林國福,王 瑛

(閩江學院 實驗實訓管理中心，福建 福州 350108)

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，設(shè)備智能化管理已廣泛應用在各個行業(yè)領(lǐng)域中[1]。在研究的最初階段，研究出了一種基于C/S架構(gòu)的實驗室信息管理系統(tǒng)，在一定程度上使信息管理模式實現(xiàn)了有序化[2-3]。而目前各大高校的實驗室規(guī)模逐步擴大，使用人數(shù)也不斷增加，使管理變得更加困難。尤其是在系統(tǒng)運行的過程中，需要實現(xiàn)對多數(shù)據(jù)的查詢，這些數(shù)據(jù)特征不同，使用單一算法或挖掘方法難以對信息實現(xiàn)全面的查詢挖掘[4-5]?，F(xiàn)階段，曾敬提出基于Foxtable混合結(jié)構(gòu)的傳媒實驗室管理信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)，根據(jù)需求設(shè)計多個系統(tǒng)管理模塊和數(shù)據(jù)庫，完成實驗室管理信息系統(tǒng)的開發(fā)[6]。但是在實際應用中，對于使用實驗室的人員信息識別不全，不能根據(jù)用戶預約需求實現(xiàn)實驗室的考勤打卡，查全率較低。張琦利用信息技術(shù)設(shè)計基于網(wǎng)絡的實驗室信息化管理系統(tǒng)，完成了網(wǎng)絡綜合實驗室管理平臺的構(gòu)建[7]，但是對于實驗室內(nèi)已完成的結(jié)果數(shù)據(jù)查詢花費時間較長。高飛達等提出基于GS1體系的檢驗檢測實驗室管理探討，通過智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)對實驗室進行智能預警[8]。該系統(tǒng)采用了固定式RFID閱讀器，雖然具有較強的信號收發(fā)能力，但與系統(tǒng)主機進行通信時會由于設(shè)備的移動而使信號中斷，影響實驗室的正常運行。

為了解決以上問題，本設(shè)計提出了基于SSM框架的“三創(chuàng)”計算機實驗室開放平臺，以期提升開放式實驗室的綜合管理效果。

1 基于SSM框架的“三創(chuàng)”計算機實驗室開放平臺

在本文所設(shè)計的實驗室綜合管理系統(tǒng)中，以搭建的SSM框架為基礎(chǔ)，通過建立B/S數(shù)據(jù)端關(guān)系進行實驗室預約，在此基礎(chǔ)上建立以數(shù)據(jù)表為主體的數(shù)據(jù)庫，引入基于RFID技術(shù)的閱讀器，利用SQL語句對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行查詢，并將關(guān)系代數(shù)查詢作為數(shù)據(jù)庫二次查詢方式，完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計。

1.1 SSM框架建立

由Spring、SpringMVC和MyBatis共同組成SSM框架，因此該框架屬于集成型系統(tǒng)框架[9]?？梢酝ㄟ^添加Hibernate來對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行完整封裝并制定存儲邏輯，建立對象與數(shù)據(jù)庫之間的映射機制，在其中生成SQL來對系統(tǒng)接口發(fā)出調(diào)用指令[10-12]。由于Hibernate需要應用對象的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此MyBatis需要將SQL語句參數(shù)映射到系統(tǒng)的JavaBean中，確保對象模型與數(shù)據(jù)可以分離，避免耦合。

根據(jù)以上思想，本文構(gòu)建了SSM框架，該框架由客戶層、控制層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)層組成。其中，客戶層由JSP頁面組成，運行開放式實驗室綜合管理系統(tǒng)，采用AJAX的局部刷新技術(shù)進行控制層交互，在Web客戶端頁面進行操作。SSM框架中控制層的主要功能是控制系統(tǒng)框架的整體業(yè)務流程的順利進行。該層通過接收客戶層所發(fā)出的數(shù)據(jù)請求，在業(yè)務邏輯層中接收轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并且處理EJB以及回調(diào)的函數(shù)，可傳遞預設(shè)號頁面標簽至客戶層中，對數(shù)據(jù)進行邏輯處理，并根據(jù)控制層的意見發(fā)送請求，包括教師查詢與預約等，運用不同模塊實現(xiàn)各項功能的反饋，在控制層中接收反饋數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層的功能是實現(xiàn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫之間的順利交互，在客戶需求的數(shù)據(jù)兌現(xiàn)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之間建立映射關(guān)系，反饋處理結(jié)果至業(yè)務邏輯層，并建立數(shù)據(jù)訪問機制。SSM框架工作流程如圖1所示。

