基于物联网技术的教学装备管理方案

隋福宁

摘 要：物联网技术是全球信息化产业中的一项关键技术，将物联网技术应用到军校教学装备管理中，为设备管理提供实时信息，构建一个轻量级的物联网系统，以传感器网络采集各项装备的状态和维护信息，将采集到的信息录入到管理系统中，实现对装备的实时动态管理。

关键词：物联网；教学装备；管理

物联网被认为是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。近年来，各国政府部门对物联网相关技术与产业进行了广泛的调研，制订了一系列发展计划。而随着研究的深入，物联网技术已经逐步走进了人们的日常生活和工作中，在多个领域产生了具体的应用。

一、物联网技术基本理论

（一）物联网的定义

物联网（The Internet of things）的定义是：通过射频识别系统（RFID）、红外感应系统、全球定位系统（GPS）[1] 。激光扫描仪等信息传感设备，按照约定的协议，赋予物体智能，并通过接口把需要连接的物品与国际互联网连接起来，形成一个物品与物品相互连接的巨大的分布式网络，从而实现智能化物品识别、物品定位、物品跟踪、物品监控和管理。物联网的概念起源于1999年，上述定义看起来比较复杂，实际上其本质就是“物物相连的互联网”。这句话有两层含义：第一，互联网依然是物联网的核心与基础，物联网利用互联网进行擴展和延伸，第二，物联网终端可以延伸和扩展到任何物品之间，这些物品利用相关技术借助互联网进行智能化信息交换与通讯。

（二）物联网的体系结构

从功能来看，物联网是一个具有感知（含标识）、互联、计算和控制能力的网络化智能计算系统。因此，从功能角度抽取的物联网体系结构一般包含感知、传输、处理和执行等部件。下面介绍几种从功能角度抽取的物联网体系结构。

1.Networked Auto-ID

Networked Auto-ID体系结构于1999年由美国麻省理工学院A uto-ID实验室提出[2]，目的是“把所有物品通过射频识别（RFID）和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理”一般由标识标签（如磁条、条码、二维码、射频标识等）、阅读终端（磁条读卡器、红外扫描器、光学识别器、射频读写器等）、信息传输网络、标识解析服务器和信息服务器组成。信息处理的次序：（1）阅读终端采用接触或非接触方式读取存储在标识标签中的物品标识（ID） ；（2）通过标识解析服务取得与该标识相应的信息服务器的地址（Address of IS）；（3）阅读终端根据该地址访问信息服务器（IS）；（4）获得相应的信息服务，完成对物品的智能识别、定位、跟踪和管理。这一体系结构最先在物流系统中得到实现，并成为物联网发展的雏形。

2.uID IoT结构

uID IoT由日本东京大学发起的非盈利标准化组织uID中心制订的物联网体系结构，目的是“通过RFID和二维码来标识物体，由网络化传感器采集周围环境信息（Context），并根据采集的环境信息调整信息服务”。可见，与Networked Auto-ID本质不同的地方在于uID IoT不仅包括物体的标识，还包括环境信息。图2是uID IoT体系结构的示意图。该体系结构由Ucode、Context、用户终端、互联网、Ucode解析服务器和应用信息服务器组成。需要指出的是，Ucode解析服务器不同于NetworkedAuto-ID中的标识解析器，因为它不仅可以根据物体的Ucode查询获得相关信息服务器的地址，而且可以采用Context和ucRCUcode Relation）操作符，通过查询ucR数据库（ucR DB），获得相关的多个信息服务器的地址。

二、物联网关键技术

物联网的核心关键技术主要有传感器技术、RFID技术、无线网络技术、云计算技术、人工智能技术等[3]。

（一）传感器技术

在物联网中传感器主要负责接收物品‘讲话”的内容传感器技术是从自然信源获取信息并对获取的信息进行处理、变换、识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术启涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进活动等内容。

（二）RFID技术

又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，它利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息实现物体识别。

（三）无线网络技术

物联网中物品要与人无障碍地交流必然离不开高速、可进行大批量数据传输的无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络也包括近距离的蓝牙技术、红外技术。

（四）云计算技术

物联网的发展理离不开云计算技术的支持物联网中的终端的计算和存储能力有限云计算平台可以作为物联网的大脑以实现对海量数据的存储和计算。

（五）人工智能技术

人工智能是研究是计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考和规划等）的技术在物联网中人工智能技术主要将物品“讲话的内容进行分析从而实现计算机自动处理。

