高校新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)方案的構(gòu)建研究

李麗

作為我國戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)的重要部分，物聯(lián)網(wǎng)的興起與發(fā)展推動了新一輪信息技術(shù)革命的發(fā)生，促進了信息化建設(shè)在社會中的更好發(fā)展。在物聯(lián)網(wǎng)中，通過對信息傳感設(shè)備的使用，能夠依照相應(yīng)的協(xié)議對物與物、人與物、人與人之間實現(xiàn)全面的互聯(lián)通信。結(jié)合移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等的使用，能夠進一步提升對物質(zhì)世界的感知能力，推動了決策與控制的智能化發(fā)展。目前，我國多數(shù)高校對于物聯(lián)網(wǎng)實驗室都更為關(guān)注。所以，提出一種先進的、經(jīng)濟的物聯(lián)網(wǎng)實驗室構(gòu)建方案有著極為重要的意義。

一、傳統(tǒng)高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設(shè)現(xiàn)狀分析

在傳統(tǒng)高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設(shè)中，主要進行了基礎(chǔ)實驗室、專業(yè)實驗室以及綜合實驗室的建設(shè)。在基礎(chǔ)實驗室的建設(shè)中，主要讓學(xué)生掌握的實驗的基礎(chǔ)技能，包括實驗器材的使用、實驗儀器的檢測等等；在專業(yè)實驗室的建設(shè)中，主要讓學(xué)生掌握了不同學(xué)科的專項技能；而對于綜合實驗室來說，其主要對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計、師生的課題研究等進行了支持與滿足。但是，就現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設(shè)來說，并沒有實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，對于多種實驗室的綜合管理也沒有進行體現(xiàn)，自動化管理、實驗數(shù)據(jù)的保存與獲取等依舊需要進一步的優(yōu)化。

二、高校新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室的功能需求分析

在高校新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室中，使用了大數(shù)據(jù)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠為廣大師生提供更多的數(shù)據(jù)感知，完成全面的智能分析，實現(xiàn)多方位的互動通信。

（一）環(huán)境感知的需求

環(huán)境感知的需求是對高校新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室的一項重要的功能需求，需要在實際的設(shè)計中進行重點的考量。對于高校新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室來說，其個性化、安全化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)普遍來自于實驗室的實際環(huán)境參數(shù)，所以實驗室必須要實現(xiàn)對下述集中環(huán)境參數(shù)的感知：環(huán)境感知數(shù)據(jù)、氣體感知數(shù)據(jù)、光照感知數(shù)據(jù)、設(shè)備感知數(shù)據(jù)。在環(huán)境感知數(shù)據(jù)中，包含著新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室的溫濕度、氣壓等數(shù)據(jù)；在氣體感知數(shù)據(jù)中，包含著實驗室中二氧化碳、顆粒物、有害氣體、煙霧等的濃度；在光照感知數(shù)據(jù)中，包含著實驗室的光照與輻射水平等等；在設(shè)備感知數(shù)據(jù)中，包含著對實驗室中計算機、試驗臺、電源、投影儀等設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

（二）智能控制的需求

在進行新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設(shè)中，高校要確保在所有的實驗室中都設(shè)置了對光照、溫濕度、煙霧、有害氣體等進行感應(yīng)的傳感器。同時，也要建立起綜合管理系統(tǒng)，對于新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室多種數(shù)據(jù)信息進行綜合的管理與監(jiān)測。利用這些數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合相應(yīng)的工作人員的實際設(shè)置，完成對不同設(shè)備的自動開關(guān)管理。例如，當(dāng)實驗室中的溫度超過相關(guān)工作人員設(shè)計的溫度后，空調(diào)設(shè)備能夠進行自動的開啟；當(dāng)實驗室中的光照與輻射強度超過了相關(guān)工作人員設(shè)置的數(shù)值后，窗簾能夠進行自動的開啟等等。

另外，在新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室中，所有的設(shè)備中都要設(shè)置無線射頻卡，當(dāng)設(shè)備離開管理區(qū)域一定的范圍后，由于無法捕捉到相應(yīng)的信號，則會進行自動報警，使得實驗室防盜管理更加便捷與智能。

（三）數(shù)據(jù)分析功能的需求

在高校新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室中，所有的設(shè)備都安裝了不同功能的傳感器，實現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)信息的采集。相關(guān)工作人員可以通過這些數(shù)據(jù)信息，對實驗器材的狀態(tài)以及使用情況進行分析，結(jié)合傳感器對設(shè)備狀態(tài)的判斷，完成對設(shè)備的狀態(tài)管理。同時，傳感器也能夠結(jié)合設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)閾值，自動完成設(shè)備運行狀況的判斷，完成自動報修。一旦實驗室中出現(xiàn)異常的情況或是突發(fā)事件，例如火災(zāi)、漏水等等，物聯(lián)網(wǎng)管理平臺會向相關(guān)工作人員自動發(fā)送報警信息。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對可能受到影響的實驗室、設(shè)備等進行分析，并向相關(guān)工作人員進行匯報，協(xié)助相關(guān)工作人員做出處理決策。

