無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程云實驗?zāi)Ｊ教剿?/h1>
2019-12-30 01:52:27崔勇張茜宋曉王秋生
中國教育技術(shù)裝備 2019年12期
崔勇 張茜 宋曉 王秋生
摘 ?要 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。針對現(xiàn)有實驗?zāi)Ｊ街袑嶒灂r間固定、實驗地點固定、實驗設(shè)備數(shù)量有限等問題，進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的云實驗?zāi)Ｊ教剿?，為學(xué)生靈活安排實驗時間及地點、不受實驗資源限制提供良好的解決方案。
關(guān)鍵詞 無線傳感器網(wǎng)絡(luò);云實驗?zāi)Ｊ?實驗室;云平臺
中圖分類號：G642.423 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
文章編號：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）、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出無線傳感器網(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帶來信息感知的一場變革。正如因特網(wǎng)能使計算機(jī)訪問各種數(shù)字信息而無論其存儲在何處，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則能夠讓人們遠(yuǎn)程與現(xiàn)實世界進(jìn)行交互，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要性被認(rèn)為與互聯(lián)網(wǎng)相當(dāng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)甚至被人稱為一種全新類型的計算機(jī)系統(tǒng)，因為與過去硬件不同，具有可分散分布的特點以及集體分析能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)與計算機(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[1]。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗課程的開展，能夠培養(yǎng)信息化實踐性人才。針對現(xiàn)有實驗?zāi)Ｊ街袑嶒灂r間固定、實驗地點固定、實驗設(shè)備數(shù)量有限等問題，進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的云實驗?zāi)Ｊ教剿?，為學(xué)生靈活安排實驗時間、隨時隨地進(jìn)行實驗、不受實驗資源限制提供了良好的解決方案。
2 基于云模式的實驗平臺架構(gòu)
基于云模式的實驗平臺由資源層、平臺層和應(yīng)用層組成。資源層是基本的運(yùn)算和存儲單元，它將物理硬件設(shè)備虛擬化為計算節(jié)點[2]。平臺層采用Hadoop架構(gòu)。應(yīng)用層為訪問者提供服務(wù)，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和管理。
整個實驗架構(gòu)由學(xué)生終端、云實驗中心以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗室組成。學(xué)生通過個人計算機(jī)登錄學(xué)校的云實驗中心（圖1），將云平臺與實驗室中計算機(jī)連接，通過實驗室內(nèi)的計算機(jī)訪問無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗箱，從而可以在個人計算機(jī)上遠(yuǎn)程完成實驗，獲取實驗數(shù)據(jù)。
云實驗中心的課程信息來自學(xué)校教務(wù)管理平臺，課程信息包括實驗學(xué)時、實驗選課人數(shù)、實驗學(xué)生名單等。學(xué)生通過學(xué)校的統(tǒng)一身份驗證系統(tǒng)登錄云平臺，由管理員進(jìn)行權(quán)限管理等操作。云實驗中心合理劃分業(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，各個模塊相互獨(dú)立。整個系統(tǒng)耦合性低，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
云實驗中心內(nèi)有虛擬化軟件平臺，當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點遠(yuǎn)程接入時，云實驗中心會及時啟動資源調(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 云實驗操作模式
本無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗的云實驗平臺通過VMware虛擬化技術(shù)構(gòu)建底層虛擬機(jī)，實驗系統(tǒng)依照云實驗平臺提供的環(huán)境配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。學(xué)生可隨時隨地通過遠(yuǎn)程桌面登錄北京航空航天大學(xué)云實驗中心，選擇教師上傳的實驗課程，下載相關(guān)實驗資源并預(yù)約實驗時間。云實驗中心經(jīng)由Teamviewer遠(yuǎn)程連接本地實驗室的計算機(jī)，實驗室計算機(jī)上實驗軟件已安裝成功，實驗系統(tǒng)已配置完備，可不間斷運(yùn)行。按照上述搭建云實驗平臺后，學(xué)生的個人計算機(jī)可顯示實驗室計算機(jī)的桌面，即可進(jìn)行遠(yuǎn)程實驗操作，并通過程序編譯結(jié)果及實驗采集數(shù)據(jù)獲取實驗結(jié)果。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的云實驗?zāi)Ｊ降膬?yōu)點在于：學(xué)生無須安裝實驗軟件，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間進(jìn)行實驗相關(guān)操作，較好地解決了實驗地點單一、實驗時間固定、實驗資源有限的問題;云實驗?zāi)Ｊ綖槊總€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驗課程創(chuàng)造了條件。
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關(guān)鍵詞 無線傳感器網(wǎng)絡(luò);云實驗?zāi)Ｊ?實驗室;云平臺
中圖分類號：G642.423 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
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for students to flexibly schedule the time and place of the experi-ment， regardless of the limitations of the experimental resources.
