CN110364042A - 一种基于云实验平台的无线传感器网络实验教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云实验平台的无线传感器网络实验教学系统，包括桌面虚拟化系统、教师终端、学生终端、监督终端、云实验平台和实验室资源，教师终端远程登录到云实验平台进行实验模板制作、发布资料、在线答疑、实验考评、管理成绩等操作，学生终端远程登录至云实验平台进行在线实验，交流分享、成绩查询等操作。本发明通过桌面虚拟化系统在云实验平台中构建虚拟机，实验系统按照云实验平台提供的环境配置网络环境，学生无需安装实验软件，免去繁琐的安装步骤和复杂的维修管理；学生和教师可以自由地选择零碎时间进行实验相关操作，较好地解决了实验地点单一，实验时间固定，实验资源有限的问题。

Description

一种基于云实验平台的无线传感器网络实验教学系统

技术领域

本发明属于智能教学领域，特别涉及一种基于云实验平台的无线传感器网络实验教学系统。

背景技术

传统的无线传感器网络实验课程的教学系统，按照实验预习、实验实施、实验报告等方式进行实验教学，实验过程缺少明确的环节管理，主要以现场实验为主，实验资源利用率低，实验维护成本高，实验更新换代难以和技术发展有效协同发展。

因此，迫切需要结合新的信息技术发展，改变传统实验教学管理模式和实验课堂系统，研究新的实验教学手段。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于云实验平台的无线传感器网络实验教学系统，通过桌面虚拟化系统在云实验平台中构建虚拟机，实验系统按照云实验平台提供的环境配置网络环境，学生无需安装实验软件，免去繁琐的安装步骤和复杂的维修管理；学生和教师可以自由地选择零碎时间进行实验相关操作，较好地解决了实验地点单一，实验时间固定，实验资源有限的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种基于云实验平台的无线传感器网络实验教学系统，包括桌面虚拟化系统、多个教师终端、多个学生终端、监督终端、实验室资源和云实验平台，其中，所述云实验平台通过所述桌面虚拟化系统将所述实验室资源虚拟化，并为每个教师终端、每个学生终端和监督终端创建一个虚拟机，

-各教师终端包括教师身份认证模块、视频采集模块和音频采集模块，所述教师身份认证模块用于教师用户经身份验证或用户管理认证后远程登录至所述云实验平台；所述视频采集模块用于采集教师的实验教学视频，并将采集的视频信号转换为数字信号后发送至所述云实验平台；所述音频采集模块用于采集教师的实验讲解与答疑音频，并将采集的音频信号转换为数字信号后发送至所述云实验平台；

-各学生终端包括学生身份认证模块和播放器，所述学生身份认证模块用于学生用户经身份验证或用户管理认证后远程登录至所述云实验平台；所述播放器用于播放教师终端发送至所述云实验平台的视频信号和音频信号；

-所述实验室资源包括通过线缆连接的计算机和无线传感器网络实验装置；

-所述云实验平台包括在线实验模块、交流共享模块、实验考评模块和数据库，所述在线实验模块用于使学生用户通过Web提交申请，待Web反馈虚拟机创建成功的信息后，远程登录到所述云实验平台的虚拟机，再与所述实验室资源的计算机连接，以在虚拟桌面上进行在线实验；所述交流共享模块用于教师终端与学生终端交流沟通和信息传输；所述实验考评模块用于将学生实验状况记录保存并发送至所述数据库储存，以便教师调用并结合实验报告对学生实验成绩进行考评；

-所述桌面虚拟化系统包括音视频处理模块与控制模块，所述音视频处理模块用于将所述教师终端采集的视频信号和音频信号记录保存为音视频文件，并将其发送至所述云实验平台；所述控制模块用于转移桌面实验的控制权，在交流共享时期，教师将控制权转移给学生，由学生提出问题或分享心得；

-所述监督终端用于管理员为教师用户和学生用户进行用户配置、设置账号访问权限，管理所述云实验平台的数据库中的课程信息、监控和记录学生的实验过程、并将实验记录发送至所述云实验平台进行保存。

进一步，所述交流共享模块包括存储子模块和上传子模块，所述存储子模块用于存储教师终端的视频采集模块采集的实验教学视频，所述上传子模块用于学生终端上传问题和实验报告以及教师终端解答学生问题。

