物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用研究

林世城

(海南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，海南 海口 570216)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是信息技術(shù)高速發(fā)展背景下的產(chǎn)物，是信息產(chǎn)業(yè)化革命的又一次發(fā)展高峰，能夠通過智能技術(shù)、傳感技術(shù)等進(jìn)一步提高社會(huì)生產(chǎn)力，推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，將其應(yīng)用于高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，有效提高其管理效率，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

1 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念

1.1 內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)是指借助感應(yīng)器、定位系統(tǒng)等技術(shù)，以有限或無線的方式將物品同互聯(lián)網(wǎng)連接起來，并以計(jì)算、儲(chǔ)存、分析等處理方式構(gòu)成物品的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的信息知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，具有信息識(shí)別、定位、監(jiān)控等功能。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)極大地拓展了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展空間，并為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)力，尤其是面對(duì)后經(jīng)濟(jì)危機(jī)時(shí)代的挑戰(zhàn)，因而受到了世界各國的高度重視。我國也同樣如此，黨中央和政府相繼推出了一系列政策方針來推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。在此背景下，我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也取得了長足進(jìn)步，尤其是部分關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)的研究方面已居于世界前列，在推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、培育新興產(chǎn)業(yè)方面起著重要作用[1]。

1.2 技術(shù)構(gòu)架

1.2.1 體系構(gòu)架

同互聯(lián)網(wǎng)一樣，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)系統(tǒng)性的體系，有著完整的內(nèi)部架構(gòu)，主要包括感應(yīng)層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層3個(gè)層次。從感應(yīng)層方面來說，其可以看作是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)最基礎(chǔ)的層面，目的是實(shí)現(xiàn)物體信息的廣泛采集和生產(chǎn)，通過二維碼、RFID、傳感器能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。從網(wǎng)絡(luò)層方面來看，其是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的中間層，起著承上啟下的作用，通過一些接入設(shè)備來連接物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將感應(yīng)層中獲取的物體信息精準(zhǔn)地傳輸出去。其中，感應(yīng)層中的數(shù)據(jù)管理和處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、查詢、分析等數(shù)據(jù)決策和行為的基礎(chǔ)，也是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層最重要且應(yīng)用最廣的技術(shù)。從應(yīng)用層方面來說，主要通過云計(jì)算、模糊識(shí)別等技術(shù)將獲得的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，來實(shí)現(xiàn)其智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控等功能。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行往往是圍繞物體的信息數(shù)據(jù)展開，因而其層次也可以理解為信息采集、信息傳遞、信息處理等3個(gè)方面[2]。

1.2.2 關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵性技術(shù)主要有4項(xiàng)：首先，RFID射頻識(shí)別技術(shù)主要通過射頻信號(hào)來自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)信息。無論是運(yùn)動(dòng)中的物體還是多個(gè)物體，都能夠快速獲取信息，實(shí)現(xiàn)物體的追蹤和管理，具有準(zhǔn)確性高、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)。其次，WSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集信息搜集、傳輸、處理于一體的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。不同于RFID的識(shí)別功能，WSN側(cè)重于組網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，其組網(wǎng)方式具有微型化、低成本、低耗能等優(yōu)勢，再加上組網(wǎng)方式、鋪設(shè)方式的靈活性的特點(diǎn)，使其在市場上備受關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于世界各地。再次智能技術(shù)主要通過植入智能系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)物體的智能性，達(dá)到物體與用戶之間雙向溝通和對(duì)話的目的。最后，納米技術(shù)也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵性技術(shù)，主要研究在0.1～100 nm范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用，包括納米化學(xué)、納米加工等內(nèi)容[3]。

1.2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

加強(qiáng)高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，可以借助互聯(lián)網(wǎng)的信息采集、信息分析、資源共享、信息管理等功能來構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，不斷優(yōu)化其運(yùn)行流程，提高管理效率。這一管理系統(tǒng)主要包括教師管理子系統(tǒng)、學(xué)生端管理子系統(tǒng)、管理人員端子系統(tǒng)以及系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)。從教師端管理子系統(tǒng)方面來看，主要包括教師的教學(xué)安排、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)計(jì)劃以及學(xué)生的信息管理、考勤記錄等信息。從學(xué)生端管理子系統(tǒng)來看，主要包括學(xué)生日常考勤簽到、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、環(huán)境數(shù)據(jù)采集等信息。從管理人員端子系統(tǒng)來看，主要包括用戶信息、用戶權(quán)限、用戶修改、設(shè)置管理等內(nèi)容。從系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)來看，主要是在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)流程將系統(tǒng)分為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信、學(xué)生機(jī)與無線傳感通信以及學(xué)生機(jī)與教師機(jī)的通信[4]。

