彭燦華, 楊呈永, 張玉斌

(1. 桂林理工大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心， 廣西 桂林 541004； 2. 渤海大學(xué) 基礎(chǔ)教研部， 遼寧 錦州 121000)

0 引 言

近年來(lái)，隨著高校校園信息化發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息已經(jīng)覆蓋了整個(gè)校園，學(xué)生一卡通消費(fèi)、學(xué)籍、選課、成績(jī)、借書(shū)、考勤、在線考試、論壇、上網(wǎng)日志等；教師的人事基本信息、辦公信息、郵件、教學(xué)資源、科研、資產(chǎn)、財(cái)務(wù)、上網(wǎng)日志等都會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)信息與學(xué)校教學(xué)管理及校園生活息息相關(guān)，信息量巨大，覆蓋面廣，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)已經(jīng)具備了大數(shù)據(jù)特征，為高校信息化建設(shè)從數(shù)字化校園向智慧校園推進(jìn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。如何保障校園龐大數(shù)據(jù)信息的安全、可靠，必須要有一個(gè)現(xiàn)代化的大數(shù)據(jù)中心機(jī)房來(lái)支撐。大數(shù)據(jù)中心機(jī)房管理必須是無(wú)人值守自動(dòng)化和智能化管理，這就需要從下面3點(diǎn)進(jìn)行突破:

(1) 機(jī)房出現(xiàn)故障需要在環(huán)境變化、硬件狀態(tài)等方面設(shè)置預(yù)警參數(shù)，并多渠道第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警信息，方便管理員及時(shí)處理。

(2) 除了對(duì)環(huán)境、硬件進(jìn)行預(yù)警外，服務(wù)器云操作系統(tǒng)也是數(shù)據(jù)中心機(jī)房的核心，服務(wù)器云操作系統(tǒng)出現(xiàn)時(shí)，有優(yōu)先第一時(shí)間預(yù)警功能。

(3) 由于機(jī)房處于無(wú)人值守狀態(tài)，要求可以使用任意智能移動(dòng)終端。接收預(yù)警信息，并進(jìn)行有效處理。

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)結(jié)合HTML5技術(shù)對(duì)大數(shù)據(jù)機(jī)房的軟、硬件環(huán)境提供安全可靠的保障。

1 大數(shù)據(jù)中心智能管理系統(tǒng)技術(shù)框架

自2005年國(guó)際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union, ITU) 正式提出了物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)[1-2]一詞以來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，從功能角度來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)集成了多種具有感知、通信、計(jì)算和控制能力的網(wǎng)絡(luò)化智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。按其功能分為感知層、傳輸層、應(yīng)用層，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

1.1 感知層

感知層是物聯(lián)網(wǎng)的最前端層，由各種傳感器采集原始數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合ZigBee組成無(wú)線傳感器。

1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層通過(guò)ZigBee無(wú)線發(fā)送上來(lái)的原始數(shù)據(jù)再通過(guò)路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到后臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的相互傳輸。

1.3 應(yīng)用層

該層首先通過(guò)服務(wù)器接收網(wǎng)絡(luò)傳輸層、感知層各網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)信息，進(jìn)行信息處理后保存在服務(wù)器上。實(shí)時(shí)通過(guò)手機(jī)短信和微信公眾號(hào)推送接收各種預(yù)警的信息。客戶端通過(guò)手機(jī)、電腦、筆記本、ipad等智能終端在享有權(quán)限范圍內(nèi)對(duì)使用HTML5設(shè)計(jì)的Web頁(yè)面進(jìn)行請(qǐng)求查詢、統(tǒng)計(jì)、控制管理等操作。

2 物聯(lián)網(wǎng)硬件實(shí)現(xiàn)

圖1所示在最底層由前端感知節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)關(guān)節(jié)GPRS模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)Inernet的傳輸[3-5]。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)前端傳感器

物聯(lián)網(wǎng)前端主要功能是采集數(shù)據(jù)，需要將系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)硬件傳感器安裝到機(jī)房合適的監(jiān)測(cè)位置，保證采集到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，具體用到傳感器明細(xì)如表1所示。

表1 感知層傳感器明細(xì)

(1)溫濕度傳感器。溫濕度傳感器負(fù)責(zé)采集機(jī)房環(huán)境的溫濕度、煙霧等數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。

(2) 紅外線防盜。在非工作安全時(shí)間段啟用紅外防盜技術(shù)，當(dāng)外來(lái)人員進(jìn)入時(shí)可以及時(shí)報(bào)警。

(3) 空調(diào)傳感器。把空調(diào)各種運(yùn)行狀態(tài)如當(dāng)前溫度、壓縮機(jī)是否運(yùn)行，風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行等發(fā)送到服務(wù)器。

(4) 電源配電柜傳感器。把機(jī)房供電情況如電流、電壓等參數(shù)值發(fā)送到服務(wù)器。

(5) 配電開(kāi)關(guān)狀態(tài)傳感器。把配電各路開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)送到服務(wù)器。

(6) UPS電源傳感器。 把UPS輸入電壓、輸出電壓、輸入頻率、內(nèi)部溫度、UPS事故障、UPS連接狀態(tài)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、使用狀態(tài)、電量等發(fā)送到服務(wù)器。

(7) 抽風(fēng)機(jī)傳感器。把抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送到服務(wù)器。

(8) 指紋門(mén)禁傳感器。實(shí)時(shí)把出入門(mén)禁指紋記錄、門(mén)區(qū)開(kāi)關(guān)傳輸?shù)椒?wù)器。

(9) 攝像頭視頻監(jiān)控傳感器。通過(guò)高清攝像頭對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)360°無(wú)死角進(jìn)行視頻監(jiān)控，機(jī)房管理人員可以一目了然看到機(jī)房?jī)?nèi)的任何角落真實(shí)場(chǎng)景情況。

