基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理模式探究

朱 莉

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

隨著高職院校教育體制的不斷改革和信息技術(shù)的高速發(fā)展，各高職院校更加注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和思維創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)和能力協(xié)調(diào)發(fā)展。但由于高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室多采用人工管理模式，管理技術(shù)和安防系統(tǒng)相對(duì)落后，已不適應(yīng)當(dāng)前校園信息化發(fā)展的要求，也難以滿足不斷增長(zhǎng)的實(shí)踐需求。對(duì)此，基于物聯(lián)網(wǎng)的“智慧”應(yīng)用，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理當(dāng)中，提出一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理模式，即集網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動(dòng)化于一體的開放式管理模式。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，它在原有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸。按聯(lián)合國(guó)國(guó)際電信聯(lián)盟制訂的總體產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過各種信息傳感設(shè)備和應(yīng)用技術(shù)，如各類傳感器、激光掃描系統(tǒng)、ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)、藍(lán)牙BLE技術(shù)、全球定位GPS系統(tǒng)、射頻識(shí)別RFID技術(shù)等，在嚴(yán)格的信息安全保密系統(tǒng)的規(guī)范下，采集設(shè)備返回的各種實(shí)時(shí)信號(hào)和信息，進(jìn)行定位、識(shí)別、跟蹤、監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)人、物、網(wǎng)的全面連接和自動(dòng)處理，以更加智能的方式來管理生產(chǎn)和生活。物聯(lián)網(wǎng)具有連通性、物物相聯(lián)、智能化的特點(diǎn)，為各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供服務(wù)，如智能公交、智能校園等。[1]

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)沿用了互聯(lián)網(wǎng)的分層體系結(jié)構(gòu)，從功能和技術(shù)上進(jìn)行了多方位的擴(kuò)展。從技術(shù)架構(gòu)上，通常把物聯(lián)網(wǎng)分為3個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層處于體系的最底層，主要是通過硬件感知設(shè)備識(shí)別目標(biāo)物體并采集相關(guān)信息；網(wǎng)絡(luò)層則起到了感知層和應(yīng)用層聯(lián)接紐帶的作用，負(fù)責(zé)為應(yīng)用層傳遞感知層采集的信息，包括有線和無線通信網(wǎng)絡(luò)、私有網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算等；最上層的應(yīng)用層是與用戶交互的接口，與各領(lǐng)域的具體需求相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的操作和控制。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)的安全防護(hù)

物聯(lián)網(wǎng)的安全屬于信息安全的一個(gè)子集，主要分為物理安全、運(yùn)行安全、數(shù)據(jù)安全及內(nèi)容安全4個(gè)層次，因此安全要素主要體現(xiàn)在傳感器、傳輸系統(tǒng)及處理系統(tǒng)等方面，包括可用性、可控性、可識(shí)別性與安全性。其中可用性是從根本上保障設(shè)計(jì)出來的物聯(lián)網(wǎng)是可以使用的，且有一定的容錯(cuò)性，對(duì)于規(guī)則之外的操作能判別出錯(cuò)誤，并有合理的處理方法；可控性指采取措施來保證物聯(lián)網(wǎng)不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生錯(cuò)誤而帶來不可預(yù)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)；可識(shí)別性是指構(gòu)建完整的信任體系，保證使用的所有數(shù)據(jù)、信息、操作都是值得信賴的，完整可用，真實(shí)有效；安全性不僅是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全可靠，數(shù)據(jù)和信息可以準(zhǔn)確地送達(dá)，還需要構(gòu)建完整的加密體系來保證機(jī)密數(shù)據(jù)和個(gè)人隱私的安全。[2]

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用

2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中安裝多種傳感器組成環(huán)境感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境狀態(tài)的感知與監(jiān)測(cè)。其中常見的有溫濕度傳感器、可燃?xì)怏w傳感器等，還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的功能特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)置。

溫濕度傳感器可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度和濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)溫度和濕度有嚴(yán)格的要求，尤其是服務(wù)器和交換機(jī)?？梢圆捎枚〞r(shí)器中斷的方法，每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次數(shù)據(jù)的采集，時(shí)間越短實(shí)時(shí)性越好。通過應(yīng)用程序設(shè)定相應(yīng)的安全值范圍，當(dāng)溫濕度超過或低于一定值的范圍時(shí)，則啟動(dòng)相應(yīng)的溫濕度控制設(shè)備（如空調(diào)、風(fēng)扇等）進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免設(shè)備在不合適的溫濕度環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，縮短使用壽命或增加損壞率。