2 當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理存在的問題

首先，教學(xué)模式問題。當(dāng)前，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室參與試驗(yàn)人數(shù)多、流動(dòng)大，但實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)出管理仍以人工操作記錄為主，其管理效率較低，不利于后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室管理缺乏查詢平臺(tái)，難以動(dòng)態(tài)掌握設(shè)備的使用情況，如果遭遇突發(fā)情況，只能通過實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行人工協(xié)調(diào)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低下。其次，管理制度問題。一方面，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室大多采用人工管理模式，但其實(shí)驗(yàn)室數(shù)量多、設(shè)備配件多且雜，再加上缺乏細(xì)致的分類管理，很容易造成管理失誤。另一方面，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室同資產(chǎn)部、教務(wù)部等相關(guān)聯(lián)的部門之間缺少一個(gè)交互式的協(xié)作平臺(tái)，缺少信息的交流，導(dǎo)致各部門形成信息孤島，極大地增加了管理成本[5]。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理的優(yōu)勢

3.1 對(duì)設(shè)備隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控查詢

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行設(shè)備采購時(shí)往往會(huì)附帶有紙質(zhì)說明書，以便于設(shè)備的使用和后期的維護(hù)，但紙質(zhì)說明書很容易因保管不當(dāng)而丟失或損壞，給計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理、維護(hù)帶來困擾。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用將有效解決這一問題。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的RFID標(biāo)簽來搜集存儲(chǔ)一些設(shè)備信息，方便日后查詢使用。此外，隨著高校規(guī)模不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生數(shù)量不斷攀升，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的使用頻率逐漸提高，給計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理帶來了一定的困難，而借助物聯(lián)網(wǎng)，可以對(duì)這些設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)追蹤，使管理者能夠準(zhǔn)確了解設(shè)備信息，并及時(shí)進(jìn)行管理維護(hù)，提高使用效率。同時(shí)，借助物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器還能夠及時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，在運(yùn)行過程中一旦發(fā)生參數(shù)的變化，就能夠立即啟動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備狀況進(jìn)行判斷，為管理者的決策提供準(zhǔn)確有效的參考[6]。

3.2 設(shè)備的利用率高

在日常工作中，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的使用頻率較高，不僅承擔(dān)著每周定期的教學(xué)任務(wù)，還承擔(dān)著一些科研任務(wù)，而在實(shí)際中，仍存在著一系列問題。例如，計(jì)算機(jī)課程在學(xué)期伊始便被設(shè)置好，而對(duì)于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的使用，教師往往會(huì)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行安排，有時(shí)是理論內(nèi)容、有時(shí)是實(shí)踐內(nèi)容。理論內(nèi)容無需使用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，但計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室也往往會(huì)顯示使用狀態(tài)，導(dǎo)致部分教師由于臨時(shí)調(diào)課或是展開科研工作而無法排上使用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的名額，這不僅影響了教學(xué)科研進(jìn)度，還造成了資源的浪費(fèi)。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，管理者可以快速查看到每個(gè)設(shè)備的實(shí)際使用情況，并妥善安排閑置設(shè)備，給臨時(shí)安排教學(xué)課程或是科研任務(wù)的教師提供方便，這樣不僅能夠加快教學(xué)科研進(jìn)度，還能夠提高設(shè)備的使用率[7]。

3.3 提高環(huán)境安全

環(huán)境安全往往是計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理的重要內(nèi)容，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，能夠極大地提高其環(huán)境安全管理效率。例如，紅外線警報(bào)器可以監(jiān)控室內(nèi)溫度或物體位置移動(dòng)，一旦感異常，便會(huì)觸動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)，來保障環(huán)境安全，將其應(yīng)用于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，無論是白天還是夜晚，都能夠給計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的安全提供有力保障。再如，門禁系統(tǒng)可以有效監(jiān)管實(shí)驗(yàn)室的出入人員，一旦發(fā)現(xiàn)有人未經(jīng)允許出入實(shí)驗(yàn)室或是帶出實(shí)驗(yàn)室設(shè)備時(shí)，能夠發(fā)出警報(bào)，保護(hù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安全。此外，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以通過局域網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)同計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)相連接，極大地方便了管理人員調(diào)取監(jiān)控，提高了管理效率[8]。

