基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)室資源信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

金濤

摘要：為提高實(shí)驗(yàn)員工作效率，加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)室資源的信息化管理，筆者以數(shù)字傳媒類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室為例，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)室資源信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含預(yù)約管理、設(shè)備管理、實(shí)驗(yàn)室管理和互動(dòng)交流等四個(gè)模塊，其采用身份驗(yàn)證技術(shù)和配置網(wǎng)絡(luò)端口的方式來保證數(shù)據(jù)庫(kù)的安全。本文從需求分析、功能模塊設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)安全性分析四個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；實(shí)驗(yàn)室資源；信息管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2015）20-0126-04

引言

近年來，隨著社會(huì)對(duì)技能型人才需求量的不斷提升，各高校投入大筆資金建設(shè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，并加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)量，因而實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備的使用頻率不斷提高，設(shè)備的借出和歸還手續(xù)繁雜，加大了實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作量。因此，如何運(yùn)用信息技術(shù)對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行信息化管理成為高校實(shí)驗(yàn)室管理人員所面臨的重要課題之一。

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為高校實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行信息化管理提供了契機(jī)。它是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，高校實(shí)驗(yàn)室資源可在設(shè)備管理、實(shí)驗(yàn)室管理、預(yù)約管理等方面開展信息化管理，并運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室管理的理念及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建信息管理系統(tǒng)。

需求分析

本研究以數(shù)字傳媒類專業(yè)為例，設(shè)計(jì)該專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室資源信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括預(yù)約管理功能、設(shè)備管理功能和實(shí)驗(yàn)室管理功能等，它的設(shè)計(jì)主要基于以下四方面的需求。

第一，順應(yīng)信息時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室資源的數(shù)字化管理。目前，高校對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備借還及實(shí)驗(yàn)室借用，基本都依靠紙質(zhì)表格或?qū)嶒?yàn)室使用日志進(jìn)行管理，這種傳統(tǒng)的管理方式既加大了實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作量，又容易導(dǎo)致工作失誤。而利用信息管理系統(tǒng)則能明顯提高實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作效率。

第二，合理安排專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備和場(chǎng)所。在廣東技術(shù)師范學(xué)院，數(shù)字傳媒類專業(yè)重在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)該能力的最佳途徑。因而，學(xué)校為這一類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)配備了若干實(shí)驗(yàn)室，并采購(gòu)了攝像機(jī)、蘋果一體機(jī)等設(shè)備。而利用信息管理系統(tǒng)則可使這些實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和設(shè)備更好地為師生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課外創(chuàng)作服務(wù)。

第三，使實(shí)驗(yàn)室資源管理走向科學(xué)化與規(guī)范化。數(shù)字傳媒類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室造價(jià)高，各種設(shè)備價(jià)格昂貴，因此，我們應(yīng)該進(jìn)行信息化管理，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室資源的實(shí)際價(jià)值。

第四，為師生、管理員提供一個(gè)互動(dòng)交流空間。教師可利用互動(dòng)交流空間指導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生解答實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題。同時(shí)，教師和學(xué)生可向管理員提出有關(guān)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和應(yīng)用的建議，共同把實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的平臺(tái)。

功能模塊設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)室資源信息管理系統(tǒng)包含預(yù)約管理模塊、設(shè)備管理模塊、實(shí)驗(yàn)室管理模塊和互動(dòng)交流模塊。物聯(lián)網(wǎng)為該系統(tǒng)提供了多方面的技術(shù)支持，使信息管理系統(tǒng)更加智能化和便捷。

1.預(yù)約管理模塊

預(yù)約管理模塊針對(duì)學(xué)生/教師、管理員兩種身份設(shè)計(jì)了不同的子模塊。針對(duì)學(xué)生/教師身份，設(shè)計(jì)了預(yù)約設(shè)備、預(yù)約實(shí)驗(yàn)室兩個(gè)子模塊。針對(duì)管理員身份，設(shè)計(jì)了審核預(yù)約信息、分配借用權(quán)限兩個(gè)子模塊。在分配借用權(quán)限這一子模塊中包含了生成二維碼的功能，該功能是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)簽技術(shù)，所生成的二維碼與設(shè)備上的RFID標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)，且能用于標(biāo)記設(shè)備或?qū)嶒?yàn)室的借用狀態(tài)（如圖1）。