进一步，所述实验考评模块包括视频录制子模块，用于录制学生终端在线实验的桌面操作过程视频，并将录制到的视频信号转换为数字信号后发送至所述云实验平台进行储存。

进一步，各教师终端、各学生终端和监督终端均通过B/S架构模式连接至所述云实验平台。

进一步，所述实验室资源通过远程控制应用程序连接所述云实验平台。所述远程应用控制程序可以包括TeamViewer、ShowMyPC、Ammyy Admin、Radmin、LogMeIn等。

进一步，所述无线传感器网络实验装置包括无线片上实验装置和无线传感器实验装置。

进一步，所述课程信息包括实验学时、实验选课人数、实验时间和实验学生名单。

根据本发明的另一方面，提供了一种利用上述无线传感器网络实验教学系统的实验教学方法，包括如下步骤：

S1：管理员通过监督终端对教师终端和学生终端进行系统配置、分别设置访问权限、并管理云实验平台的数据库中的课程信息；

S2：教师用户通过教师终端经身份验证或用户管理认证后远程登录至云实验平台创建教学用虚拟机，制作实验模板、发布实验课程资源及实验教学视频、并以课程站点为单位，建立实验项目并为实验项目绑定实验模板；

S3：学生用户通过学生终端经身份验证或用户管理认证后远程登录至云实验平台创建在线实验用虚拟机，进行实验预约并查看和下载教师发布的实验课程资源及实验教学视频进行预习，管理员在收到学生用户的实验预约后，分配实验时间并调度实验资源；

S4：学生用户通过Web提交申请，待Web反馈虚拟机创建成功的信息后，远程登录到云实验平台的虚拟机，再与实验室资源的计算机连接，以在虚拟桌面上进行在线实验，实验结果通过编译结果及串口调试助手反馈实给学生终端；

S5：管理员通过监督终端监控和记录学生用户的实验过程、并将实验记录发送至云实验平台进行保存，教师用户调用实验监控查看学生用户的实验进展并给予在指导，在线完成实验后，学生用户将实验中遇到的疑问或实验心得上传至云实验平台，与教师用户进行交流共享，教师用户进行在线答疑；

S6：实验完成后，学生用户登录云实验平台提交实验报告，教师用户登录云实验平台根据实验监控、实验结果和实验报告进行实验考评并管理实验成绩，之后学生用户登录云实验平台查询实验成绩。

本发明的有益效果：

本发明较大程度提高了实验资源的利用率，同时为教师、学生充分利用碎片化时间工作和学习创造了便利；对于教师提供了发布实验内容到评阅实验报告一系列流程的综合一体化平台；对于学生提供了随时随地灵活自主学习的平台，免去了繁琐的软件安装过程和复杂的前期准备，从而使学生有更多时间与精力钻研实验内容以及理论知识；实验室内计算机与无线传感器网络实验装置通过线缆连接，可实现实验的全天24小时无间断运行，从而实现了实验设备的充分利用，节省了实验建设资金，避免了复杂的软件安装步骤和繁复的维修设备操作，使得实验的开展更具有灵活性和可扩展性。

附图说明

图1为本发明的基于云实验平台的无线传感器网络实验教学系统的结构示意图。

图2为本发明的基于云实验平台的无线传感器网络实验教学系统的监督终端、学生终端和教师终端的功能示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步描述本发明，应该理解，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1所示，本发明提供一种基于云实验平台的无线传感器网络实验教学系统，包括桌面虚拟化系统1、云实验平台2、多个教师终端3、多个学生终端4、监督终端5和实验室资源6，其中，云实验平台2基于云基础设施，用于提供以课程为中心的实验室管理，其通过桌面虚拟化系统1将实验室资源6虚拟化，并为每个教师终端、每个学生终端和监督终端创建一个虚拟机。各教师终端3、各学生终端4和监督终端5均通过B/S架构(Browser/Server)，即浏览器和服务器架构模式连接至云实验平台2。实验室资源6用于作为云实验操作的物理载体，通过例如TeamViewer、ShowMyPC、Ammyy Admin、Radmin、LogMeIn等的远程控制应用程序连接云实验平台2。

各教师终端3包括教师身份认证模块31、视频采集模块32和音频采集模块33，教师身份认证模块31用于教师用户经身份验证或用户管理认证后远程登录至云实验平台2；视频采集模块32用于采集教师的实验教学视频，并将采集的视频信号转换为数字信号后发送至云实验平台2；音频采集模块33用于采集教师的实验讲解与答疑音频，并将采集的音频信号转换为数字信号后发送至云实验平台2。