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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）、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出無線傳感器網(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帶來信息感知的一場變革。正如因特網(wǎng)能使計算機(jī)訪問各種數(shù)字信息而無論其存儲在何處，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則能夠讓人們遠(yuǎn)程與現(xiàn)實世界進(jìn)行交互，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要性被認(rèn)為與互聯(lián)網(wǎng)相當(dāng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)甚至被人稱為一種全新類型的計算機(jī)系統(tǒng)，因為與過去硬件不同，具有可分散分布的特點以及集體分析能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)與計算機(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[1]。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗課程的開展，能夠培養(yǎng)信息化實踐性人才。針對現(xiàn)有實驗?zāi)Ｊ街袑嶒灂r間固定、實驗地點固定、實驗設(shè)備數(shù)量有限等問題，進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程的云實驗?zāi)Ｊ教剿?，為學(xué)生靈活安排實驗時間、隨時隨地進(jìn)行實驗、不受實驗資源限制提供了良好的解決方案。
2 基于云模式的實驗平臺架構(gòu)
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整個實驗架構(gòu)由學(xué)生終端、云實驗中心以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗室組成。學(xué)生通過個人計算機(jī)登錄學(xué)校的云實驗中心（圖1），將云平臺與實驗室中計算機(jī)連接，通過實驗室內(nèi)的計算機(jī)訪問無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗箱，從而可以在個人計算機(jī)上遠(yuǎn)程完成實驗，獲取實驗數(shù)據(jù)。
云實驗中心的課程信息來自學(xué)校教務(wù)管理平臺，課程信息包括實驗學(xué)時、實驗選課人數(shù)、實驗學(xué)生名單等。學(xué)生通過學(xué)校的統(tǒng)一身份驗證系統(tǒng)登錄云平臺，由管理員進(jìn)行權(quán)限管理等操作。云實驗中心合理劃分業(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，各個模塊相互獨(dú)立。整個系統(tǒng)耦合性低，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
云實驗中心內(nèi)有虛擬化軟件平臺，當(dāng)有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點遠(yuǎn)程接入時，云實驗中心會及時啟動資源調(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 云實驗操作模式
本無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗的云實驗平臺通過VMware虛擬化技術(shù)構(gòu)建底層虛擬機(jī)，實驗系統(tǒng)依照云實驗平臺提供的環(huán)境配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。學(xué)生可隨時隨地通過遠(yuǎn)程桌面登錄北京航空航天大學(xué)云實驗中心，選擇教師上傳的實驗課程，下載相關(guān)實驗資源并預(yù)約實驗時間。云實驗中心經(jīng)由Teamviewer遠(yuǎn)程連接本地實驗室的計算機(jī)，實驗室計算機(jī)上實驗軟件已安裝成功，實驗系統(tǒng)已配置完備，可不間斷運(yùn)行。按照上述搭建云實驗平臺后，學(xué)生的個人計算機(jī)可顯示實驗室計算機(jī)的桌面，即可進(jìn)行遠(yuǎn)程實驗操作，并通過程序編譯結(jié)果及實驗采集數(shù)據(jù)獲取實驗結(jié)果。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的云實驗?zāi)Ｊ降膬?yōu)點在于：學(xué)生無須安裝實驗軟件，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間進(jìn)行實驗相關(guān)操作，較好地解決了實驗地點單一、實驗時間固定、實驗資源有限的問題;云實驗?zāi)Ｊ綖槊總€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驗課程創(chuàng)造了條件。
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