無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程云實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ教剿?/h1>
2019-12-30 01:52崔勇張茜宋曉王秋生
中國(guó)教育技術(shù)裝備 2019年12期
崔勇 張茜 宋曉 王秋生
摘 ?要 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街袑?shí)驗(yàn)時(shí)間固定、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)固定、實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限等問題，進(jìn)行無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的云實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ教剿?，為學(xué)生靈活安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)、不受實(shí)驗(yàn)資源限制提供良好的解決方案。
關(guān)鍵詞 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);云實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?實(shí)驗(yàn)室;云平臺(tái)
中圖分類號(hào)：G642.423 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：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
隨著微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanism System，
MEMS）、片上系統(tǒng)（SOC，System on Chip）、無(wú)線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN），并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)帶來(lái)信息感知的一場(chǎng)變革。正如因特網(wǎng)能使計(jì)算機(jī)訪問各種數(shù)字信息而無(wú)論其存儲(chǔ)在何處，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)則能夠讓人們遠(yuǎn)程與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互，因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要性被認(rèn)為與互聯(lián)網(wǎng)相當(dāng)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)甚至被人稱為一種全新類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因?yàn)榕c過去硬件不同，具有可分散分布的特點(diǎn)以及集體分析能力。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。傳感器網(wǎng)絡(luò)、微型機(jī)電系統(tǒng)和無(wú)線通信技術(shù)的最新進(jìn)展，使得微型、智能、成本低的傳感器能夠部署在物理區(qū)域，并通過無(wú)線鏈路與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，為各種民用和軍用應(yīng)用提供前所未有的機(jī)會(huì)[1]。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程的開展，能夠培養(yǎng)信息化實(shí)踐性人才。針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街袑?shí)驗(yàn)時(shí)間固定、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)固定、實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限等問題，進(jìn)行無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的云實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ教剿鳎瑸閷W(xué)生靈活安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間、隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、不受實(shí)驗(yàn)資源限制提供了良好的解決方案。
2 基于云模式的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)
基于云模式的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由資源層、平臺(tái)層和應(yīng)用層組成。資源層是基本的運(yùn)算和存儲(chǔ)單元，它將物理硬件設(shè)備虛擬化為計(jì)算節(jié)點(diǎn)[2]。平臺(tái)層采用Hadoop架構(gòu)。應(yīng)用層為訪問者提供服務(wù)，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和管理。
整個(gè)實(shí)驗(yàn)架構(gòu)由學(xué)生終端、云實(shí)驗(yàn)中心以及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室組成。學(xué)生通過個(gè)人計(jì)算機(jī)登錄學(xué)校的云實(shí)驗(yàn)中心（圖1），將云平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)室中計(jì)算機(jī)連接，通過實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的計(jì)算機(jī)訪問無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)箱，從而可以在個(gè)人計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)程完成實(shí)驗(yàn)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
云實(shí)驗(yàn)中心的課程信息來(lái)自學(xué)校教務(wù)管理平臺(tái)，課程信息包括實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)選課人數(shù)、實(shí)驗(yàn)學(xué)生名單等。學(xué)生通過學(xué)校的統(tǒng)一身份驗(yàn)證系統(tǒng)登錄云平臺(tái)，由管理員進(jìn)行權(quán)限管理等操作。云實(shí)驗(yàn)中心合理劃分業(yè)務(wù)功能并將其模塊化，基礎(chǔ)模塊有教師模塊、學(xué)生模塊及管理員模塊，各個(gè)模塊相互獨(dú)立。整個(gè)系統(tǒng)耦合性低，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
云實(shí)驗(yàn)中心內(nèi)有虛擬化軟件平臺(tái)，當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程接入時(shí)，云實(shí)驗(yàn)中心會(huì)及時(shí)啟動(dòng)資源調(diào)度管理，迅速提供相應(yīng)的軟硬件服務(wù)以響應(yīng)訪問用戶的需求。
3 云實(shí)驗(yàn)操作模式