2.設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊主要完成對(duì)單反相機(jī)、攝像機(jī)、三腳架、攝影燈具等實(shí)驗(yàn)器材的借還手續(xù)辦理及設(shè)備位置跟蹤。拿到設(shè)備借用權(quán)限的學(xué)生/教師登錄信息管理系統(tǒng)，并下載由系統(tǒng)自動(dòng)生成的借用申請(qǐng)表。管理員通過掃描申請(qǐng)表上的二維碼便可了解學(xué)生/教師需要借用的設(shè)備名稱、序列號(hào)，并在信息管理系統(tǒng)中標(biāo)記借出的狀態(tài)。該模塊針對(duì)學(xué)生/教師、管理員兩種身份設(shè)計(jì)了不同的子模塊。利用學(xué)生/教師身份登錄該模塊，可點(diǎn)擊下載由系統(tǒng)自動(dòng)生成帶二維碼的借用申請(qǐng)表。利用管理員身份登錄該模塊，可進(jìn)行設(shè)備基本信息錄入、設(shè)備庫(kù)存查看、設(shè)備位置跟蹤等操作。

在進(jìn)行設(shè)備基本信息錄入時(shí)，管理員可采用掃描器技術(shù)，通過掃描貼在設(shè)備上的RFID標(biāo)簽，將設(shè)備的名稱、序列號(hào)、價(jià)格、購(gòu)置日期、性能參數(shù)等信息掃入系統(tǒng)中進(jìn)行存儲(chǔ)。在設(shè)備庫(kù)存查看模塊中，管理員可實(shí)時(shí)了解設(shè)備借出的數(shù)量、現(xiàn)有的數(shù)量等情況，方便設(shè)備的調(diào)度、保管等工作。在設(shè)備位置跟蹤模塊中，管理員還可應(yīng)用系統(tǒng)定位技術(shù)，判斷貼有RFID標(biāo)簽的設(shè)備當(dāng)前所處的位置，并利用該模塊了解設(shè)備使用的場(chǎng)所，擴(kuò)展管理范圍，有利于保證設(shè)備安全（如圖2）。

3.實(shí)驗(yàn)室管理模塊

實(shí)驗(yàn)室管理模塊主要是對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的課程安排及借用進(jìn)行管理。該模塊針對(duì)學(xué)生/教師和管理員兩種身份分別設(shè)置了子模塊（如圖3）。針對(duì)學(xué)生/教師身份的子模塊具有生成帶二維碼的借用申請(qǐng)表的功能，通過掃描該二維碼，系統(tǒng)可以顯示學(xué)生/教師所借用的實(shí)驗(yàn)室名稱和編號(hào)，還能夠記錄實(shí)驗(yàn)室的借用狀態(tài)。針對(duì)管理員身份的子模塊設(shè)置了實(shí)驗(yàn)室基本信息錄入、實(shí)驗(yàn)課程安排、當(dāng)前使用狀態(tài)三個(gè)子模塊。其中，實(shí)驗(yàn)室基本信息錄入子模塊利用了掃描器技術(shù)，可以將實(shí)驗(yàn)室的RFID標(biāo)簽掃描后，把實(shí)驗(yàn)室的名稱、編號(hào)、室內(nèi)設(shè)備、容納人數(shù)、主要用途、造價(jià)、建成日期等信息自動(dòng)錄入計(jì)算機(jī)，從而方便管理人員了解每間實(shí)驗(yàn)室的大致情況。實(shí)驗(yàn)課程安排子模塊則顯示了所有實(shí)驗(yàn)室在不同時(shí)間段的使用狀態(tài)，當(dāng)前使用狀態(tài)子模塊則顯示了所有實(shí)驗(yàn)室在當(dāng)前的時(shí)間段內(nèi)是否被使用，這兩個(gè)子模塊對(duì)管理員具有重要參考價(jià)值，如果遇到?jīng)]有課程安排且無人使用的實(shí)驗(yàn)室則優(yōu)先予以安排。

