防灾科技学院物联网实验室建设情况

项目建设背景

     防灾科技学院隶属于中国地震局，是全国仅有的以防灾减灾高等教育为主，理、工、经、管、文等学科门类齐全的综合性全日制普通高等本科院校。学院现设有地震科学系、防灾工程系、防灾仪器系、灾害信息工程系、经济管理系、人文社科系、外语系、基础课教学部、体育部和思想政治理论课教研部共10个教学系部。

      灾害信息工程系的前身是建于1986年的计算机与电子技术系，下设办公室、团总支（学生工作办公室）、实验教学中心、计算机公共课教研室、计算机应用教研室、网络与信息安全教研室、信息管理与信息系统教研室等组织结构。现有5个专业，其中本科专业3个，专科专业2个。本科专业包括信息管理与信息系统、计算机科学与技术和网络工程；专科专业包括计算机网络技术和信息安全技术。现有3个实验室，分别是计算机软件实验室、计算机硬件实验室、计算机网络与安全实验室，另有5个公共计算机房。

     物联网专业是涉及到计算机、电子、通信、材料等多专业的融合与提升，如简单堆积不同专业课程进行教学并设置实验，有限的课时安排必然无法满足需求，而且也无法形成具有物联网产业人才特色的培养方式。基于物联网的工程应用性，在实验室建设过程中，还应考虑学校自身行业应用背景优势，以培养具备一定行业应用背景的物联网专业人才。

项目需求分析

     本次物联网实验室建设中，以物联网的体系架构为框架，从物联网感知层、传输层、应用层进行建设，从而涵盖了RFID技术、传感技术、网络安全、物联网在防灾方面的行业应用等物联网技术的各个方面，同时，结合云计算平台，为物联网的行业应用提供数据处理及资源共享平台，使实验室的物联网技术不仅仅用于教学、科研层面，而更多的与实际环境相结合，将物联网技术应用于各个行业，使学生真正的做到学以致用。

物联网实验室需支持以下四方面的功能服务：

 面向基础课程的实验支持

     通过抽象聚合物联网专业培养课程设置，开设物联网专业基础课程的实验教学。通过实验室的各技术方向教学实验系统的动手操作，学生可以加深对基础理论知识的了解，实现“做中学”的新型教学模式。

 面向行业应用的实训支持

    实验室的建设将紧密结合物联网产业的发展及人才就业需求背景，物联网的应用已经在视频监控、地震监控，山体滑坡监控、智能电网、食品溯源、智能建筑、智能交通、医疗卫生等行业迅速发展。在基础课程实验教学的基础上，结合学校专业背景，建设若干个具有典型行业应用背景的物联网应用场景，让学生了解物联网的整个应用系统。

 面向科学研究的环境支持

    物联网实验室将构建射频识别、无线传感器网络、移动通信、中间件技术、嵌入式系统等多种技术平台，及针对防灾监控、物流管理、机器人控制等行业领域的融合应用，为科研人员进行底层的技术研究开发提供环境平台支持，并为开展具体行业应用及交叉学科的研究提供技术条件。

 面向物联网应用的资源共享支持

    物联网技术研究的最终目的是成功应用于各个行业中，通过本实验室的物联网云计算平台将物联网的行业应用系统部署于云计算平台之上，使企业可以通过访问实验室的云计算平台资源，从而找到适合本行业的物联网应用技术，在为企业提供便捷的同时，还可以对物联网实验室的科研成果进行验证，从而进一步进行改进及提升，并且为培养实用型人才打造良好的空间与平台。

项目建设方案

实验室总体设计

     如上图所示，云计算是实现物联网发展的核心，运用云计算模式使物联网以兆计算的各类物品的实时动态管理和智能分析变得可能，因此物联网实验室以云计算平台做为实验室的数据处理及资源共享平台；同时，结合物联网实验教学平台对物联网实验室内的物联网感知层、传输层、应用层设备进行统一的管理与整合，通过物联网实验教学平台的开放式接口，个性化选择添加RFID、WSN、网络协议、安全等各个实验子系统，从而实现一个一体化、综合性的物联网实验教学平台，建成物联网实验室的基础课程实验环境。

     学生通过完成物联网感知层、传输层及应用层的各项专业知识实验实现对物联网专业基础知识的学习和理解，并进行小项目的实训开发；通过桥梁、地震监控系统、可燃气体、烟雾监控系统等物联网具体行业应用场景的演示，学生完成对物联网应用工程的整体架构进行了解和学习，完成从具体基础知识点到综合应用的提高。整个实验室将通过实验管理系统进行有效的管理，并预留接口可供师生进行二次开发，从而提高实验室的可扩展性。

基于上述的物联网实验室整体框架规划及分层、模块化建设思路，在实验室的具体建设方案实现上，我们采取物联网实验教学平台建设、应用实训场景建设、物联网云计算平台等三部分：

     物联网实验教学平台建设：基于建设一个校级物联网实验教学资源中心平台的目标，建议采用西普科技物联网实验教学系统（SimpleIOT）作为基础框架，构建物联网实验室的基础实验环境。通过物联网实验教学系统的开放式接口，个性化选择添加RFID、WSN、网络协议、安全等各个实验子系统，从而实现一个一体化、综合性的物联网实验教学平台。

     物联网应用及实训系统建设：物联网应用及实训系统能够实现自动监测控制、远程监测控制、客户远程浏览和部分功能控制，主要包括环境监控系统和实验室管理系统两大系统。环境监测系统包括天气预警子系统、温湿度监控子系统、二氧化碳监控子系统、可燃气体烟雾监控子系统、噪音监测子系统、震动监控子系统等；实验室管理系统包括安防子系统、照明监控子系统、RFID人员物品管理子系统、GPS定位寻找子系统。

     物联网云计算平台建设：云计算平台以硬件平台为基础架构，在此基础上，基于Red Hat XEN和自有的虚拟化平台及管理程式Red Hat Enterprise Virtualization (RHEV)软件，将不同的硬件整合为一个虚拟资源池，通过VM模板池，可以在多个虚拟机上部署ERP、CRM、DataBase、Liunx、Windows甚至是虚拟机热备。同时配合Red Hat企业级虚拟化平台实现将硬件物理服务器虚拟成为多个虚拟服务器的功能。利用Red Hat企业云计算平台和Red Hat企业云计算监控管理网络形成管理平台，从而实现云用户注册、管理、资源申请、监控、释放等功能，并且对云中操作系统进行管理和监控、升级等操作。

用户收益

    防灾科技学院承担着为国家培养输送防灾类人才，为国家地震机构等防灾机构提供人才储备的任务。因此，建立一个便于学生实践应用和教师科研的物联网实验室具有重要意义。物联网实验室一方面可对物联网及其相关领域的前沿技术和热点应用进行深入研究；另一方面，通过建设良好的物联网实践环境，可将物联网技术应用于防灾项目，培养防灾类的专业技术人才。