本無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過VMware虛擬化技術(shù)構(gòu)建底層虛擬機(jī)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)依照云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的環(huán)境配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。學(xué)生可隨時(shí)隨地通過遠(yuǎn)程桌面登錄北京航空航天大學(xué)云實(shí)驗(yàn)中心，選擇教師上傳的實(shí)驗(yàn)課程，下載相關(guān)實(shí)驗(yàn)資源并預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。云實(shí)驗(yàn)中心經(jīng)由Teamviewer遠(yuǎn)程連接本地實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)，實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)上實(shí)驗(yàn)軟件已安裝成功，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已配置完備，可不間斷運(yùn)行。按照上述搭建云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，學(xué)生的個(gè)人計(jì)算機(jī)可顯示實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)的桌面，即可進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)操作，并通過程序編譯結(jié)果及實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的云實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降膬?yōu)點(diǎn)在于：學(xué)生無(wú)須安裝實(shí)驗(yàn)軟件，免去煩瑣的安裝步驟和復(fù)雜的維修管理;學(xué)生及教師可以自由地選擇零碎時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)相關(guān)操作，較好地解決了實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)單一、實(shí)驗(yàn)時(shí)間固定、實(shí)驗(yàn)資源有限的問題;云實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綖槊總€(gè)用戶創(chuàng)建的虛擬機(jī)物理隔離，模塊分明，為教師輕松便捷管理實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)造了條件。
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1 前言
隨著微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanism System，
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2 基于云模式的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)
基于云模式的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由資源層、平臺(tái)層和應(yīng)用層組成。資源層是基本的運(yùn)算和存儲(chǔ)單元，它將物理硬件設(shè)備虛擬化為計(jì)算節(jié)點(diǎn)[2]。平臺(tái)層采用Hadoop架構(gòu)。應(yīng)用層為訪問者提供服務(wù)，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和管理。
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云實(shí)驗(yàn)中心的課程信息來(lái)自學(xué)校教務(wù)管理平臺(tái)，課程信息包括實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)選課人數(shù)、實(shí)驗(yàn)學(xué)生名單等。學(xué)生通過學(xué)校的統(tǒng)一身份驗(yàn)證系統(tǒng)登錄云平臺(tái)，由管理員進(jìn)行權(quán)限管理等操作。云實(shí)驗(yàn)中心合理劃分業(yè)務(wù)功能并將其模塊化，基礎(chǔ)模塊有教師模塊、學(xué)生模塊及管理員模塊，各個(gè)模塊相互獨(dú)立。整個(gè)系統(tǒng)耦合性低，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
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3 云實(shí)驗(yàn)操作模式
本無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過VMware虛擬化技術(shù)構(gòu)建底層虛擬機(jī)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)依照云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的環(huán)境配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。學(xué)生可隨時(shí)隨地通過遠(yuǎn)程桌面登錄北京航空航天大學(xué)云實(shí)驗(yàn)中心，選擇教師上傳的實(shí)驗(yàn)課程，下載相關(guān)實(shí)驗(yàn)資源并預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。云實(shí)驗(yàn)中心經(jīng)由Teamviewer遠(yuǎn)程連接本地實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)，實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)上實(shí)驗(yàn)軟件已安裝成功，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已配置完備，可不間斷運(yùn)行。按照上述搭建云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，學(xué)生的個(gè)人計(jì)算機(jī)可顯示實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)的桌面，即可進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)操作，并通過程序編譯結(jié)果及實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的云實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降膬?yōu)點(diǎn)在于：學(xué)生無(wú)須安裝實(shí)驗(yàn)軟件，免去煩瑣的安裝步驟和復(fù)雜的維修管理;學(xué)生及教師可以自由地選擇零碎時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)相關(guān)操作，較好地解決了實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)單一、實(shí)驗(yàn)時(shí)間固定、實(shí)驗(yàn)資源有限的問題;云實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綖槊總€(gè)用戶創(chuàng)建的虛擬機(jī)物理隔離，模塊分明，為教師輕松便捷管理實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)造了條件。
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