高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)探討

劉凱，閆東

摘要：伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理方式和技術(shù)面臨多種挑戰(zhàn)，迫切需要通過信息化技術(shù)的應(yīng)用，來提升計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理水平和技術(shù)水平。該文中方案采用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云桌面技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件和電子教室等技術(shù)，提升實(shí)驗(yàn)室信息化水平，滿足了師生日常教學(xué)和科研方面對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的需求。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室;信息化;物聯(lián)網(wǎng);云桌面

中圖分類號(hào)：TP399? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）21-0209-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室成為各學(xué)科、各專業(yè)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室也是學(xué)生學(xué)習(xí)和科學(xué)創(chuàng)新的重要場所。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容的改變，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室需要面臨著多系統(tǒng)復(fù)雜軟件的情形，這迫切需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)技術(shù)水平和管理水平進(jìn)行提升。

1 當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀

1.1 設(shè)備種類繁多不一，維護(hù)難度大

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，一般會(huì)根據(jù)需要分批次配備不同類型的計(jì)算機(jī)，這就造就了實(shí)驗(yàn)室中存在多種類型的計(jì)算機(jī)設(shè)備。同時(shí)，有些設(shè)備為了節(jié)約成本，更新不及時(shí)，造成硬件陳舊，易損壞，這就增加了維護(hù)難度和管理成本。

1.2 計(jì)算機(jī)設(shè)備安裝軟件眾多，管理難度增加

由于師生在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)研究內(nèi)容加深，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求也越來越高，安裝的軟件種類也越來越多。眾多軟件的安裝，維護(hù)和管理難度隨之增加，對(duì)計(jì)算機(jī)的軟硬件環(huán)境和設(shè)備管理都是一種挑戰(zhàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)室安全面臨著多種因素威脅

實(shí)驗(yàn)室面臨火災(zāi)問題，漏水問題。外人非法入侵，同樣會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備造成安全威脅。由于實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)軟硬件升級(jí)不及時(shí)，造成網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)安全方面受到多種因素威脅。

1.4 傳統(tǒng)教學(xué)方式落后

傳統(tǒng)教學(xué)方式單一，互動(dòng)性不強(qiáng)。由于采用計(jì)算機(jī)教學(xué)，教師在較遠(yuǎn)距離無法及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，無法便利和學(xué)生溝通，導(dǎo)致教師不能及時(shí)得到學(xué)生的反饋，不能深入了解學(xué)情的情況時(shí)有發(fā)生。

2 信息化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是通過感知層的傳感器采集數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將數(shù)據(jù)傳送至應(yīng)用層的用戶設(shè)備上的技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)從架構(gòu)可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)伴隨著科技的發(fā)展，取得了長足的進(jìn)步。本案例中，感知層方面，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，在各個(gè)實(shí)驗(yàn)室安裝多個(gè)溫度傳感器、濕度傳感器、煙感傳感器監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)將實(shí)驗(yàn)室采集到的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)層的無線通信Zigbee技術(shù)傳給實(shí)驗(yàn)室管理人員;應(yīng)用層方面，管理人員在計(jì)算機(jī)端，看到上傳來的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。該系統(tǒng)重點(diǎn)監(jiān)測中心機(jī)房，一旦發(fā)現(xiàn)異常，通過電話、短信通知管理人員，同時(shí)將及時(shí)啟動(dòng)報(bào)警，并自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備。由于系統(tǒng)事先對(duì)實(shí)驗(yàn)室溫度和濕度進(jìn)行了設(shè)置，溫度、濕度異常超過設(shè)置值，將自動(dòng)打開通風(fēng)或空調(diào)設(shè)備，進(jìn)行降溫。煙感傳感器發(fā)現(xiàn)異常，將啟動(dòng)噴淋滅火設(shè)備。傳感器技術(shù)的應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測方面起到了重要作用。

實(shí)驗(yàn)室采用門禁系統(tǒng)。由于來往實(shí)驗(yàn)的人員多樣，權(quán)限不同。通過人工識(shí)別，不僅難度大，而且效率低，容易占用堵塞入口，耽誤進(jìn)入時(shí)間。本案例采用了門禁系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的人員身份進(jìn)行識(shí)別。門禁系統(tǒng)提前存儲(chǔ)具有資格訪問實(shí)驗(yàn)室人員的信息。當(dāng)相關(guān)人員訪問實(shí)驗(yàn)室，門禁系統(tǒng)迅速采集信息，并與數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行核對(duì)。若權(quán)限匹配，打開相關(guān)門禁，允許訪問。否則，禁止訪問。這樣的方式，降低了身份識(shí)別的難度和提高了管理效率，為實(shí)驗(yàn)室安全和管理提供了便利。

