1、河南科技Henan Science and Technology计算机科学与人工智能总798期第4期2023年2月基于B/S的远程物联网实验系统设计与实现马青松刘拥军韩冬瑞赵毅飞(河南职业技术学院，河南郑州450000)摘要：【目的】为了能提高疫情期间高校物联网专业线上实训的教学效果，【方法】本研究采用B/S 架构、Java 编程语言、React 技术栈、MySQL 数据库，设计并实现一种远程物联网实验系统。【结果】该系统由系统管理、实验平台、模块数据和试验数据模块组成，实现了导入学生和教师信息、学生在线选择实验设备、配置试验参数、验证试验效果、查看试验数据、教师管理实验等功能。【结论】测试结
2、果表明，该系统运行稳定、操作简单，能有效满足物联网专业进行远程试验的需求，具有一定的实际价值。关键词：实验系统；远程物联网；远程验证；数据库中图分类号：TP311.5文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）04-0031-06DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.04.006Design and Implementation of Remote IoT Experiment SystemBased on B/SMA QingsongLIU YongjunHAN DongruiZHAO Yifei（Henan Polytechnic,Zhengzh
3、ou 450000,China)Abstract:Purposes In order to improve the teaching effect of online training of Internet of Things specialty in colleges and universities during the epidemic period.Methods This study uses B/S architecture,Java programming language,React technology stack,and MySQL database to design
4、and implementa remote IoT experimental system.Findings The system is composed of system management,experimental platform,module data and experimental data module.It realizes the functions of introducing students and teachers information,students online selection of experimental equipment,configurati
5、on ofexperimental parameters,verification of experimental results,viewing of experimental data,and teachersmanagement of experiments.Conclusions The test results show that the system is stable and simple tooperate,which can effectively meet the needs of remote testing of the Internet of Things,and h
6、as certainpractical value.Keywords:experimental system;Remote Internet of Things;remote authentication;database0引言物联网行业拥有广阔的发展前景，但急需高素质、高技能的物联网专业人才。人才的培养要由物联网实验系统作为支撑1，进行物联网试验，有利于物联网相关专业学生理解物联网信息采集、数据收稿日期：2022-10-11基金项目：2022 年度河南职业技术学院科研项目“基于物联网的超轻超小动物追踪系统设计”（2022ZK47）；2021年度河南省重点研发与推广专项（科技攻关）项目（212
7、102210170）；2022年度河南省高等学校重点科研项目计划（22B510011）；2020年度河南省高等职业学校青年骨干教师培养计划项目“物联网实验与实训系统硬件平台的设计与开发”（2020GZGG004）。作者简介：马青松（1991），男，硕士，助教，研究方向：物联网技术应用。32第4期传输和执行反馈的过程2。为满足新兴产业的发展需求和教学需要，我国众多高校相继提出层次化物联网实验教学平台的建设方案，从而帮助大学生和科研人员开展物联网方面的试验和项目开发原型的验证3。针对高校物联网相关专业如何在疫情期间有效开展实训 教 学 的 问 题，采 用 浏 览 器/服 务 器（Browser/S
8、erver，B/S）架构、React 技术栈、Java 编程语言和MySQL 数据库技术，设计并实现远程物联网实验系统。尤其是在类似新冠疫情期间无法在实验室现场进行试验时，远程物联网实验系统的开发将有助于物联网专业开展日常实训教学，对在校大学生及相关科研人员进行远程物联网项目开发与试验具有重要意义。1系统架构远程物联网实验系统主要的业务逻辑是用户从选择物联网实验设备到物联网试验验证的过程。该系统采用B/S架构的前后端分离式模式，包括资源层、服务层、网关层、Web层和访问层，如图1所示。该系统在浏览器中运行，Web 层发起数据请求，网关层根据请求路径进行分发，服务层进行逻辑处理后，与资源层实现数
