基于物联网新型的智慧实验室建设探讨

随着时代的不断发展，原有的高校实验室建设也是在不断的变革，伴随着物联网技术和移动技术的新发展，在建设信息化校园的前提下，对学校的实验室建设进行建设改造。主要从当前实验室建设的各种技术出发，结合自身的管理制度，实现对实验室的资源、安全进行智慧管理，为教师和学生提供各种资源和统一平台学习服务及管理的科学手段。
高校实验室的建设是高校科研力量的重要组成部分，一个良好的实验室有助于教师的科研教学和学生的上课实践，在过去的时候高校实验室建设，尤其是计算机实验室建设方面比较注重于购买计算机，对于硬件设备建设比较多，但是如何对这些软件设备进行管理和利用的方面比较少研究。当物智能化技术的出现，尤其是联网技术的出现和虚拟技术的出现，为高校计算机实验室建设提出了新的思路。学校实验室也是基于这一技术环境下需要对实验室进行新型的建设和改造，通过建设新型的智慧型实验室为教师和学生提供更加方便快捷的实验环境，为实验室管理人员提供良好的管理方式和技术。 
一、智慧型实验室建设的背景和现状 
高校计算机实验室的建设经历了大致三个阶段的发展：
第一阶段主要是采购计算机为主，然后组建成局域网，在局域网内实现计算机的共享管理；
第二阶段是在第一阶段的基础上再全校园内实现信息化管理；
第三阶段就是现在的智慧型实验室的建设阶段，通过智慧型实验室的建立为在校的师生提供更加方便快捷的服务。在这一阶段中主要是以计算机网络技术中的SNMP、物联网技术中的智能化控制、云计算技术的中的资源共享等方式来实现对实验室的计算机资源以及数据资源管理，从而提高实验室管理工作的效率和创造出更好的实验环境来为科研教学服务。 
目前高校的计算机管理工作主要存在着以下几点问题：
（1）安全管理问题，大量的计算机分布在不同的实验室，包括设备的存放、防火等问题只能通过人工进行防护，效率低下而且无法实时获取设备的状态。
（2）资源共享率不高，例如：相关的数据库软件，目前只能在局域网内部进行使用，计算机资源无法进行共享。
（3）能源损耗较高，对设备的自动化管理水平较低，无法实时对设备进行启用或者关闭，造成能源的损耗。
（4）设备环境无法实时监控，例如：服务器存放的机房需要的温度和环境无法通过设备控制。 

二、支撑智慧型实验室建设的现有技术 
（1） 物联网技术 
物联网技术是把设备的相关信息通过RFID射频技术发送到网络中，按照一定的协议例如SNMP，由网络管理软件对设备进行管理和维护的一种网络新技术。在智慧实验室建设的过程中物联网的三个特性全面感知、可靠传递和智能处理为实验室设备和管理平台之间打通了一条通道，通过这种方式，实验管理人员可以快速的获取设备的各项信息，包括存放位置和性能。 
（2）虚拟应用技术 
虚拟仿真平台的建设也是智慧实验室建设的重要组成部分，虚拟实验平台面向全校，充分考虑多种技术的融合，以实现全校虚拟实验资源的整合，通过网络技术环境的搭建，实现实验资源的整合与共享。 
（3）底层的网络支撑技术 
智慧实验室的基石就是网络技术，网络技术的不断发展，给智慧实验室建设带来了新的局面，包括无线网络技术，4G通信技术等，通过这些技术实现硬件和数据的传输。与之相关还有SDN技术，为云桌面技术提供了基层的网络，使得原有的异构网络可以智能化管理，为虚拟技术提供了网络层的支持。 
三、智慧型实验室的管理制度 
通过现有的技术对实验室进行改造后可以实现对实验室全天候智能化的管理，但是随之而来的是制度方面的建设，通过制度的建设可以来进一步地对实验室进行更好的建设。现在通过对期刊论文的检索发现，大部分智慧型实验室的建设都是基于技术方面进行探讨，从技术的角度来对实验室进行构建，但是光有技术建设还是不够，要从管理的角度来考虑建设智慧型实验室，不但要使用技术手段来提升实验室的管理水平，还要从制度建设方面着手。从两方面来实现智慧型实验室建设。 
例如：对建立相关的安全监管制度来匹配智能实验室中的智能安全管理，制度是作为技术的补充，起到对技术的约束和促进作用。这样就可以使得技术与制度相结合，使智慧实验室和实验室管理人员相融合，将高校智慧型实验室建设的更好，让智慧化管理融入到高校实验室建设的各个方面。 

