物聯網校園平臺的基礎架構

羅少甫

摘 要：隨著物聯網技術的發(fā)展，高校也逐步建立了自己的物聯網平臺。但現有的高校物聯網平臺在局部于一個點缺乏從全局考慮的整體應用規(guī)劃。本文通過對平臺的架構、平臺的設計以及平臺的運行來介紹物聯網平臺的整體架構。

關鍵詞：物聯網平臺；MySQL；處理流程

物聯網平臺是指把各類物聯網傳感設備，如過射頻識別（RFID）、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、嵌入式通信模塊、攝像頭等組成一個物聯網網絡，并且將所獲取的物理世界的各種信息收集起來，經由通信網絡的傳輸，到達一個可以提供數據交流和信息處理的平臺上，而用戶通過這樣一個平臺獲得了智能化的解決方案[1]。

目前，物聯網已有部分應用進入了高校的信息平臺，如“一卡通”、智能電表、校園安防系統(tǒng)等，但是這些應用都是一個個孤獨的、分散的信息孤島，沒有形成一個有效的整體，而相互之間的數據也沒有完整的結合在一起，沒有構建一個完整的物聯網整體系統(tǒng)[2]。

針對物聯網的技術特點和現在校園信息化網絡存在的不足，物聯網平臺的搭建是非常有必要的，本文通過對校園物聯網的研究，設計了一種基于物聯網的信息平臺架構，希望可以為校園物聯網平臺運行和管理提供更好的模式和體系架構的探索性研究，同時可以帶動物聯網技術的研究及其在其它重要領域的廣泛應用。

1 平臺搭建環(huán)境

整個環(huán)境力求高效簡潔開源，所以選擇LAMP組合。即是用Linux作為操作系統(tǒng)，Apache作為Web服務器，MySQL作為數據庫，PHP（部分站點也使用Perl或Python）作為服務器端腳本解釋器。由于這四個軟件都是開放源代碼軟件，因此使用這種方式不用花一分錢就可以創(chuàng)建起一個穩(wěn)定、免費的站點系統(tǒng)。MySQL加PHP的配對在互聯網上的應用相比LAMP來說更為常見。

服務器上選擇Ubuntu Server 12.04 LTS 64bit。Web服務器選擇Apache的原因是它的源代碼開放、有一支開放的開發(fā)隊伍、支持跨平臺的應用（可以運行在幾乎所有的Unix、Windows、Linux系統(tǒng)平臺上）以及它的可移植性等方面。數據選擇MySql開源數據庫。MySQL是一種關聯數據庫管理系統(tǒng)，關聯數據庫將數據保存在不同的表中，而不是將所有數據放在一個大倉庫內，這樣就增加了速度并提高了靈活性。MySQL的SQL語言是用于訪問數據庫的最常用標準化語言。PHP是一個應用范圍很廣的語言，特別是在網絡程序開發(fā)方面。一般來說PHP大多在服務器端運行，通過運行PHP的代碼來產生網頁提供瀏覽器讀取，此外也可以用來開發(fā)命令行腳本程序和用戶端的GUI應用程序。PHP可以在許多不同種的服務器、操作系統(tǒng)、平臺上運行，也可以和許多數據庫系統(tǒng)結合。最重要的是PHP可以用C、C++進行程序的擴展[3]。

2 平臺模塊構成

整個平臺分為3大部分：基礎信息、設備信息和校園管理。如圖1所示。

2.1 基礎信息

基礎信息是整個平臺的基礎，它包含了地址信息、用戶信息、系統(tǒng)安全等部分。

地址信息包括了學校的校區(qū)、教學樓、教室、寢室樓、寢室等信息，里面的主要信息是學校的基本環(huán)境情況，便于確定設備安裝地址以及管理范圍。如：教室信息里面就應該包括教室大小、教室容納學生人數、教室課程安排情況等。

用戶信息包括了學生信息和教師信息，里面的主要信息是學生和教師的基本信息情況，用來確定用戶身份及權限。并且通過專用接口和校園網對現有學工、學籍等系統(tǒng)實現數據交換，保持數據一致性。

系統(tǒng)安全主要是針對平臺安全認證授權有著詳細的設置，根據不同角色賦予不同權限。

2.2 設備信息

設備是整個平臺正常工作的基石，在設備信息部分中，主要是包括設備安裝及設備查詢兩部分。

設備安裝主要包括所有具有物聯網工作設備的安裝情況，用于統(tǒng)計校內物聯網點數及物聯網設備正常工作情況。

設備查詢主要是包括具體物聯網設備的工作情況，用來對某一個物聯網設備的工作狀況、使用情況的查詢。

2.3 校園管理

校園管理部分是平臺的實際操作部分也是平臺的核心部分。在這部分中，通關物聯網的技術。我們可以具體對某一個物聯網應用設備進行管理。如燈光管理，在教室里面的燈，我們可以在平臺終端根據不同的季節(jié)來調整它自動開燈和關燈的時間。