4.互動(dòng)交流模塊

互動(dòng)交流模塊用于學(xué)生和教師之間交流實(shí)驗(yàn)教學(xué)的心得和體會(huì)，幫助學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)技能，是一個(gè)學(xué)生與教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的在線互動(dòng)平臺(tái)。同時(shí)，該模塊還可為管理員提供一個(gè)收集實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與應(yīng)用建議的平臺(tái)。該模塊針對(duì)學(xué)生/教師、管理員兩種身份分別設(shè)置了子模塊（如下頁圖4）。利用學(xué)生/教師身份登錄平臺(tái)，可以針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中遇到的問題或?qū)嶒?yàn)教學(xué)中的心得和體會(huì)，以帖子形式進(jìn)行互動(dòng)交流。利用管理員身份登錄平臺(tái)，可通過掃描學(xué)生證和教師工作證上的二維碼獲取相關(guān)個(gè)人信息，并錄入信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶注冊(cè)。隨后，學(xué)生/教師便可利用個(gè)人編號(hào)登錄到各個(gè)模塊中。管理員可對(duì)帖子進(jìn)行發(fā)布、查看、刪除等操作。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是信息管理系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。它把信息管理系統(tǒng)中大量的數(shù)據(jù)按一定的模型組織起來，提供存儲(chǔ)、維護(hù)、檢索數(shù)據(jù)的功能，使信息管理系統(tǒng)可以方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得所需的信息。[1]基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)室資源信息管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)包含設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室的靜態(tài)數(shù)據(jù)以及其狀態(tài)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。通過需求分析和系統(tǒng)功能模塊分析，筆者得出的各模塊所包含的數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下。

①預(yù)約管理模塊：因該模塊對(duì)學(xué)生/教師而言，需要查看設(shè)備庫(kù)存數(shù)量和實(shí)驗(yàn)室借用狀態(tài)，對(duì)管理員而言，需要根據(jù)設(shè)備庫(kù)存數(shù)量和借用狀態(tài)以及實(shí)驗(yàn)室的借用狀態(tài)和課程安排，分配借用權(quán)限，所以它應(yīng)包含三張數(shù)據(jù)表，即用戶（姓名、學(xué)號(hào)、工號(hào)、密碼），設(shè)備（設(shè)備名稱、序列號(hào)、庫(kù)存數(shù)量、借用狀態(tài)），實(shí)驗(yàn)室（實(shí)驗(yàn)室名稱、編號(hào)、室內(nèi)設(shè)備、借用狀態(tài)、課程安排）。

②設(shè)備管理模塊：該模塊主要針對(duì)管理員而開發(fā)的，它不僅能幫助管理員了解設(shè)備的一些基本靜態(tài)信息、庫(kù)存數(shù)量、借出的數(shù)量，而且還能讓管理員實(shí)時(shí)了解設(shè)備的位置，加強(qiáng)管理強(qiáng)度。因此，它對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表為設(shè)備管理（名稱、序列號(hào)、價(jià)格、購(gòu)置日期、性能參數(shù)、庫(kù)存數(shù)量、借出數(shù)量、借用狀態(tài)、設(shè)備位置跟蹤）。

③實(shí)驗(yàn)室管理模塊：該模塊也是針對(duì)管理員而開發(fā)的，它可以讓管理員全面了解實(shí)驗(yàn)室的一些基本情況和目前的借用情況以及課程安排情況，方便管理員分配實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生使用。其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表為實(shí)驗(yàn)室管理（實(shí)驗(yàn)室名稱、編號(hào)、室內(nèi)設(shè)備、容納人數(shù)、主要用途、造價(jià)、建成日期、借用狀態(tài)、課程安排）。

