標(biāo)簽等信息采集設(shè)備；第二個層次是傳輸層，將傳感器和設(shè)備標(biāo)簽信息傳輸給終端應(yīng)用層；第三層是應(yīng)用層，將感知層的信息處理應(yīng)用。endprint

（二）硬件設(shè)施

這里可以分為主要有三大硬件設(shè)計，第一個是各類傳感器。比如溫度傳感器、濕度傳感和電壓傳感器等。每一種傳感器要選擇符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)傳感器[4]。比如電流傳感器，要針對工作中的不同的要求，從而選擇不同的規(guī)格。

第二是臺網(wǎng)交換機(jī)，運用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)來制造多個的網(wǎng)絡(luò)。各個交換機(jī)可以通過多余的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻隔的連接，然后再選擇其中的獨一的一臺當(dāng)作管理多余的環(huán)網(wǎng)。

第三是PLC（就是可編程邏輯控制器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制和管理終端。

（三）數(shù)據(jù)服務(wù)

傳感器網(wǎng)絡(luò)在外部看來是網(wǎng)絡(luò)化的傳感器，更強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的采集，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的可觀測性在傳感器網(wǎng)絡(luò)中觀測的對象是傳感器采集到的數(shù)據(jù)、傳感器的工作狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)的連接情況而物聯(lián)網(wǎng)則強(qiáng)調(diào)各個相連的事物之間的連通性，以及系統(tǒng)的可控性，物聯(lián)網(wǎng)中傳感器網(wǎng)絡(luò)是連接觀測者與被觀測對象的渠道因此，需要對傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以觀測者需要的形式發(fā)布出去主要包括兩部分服務(wù)：濾波和插值和觀察者可以訪問通過這些服務(wù)了解被觀測對象，這一過程對傳感器網(wǎng)絡(luò)而言是透明的[5]。

（四）連接模式

物聯(lián)網(wǎng)可以看成是“智能物品”的互聯(lián)。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，智能物品間可以通過自組織的模式建立更高級的協(xié)同智能模型[6]。物品之間的連接模式?jīng)Q定了系統(tǒng)對智能物品的計算、組網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)方面的需求，并且也決定了對智能物品的狀態(tài)和業(yè)務(wù)模型進(jìn)行配置的靈活性。Vazquez等人將物品連接模式分為三種[7。

1.直接連接。智能物品直接接入網(wǎng)絡(luò)（Intranet或Internet）與其它物品和服務(wù)器相連。這種連接模式對智能物品在計算和組網(wǎng)方面的需求比較高，對網(wǎng)關(guān)的需求比較低，對節(jié)點和業(yè)務(wù)模型的配置不是很靈活。

2.網(wǎng)關(guān)輔助連接。智能物品通過網(wǎng)關(guān)接入后與其它物品和遠(yuǎn)程服務(wù)器相連。這種連接模式對智能物品在計算和組網(wǎng)方面的需求比較低，對網(wǎng)關(guān)的需求比較高，對節(jié)點和業(yè)務(wù)模型的配置很靈活。

3.服務(wù)器輔助連接。智能物品通過一個公共的本地支撐服務(wù)器匯聚以后與遠(yuǎn)程服務(wù)器相連。這種連接模式對智能物品的計算能力和網(wǎng)關(guān)的要求比較低，對智能物品的組網(wǎng)能力要求比較高，對節(jié)點和業(yè)務(wù)模型的配置很靈活。

綜合考慮在院校規(guī)模內(nèi)設(shè)備數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)承載能力的要求以及成本控制的限制，可以在重點實驗室和機(jī)房等場地的教學(xué)設(shè)備中采用直接連接的方式進(jìn)入局域網(wǎng)，數(shù)據(jù)采集后直接進(jìn)入服務(wù)器，供數(shù)據(jù)管理終端使用和控制；而分散的各類其它教學(xué)設(shè)備可以采用服務(wù)器輔助連接的方式。

四、總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前智能生活、智能生產(chǎn)、智能管理中重要的一項技術(shù)，本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到院校教學(xué)設(shè)備的管理中，構(gòu)建了一個初步的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)思路，提供了一種對教學(xué)管理設(shè)備進(jìn)行高效管理的新途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉強(qiáng)，崔莉，陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計算機(jī)科學(xué)，2010（6）.

[2]王保云.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究綜述[J].電子測量與儀器學(xué)報，2009（12）.

[3]邢曉江，王建立，李明棟.物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)及關(guān)鍵技術(shù)[J].中興通訊技術(shù)，2010（16）.

[4]劉杰，秘明睿.中國傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)展[J].數(shù)字通信，2010，37（4）.

[5]唐呈佳，基于物聯(lián)網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)應(yīng)用與軟件，2011 28（12）： 161-164.

[6]石軍，感知中國促進(jìn)中國物聯(lián)網(wǎng)加速發(fā)展[J]. 通信管理與技，2009 （5） ： 1-3.

[7]吳振強(qiáng)，周彥偉，馬建峰.物聯(lián)網(wǎng)安全傳輸模型[J].計算機(jī)學(xué)報.2011.34（8）：1351-1364endprint