3 用戶界面及數據庫設計

本層是直接展示給最終用戶的進行操作的接口，設計原則是簡單易用，不會造成使用上的困惑，盡量減少誤操作的可能性。在前端構架上采用HTML5+jQuery+ Twitter Bootstrap CSS的組合，充分利用現有最新技術，提高響應速度以及多設備的不同屏幕大小適應性。

數據庫是服務器端的核心，數據庫設計的合理與否對系統(tǒng)的制作有著至關重要的影響。系統(tǒng)的一大基本功能就是檢索，主要包括用戶信息檢索、教師課表檢索、教室課表檢索、空閑教室檢索、設備狀況檢索等。

本系統(tǒng)使用MySQL數據庫，與Apache服務器和PHP語言形成黃金組合，在該作品網站建設中充分體現了其體積小、速度快、總體成本低，尤其是開放源碼這一特點。

將采集到的信息存放在數據庫中，對數據進行處理并用于查詢，得到用戶最終滿意的結果。數據庫的詳細設計如圖2所示。

4 自動處理系統(tǒng)與信息采集網關

自動處理系統(tǒng)設計用于緊急事件以及突發(fā)情況，可以根據預先設定的緊急預案流程，自動處理事件。例如收到火警信息：一旦系統(tǒng)偵測到某火警點報警，立即告警并發(fā)送所處大樓疏散信號，啟動疏散引導系統(tǒng)，提示關閉防火隔離門。

在底層構建實時信息采集系統(tǒng)，通過通訊網關，連接至Internet上的各個設備（無線3G或者有線方式），采用TCP/IP協(xié)議，穩(wěn)定可靠。

實時信息采集系統(tǒng)在后臺定時自動請求各個設備狀態(tài)，如果設備無響應，或者返回錯誤狀態(tài)，系統(tǒng)主動上報，反映至管理平臺，有助于快速排錯，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。也可以在管理平臺手動直接采集設備實時信息，提高診斷準確率，以及了解設備運行狀態(tài)。

5 處理流程

下面通過監(jiān)測控制校園路燈為例，介紹平臺對終端的控制流程。

在實際工作中，當路燈突然出現故障不能亮啟的時候，傳感器接收到電流的異常變化，這時候它就發(fā)出一個異常變化的信號并且連同自己的網絡地址通過校園網送達學校的物聯網平臺。

而在平臺中，平臺判斷異常變化的情況給出結論顯現出來，這時操作員根據給出的結論來對路燈進行處理。

登陸平臺之后，進入[校園管理]=〉[路燈管理]界面。校園網內所有路燈都顯示在頁面。第一列是路燈編號；第二列是路燈的地址，便于發(fā)現問題之后找到問題路燈，進行維護；第三列是當前路燈狀態(tài)， 表示正常工作，而 則表示路燈需要維護；第四列可以對正常的路燈進行開關控制，而異常的路燈則給出診斷按鈕，用于診斷異常信息。

5.1 開關控制

當需要控制路燈開關的時候，點擊控制欄的開或關按鈕，平臺找到所需控制設備的ID號，確定網絡地址，根據協(xié)議往目標地址發(fā)出控制指令。目標設備獲得指令之后做出相應控制，成功之后返回成功信息。平臺獲得成功信息之后刷新界面，顯示控制成功提示信息。

5.2 異常診斷

針對異常備我們提供了診斷功能，點擊控制欄診斷按鈕，平臺找到所需控制設備的ID號，確定網絡地址，根據協(xié)議往目標地址發(fā)出診斷指令。目標設備獲得診斷指令之后開始探測設備狀態(tài)，完成之后返回設備狀態(tài)信息。平臺獲得信息之后刷新界面，顯示設備診斷信息。

6 結束語

傳統(tǒng)的校園網絡平臺只是單純的平臺來訪問學校的應用系統(tǒng)和資源。而基于物聯網技術的智能平臺，除了傳統(tǒng)意義上的平臺訪問更具有了智能管理模式，人們使用平臺通過網絡對終端設備進行控制。終端設備也可以通過網絡發(fā)終端數據發(fā)送給平臺。這樣就達到了物與物、物與人、人與人通過網絡管理的功能。

[參考文獻]

[1]錢志鴻，王義君，等.物聯網技術與應用研究[J].電子學報，2012年第5期.

[2]李盧一，鄭燕林，等.物聯網在教育中的應用[J].現代教育技術，2010年第2期.

[3]崔英志，張緒玉，高博，等.Web2.0時代的網站架構[J].《重慶工學院學報（自然科學版）》，2008年05期.

