基于RBAC的物聯(lián)網(wǎng)智能教室管理的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱齊媛

摘 要：為了使學(xué)校教室管理簡(jiǎn)潔化、智能化，文中提出引用基于角色訪(fǎng)問(wèn)控制（RBAC）技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能教室權(quán)限管理，即設(shè)計(jì)不同用戶(hù)具有不同的管理權(quán)限，保證教室物品的正常運(yùn)作。同時(shí)研究多種控制方式，包括手機(jī)APP、電腦控制。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)智能課室系統(tǒng)，經(jīng)測(cè)試分析得出該系統(tǒng)具有一定的可移植性和可行性。

關(guān)鍵詞：權(quán)限管理;物聯(lián)網(wǎng);控制技術(shù);智能教室;控制方式;教室管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2019）05-00-03

0 引 言

在當(dāng)今世界各國(guó)，以經(jīng)濟(jì)和科技實(shí)力為基礎(chǔ)的綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，信息化社會(huì)互聯(lián)網(wǎng)的作用尤為重要，如今新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在不斷地融入人們生活的各個(gè)領(lǐng)域中，將兩者結(jié)合起來(lái)必然對(duì)智能化生活有一定的促進(jìn)作用。我國(guó)對(duì)教育尤為重視，且各大高校都在不斷擴(kuò)大招生規(guī)模，由此可知，為了提供一個(gè)更加便捷、智能化的教學(xué)環(huán)境，將物聯(lián)網(wǎng)引進(jìn)校園教室也是信息社會(huì)時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)之一。

目前，我國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展速度較快，但相應(yīng)的安全措施的發(fā)展速度卻未能跟上，這也是導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)安全事件頻發(fā)的原因之一[1]。在2014年首屆全國(guó)高校物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用大賽中，三名來(lái)自安慶師范學(xué)院的學(xué)生就做出了一款名為“WALL·E 物聯(lián)網(wǎng)”的智能教室，該教室不但能實(shí)現(xiàn)智能簽到、控制窗簾和燈的開(kāi)關(guān)，還具有進(jìn)行火警報(bào)警、夜間控制實(shí)驗(yàn)室照明系統(tǒng)、防盜監(jiān)控的功能，但是該系統(tǒng)在安全管理上沒(méi)有更多的設(shè)計(jì)。為了使教室智能控制更具安全性和權(quán)限性，本文提出引用角色訪(fǎng)問(wèn)控制（Role Based Access Control，RBAC）技術(shù)進(jìn)行權(quán)限管理，賦予教室管理員和普通用戶(hù)不同級(jí)別的權(quán)限，避免出現(xiàn)越權(quán)訪(fǎng)問(wèn)控制破壞教室財(cái)物的情況，以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

本文主要通過(guò)結(jié)合文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]，更深一層了解物聯(lián)網(wǎng)智能教室系統(tǒng)與角色訪(fǎng)問(wèn)控制技術(shù)，并通過(guò)研究探討，有效進(jìn)行兩者之間的結(jié)合，使其更利于教室管理和控制，提高教學(xué)環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)結(jié)合時(shí)代發(fā)展，設(shè)計(jì)多種便捷的控制方式（如手機(jī)APP就是現(xiàn)在很便捷的方式，使得物聯(lián)網(wǎng)教室智能系統(tǒng)更加全面高效，提高其可行性）。本文主要內(nèi)容還包括對(duì)研究過(guò)程進(jìn)行具體闡述，即對(duì)相應(yīng)的研究方案、研究意義、研究?jī)?nèi)容、所用技術(shù)做出相應(yīng)的整理，同時(shí)給出相對(duì)應(yīng)的小模型，展示研究出的作品成果。