3.2 ZigBee傳輸節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

ZigBee[6-8]是一種由控制芯片及射頻收發(fā)單元和GPRS模塊等組成，一種短距離、低功耗、高可靠的無(wú)線通信技，適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域。各個(gè)終端傳感器節(jié)點(diǎn)采集到數(shù)據(jù)后，通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集協(xié)調(diào)器，然后把GPRS模塊與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)連接，并通過(guò)有線傳輸將信號(hào)送往Web服務(wù)器，最終可利用Internet、GPRS等網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙向通信進(jìn)行智能管理。

3 基于HTML5智能應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)框架及技術(shù)介紹

智能應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)上框架采用ASP.NET MVC5[9]+JOSN[10]+HTML5[11]。包括基于HTML5終端層、JOSN格式傳輸層、基于ASP.NET MVC5服務(wù)處理層、數(shù)據(jù)庫(kù)，框架如圖2所示。

圖2 應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)圖

(1) ASP.NET MVC5是相比之前的版本做了改寫(xiě)，整合了MVC、Web API、Web Pages功能，所有的功能和模塊都進(jìn)行了獨(dú)立拆分，做到了徹底解耦。功能強(qiáng)大的 Web API，可以從任何移動(dòng)/客戶端請(qǐng)求訪問(wèn)獲取數(shù)據(jù)。

ASP.NET Web API 是一個(gè)框架(framework)，能讓你在 .NET Framwork 之上架設(shè) HTTP 服務(wù) (HTTP Services)。ASP.NET Web API 是 .NET Framework 上構(gòu)建 RESTful 應(yīng)用程序的理想平臺(tái)。

(2) JSON(JavaScript Object Notation) 是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式。具有占帶寬小(格式是壓縮的)傳輸速度快，支持目前主流語(yǔ)言(C、C#、Java、JavaScript 、PHP等)，便于服務(wù)端和客戶端的解析和生成。

(3) 基于HTML5開(kāi)發(fā)的網(wǎng)頁(yè)解決傳統(tǒng)的跨平臺(tái)問(wèn)題，可以在不同環(huán)境中一次性開(kāi)發(fā)Web應(yīng)用和網(wǎng)站，提高開(kāi)發(fā)工作效率，開(kāi)發(fā)的Web應(yīng)用程序具有跨平臺(tái)特性。HTML5 APP Cache開(kāi)發(fā)APP擁有更快的啟動(dòng)速度和聯(lián)網(wǎng)速度，提高可用性并且改進(jìn)用戶的友好體驗(yàn)。

同時(shí)在HTML5里結(jié)合WebGL可以快速打造出無(wú)插件純Web HTML5 3D機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)，WebGL是OpenGL的瀏覽器一個(gè)子集，支持大部分主要3D功能接口。

3.2 服務(wù)端功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

服務(wù)器端開(kāi)發(fā)工具采用VS2015開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Sqlserver2012[12]，開(kāi)發(fā)框架用ASP. NET MVC5，用ASP. NET MVC框架能夠快速而方便地創(chuàng)建Web服務(wù)，以便為HTTP客戶端提供Web API接口。通過(guò)API對(duì)接收的數(shù)據(jù)與返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的封裝整理生成JSON字符串，方便處理接收與返回?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)C#的特性對(duì)token進(jìn)行驗(yàn)證，并通過(guò)時(shí)間戳的方式統(tǒng)一處理接收與返回的時(shí)間格式。

部分核心代碼如下:

(1) token進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)置驗(yàn)證每個(gè)請(qǐng)求的權(quán)限：

……

// 如果需要驗(yàn)證

if (nt == null || (!nt.NotNeedToken))

{

// 根據(jù)token獲取用戶信息

var user = GetUser(req.token) ;

if (user == null)

{

// 判斷Token是否失效

throw new APIException(200, "Token失效。");

} req.APIWorkContext = new APIWorkContext(); req.APIWorkContext.UserId = Convert.ToInt32(user.user_id); req.APIWorkContext.UserEmail = user.email;

……

(2) 處理Josn數(shù)據(jù)

……

// 反射創(chuàng)建對(duì)象

object APIservices = System.Reflection.Assembly.GetExecutingAssembly().CreateInstance(fullName, true, System.Reflection.BindingFlags.CreateInstance, null, null, null, null);

// 轉(zhuǎn)化成類對(duì)象 BaseAPIService baseService = APIservices as BaseAPIService;

try

{

// 執(zhí)行函數(shù)

baseService.Reqeust = req;

res = baseService.Process();

}

catch (APIException ex)

{

throw ex;

}

// 判斷是否是直接返回String

if (res is APIContext)

{

return (res as APIContext).Context;

}

// 設(shè)置時(shí)間格式

var jsonSettings = new JsonSerializerSettings { NullValueHandling = NullValueHandling.Ignore };

// 設(shè)置過(guò)濾null值為不顯示 jsonSettings.Converters.Add(new UnixDateTimeConverter());

//返回Josn格式

return JsonConvert.SerializeObject(res, jsonSettings);

……

3.3 客戶端功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

在客戶端中，頁(yè)面顯示所需的數(shù)據(jù)通過(guò)請(qǐng)求服務(wù)器端獲取JSON格式數(shù)據(jù)，并將JSON格式數(shù)據(jù)解析處理成HTML5頁(yè)面顯示。解析JSON對(duì)象直接使用JQuery操作的格式，jQuery是一個(gè)快速、簡(jiǎn)潔的JavaScript框架，可以非常方便的操作操作的是JSON對(duì)象，

部分代碼如下:

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