三、高校新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)方案的探究

（一）高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室的新架構(gòu)及特點

近幾年，我國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加成熟，發(fā)展也日趨完善。在這一階段中，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的技術(shù)也得到了更好的發(fā)展，包括RFID、藍牙、WiFi、ZigBee等等。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實現(xiàn)中，基于云端以及云計算的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮出了重要的作用，完成了對于多個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及節(jié)點的連接，實現(xiàn)了對多種傳感器數(shù)據(jù)信息的獲取以及實驗室的物聯(lián)控制。

結(jié)合上述的分析能夠發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)的高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室中，局限于原有的電子技術(shù)實驗室建設(shè)，并沒有對現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進行應(yīng)用與體現(xiàn)。所以，高校必須要加強對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的認識與應(yīng)用，積極建設(shè)起新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室。在進行高校新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設(shè)中，相關(guān)工作人員要確保網(wǎng)絡(luò)能夠在物聯(lián)網(wǎng)實驗室中整體覆蓋，且要保證網(wǎng)絡(luò)多層次的完成覆蓋，包括多種移動網(wǎng)絡(luò)，高速無線網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)等等。

為了能夠進一步對物聯(lián)網(wǎng)實驗室中進行的具體實驗進行更好的指導(dǎo)與監(jiān)督，且為廣大師生提供更加便捷、可靠性強的實驗原始數(shù)據(jù)保存功能，筆者認為，要將物聯(lián)網(wǎng)實驗室的內(nèi)部包含的部件、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、SOC芯片等，結(jié)合實驗室中完全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)連接至數(shù)據(jù)庫以及云計算服務(wù)平臺。在這樣的條件下，師生利用智能手機、平板電腦等移動網(wǎng)絡(luò)終端，就能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)信息進行獲取、上傳或保存。建立起了基于云的物聯(lián)網(wǎng)實驗室系統(tǒng)集成。

（二）基于物聯(lián)網(wǎng)新架構(gòu)的集成實驗室構(gòu)成

在進行高校新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室的設(shè)計與建設(shè)中，相關(guān)工作人員要確保實驗室與當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展有著極為緊密的聯(lián)系，在方便相關(guān)工作人員的管理、為廣大師生提供更好的服務(wù)的同時，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)人才的培養(yǎng)。基于這樣的目標(biāo)，筆者認為，在進行高校新型物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設(shè)中，要確保網(wǎng)絡(luò)能夠在物聯(lián)網(wǎng)實驗室中整體覆蓋，且要保證多種移動網(wǎng)絡(luò)，高速無線網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)多層次的完成覆蓋。

同時，相關(guān)工作人員還要構(gòu)建起新型物聯(lián)網(wǎng)集成實驗室的相關(guān)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)構(gòu)架中，包含的內(nèi)容有：試驗臺、本地服務(wù)器、教師計算機、實驗儀器倉庫、元器件倉庫等等。這些組成構(gòu)件在該系統(tǒng)框架中主要通過下述的方式進行連接：第一，實驗室中的實驗臺與云端進行連接。在這樣的連接下，實驗臺中各個傳感器的數(shù)據(jù)信息能夠?qū)崟r的、準(zhǔn)確的上傳至云端進行存儲。而結(jié)合本地投影儀，能夠隨時對云端中保存的大量傳感器數(shù)據(jù)信息進行查看。第二，實驗室中的實驗臺直接連接于本地服務(wù)器。在該種連接下，結(jié)合云端的使用，能夠完成服務(wù)器的與云端的數(shù)據(jù)連接。此時，高校師生能夠通過智能手機、平板等移動終端以及計算機對實驗臺記錄的多種數(shù)據(jù)信息進行獲取。第三，相關(guān)工作人員要確保教師計算機要與學(xué)生實驗臺中的MPU建立起通訊連接。在該種連接下，教師能夠隨時對學(xué)生的操作情況進行查看，并直接指導(dǎo)學(xué)生展開實際的試驗操作，使得教學(xué)指導(dǎo)更具有針對性。第四，相關(guān)工作人員要在本地實驗儀器倉庫、元器件倉庫中，設(shè)置相應(yīng)的實驗儀器以及元器件，供學(xué)生借用。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推動了高校實驗室建設(shè)的改革。本文提出了一種經(jīng)濟性與先進性更強的新型物流網(wǎng)實驗室構(gòu)建方案，相比于傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)實驗室來說，實現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，方便廣大師生對實驗數(shù)據(jù)信息的保存與獲取，通過環(huán)境數(shù)據(jù)自動感知、智能控制與數(shù)據(jù)分析，減輕了相關(guān)工作人員的工作量。