1 RBAC技術(shù)

隨著信息化建設(shè)的推進(jìn)和信息化水平的不斷提升，大量的數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)成為各行各業(yè)必不可少的一部分。而在以前的系統(tǒng)中，每個(gè)人只擁有自己相關(guān)的權(quán)利，在某系統(tǒng)中各司其職，無(wú)權(quán)使用超越自己職責(zé)范圍的操作，這導(dǎo)致了授權(quán)管理十分復(fù)雜，增大了管理開(kāi)銷(xiāo)，不利于管理?；赗BAC技術(shù)的創(chuàng)立，克服了傳統(tǒng)訪(fǎng)問(wèn)控制技術(shù)中MAC技術(shù)太強(qiáng)、DAC技術(shù)太弱的缺點(diǎn)，能夠提供一種策略中立、具有強(qiáng)擴(kuò)展性的訪(fǎng)問(wèn)控制技術(shù)的特點(diǎn)，適合授權(quán)管理的應(yīng)用[4]。RBAC的主要思想是對(duì)系統(tǒng)操作的各種權(quán)限不直接授予具體用戶(hù)，而在用戶(hù)集合與權(quán)限集合之間建立一個(gè)角色集合，當(dāng)用戶(hù)被分配到適當(dāng)?shù)慕巧?，用?hù)就擁有該角色配套的所有權(quán)限，也就引入了一種抽象的中介元素—角色傳遞授權(quán)信息，從而減少了每次創(chuàng)建用戶(hù)時(shí)都進(jìn)行權(quán)限分配的操作，簡(jiǎn)化用戶(hù)權(quán)限管理，減少系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)[5]。RBAC 模型如圖1所示。

RBAC模型主要由用戶(hù)（U）、角色（R）、權(quán)限（P）和會(huì)話(huà)（S）4個(gè)實(shí)體組成。其中，從用戶(hù)的角度來(lái)看，角色像是一個(gè)權(quán)限資源集的過(guò)濾器，通過(guò)這個(gè)過(guò)濾器，用戶(hù)可以獲得相應(yīng)的權(quán)限資源集，將相對(duì)于該用戶(hù)或用戶(hù)組非法的訪(fǎng)問(wèn)資源過(guò)濾掉。權(quán)限被賦予角色之中，當(dāng)用戶(hù)被賦予某個(gè)角色時(shí)，也就自動(dòng)擁有該角色所包含的所有權(quán)限。“用戶(hù)”與“角色”之間以及“角色”與“權(quán)限”之間是雙箭頭連接，即一個(gè)用戶(hù)可以有多個(gè)角色，一個(gè)角色也可以擁有多個(gè)用戶(hù)，權(quán)限與角色之間也是如此。為了方便系統(tǒng)資源存取，用戶(hù)需要先建立會(huì)話(huà)，在該會(huì)話(huà)中將每個(gè)用戶(hù)賦予該會(huì)話(huà)所需要的角色及相關(guān)權(quán)限。通過(guò)這樣的方式，使得整個(gè)管理系統(tǒng)變得方便、簡(jiǎn)潔、高效[6]。

RBAC技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）給用戶(hù)配置角色的同時(shí)配置了該角色相對(duì)應(yīng)的權(quán)限，減少了之前用戶(hù)角色管理技術(shù)復(fù)雜、繁瑣的過(guò)程，大大提高了管理效率和靈活性，有助于降低開(kāi)銷(xiāo);

（2）職責(zé)分離[7]，例如，在支付平臺(tái)中，授權(quán)付款和實(shí)施付款應(yīng)分開(kāi)職能操作，否則有可能出現(xiàn)欺騙行為，有助于降低損失，提高安全性;

（3）最小權(quán)限原則[8]，即每個(gè)用戶(hù)擁有的權(quán)力不能超過(guò)其工作所需權(quán)限，每個(gè)用戶(hù)只能擁有自己工作范圍所需職責(zé)，可以防止出現(xiàn)個(gè)別用戶(hù)濫用職權(quán)的現(xiàn)象。

2 智能教室控制及管理結(jié)構(gòu)方案

智能教室方案以校園智能教室物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，基于分層設(shè)計(jì)的思想，具有設(shè)備分布合理、實(shí)用性強(qiáng)、擴(kuò)展方便的特點(diǎn)，控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。