各学生终端4包括学生身份认证模块41和播放器42，学生身份认证模块41用于学生用户经身份验证或用户管理认证后远程登录至云实验平台2；播放器42用于播放教师终端3发送至云实验平台2的视频信号和音频信号；

实验室资源6包括通过线缆连接的计算机61和无线传感器网络实验装置62。

云实验平台2包括在线实验模块21、交流共享模块22、实验考评模块23和数据库24。其中，在线实验模块21用于使学生用户通过Web提交申请，待Web反馈虚拟机创建成功的信息后，远程登录到云实验平台2的虚拟机，再与实验室资源6的计算机61连接，以在虚拟桌面上进行在线实验。交流共享模块22用于教师终端3与学生终端4交流沟通和信息传输。实验考评模块23用于将学生实验状况记录保存并发送至数据库24储存，以便教师调用并结合实验报告对学生实验成绩进行考评。

桌面虚拟化系统1包括音视频处理模块11与控制模块12，音视频处理模11用于将教师终端3采集的视频信号和音频信号记录保存为音视频文件，并将其发送至云实验平台2,控制模块12用于转移桌面实验的控制权，在交流共享时期，教师将控制权转移给学生，由学生提出问题或分享心得。

监督终端5用于管理员为教师和学生用户进行用户配置、设置账号访问权限，管理数据库24中的课程信息、监控和记录学生的实验过程、并将实验记录发送至云实验平台2进行保存。其中，课程信息可以包括实验学时、实验选课人数、实验时间和实验学生名单等。

如图所示，交流共享模块22包括存储子模块和上传子模块，存储子模块用于存储教师终端3的视频采集模块采集的实验教学视频，上传子模块用于学生终端4上传问题和实验报告以及教师终端3解答学生问题。

实验考评模块23包括视频录制子模块，用于录制学生终端4在线实验的桌面操作过程视频，并将录制到的视频信号转换为数字信号后发送至云实验平台2进行储存。

在一些实施方式中，无线传感器网络实验装置可以包括无线片上实验装置和无线传感器实验装置。

下面结合具体实验教学方法来进一步说明本发明，包括如下步骤：

S1：管理员通过监督终端5对教师终端3和学生终端4进行系统配置、分别设置访问权限、并管理云实验平台2的数据库中的课程信息；

S2：教师用户通过Web页面提交申请，通过教师终端3经身份验证或用户管理认证后远程登录至云实验平台2创建教学用虚拟机，制作实验模板、发布实验课程资源及实验教学视频、并以课程站点为单位，建立实验项目并为实验项目绑定实验模板，后台任务根据模板和上课时间自动创建学生桌面；

S3：学生用户通过Web页面提交申请，通过学生终端4经身份验证或用户管理认证后远程登录至云实验平台2创建在线实验用虚拟机，进行实验预约并查看和下载教师发布的实验课程资源及实验教学视频进行预习，管理员在收到学生用户的实验预约后，合理地分配实验时间并调度实验资源，以保证每位申请者有合适的时间进行实验；

S4：学生用户通过Web提交申请，待Web反馈虚拟机创建成功的信息后，远程登录到云实验平台的虚拟机，再与实验室资源6的计算机连接，以在虚拟桌面上使用实验室资源6进行在线实验，实验结果通过编译结果及串口调试助手反馈实给学生终端4；

S5：管理员通过监督终端监控和记录学生用户的实验过程、并将实验记录发送至云实验平台2进行保存，教师用户调用实验监控查看学生用户的实验进展并给予在指导，在线完成实验后，学生用户将实验中遇到的疑问或实验心得上传至云实验平台，与教师用户进行交流共享，教师用户进行在线答疑，以达到及时解决问题的目的；

S6：实验完成后，学生用户登录云实验平台2提交实验报告，教师用户登录云实验平台2根据实验监控、实验结果和实验报告进行实验考评并管理实验成绩，之后学生用户登录云实验平台进行实验成绩查询。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于云实验平台的无线传感器网络实验教学系统，其特征在于，包括桌面虚拟化系统、多个教师终端、多个学生终端、监督终端、实验室资源和云实验平台，其中，所述云实验平台通过所述桌面虚拟化系统将所述实验室资源虚拟化，并为每个教师终端、每个学生终端和监督终端创建一个虚拟机，