④互動(dòng)交流模塊：該模塊可讓學(xué)生/教師、管理員以帖子形式開展討論與交流，對(duì)學(xué)生/教師而言可進(jìn)行發(fā)布、查看帖子，對(duì)管理員而言可對(duì)學(xué)生/教師用戶進(jìn)行管理，以及對(duì)帖子進(jìn)行管理。該模塊包含兩張數(shù)據(jù)表，即用戶管理（姓名、性別、年級(jí)、學(xué)號(hào)、工號(hào)），帖子管理（標(biāo)題、內(nèi)容、發(fā)表日期、姓名、性別、年級(jí)、學(xué)號(hào)、工號(hào)）。

為充分反映用戶要求，筆者還構(gòu)造了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)E-R模型圖，其特點(diǎn)：第一，能真實(shí)、充分地反映現(xiàn)實(shí)世界及其事物與事物之間的聯(lián)系；第二，易于被用戶理解；第三，易于修改和擴(kuò)充；第四，易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等其他數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。[2]

為減少數(shù)據(jù)的冗余性，筆者將上述所列舉的各功能模塊對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表進(jìn)行簡(jiǎn)化和綜合，得出4張數(shù)據(jù)表：一是用戶（姓名、性別、年級(jí)、學(xué)號(hào)、工號(hào)、密碼），二是設(shè)備（設(shè)備名稱、序列號(hào)、價(jià)格、購(gòu)置日期、性能參數(shù)、庫(kù)存數(shù)量、借出數(shù)量、借用狀態(tài)、設(shè)備位置跟蹤），三是實(shí)驗(yàn)室（實(shí)驗(yàn)室名稱、編號(hào)、室內(nèi)設(shè)備、容納人數(shù)、主要用途、造價(jià)、建成日期、借用狀態(tài)、課程安排），四是帖子（標(biāo)題、內(nèi)容、發(fā)表日期）。

筆者采用E-R圖進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確表達(dá)了用戶與設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室、帖子之間的關(guān)系，如圖5所示。

系統(tǒng)安全性分析

數(shù)據(jù)庫(kù)安全就是保證數(shù)據(jù)庫(kù)信息的保密性、完整性、一致性和可用性。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)被使用時(shí)，應(yīng)確保合法用戶得到數(shù)據(jù)的正確性，同時(shí)要保護(hù)數(shù)據(jù)免受威脅。[3]該信息管理系統(tǒng)采用了身份驗(yàn)證技術(shù)和配置網(wǎng)絡(luò)端口的方式來保障數(shù)據(jù)庫(kù)的安全。

第一，身份驗(yàn)證技術(shù)。基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)室資源信息管理系統(tǒng)不允許未經(jīng)身份驗(yàn)證的用戶登錄并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。該系統(tǒng)使用Session對(duì)象記錄用戶的用戶名和密碼，當(dāng)用戶將瀏覽器關(guān)閉后，所建立的會(huì)話鏈接自動(dòng)斷開，從而保證用戶信息的安全。

第二，配置網(wǎng)絡(luò)端口?；谖锫?lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)室資源信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)屬于端口型數(shù)據(jù)庫(kù)，因此非常有必要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)端口的安全配置，以防止黑客攻擊。該系統(tǒng)安裝后將在TCP/IP篩選的選項(xiàng)卡里設(shè)置只允許在TCP端口80和443上分別進(jìn)行HTTP和HTTPS連接。

總結(jié)

筆者所設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)驗(yàn)室資源信息管理系統(tǒng)具有預(yù)約管理、設(shè)備管理、實(shí)驗(yàn)室管理和互動(dòng)交流管理四個(gè)功能模塊，能減輕高校實(shí)驗(yàn)員的工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率，在二維碼技術(shù)、RFID標(biāo)簽技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，還能讓相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的信息錄入、信息查詢和位置跟蹤等工作進(jìn)一步智能化、人性化和規(guī)范化，使實(shí)驗(yàn)室資源能公平地分配給學(xué)生和教師使用，同時(shí)也保證了設(shè)備的安全。在后續(xù)研究中，該系統(tǒng)的開發(fā)將應(yīng)用環(huán)境配置方便、開發(fā)周期短的ASP技術(shù)，通過合理地編寫代碼，使代碼的執(zhí)行效率和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性提高。

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