基于RBAC技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能教室權(quán)限管理即設(shè)計(jì)不同角色的不同管理權(quán)限。本文系統(tǒng)角色分為三種：權(quán)限最高的是超級(jí)管理員角色，有權(quán)控制一切設(shè)備并更改用戶(hù)角色;普通管理員角色次之，可以控制多媒體講臺(tái)、門(mén)窗、燈光、空調(diào)等;普通用戶(hù)角色最低，只能控制門(mén)窗、燈光、空調(diào)等基本設(shè)備。用戶(hù)使用教室時(shí)，利用電腦或者移動(dòng)設(shè)備登錄智能教室管理系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際身份在系統(tǒng)中被賦予某種角色，登錄系統(tǒng)時(shí)獲得相應(yīng)權(quán)限。某用戶(hù)若想提高權(quán)限，需要向管理員提出請(qǐng)求，申請(qǐng)高級(jí)權(quán)限的使用時(shí)間。管理員可根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)對(duì)用戶(hù)授予新角色來(lái)提高其權(quán)限，并設(shè)定臨時(shí)角色的使用期限。

BAC建立在校園管理平臺(tái)之上，能夠平衡權(quán)限中“權(quán)限管理”的通用性、統(tǒng)一化與特殊性、定制化矛盾的優(yōu)點(diǎn)，能有效解決用戶(hù)安全而有效的身份認(rèn)證，為用戶(hù)分配權(quán)限，確?？煽康慕淌以L(fǎng)問(wèn)控制，解決重要的操作安全審核和責(zé)任認(rèn)定[9]。授權(quán)管理系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)發(fā)面向各類(lèi)用戶(hù)識(shí)別與訪(fǎng)問(wèn)控制的精確授權(quán)訪(fǎng)問(wèn)功能，為系統(tǒng)提供可信認(rèn)證、完整性保護(hù)、責(zé)任認(rèn)定、信息保密、訪(fǎng)問(wèn)控制等基本安全功能，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

本文系統(tǒng)以網(wǎng)頁(yè)形式呈現(xiàn)，登錄形式以學(xué)校統(tǒng)一分配的賬號(hào)密碼登錄?；驹O(shè)置里，系統(tǒng)提供教學(xué)樓選擇、教室號(hào)選擇、教室門(mén)開(kāi)關(guān)選項(xiàng)、空調(diào)使用選項(xiàng)（可調(diào)溫度）、風(fēng)扇使用選項(xiàng)、多媒體使用選項(xiàng)。審核權(quán)限方面，本文系統(tǒng)另外提供教室借用原因選項(xiàng)、歸還日期選項(xiàng)。

3 系統(tǒng)測(cè)試

本文測(cè)試定義了智能教師管理系統(tǒng)的測(cè)試環(huán)境、測(cè)試內(nèi)容及圖示、測(cè)試資源、風(fēng)險(xiǎn)分析、完成標(biāo)準(zhǔn)，以及在測(cè)試過(guò)程中遇到異常狀況的處理原則等。

3.1 測(cè)試環(huán)境

測(cè)試環(huán)境及配置見(jiàn)表1所列。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文主要分析了物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)實(shí)生活中的廣泛應(yīng)用，并且對(duì)其主要技術(shù)—RBAC技術(shù)做出詳細(xì)介紹。將該技術(shù)應(yīng)用于智能教室設(shè)計(jì)中，通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)展示了其設(shè)計(jì)效果。從測(cè)試效果看，該系統(tǒng)可行。目前，基于物聯(lián)網(wǎng)的教室管理系統(tǒng)還有很多方面需要進(jìn)一步完善，國(guó)內(nèi)外均在努力研究，相信在不久的將來(lái)，智能教室就會(huì)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外大部分學(xué)校中。

參 考 文 獻(xiàn)

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