-各教师终端包括教师身份认证模块、视频采集模块和音频采集模块，所述教师身份认证模块用于教师用户经身份验证或用户管理认证后远程登录至所述云实验平台；所述视频采集模块用于采集教师的实验教学视频，并将采集的视频信号转换为数字信号后发送至所述云实验平台；所述音频采集模块用于采集教师的实验讲解与答疑音频，并将采集的音频信号转换为数字信号后发送至所述云实验平台；

-各学生终端包括学生身份认证模块和播放器，所述学生身份认证模块用于学生用户经身份验证或用户管理认证后远程登录至所述云实验平台；所述播放器用于播放教师终端发送至所述云实验平台的视频信号和音频信号；

-所述实验室资源包括通过线缆连接的计算机和无线传感器网络实验装置；

-所述云实验平台包括在线实验模块、交流共享模块、实验考评模块和数据库，所述在线实验模块用于使学生用户通过Web提交申请，待Web反馈虚拟机创建成功的信息后，远程登录到所述云实验平台的虚拟机，再与所述实验室资源的计算机连接，以在虚拟桌面上进行在线实验；所述交流共享模块用于教师终端与学生终端交流沟通和信息传输；所述实验考评模块用于将学生实验状况记录保存并发送至所述数据库储存，以便教师调用并结合实验报告对学生实验成绩进行考评；

-所述桌面虚拟化系统包括音视频处理模块与控制模块，所述音视频处理模块用于将所述教师终端采集的视频信号和音频信号记录保存为音视频文件，并将其发送至所述云实验平台；所述控制模块用于转移桌面实验的控制权，在交流共享时期，教师将控制权转移给学生，由学生提出问题或分享心得；

-所述监督终端用于管理员为教师用户和学生用户进行用户配置、设置账号访问权限，管理所述云实验平台的数据库中的课程信息、监控和记录学生的实验过程、并将实验记录发送至所述云实验平台进行保存。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述交流共享模块包括存储子模块和上传子模块，所述存储子模块用于存储教师终端的视频采集模块采集的实验教学视频，所述上传子模块用于学生终端上传问题和实验报告以及教师终端解答学生问题。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实验考评模块包括视频录制子模块，用于录制学生终端在线实验的桌面操作过程视频，并将录制到的视频信号转换为数字信号后发送至所述云实验平台进行储存。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各教师终端、各学生终端和监督终端均通过B/S架构模式连接至所述云实验平台。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实验室资源通过远程控制应用程序连接所述云实验平台。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述远程应用控制程序包括TeamViewer、ShowMyPC、Ammyy Admin、Radmin、LogMeIn。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线传感器网络实验装置包括无线片上实验装置和无线传感器实验装置。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述课程信息包括实验学时、实验选课人数、实验时间和实验学生名单。

9.一种利用根据权利要求1-8之一所述的无线传感器网络实验教学系统的实验教学方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：管理员通过监督终端对教师终端和学生终端进行系统配置、分别设置访问权限、并管理云实验平台的数据库中的课程信息；

S2：教师用户通过教师终端经身份验证或用户管理认证后远程登录至云实验平台创建教学用虚拟机，制作实验模板、发布实验课程资源及实验教学视频、并以课程站点为单位，建立实验项目并为实验项目绑定实验模板；

S3：学生用户通过学生终端经身份验证或用户管理认证后远程登录至云实验平台创建在线实验用虚拟机，进行实验预约并查看和下载教师发布的实验课程资源及实验教学视频进行预习，管理员在收到学生用户的实验预约后，分配实验时间并调度实验资源；

S4：学生用户通过Web提交申请，待Web反馈虚拟机创建成功的信息后，远程登录到云实验平台的虚拟机，再与实验室资源的计算机连接，以在虚拟桌面上进行在线实验，实验结果通过编译结果及串口调试助手反馈实给学生终端；

S5：管理员通过监督终端监控和记录学生用户的实验过程、并将实验记录发送至云实验平台进行保存，教师用户调用实验监控查看学生用户的实验进展并给予在指导，在线完成实验后，学生用户将实验中遇到的疑问或实验心得上传至云实验平台，与教师用户进行交流共享，教师用户进行在线答疑；

S6：实验完成后，学生用户登录云实验平台提交实验报告，教师用户登录云实验平台根据实验监控、实验结果和实验报告进行实验考评并管理实验成绩，之后学生用户登录云实验平台查询实验成绩。