基于物联网的计算机实验室管理系统构建

张俊玲

摘要    随着物联网技术的快速发展，无线传感器网络技术和RFID技术被广泛应用于计算机实验室管理系统构建中，大幅度提升了实验室管理系统的智能化水平。本文从分析计算机实验室管理系统的用户需求入手，对基于物联网的计算机实验室管理系统总体架构与关键技术应用进行研究探讨。

【关键词】物联网 计算机实验室管理系统 RFID中间件

1 计算机实验室管理系统的用户需求分析

在计算机实验室管理系统的操作中，系统管理员、教师和学生是主要用户，在系统构建时必须要考虑用户的需求，以保证系统具备较强的实用性。对于系统管理员而言，管理员要求系统具备数据增删改、运行监测、设备信息管理、教学工作量统计等功能;对于教师而言，要求系统具备网上实验安排、实验室使用情况查询、学生考勤管理等功能;对于学生而言，要求系统具备实验资料查询、师生在线互动、通知接收、实验设备预约等功能。基于物联网技术的实验室管理系统构建能够满足用户的使用需求，通过引入无线射频技术和无线传感技术，可对感知层数据进行全面采集、筛选和汇总，实现信息资源的高度共享，并且还可对实验室设备进行监控，全面掌握实验室设备的性能参数。

2 基于物联网的计算机实验室管理系统的总体架构

2.1 物联网层次架构设计

本系统采用三层架构体系，具体包括：

2.1.1 应用层

该层由计算机实验室管理系统、数据库管理系统组成，为实验室管理人员和师生提供提供系统操作界面。

2.1.2 网络层

该层由Wi-Fi和校园网组成，负责将从感应层获得的相关信息传输到数据库中。

2.1.3 感知层

该层由传感器及其网关组成，包括温湿度传感器、RFID标签、RFID读写器等，主要用于采集实验室设备信息以及师生相关信息。

2.2 系统功能设计

本系统在应用物联网技术的基础上，要具备设备信息采集、设备信息分析、数据资源共享、用户信息管理、后台数据库管理等基本功能。同时，本系统根据计算机实验室的管理需求，以及实验室在教学实践中的操作流程，将本系统设计为教师端、学生端、管理端子系统，各个子系统的功能如下：

2.2.1 教师端管理子系统

该子系统的功能包括教师注册登录、系统配置、学生信息管理、考勤管理、设备管理、环境数据展示等。

2.2.2 学生端管理子系统

该子系统的功能包括学生登录、考勤签到签出、本组成员信息查看、实验验收申请、实验报告提交、环境数据采集等。

2.2.3 管理人员端子系统

该子系统的功能包括用戶信息登入、用户权限分配、用户信息修改、系统设置、数据管理、设备管理等。

2.3 系统通信设计

本系统是基于物联网的计算机实验管理系统，按照实验室管理与使用流程，将系统通信模块设计为以下三个部分：无线传感器网络通信;学生机与无线传感的通信，以及学生机与RFID读写器的通信;学生机与教师机的通信。

3 基于物联网的计算机实验室管理系统的关键技术应用

RFID技术是物联网的关键技术，也是基于物联网的实验室管理系统设计中的重要技术，应用RFID技术可实现对实验室设备24小时全天候的动态监控，实时了解设备运行状态和存放位置，提高实验室管理效率。所以下面对RFID技术的应用进行分析。

3.1 RFID编码

在计算机实验室管理系统中，要对每个设备进行唯一编码，确保实验室设备能够实现数据交换。在本系统中，可采用EPC96位编码，编码由标头、厂商代码、对象分类代码、序列号组成。

3.2 RFID读写模块

该模块主要用于转换数据格式和存储数据信息，其运行流程如下：采集RFID电子标签上的数据;将获取数据信息按照相应标准转换为符合读写器标准的数据格式;存储格式转换后的数据，为数据传输到后台做准备。

3.3 RFID数据采集接口模块

该模块用于连接后台应用软件与RFID读写器，实现两者之间的数据交互。在该模块中采用RFID中间件，RFID中间件是RFID标签与应用程序之间的中介，应用程序利用中间件提供的API能够顺利连接到RFID读写器，读取相关数据。在使用RFID中间件的情况下，应用端可处理复杂的多对多连接问题。RFID中间件独立于RFID读写器和后台应用程序，并且可与多个RFID读写器和后台应用程度建立起连接。RFID中间件的架构主要由边缘控制器和前端服务器组成，其中边缘控制器包括控制器、读写器代理和过滤器，实现与RFID硬件设备的通信，具备过滤、整合RFID读写器数据的功能;前端服务器包括Web服务器、MQ中间件和网络代理，当边缘控制器在处理完数据之后，将数据提供给前端服务器，由前段服务器汇总、存储设备信息。利用RFID中间件构建计算机实验室管理系统能够实现后台应用程序对前端RFID硬件设备的智能化控制，包括信息采集、信息加工、安全管理、联机服务等方面的控制。

3.4 RFID数据传输模块

该模块通过特定的数据接口将设备数据信息传输到后台系统服务器，在数据传输过程中会涉及庞大的数据量及其运算，若每次传输过程中都要对比数据库中的数据，则会降低实验室管理系统的响应效率。为解决这一问题，可先将数据同步到前端服务器，并采用无线传输技术进行数据传输，提高系统运行效率。

4 结论

综上所述，计算机实验室管理系统要充分利用物联网技术，在结合用户使用需求的基础上，按照物联网的三层架构进行设计，完善系统功能和通信模块设计，提高系统的智能化水平。计算机实验室管理系统要重视RFID技术的应用，实现信息读写、采集、转换、存储与传输的高效运行，并利RFID中间件建立起独立应用系统之间的联系，实现信息交换和资源共享，满足计算机实验管理系统的运行需求。

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