[发明专利]基于物联网的开放实验教学平台

权利要求书

1.基于物联网的开放实验教学平台，其特征在于，包括有线下实验环境、物联网平台、云服务器和实验终端；

线下实验环境由多个部署在不同位置的实验对象实体的物理运行环境组成，包括有若干组实验对象实体，每个实验对象实体均依次连接有代理控制节点及通信网关；每个实验对象实体和其对应的虚拟实验对象之间在操作和状态的同步是通过与之相连的代理控制节点实现的；代理控制节点通过有线或无线方式与通信网关设备相连接，用于与物联网平台通信获得实验用户下发的操作命令并上报实验对象实体的状态信息；

物联网平台一方面使用标准的MQTT协议通过通信网关与线下实验环境中的代理控制节点保持通信，利用MQTT的发布-订阅机制转发来自实验用户的操作命令并收集各个实验对象实体的实时状态；另一方面，使用标准的AMQP协议对云服务器中的虚拟硬件服务器提供面向服务端的发布和订阅接口，用于接收实验用户的操作并转发实验对象实体上报的状态信息；

云服务器具体由实验管理服务器、虚拟硬件服务器和云数据库服务器三部分组成；

其中，实验管理服务器通过对云数据库服务器的数据访问为实验用户提供与实验相关的信息服务，同时调用虚拟硬件服务器提供的服务接口实现对虚拟实验对象的状态获取与操作命令下发给实验终端；

虚拟硬件服务器一方面通过标准的HTTP协议将实验对象实体的实时状态和可执行的操作命令绑定到一个虚拟的实验对象上；另一方面，虚拟硬件服务器利用物联网平台的通信功能以统一的方式与分布在各地的线下实体实验环境进行数据交互，实现虚拟实验对象与实验对象实体之间的状态同步与命令下发所涉及的信息处理流程；

云数据库服务器包括关系型数据库和非关系型数据库；

其中，关系型数据库用于存储用户信息、实验项目信息、实验资源信息结构化数据，供实验管理服务器读写数据；非关系型数据库，能够实现实验管理服务器与虚拟硬件服务器之间数据交互的高速缓冲，同时也利于系统功能的解耦；

实验终端分为云端实验终端和本地实验终端两种部署形式；

其中，云端实验终端由实验管理服务器根据实验需求分配给用户，支撑其完成实验任务的计算节点；本地实验终端由实验用户也在本地设备上自行安装、配置实验所需的软件环境下构建，用户可在本地实验终端上使用自行构建的实验软件环境设计实验方案，并使用WEB浏览器访问云服务器中的虚拟实验对象操作界面完成实验。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的开放实验教学平台，其特征在于，所述代理控制节点由物联网客户端模块、实验对象的控制模块和状态信息采集模块构成；

其中，物联网客户端模块以标准的物联网协议实现了消息订阅以及发布机制，用于接收物联网平台上实验用户下发的操作命令并上报实验对象实体的实时状态，通过该模块，一旦从物联网平台订阅到操作命令后，立即调用控制模块改变实验对象实体的输入状态；同时，状态采集模块对实验对象实体的输出状态进行实时采集，并将状态改变信息通过物联网发布接口上报至物联网平台。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的开放实验教学平台，其特征在于，实验管理服务器是包括实验用户管理模块和实验资源管理模块；

实验用户管理模块通过用户的注册、登录和注销功能确保当前正在进行实验的用户角色的合法性，并通过设置用户的访问权限控制该用户允许访问的实验资源，包括与实验相关的项目需求书、指导书、实验对象、云端实验终端以及实验数据；

实验资源管理模块则根据当前用户的角色和访问权限为其提供所需的实验资源，包括与实验相关的项目需求书、指导书、实验对象、云端实验终端以及实验数据。