三、教学装备管理系统结构

本文所指的教学装备主要是指用于教学的各种电器和网络设备，以及各类实验室、机房设备和用于现地教学和野外演习等活动的各类电子保障设备。在日常维护和管理过程中，为了保证设备以及机房等实验场所的正常运转，工作人员需要经常对设备和实验场所进行巡回检查

（一）系统结构

教学装备管理系统是一个信息处理系统，包括三个层次：首先是感知层，这个层次主要包括温度和湿度传感器和标签等信息采集设备；第二个层次是传输层，将传感器和设备标签信息传输给终端应用层；第三层是应用层，将感知层的信息处理应用。endprint

（二）硬件设施

这里可以分为主要有三大硬件设计，第一个是各类传感器。比如温度传感器、湿度传感和电压传感器等。每一种传感器要选择符合国家规定的标准传感器[4]。比如电流传感器，要针对工作中的不同的要求，从而选择不同的规格。

第二是台网交换机，运用工业网络的交换机来制造多个的网络。各个交换机可以通过多余的网络进行阻隔的连接，然后再选择其中的独一的一台当作管理多余的环网。

第三是PLC（就是可编程逻辑控制器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制和管理终端。

（三）数据服务

传感器网络在外部看来是网络化的传感器，更强调数据的采集，强调系统的可观测性在传感器网络中观测的对象是传感器采集到的数据、传感器的工作状态以及网络的连接情况而物联网则强调各个相连的事物之间的连通性，以及系统的可控性，物联网中传感器网络是连接观测者与被观测对象的渠道因此，需要对传感器网络采集到的数据进行处理，以观测者需要的形式发布出去主要包括两部分服务：滤波和插值和观察者可以访问通过这些服务了解被观测对象，这一过程对传感器网络而言是透明的[5]。

（四）连接模式

物联网可以看成是“智能物品”的互联。在物联网环境下，智能物品间可以通过自组织的模式建立更高级的协同智能模型[6]。物品之间的连接模式决定了系统对智能物品的计算、组网和网关方面的需求，并且也決定了对智能物品的状态和业务模型进行配置的灵活性。Vazquez等人将物品连接模式分为三种[7。

1.直接连接。智能物品直接接入网络（Intranet或Internet）与其它物品和服务器相连。这种连接模式对智能物品在计算和组网方面的需求比较高，对网关的需求比较低，对节点和业务模型的配置不是很灵活。

2.网关辅助连接。智能物品通过网关接入后与其它物品和远程服务器相连。这种连接模式对智能物品在计算和组网方面的需求比较低，对网关的需求比较高，对节点和业务模型的配置很灵活。

3.服务器辅助连接。智能物品通过一个公共的本地支撑服务器汇聚以后与远程服务器相连。这种连接模式对智能物品的计算能力和网关的要求比较低，对智能物品的组网能力要求比较高，对节点和业务模型的配置很灵活。

综合考虑在院校规模内设备数量和网络承载能力的要求以及成本控制的限制，可以在重点实验室和机房等场地的教学设备中采用直接连接的方式进入局域网，数据采集后直接进入服务器，供数据管理终端使用和控制；而分散的各类其它教学设备可以采用服务器辅助连接的方式。

四、总结

物联网技术已经成为当前智能生活、智能生产、智能管理中重要的一项技术，本文将物联网技术运用到院校教学设备的管理中，构建了一个初步的系统结构和实现思路，提供了一种对教学管理设备进行高效管理的新途径。

参考文献：

[1]刘强，崔莉，陈海明.物联网关键技术与应用[J].计算机科学，2010（6）.

[2]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009（12）.

[3]邢晓江，王建立，李明栋.物联网的业务及关键技术[J].中兴通讯技术，2010（16）.

[4]刘杰，秘明睿.中国传感器网络标准化工作进展[J].数字通信，2010，37（4）.

[5]唐呈佳，基于物联网的能源管理系统设计[J].计算机应用与软件，2011 28（12）： 161-164.

[6]石军，感知中国促进中国物联网加速发展[J]. 通信管理与技，2009 （5） ： 1-3.

[7]吴振强，周彦伟，马建峰.物联网安全传输模型[J].计算机学报.2011.34（8）：1351-1364endprint