基于海计算的智慧教室智能节点设计与实现

发布时间：2020-05-31 13:32

【摘要】：近年来物联网及无线传感器网络技术得到了快速发展,同时它在社会生活中的各个领域也得到了广泛的应用,例如智慧地球、智慧城市、智能家居、智能交通等。随着“互联网+”概念的提出,促进了以物联网、云计算以及大数据等为代表的新一代信息技术的发展,为推动社会生活的智能化提供了技术支撑。然而值得关注的是,虽然“互联网+”理念在教育领域方面得到了广泛的应用,但是在智慧教室研究方面的应用相对较少。此外,随着智能化设备的普及与应用,如何有效整合利用设备资源成为了国内外学者的研究重点之一,尤其在教育领域。而物联网技术的出现能有效提高教育设备资源的整合利用率,为“互联网+教育”的发展提供了新思路。在“互联网+教育”的推动下,出现了一些互联网、物联网以及云计算技术等应用于构建智慧教室或改进其功能方面的研究,但是多数研究只是针对智慧教室的上层应用提出了相应的模型架构,而忽略了基于物联网技术的智慧教室底层设备性能的研究。由于底层设备的性能直接影响到整个智慧教室系统的运行效率,因此研究和改进智慧教室底层设备的性能对提高智慧教室系统的整体性能和效率是非常关键的。本文通过对智慧教室底层终端设备进行研究分析,并以物联网海计算技术为支撑,简化并提出了基于海计算的智慧教室两层体系结构,并在此基础上设计了智慧教室所需的底层智能传感器节点,进一步构建了一个云海结合的智慧教室系统,本文的主要研究内容及研究成果如下:1、提出了基于海计算的智慧教室两层体系结构。通过对当前基于物联网技术的智慧教室体系结构进行研究分析,简化了经典的物联网三层体系结构,并提出了基于物联网海计算技术的智慧教室两层体系结构。2、设计了一种智慧教室智能传感器节点。通过对海计算模式下智慧教室的功能分析与技术研究,提出并设计了一种应用于智慧教室的智能传感器节点,完成了节点总体设计以及硬件电路设计,并对该节点进行了性能测试与分析。测试结果表明,在采集数据准确率相对稳定的情况下,基于海计算模式下的智慧教室智能节点大幅降低了能耗以及信息传送丢包率,具有更好的适用性。3、提出了一种适合于智能节点的模糊控制算法。通过对智慧教室的特征以及控制算法的研究分析,本文选取模糊控制算法作为智慧教室中智能控制的解决策略。针对智慧教室的特征,提出并改进了一种适用于智慧教室的模糊控制算法。实验结果表明,该算法在基于物联网技术的智慧教室中具有良好的适用性。4、构建了一个基于云海结合的智慧教室系统。基于上述新提出的智慧教室体系结构及智能节点同时,将云平台技术引入进来,规划及部署了一个云海结合的智慧教室系统,并在此之上对上述研究进行相对完整的实验验证。实验结果表明,本文设计的智能节点及智慧教室系统具有可行性和更高性能。本文的主要工作是通过对当前基于物联网技术的智慧教室体系结构以及海计算模式的研究分析,提出了一种基于海计算的智慧教室体系结构,并设计了适用于该体系结构的智能传感器节点。同时,针对智慧教室物理环境的不确定因素,提出并改进了一种适用于基于海计算模式下智慧教室系统的模糊控制算法。进而构建了一个基于海计算智能节点的智慧教室系统。该研究成果对于推动“互联网+教育”下智慧教室的建设与发展具有一定的参考意义。
【图文】：

架构图,计算计,架构,智能节点

图 2.1 海计算计算架构点：设计协助节点的目的主要是考虑到，，当智能节点出现差错导致系统不能正常运行现象的发生。例如当所有智能节点正常于休眠状态，一旦工作中的智能节点报错，处于休眠的协助节经死亡的智能节点继续工作以确保系统的正常运行。总结点：当正常的智能节点工作一个周期后会把自身采集到健康情况传送回数据汇总节点进行存储，以便于管理人员对教点健康情况进行及时的分析与处理。点：其实质是加入微控制单元的节点。集数据采集、少量数及信息传送于一身的高性能节点。智能节点的加入确保了海计建设中的实现。2.2 当前智慧教室体系结构分析在 2008 年提出“智慧地球”的概念后，国内紧跟世界科技发

体系结构图,体系结构,应用层,网络层

图 2.2 智慧教室体系结构图系结构分为三层结构，从上到下依次为应用层、网络层、中，每一层都有相对应的软硬件设备。网体系结构要求物理层可以在门禁处安装 RFID 系统，利息或利用指纹、脸部识别采集个人信息，识别学生老师身像设备，实时捕捉教室内的人员情况，根据人员在教室内设备如电灯、空调、窗帘、电脑等用电设备进行有效的管传感器设备监测教室内环境以及用电设备的运行状态，全内各个时间段的教学环节和环境，提高教学质量。降低教网络层的主要功能是实现对物理层与应用层的衔接。高校的教室，因此智慧教室中的教学设备也种类繁多，不同的协议以及数据格式的多样化。而上层应用层同样是基于不此网络层需要一个将物理层设备统一的数据接口进行统一多的数据格式进行预处理，将采集到的数据转化成统一的应用层相衔接。这样在开发上层程序时面对不同的应用平
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.44;TN929.5

【参考文献】