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室RFID的應(yīng)用。RFID（射頻識(shí)別）是一種非接觸式的數(shù)據(jù)通信識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)技術(shù)來自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并獲取目標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)，具有讀取距離大、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大、高效性、簡易性、存儲(chǔ)信息可更改等優(yōu)點(diǎn)。該方案使用RFID在每一個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備上。由于設(shè)備的信息可快速通過存儲(chǔ)在RFID上，故可將設(shè)備的基本配置，位置信息，編號(hào)信息等存入，如需讀取，采用閱讀器快速數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)。設(shè)備的轉(zhuǎn)移過程，RFID也隨即修改和跟蹤設(shè)備。由于是無源RFID，不必考慮RFID供電問題。實(shí)驗(yàn)室RFID的使用，可以有效地對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備變化進(jìn)行記錄，跟蹤和管理，提高了實(shí)驗(yàn)室的信息化程度。

2.2 云桌面的應(yīng)用

云桌面方案，是一種利用虛擬技術(shù)，將服務(wù)器上的CPU、內(nèi)存、硬盤虛擬化分配給虛擬桌面的方式。方案中，采用的云桌面方案，具有資源利用率得到有效提升，成本大幅下降的優(yōu)點(diǎn)。云桌面的實(shí)質(zhì)是對(duì)用戶信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)用戶資源進(jìn)行集中管理。云桌面方案一般有四種模式：（1）VDI虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu);（2）RDS遠(yuǎn)程桌面服務(wù);（3）IDV智能桌面虛擬化架構(gòu);（4）VOI虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)。該方案中采用的是VOI模式。VOI為集中式存儲(chǔ)、分布式運(yùn)算的構(gòu)架。該模式是在服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，在客戶機(jī)上運(yùn)行桌面?？蛻魴C(jī)在啟動(dòng)過程中，將存儲(chǔ)在服務(wù)器的操作系統(tǒng)、應(yīng)用加載到本機(jī)緩存，就可以實(shí)現(xiàn)本機(jī)的啟動(dòng)和使用。這種模式支持桌面系統(tǒng)集中管理，不僅具有較好的兼容性，支持離線運(yùn)行，桌面系統(tǒng)集中管理。使用戶具有較好的體驗(yàn)，同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的集中管理，提高數(shù)據(jù)的安全性能。

2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理軟件和電子教室的應(yīng)用

對(duì)于已經(jīng)部署在實(shí)驗(yàn)室的普通計(jì)算機(jī)設(shè)備，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)管理維護(hù)方式，已不適應(yīng)當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展。而方案中采用網(wǎng)絡(luò)還原管理系統(tǒng)，比較好的解決，多臺(tái)主機(jī)同時(shí)傳輸更新系統(tǒng)的問題。隨著虛擬技術(shù)和 P2P 技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了快速高效的網(wǎng)絡(luò)同傳方式。該技術(shù)采用云計(jì)算技術(shù)，先將硬盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模板鏡像，通過P2P技術(shù)進(jìn)行快速部署，這樣提前用一臺(tái)服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房內(nèi)所有計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行集中管理和統(tǒng)一的維護(hù)。無須其他應(yīng)用的分發(fā)軟件，統(tǒng)一進(jìn)行安裝和升級(jí)，維護(hù)桌面的效率大大提高，有效降低了實(shí)驗(yàn)室的管理成本。該方案中，采用的網(wǎng)絡(luò)同傳還原軟件，具有支持對(duì)拷還原數(shù)據(jù)、增量數(shù)據(jù)、硬盤數(shù)據(jù)、分區(qū)數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)對(duì)拷，支持對(duì)拷斷點(diǎn)續(xù)傳、批量更改計(jì)算機(jī)名、IP等網(wǎng)絡(luò)屬性，同時(shí)支持增量對(duì)拷，最少數(shù)據(jù)量的對(duì)拷，提高對(duì)拷效率。重要的是，可以創(chuàng)建多個(gè)還原點(diǎn)，不同教學(xué)環(huán)境可單獨(dú)保存還原點(diǎn)，相互獨(dú)立，互相不影響。隨意切換還原點(diǎn)，快速進(jìn)入教學(xué)應(yīng)用環(huán)境等特點(diǎn)。本方案中的網(wǎng)絡(luò)還原管理系統(tǒng)，極大的保證的設(shè)備數(shù)據(jù)的高效批量對(duì)拷，對(duì)拷千兆網(wǎng)速可達(dá)7-10G/Min，對(duì)拷工作效率可達(dá)到數(shù)倍提高。批量設(shè)置IP、計(jì)算機(jī)名的功能，大大減輕了管理人員的負(fù)擔(dān)。由于教學(xué)需求，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同的教學(xué)環(huán)境的迅速切換。該網(wǎng)絡(luò)還原管理系統(tǒng)的采用，極大地提高了實(shí)驗(yàn)室管理效率和實(shí)現(xiàn)了教學(xué)環(huán)境的迅速切換功能。