1.2 基于B/S端數(shù)據(jù)關(guān)系的實驗室預約

對于開放式實驗室的管理來說，要求系統(tǒng)可以實現(xiàn)課程以及設(shè)備的提前預約。本文采用B/S的預約機制，根據(jù)對所在實驗室的容量以及設(shè)備資源的調(diào)整來保證實驗室的合理使用。預約機制流程如圖2所示：

圖2 預約機制流程圖

用戶登錄平臺后，選擇所需要的實驗室，通過系統(tǒng)自身來判斷實驗室人數(shù)是否已滿，如果該實驗室已被預約則回到選擇界面讓用戶重新進行選擇，部分過程即，#define N//該實驗室可容納人數(shù)，int j for (i=0;i

1.3 建立數(shù)據(jù)庫

為了提升數(shù)據(jù)效率，在數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中分別設(shè)置6張不同的數(shù)據(jù)表，其中Attendance數(shù)據(jù)表作為實驗室進出人員記錄表，其中包括多個字段，如name字段，可以用來記錄進出實驗室的人員名字，運用time字段可記錄人員出入的具體時間。而RFIDinfo數(shù)據(jù)表作為進出人員的詳細信息表，保留著人員進出記錄表中的name字段，在此基礎(chǔ)上給出對應人員的具體信息，cardid字段用來記錄進出人員的射頻卡卡號，snumber字段用來記錄人員學號等。RFID則作為實驗室的實驗設(shè)備信息表，其中包括設(shè)備型號、設(shè)備存儲情況、設(shè)備負責人等。RFIDnotice作為通知信息表，該數(shù)據(jù)表主要功能是將相關(guān)通知信息發(fā)送到客戶端上，除了通知信息內(nèi)容外，還包括通知信息的有效時間以及失效時間。RFIDtype數(shù)據(jù)表的作用是反映射頻卡的類別，其中包括cardid射頻卡的卡號、type射頻卡種類等，RFIDuser是管理員信息表，其中的username字段代表管理員名稱、phone字段代表管理員的手機號等。利用6個數(shù)據(jù)表可對系統(tǒng)中的相關(guān)信息進行分類記錄，而當客戶需要對信息庫中某一信息進行查詢時，主要利用SQL語句實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的信息查詢。

1.4 基于關(guān)系代數(shù)查詢的數(shù)據(jù)查詢

1.5 基于RFID技術(shù)的閱讀器

實驗室的實驗設(shè)備在應用過程中會產(chǎn)生較多的實驗數(shù)據(jù)，并儲存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，本文設(shè)計系統(tǒng)引入基于RFID技術(shù)的閱讀器，利用無線射頻信號能夠不間斷發(fā)送的特性，對數(shù)據(jù)庫待傳輸數(shù)據(jù)進行標簽識別，按照識別的標簽信息進行內(nèi)容讀取。

由于基于RFID技術(shù)的閱讀器分為手持式與固定式兩種，固定式具有較強的信號收發(fā)能力，可適合遠距離。但是本文設(shè)計系統(tǒng)中閱讀器的選擇更傾向于便攜方便、可隨身攜帶，因此為了適應本文設(shè)計系統(tǒng)的實際應用，在此次設(shè)計中選用手持式RFID閱讀器進行應用。基于RFID技術(shù)的閱讀器的射頻接口單元能夠?qū)π盘栠M行發(fā)送與接收，在近距離情況下，還可以實現(xiàn)信號的調(diào)制。基于RFID技術(shù)的閱讀器還有一個非常重要的單元是邏輯控制單元，該單元能夠?qū)崿F(xiàn)對信號的編碼與解碼，并且在完成編碼與解碼后，可實時將信號數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中，等待與系統(tǒng)主機進行通信。在與主機進行通信時，信號通過無線傳遞的方式進行發(fā)送，可通過藍牙或WLAN的形式完成，或者直接選擇網(wǎng)線連接RS458接口至主機，實現(xiàn)有線傳輸。利用基于RFID技術(shù)的閱讀器能夠?qū)崿F(xiàn)實驗室各個設(shè)備的盤點，方便計算機實驗的管理。