四、智慧型实验室的构建 
智慧型实验室项目建成后，实验室将全天开放，借助互联网平台，除了满足相关实验课程之外，还能满足全校教师及学生教学科研活动对场地、设备的需求，充分实现校内共享共用。对实验室的建设主要是分成三部分建设工程，首先是网络及实验室设备智能化改造；其次是建设智慧实验室管理平台，通过平台的建设连接网络层和应用层；最后是在平台上各种具体功能应用的开发，包括智能排课系统、智能安全监控体系、智能电力系统、虚拟云桌面等。 
（1）基础设施层的建设 
主要是对网络层的改造，网络性能可保证大量网络业务能顺畅运行，提高网络数据传输的速度，从而提高用户的上网体验。性能不仅要满足当前的网络需求，也要能完全满足未来几年网络应用对网络性能的要求。有规模的业务中心、数据中心会逐步建立，会有多台服务器、智能网络设备的高性能接入。因此，整网网络的结构设计采用三层架构，核心层、汇聚层和接入层，以及综合布线改造。 
通过对网络基础层的重新改造，建立一个可以提供多维网络连接的网络体系层，为智慧实验室的信息传输构建渠道。使得分布在不同地方的实验资源、信息资源以及信息化系统可以连接在一起，实现资源共享。
另外就是对设备的改造，这个是属于智慧实验室中的感知改造，把分布在不同地方的设备通过RFID标签设备进行管理，对这些设备的位置信息和性能状态可以实时的反馈到智慧管理系统中，当设备的位置进行变更或者移动的时候，可以通过系统快速的获知，这样既保障了设备的安全也使设备的管理更加方便快捷，设备资源的共享率会大大提高。 
（2）平台应用层的构建 
平台主要分成两大模块：一个是虚拟仿真教学平台，通过把常用的虚拟仿真课程集合在一起，形成一个网上虚拟仿真教学系统，同学可以通过网络来进行课程上的一些仿真实验，帮助同学加深对理论的掌握，例如：网上财务审计、物流仿真实验等。另一大模块就是管理平台，把课程安排、设备管理、数据管理融为一体的综合性智慧管理系统，主要功能就是实现智能排课系统、智能监控系统、智能电力系统等一系列的功能应用。 
（3）具体应用功能的开发 
通过统一的管理平台把相应的功能集中在一起，逐步开发相应的功能模块，首先建立智能电力模块，在重新构造网络层的时候也对电路进行智能化改造，对实验室的电路、防雷系统、冗余电路系统等实现智能化管理，保障实验室的电力供应。其次就是安全保障功能的开发，包括对环境的检测，实现对温度的智能化管理，通过智能门禁和监控系统，对非授权的人员进行检测，如果非授权人员在非工作时间进入实验室则进行报警处理；其次是智能化开放预约系统，通过网上预约，然后进行身份授权，学生可以自由的使用实验室的空余计算机进行试验，提高计算机的使用率。除此之外还提供移动管理功能给实验室管理人员进行使用，保障在任何时候都可以对实验室进行实时的监控，远程管理。 

综上所述，智慧型实验室建设是在物联网技术、虚拟应用技术环境下提出的，如何建设智慧实验室是一个比较新的领域，文章提出对智慧型实验室建设的一些见解，但是这还远远不够，还有更多的内容可以对实验室建设进行，未来智慧型实验室的建设是在不断的完善和发展的，甚至可能实现三维立体虚拟实验室等。