无线传感器网络课程云实验模式探索

崔勇 张茜 宋晓 王秋生

摘  要 无线传感器网络与通信技术、計算机技术构成信息技术的三大支柱。针对现有实验模式中实验时间固定、实验地点固定、实验设备数量有限等问题，进行无线传感器网络课程的云实验模式探索，为学生灵活安排实验时间及地点、不受实验资源限制提供良好的解决方案。

关键词 无线传感器网络;云实验模式;实验室;云平台

中图分类号：G642.423    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）12-0045-03

Exploration of Cloud Experiment Mode in Wireless Sensor Net-

work Course//CUI Yong， ZHANG Xi， SONG Xiao， WANG Qiu-sheng

Abstract Wireless sensor networks， communication technologies， and computer technologies constitute the three pillars of information

technology. In view of the fixed time of experiment， fixed experi-mental location and limited number of experimental equipment in the

existing experimental mode， the cloud experiment mode of wireless sensor network course was explored， which provided a good solution

for students to flexibly schedule the time and place of the experi-ment， regardless of the limitations of the experimental resources.

Key words wireless sensor network; cloud experimental; labora-tory; cloud platform

1 前言

随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanism System，

MEMS）、片上系统（SOC，System on Chip）、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN），并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来信息感知的一场变革。正如因特网能使计算机访问各种数字信息而无论其存储在何处，无线传感器网络则能够让人们远程与现实世界进行交互，因此，无线传感器网络的重要性被认为与互联网相当。无线传感器网络甚至被人称为一种全新类型的计算机系统，因为与过去硬件不同，具有可分散分布的特点以及集体分析能力。无线传感器网络、通信技术与计算机技术构成信息技术的三大支柱。传感器网络、微型机电系统和无线通信技术的最新进展，使得微型、智能、成本低的传感器能够部署在物理区域，并通过无线链路与互联网联网，为各种民用和军用应用提供前所未有的机会[1]。

无线传感器网络实验课程的开展，能够培养信息化实践性人才。针对现有实验模式中实验时间固定、实验地点固定、实验设备数量有限等问题，进行无线传感器网络课程的云实验模式探索，为学生灵活安排实验时间、随时随地进行实验、不受实验资源限制提供了良好的解决方案。

2 基于云模式的实验平台架构

基于云模式的实验平台由资源层、平台层和应用层组成。资源层是基本的运算和存储单元，它将物理硬件设备虚拟化为计算节点[2]。平台层采用Hadoop架构。应用层为访问者提供服务，对无线传感器网络实验中采集到的数据进行计算和管理。

整个实验架构由学生终端、云实验中心以及无线传感器网络实验室组成。学生通过个人计算机登录学校的云实验中心（图1），将云平台与实验室中计算机连接，通过实验室内的计算机访问无线传感器网络实验箱，从而可以在个人计算机上远程完成实验，获取实验数据。

云实验中心的课程信息来自学校教务管理平台，课程信息包括实验学时、实验选课人数、实验学生名单等。学生通过学校的统一身份验证系统登录云平台，由管理员进行权限管理等操作。云实验中心合理划分业务功能并将其模块化，基础模块有教师模块、学生模块及管理员模块，各个模块相互独立。整个系统耦合性低，可扩展性强。

云实验中心内有虚拟化软件平台，当有网络节点远程接入时，云实验中心会及时启动资源调度管理，迅速提供相应的软硬件服务以响应访问用户的需求。

3 云实验操作模式

本无线传感器网络实验的云实验平台通过VMware虚拟化技术构建底层虚拟机，实验系统依照云实验平台提供的环境配置网络环境。学生可随时随地通过远程桌面登录北京航空航天大学云实验中心，选择教师上传的实验课程，下载相关实验资源并预约实验时间。云实验中心经由Teamviewer远程连接本地实验室的计算机，实验室计算机上实验软件已安装成功，实验系统已配置完备，可不间断运行。按照上述搭建云实验平台后，学生的个人计算机可显示实验室计算机的桌面，即可进行远程实验操作，并通过程序编译结果及实验采集数据获取实验结果。

无线传感器网络的云实验模式的优点在于：学生无须安装实验软件，免去烦琐的安装步骤和复杂的维修管理;学生及教师可以自由地选择零碎时间进行实验相关操作，较好地解决了实验地点单一、实验时间固定、实验资源有限的问题;云实验模式为每个用户创建的虚拟机物理隔离，模块分明，为教师轻松便捷管理实验课程创造了条件。