2 設(shè)計結(jié)果的驗證分析

為了驗證本文所設(shè)計的基于SSM框架的“三創(chuàng)”計算機實驗室開放平臺的有效性，利用本文設(shè)計的管理系統(tǒng)對某高校實驗樓中的部分實驗室進行管理，并將文獻[6]、文獻[7]、文獻[8]提出的綜合管理系統(tǒng)作為對比系統(tǒng)。將系統(tǒng)查全率與查詢時間作為實驗指標，查全率越高，說明系統(tǒng)性能越好；查詢時間越短，說明系統(tǒng)運行性能越好。

2.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

本文實驗中對系統(tǒng)進行開發(fā)的設(shè)備如下，硬件上采用英特爾Xeon E5-26200@2.00GHz 六核，主板采用英特爾Xeon E5/Core i7 DMI2-Intel X79 PCH，內(nèi)存型號為DDR4 8G 2666，硬盤采用8塊 1TB LFF SAS/SATA硬盤，安裝在工作站上的系統(tǒng)采用Microsoft Windows Server 2003 Enterprise Edition Service Pack 2操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定和高兼容性的特點，適合進行系統(tǒng)開發(fā)。

2.2 系統(tǒng)對比試驗分析

進入系統(tǒng)后出現(xiàn)的登錄界面如圖3所示：

圖3 實驗室登錄系統(tǒng)界面

對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的性能以及功能實現(xiàn)進行測試，隨機選取006號和008號實驗室作為實驗對象，在兩個實驗室中各選取一名學生的使用信息作為測試數(shù)據(jù)，006號實驗室學生用戶名為7siwntia8dsan，008號實驗室學生用戶名為2cihejian9m，將所查信息輸出至控制臺中。對006號實驗室中的數(shù)據(jù)信息采用SQL語句查詢，對008號實驗室信息的查詢，僅需要將所查詢的數(shù)據(jù)庫集合分類進行修改，然后輸入如下查詢代碼(見圖4)。

將學生出入情況、學生考勤情況、學生使用設(shè)備情況、學生實驗科目作為查詢指標，分別采用四種不同系統(tǒng)進行查詢，時間和查全率的對比結(jié)果如表1和表2所示。

圖4 實驗室考勤信息查詢代碼

表1 查詢006號實驗室學生7siwntia8dsan考勤信息時的系統(tǒng)性能

表2 查詢008號實驗室學生2cihejian9m考勤信息時的系統(tǒng)性能

通過表1可以看出，雖然文獻[6]系統(tǒng)和文獻[7]系統(tǒng)查詢時間低于文獻[8]系統(tǒng)，但是這兩種系統(tǒng)在學生出入情況、學生考勤情況的查詢中，查全率不足100%，系統(tǒng)性能不佳；雖然文獻[8]系統(tǒng)的查全率為100%，但是該系統(tǒng)的查詢總時長最長，系統(tǒng)性能較低。而在本文設(shè)計的系統(tǒng)中四個查詢指標的查全率均為100%，同時查詢總時長最短，僅為861 ms，證明本文系統(tǒng)性能較好。

表2的實驗結(jié)果與表1結(jié)果相仿，文獻[6]系統(tǒng)和文獻[7]系統(tǒng)在對學生出入情況以及考勤時間的數(shù)據(jù)查詢時查全率無法保證，文獻[8]系統(tǒng)雖然具有較高的查全率，但該系統(tǒng)在進行數(shù)據(jù)查詢時消耗時間較長；而本文設(shè)計方法不僅查全率達到100%，并且總查詢時間遠低于其他系統(tǒng)，查詢時間較短，證明本文系統(tǒng)整體運行性能較好，具有較好的實際應用性能。這是因為本文設(shè)計系統(tǒng)引用了SSM框架，能夠?qū)⒄Z句參數(shù)映射到系統(tǒng)中，確保對象模型與數(shù)據(jù)可以分離，并使用關(guān)系代數(shù)進行二次查詢，因此提高了系統(tǒng)整體運行的性能。

3 結(jié)論

本文提出的基于SSM框架的“三創(chuàng)”計算機實驗室開放平臺，在設(shè)計過程中應用了兩種數(shù)據(jù)查詢方式，所以該系統(tǒng)的查全率對比其他系統(tǒng)更高。而隨著云計算、云存儲技術(shù)的到來，需要在目前研究的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)的計算和存儲模式轉(zhuǎn)換為云技術(shù)，以實現(xiàn)實驗室數(shù)據(jù)的實時存儲以及系統(tǒng)的實時登錄。