實時信息采集系統(tǒng)在后臺定時自動請求各個設備狀態(tài)，如果設備無響應，或者返回錯誤狀態(tài)，系統(tǒng)主動上報，反映至管理平臺，有助于快速排錯，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。也可以在管理平臺手動直接采集設備實時信息，提高診斷準確率，以及了解設備運行狀態(tài)。

5 處理流程

下面通過監(jiān)測控制校園路燈為例，介紹平臺對終端的控制流程。

在實際工作中，當路燈突然出現故障不能亮啟的時候，傳感器接收到電流的異常變化，這時候它就發(fā)出一個異常變化的信號并且連同自己的網絡地址通過校園網送達學校的物聯網平臺。

而在平臺中，平臺判斷異常變化的情況給出結論顯現出來，這時操作員根據給出的結論來對路燈進行處理。

登陸平臺之后，進入[校園管理]=〉[路燈管理]界面。校園網內所有路燈都顯示在頁面。第一列是路燈編號；第二列是路燈的地址，便于發(fā)現問題之后找到問題路燈，進行維護；第三列是當前路燈狀態(tài)， 表示正常工作，而 則表示路燈需要維護；第四列可以對正常的路燈進行開關控制，而異常的路燈則給出診斷按鈕，用于診斷異常信息。

5.1 開關控制

當需要控制路燈開關的時候，點擊控制欄的開或關按鈕，平臺找到所需控制設備的ID號，確定網絡地址，根據協(xié)議往目標地址發(fā)出控制指令。目標設備獲得指令之后做出相應控制，成功之后返回成功信息。平臺獲得成功信息之后刷新界面，顯示控制成功提示信息。

5.2 異常診斷

針對異常備我們提供了診斷功能，點擊控制欄診斷按鈕，平臺找到所需控制設備的ID號，確定網絡地址，根據協(xié)議往目標地址發(fā)出診斷指令。目標設備獲得診斷指令之后開始探測設備狀態(tài)，完成之后返回設備狀態(tài)信息。平臺獲得信息之后刷新界面，顯示設備診斷信息。

6 結束語

傳統(tǒng)的校園網絡平臺只是單純的平臺來訪問學校的應用系統(tǒng)和資源。而基于物聯網技術的智能平臺，除了傳統(tǒng)意義上的平臺訪問更具有了智能管理模式，人們使用平臺通過網絡對終端設備進行控制。終端設備也可以通過網絡發(fā)終端數據發(fā)送給平臺。這樣就達到了物與物、物與人、人與人通過網絡管理的功能。

[參考文獻]

[1]錢志鴻，王義君，等.物聯網技術與應用研究[J].電子學報，2012年第5期.

[2]李盧一，鄭燕林，等.物聯網在教育中的應用[J].現代教育技術，2010年第2期.

[3]崔英志，張緒玉，高博，等.Web2.0時代的網站架構[J].《重慶工學院學報（自然科學版）》，2008年05期.

實時信息采集系統(tǒng)在后臺定時自動請求各個設備狀態(tài)，如果設備無響應，或者返回錯誤狀態(tài)，系統(tǒng)主動上報，反映至管理平臺，有助于快速排錯，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。也可以在管理平臺手動直接采集設備實時信息，提高診斷準確率，以及了解設備運行狀態(tài)。

5 處理流程

下面通過監(jiān)測控制校園路燈為例，介紹平臺對終端的控制流程。

在實際工作中，當路燈突然出現故障不能亮啟的時候，傳感器接收到電流的異常變化，這時候它就發(fā)出一個異常變化的信號并且連同自己的網絡地址通過校園網送達學校的物聯網平臺。

而在平臺中，平臺判斷異常變化的情況給出結論顯現出來，這時操作員根據給出的結論來對路燈進行處理。

登陸平臺之后，進入[校園管理]=〉[路燈管理]界面。校園網內所有路燈都顯示在頁面。第一列是路燈編號；第二列是路燈的地址，便于發(fā)現問題之后找到問題路燈，進行維護；第三列是當前路燈狀態(tài)， 表示正常工作，而 則表示路燈需要維護；第四列可以對正常的路燈進行開關控制，而異常的路燈則給出診斷按鈕，用于診斷異常信息。

5.1 開關控制

當需要控制路燈開關的時候，點擊控制欄的開或關按鈕，平臺找到所需控制設備的ID號，確定網絡地址，根據協(xié)議往目標地址發(fā)出控制指令。目標設備獲得指令之后做出相應控制，成功之后返回成功信息。平臺獲得成功信息之后刷新界面，顯示控制成功提示信息。

5.2 異常診斷

針對異常備我們提供了診斷功能，點擊控制欄診斷按鈕，平臺找到所需控制設備的ID號，確定網絡地址，根據協(xié)議往目標地址發(fā)出診斷指令。目標設備獲得診斷指令之后開始探測設備狀態(tài)，完成之后返回設備狀態(tài)信息。平臺獲得信息之后刷新界面，顯示設備診斷信息。

6 結束語

傳統(tǒng)的校園網絡平臺只是單純的平臺來訪問學校的應用系統(tǒng)和資源。而基于物聯網技術的智能平臺，除了傳統(tǒng)意義上的平臺訪問更具有了智能管理模式，人們使用平臺通過網絡對終端設備進行控制。終端設備也可以通過網絡發(fā)終端數據發(fā)送給平臺。這樣就達到了物與物、物與人、人與人通過網絡管理的功能。

[參考文獻]

[1]錢志鴻，王義君，等.物聯網技術與應用研究[J].電子學報，2012年第5期.

[2]李盧一，鄭燕林，等.物聯網在教育中的應用[J].現代教育技術，2010年第2期.

[3]崔英志，張緒玉，高博，等.Web2.0時代的網站架構[J].《重慶工學院學報（自然科學版）》，2008年05期.