9、据的交互。1.1B/S架构B/S架构不用安装客户端程序或浏览器插件，采用 B/S 架构结合 JavaScript、TypeScript、WWW、Ajax等技术，将系统功能实现的核心部分集中到服务器中，客户端采用Web浏览器来运行软件，从而实现浏览器与数据库的数据交互4。与之对应的是客户端/服务器架构（Client/Server，C/S），其通常采用两层结构，服务器负责数据管理，客户机负责完成与用户的交互。与C/S架构相比，B/S架构简化了系统的开发、维护及使用成本，是对C/S结构的一种变化和改进，是一种全新的软件系统构造技术5。B/S架构由于不用安装客户端，可同时控制多客户端进行访问及交互。1
10、.2React技术栈React是一个JavaScript UI库，其具有速度快、性能好、跨浏览器兼容性好、代码模块化重用性高、单向数据流等优点。React采用声明范式，能轻松地描述应用，采用对DOM树的模拟，能最大限度地减少与DOM的交互，与jQuery相比，基于diff算法的虚拟DOM技术能大幅度提升页面的渲染速度6。Redux是JavaScript的状态容器，采用数据仓库的管访问层Web层前端平台运行环境node.js包管理npmUI组件库AntDesign状态容器ReduxUI库React路由管理React-RouterAPIGateway路由网关网关层服务层资源层权限管理资源管理部门管
11、理角色管理用户管理实验平台REST API实验平台接口模块配置REST API模块设置接口REST API试验数据接口试验数据数据库缓存文件存储PC移动端REST API认证服务接口图1系统架构图马青松，等.基于B/S的远程物联网实验系统设计与实现第4期33理模式，将数据存放在Store仓库中进行统一管理，方便数据的追踪、管理与维护。Axios采用Promise向后端发送请求，Axios支持Promise API接口，可实现自动拦截请求和数据。React-Router通过路由来实现页面的跳转，物联网实验系统涉及多个页面，采用 React-Router 设计的多级路由。React-Router用
12、于实现路由的核心功能，Link组件体现a标签的功能，HashRouter在浏览器的url中包含井号，并采用hashchange来构建路由7。Ant-Design采用模块化解决方案，降低开发成本，在github社区的引用次数较多。webpack作为静态模块打包器，采用特定的依赖关系，将所有资源文件打包成一个或多个bundle，可充分利用浏览器的缓存功能7。采用React技术栈来开发物联网实验系统，采用Ant-Design能有效降低开发成本，使用webpack打包来提升系统的性能，通过Axios向服务器发起访问请求，实现数据的交互。1.3数据库技术MySQL数据库技术是一种关系型数据库管理系统，具
13、有体积小、速度快、开源、支持多种存储引擎和多线程等优点。MySQL数据库技术常用于互联网行业、应用系统等领域。MySQL 数据库是与Java、Python、PHP等编程语言紧密结合的数据库系统。Java语言是一种面向对象的程序设计语言，具有简单、跨平台、分布式、高性能、多线程、移植性强等优点，常用于系统后端的逻辑开发8。物联网实验系统采用Java和MySQL来实现后端的逻辑和数据存储。2系统需求与总体设计2.1系统总体需求分析众多高校提出多种物联网实验教学平台建设方案，其中包括物联网技术基础实验平台、研究实验平台、综合实验平台、应用示范平台9。目前，物联网实验平台是基于实验箱实物的，各具特点和
14、优势，远程物联网实验系统要满足物联网专业对人才培养的需求10。基于B/S的远程物联网实验系统的建设总目标是为了实现学生通过远程验证物联网试验。按照权限的不同将系统的用户分为三类。一是具有管理对应学校教学管理工作权限的管理员，即校管理员。二是具有管理院系教学管理工作权限的管理人员，即院系管理员。三是管理日常教学的任课教师和学生。校管理员是学校实验系统工作的总负责人，具有最高权限，负责全校的权限管理工作，包括对资源信息、用户信息、角色信息、部门信息的管理。院系管理员是当前院系实验教学的管理者，负责该院系的权限管理工作。远程物联网实验系统的需求见表1。2.2系统管理模块系统管理模块分为部门管理、角色
15、管理、用户管理、资源管理这四个子模块。2.2.1部门管理。部门管理子模块用于对学校教学部门的管理。院系管理员根据学院教研室和班级情况来建立班级。系统支持模糊查询，查询当前用户权限下的部门信息。通过列表来展示多级展开的部门信息，可对父部门、部门编号、排序规则、部门简介等信息进行新增、修改和删除操作。其中，各级管理员在删除部门时可删除单个部门或含有下级部门的组织。在新建部门时，如果无父部门，则为顶级部门，如果选择父部门，则为当前父部门的子部门。2.2.2角色管理。角色管理子模块用于管理学校教学活动的各级角色。校级管理员可添加院模块登录系统管理实验平台模块配置实验数据页面登录页面资源管理部门管理角色
16、管理用户管理实验平台页面模块配置页面监控数据物联网数据功能项身份认证入侵防护修改密码系统的页面、按钮等资源管理，资源列表，增、删、改、查学校和班级部门组织架构树，部门列表，增、删、改、查系统角色的划分，角色列表，增、删、改、查用户批量导入，用户列表，增、删、改、查用户选择可以使用的实验平台用户配置传感器模块、传输模块、程序下载、实时数据反馈展示用户物联网实验的监控数据展示用户物联网实验的物联网数据表1远程物联网实验系统需求马青松，等.基于B/S的远程物联网实验系统设计与实现34第4期系管理员角色，院系管理员可添加教研室主任角色、课程任课教师角色、学生角色，任课教师角色可添加学生课代表、指定助教，学生属于学生角色。2.2.3用户管理。用户管理子模块用于管理系统中的所有用户。通过关键词的模糊查询来匹配用户信息，查询结果包括序号、工号或学号、用户名、是否为管理员、是否可用、分配角色、创建时间、所属部门等。各级管理员在所属权限下可进行增加、修改、删除、查询等操作。各级管理员在创建单个用户时，要添加用户的学号或工号、用户名、密码、是否可用、所属部门、用户角色等，也可通过下载用户模板来批量导入多用