可燃?xì)怏w傳感器可對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)煙霧濃度和可燃性氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括煙霧、甲烷、液化氣、氫氣等，當(dāng)濃度超過設(shè)定值時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧和有害氣體濃度的增加而增大，利用電路將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，同時(shí)發(fā)出聲音或光線警報(bào)，通知管理人員及時(shí)處理，減少突發(fā)事故造成的損失。

2.2 門禁管理系統(tǒng)

門禁主要安裝在實(shí)驗(yàn)室門戶上，通過對(duì)人員權(quán)限設(shè)定智能控制開關(guān)門，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)出人員數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、統(tǒng)計(jì)以及數(shù)據(jù)的查詢過程，這樣管理人員可以方便地統(tǒng)計(jì)人員進(jìn)出情況，無需人工干預(yù)。主要硬件設(shè)備包括主控芯片、電源板、讀卡器、射頻卡、門控器、電子鎖等。當(dāng)持卡人進(jìn)入讀卡器的范圍內(nèi)時(shí)，讀卡器讀取射頻卡的信息，并將信息發(fā)給主控芯片與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)存內(nèi)容對(duì)比，判斷卡片是否有效，包括時(shí)間范圍、地點(diǎn)范圍、人員權(quán)限的判定等，認(rèn)證完成后門控器進(jìn)行相關(guān)操作，如滿足條件打開電子鎖、如無效則出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，電子鎖繼續(xù)保持鎖定狀態(tài)，同時(shí)保存事件信息并上傳到服務(wù)器，以便統(tǒng)計(jì)查詢。[3]

2.3 智能監(jiān)控系統(tǒng)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。面向計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)的重要應(yīng)用，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、分布化、智慧化實(shí)時(shí)控制的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其核心技術(shù)是通信方式?，F(xiàn)階段主要通信方式有：電話固網(wǎng)傳輸、互聯(lián)網(wǎng)傳輸、紅外線數(shù)據(jù)通信、藍(lán)牙、WI-FI、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)以及NFC近場(chǎng)通信等。目前已經(jīng)有很多基于這些技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控產(chǎn)品，它們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況選擇。不論選用哪種技術(shù)，都需要滿足采集畫面精度高、全時(shí)段監(jiān)控、可上傳備份數(shù)據(jù)、可遠(yuǎn)程操控等條件。

2.4 設(shè)備管理系統(tǒng)

設(shè)備管理系統(tǒng)主要采用RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)備的統(tǒng)一化、自動(dòng)化、智能化管理。與傳統(tǒng)的條形碼識(shí)別方式相比，RFID技術(shù)無需直接物理接觸、無需管理人員手工操作，便能夠?qū)崿F(xiàn)信息的自動(dòng)輸入和處理。RFID技術(shù)同時(shí)還具有操作方便、存儲(chǔ)量大、識(shí)別速度快、抗污損能力強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)、可重復(fù)使用、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，為管理人員高效快捷地管理實(shí)驗(yàn)設(shè)備提供了解決方案。

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理項(xiàng)目主要包括設(shè)備的添加、維修、外借、報(bào)廢等。首先需要為實(shí)驗(yàn)室中每臺(tái)設(shè)備配上電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽分為有源和無源兩種，有源電子標(biāo)簽識(shí)別距離遠(yuǎn)，無源電子標(biāo)簽在價(jià)格和體積上更具優(yōu)勢(shì)。[4]

首先將設(shè)備的基本信息儲(chǔ)存到對(duì)應(yīng)的RFID芯片中，如時(shí)間、型號(hào)、維護(hù)記錄、生產(chǎn)廠家等，并確定唯一的設(shè)備編號(hào)和RFID編碼，管理人員根據(jù)具體情況將實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備分配到不同的實(shí)驗(yàn)室中去，當(dāng)電子標(biāo)簽處于讀寫器感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)，讀寫器通過電磁波激活電子標(biāo)簽并讀取其中的信息，將信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行處理，被處理后的信息再傳給相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，完成數(shù)據(jù)信息的重新寫入，通過數(shù)據(jù)報(bào)表可以從不同角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這樣管理人員隨時(shí)都可以知道實(shí)驗(yàn)設(shè)備改變位置后的去向、使用情況、故障發(fā)生的原因和維修情況。

3 結(jié)語

高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中存在制約實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和發(fā)展的問題，要結(jié)合多項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室管理模式，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部環(huán)境、實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理及人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控，簡(jiǎn)化管理人員操作，提高設(shè)備使用效率，減少數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，加強(qiáng)設(shè)備安全性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，使實(shí)驗(yàn)室管理更為規(guī)范。