3.4 實(shí)現(xiàn)校企資源共享化

高校開展計(jì)算機(jī)科研工作就需要專業(yè)、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)備，而這些設(shè)備大多價(jià)格不菲，要想加強(qiáng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)就必須投入大量資金，部分計(jì)算機(jī)設(shè)備使用頻率較低且后期維護(hù)成本高，單獨(dú)購買會(huì)造成資源浪費(fèi)。因而，高?？梢约訌?qiáng)同企業(yè)的合作，以租借方式代替購買，從而減少成本。而將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。借助物聯(lián)網(wǎng)，可以進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)同高校工作的對(duì)接，使企業(yè)能夠通過物聯(lián)網(wǎng)來查看這些設(shè)備的狀態(tài)和適應(yīng)情況，并據(jù)此合理安排企業(yè)設(shè)備的使用，提高設(shè)備的利用率。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理研究

4.1 在資產(chǎn)管理中的應(yīng)用

資產(chǎn)管理是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室最為廣泛的方式之一，能夠有效提高其管理效率。高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的資產(chǎn)管理內(nèi)容主要為設(shè)備的申購、采購、維修、報(bào)廢等資產(chǎn)管理。首先，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室在購置大批量的設(shè)備時(shí)需要申購，可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來完成，通過RFID標(biāo)簽對(duì)所要購買的設(shè)備信息搜集、儲(chǔ)存，方面上級(jí)部門對(duì)這一設(shè)備的了解和查詢。其次，在設(shè)備采購過程中，可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將這些設(shè)備信息更新錄入到實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，還可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行登記，并標(biāo)注為維修狀態(tài)以提醒相關(guān)人員。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)核對(duì)的效率。在每學(xué)期開始和結(jié)束時(shí)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)資產(chǎn)進(jìn)行清點(diǎn)和核算，核查管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，確保信息的真實(shí)性和準(zhǔn)確性[9]。

4.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行管理

借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備管理方式的跨越式發(fā)展。

4.2.1 設(shè)備的基本信息

管理者可以在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的每一個(gè)設(shè)備上安裝一個(gè)RFID標(biāo)簽，來記錄這一設(shè)備的購買日期、操作說明、硬件配置、維修記錄等基本信息。在維修、變更時(shí)，還可以通過手持式讀寫設(shè)備來更新其內(nèi)容信息，并上傳至實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中進(jìn)行永久保存，以防出現(xiàn)設(shè)備的漏查、錯(cuò)查等現(xiàn)象。

4.2.2 設(shè)備的使用追蹤

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室不僅承擔(dān)著計(jì)算機(jī)教學(xué)任務(wù)，還承擔(dān)著大量科研任務(wù)。因而在日常工作中使用實(shí)驗(yàn)室人數(shù)較多，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，管理人員很難在第一時(shí)間了解器故障原因并給予相應(yīng)的維修，嚴(yán)重影響了學(xué)習(xí)和科研的進(jìn)度和效率。管理者也可以借助物聯(lián)網(wǎng)中的RFID技術(shù)，對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，記錄其每臺(tái)設(shè)備的使用情況，使得其故障原因有據(jù)可查。

4.2.3 設(shè)備的日常檢測

對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常檢查是高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理的重要內(nèi)容，而借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠有效提高其管理效率。在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中植入傳感器，能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，一旦其中的關(guān)鍵性參數(shù)發(fā)生了重要變化，便能夠觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，將這一信息傳達(dá)給管理系統(tǒng)，并通過相關(guān)評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估判斷，為管理者的維修提供相關(guān)數(shù)據(jù)下參照或是維修方案。除此之外，管理者還可以記錄評(píng)估系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常檢測以及定期巡檢，并將檢測數(shù)據(jù)保存于管理系統(tǒng)，這樣不僅能夠降低管理成本，還能夠極大地提升高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用效率[10]。

5 結(jié)語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在推動(dòng)社會(huì)各行各業(yè)的發(fā)展方面起著關(guān)鍵性作用，尤其是高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理方面，高校應(yīng)當(dāng)加快計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，借助其強(qiáng)大優(yōu)勢推動(dòng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理建設(shè)，提高其管理效率。