林盛鑫　韓濤　徐永釗

(東莞理工學院　電子工程學院，廣東東莞　523808)

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物聯(lián)網技術在《IP通信基礎》實驗教學中的應用

林盛鑫韓濤徐永釗

(東莞理工學院電子工程學院，廣東東莞523808)

針對目前實驗室網絡設備的不足情況，采用物聯(lián)網技術，通過串口服務器進行端口轉換配置。實現(xiàn)路由器、三層交換機與計算機三者互聯(lián)的組網方案，以TELNET方式實現(xiàn)對網絡設備的CONSOLE端口進行遠程配置操作，優(yōu)化了實驗教學環(huán)境，同時緩解實驗設備數(shù)量不足等情況，提高了學生的積極性以及互動性。

物聯(lián)網技術；串口服務器；實驗教學；IP通信技術

“物聯(lián)網”的概念是在1999年提出的[1]。物聯(lián)網的定義是“通過射頻識別(FRID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡”。隨著物聯(lián)網技術的迅速發(fā)展，IP網絡技術得到越來越廣泛的應用?！禝P通信基礎》課程作為通信專業(yè)及相關專業(yè)的基礎課程，通信工程專業(yè)強調綜合和系統(tǒng)集成能力的培養(yǎng)，不僅要講授網絡基本理論，介紹各層次協(xié)議的工作原理，還要培養(yǎng)學生具備規(guī)劃設計、運行維護、分析管理IP網絡、配置部署應用系統(tǒng)的能力[2]。要求學生掌握IP網絡的基本概念、體系結構和架構，掌握以太網交換機和路由器的基本原理、作用及相關技術配置；以及掌握VLAN技術、RIP協(xié)議、OSPF協(xié)議等的網絡功能，以培養(yǎng)分析問題和解決問題的綜合能力，是掌握IP網絡技術的重要基礎，各高校陸續(xù)開設了這門課程，如何讓學生更好地掌握該門課程，實驗教學環(huán)節(jié)是重中之重，為解決目前實驗室普遍存在的問題，通過物聯(lián)網技術，采用串口服務器，使得網絡設備其控制端(CONSOLE端口)能夠網絡化控制，同時接入計算機局域網絡，便于對網絡實驗設備的管理，同時為學生們提供更好的實驗教學環(huán)境，更好地掌握該門課程。

1　《IP通信基礎》課程在實驗教學環(huán)節(jié)中存在的不足情況

1.1網絡實驗設備不足

《IP通信基礎》課程的實驗教學內容主要是通過配置網絡設備，通過不同的拓撲結構實現(xiàn)不同的網絡功能，如VLAN技術、RIP協(xié)議、OSPF協(xié)議、ACL、NAT等。因此需要多種不同類型的網絡實驗設備進行組網，如多臺三層交換機或路由器組合，以實現(xiàn)不同的拓撲結構及不同的網絡功能，由于網絡設備價格比較昂貴，普遍存在網絡設備不足的情況[3]。

1.2網絡實驗設備控制單一化

目前的網絡設備大多數(shù)采用CONSOLE端口的方式進行設備配置，只能用串口接口一對一的方式與計算機進行連接，當需要控制多臺設備時，需要人為進行設備的搬移和接線變更，容易引起接口的接觸不良和實驗設備分配不均等現(xiàn)象，既限制了設備配置的靈活性，又制約了實驗教學質量。

1.3干擾原來計算機管理網絡

由于大部分實驗內容所形成的拓撲結構需要計算機參與通信，但計算機往往只有一張網卡，形成網絡端口不足，影響了對原來計算機的網絡管理，需要重復變更網絡連接，容易產生接口接觸不良等情況，增加維護成本。

2　基于物聯(lián)網技術的網絡設備組網的設計方案

網絡實驗設備控制端的網絡化主要采用串口服務器[4]提供串口轉網絡功能，能夠將RS-232/485/422串口轉換成TCP/IP網絡接口，實現(xiàn)RS-232/485/422串口與TCP/IP網絡接口的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸，使得串口設備能夠立即具備TCP/IP網絡接口功能，連接網絡進行數(shù)據(jù)通信，極大的擴展串口設備的通信距離。串口服務器的系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖1　串口服務器系統(tǒng)架構圖

但部分網絡實驗室采用多端口串口服務器網組方式，即采用一臺服務器作為串口服務器，嵌入多端口串口轉換卡，進行串口端口與網絡端口之間的轉換，以實現(xiàn)控制端口網絡化，該方案中多端口轉換卡隨著端口的增加，成本也同時增加，但穩(wěn)定性卻不斷下降。當服務器出現(xiàn)故障，即影響整個控制網絡[5]。

本設計方案采用單端口的串口服務器實現(xiàn)單一網絡設備控制端口網絡化，再進行組網，形成網絡設備控制網絡(物聯(lián)網)，同時計算機采用雙網卡結構，保證原來的計算機網絡管理不受影響，最終實現(xiàn)所有設備互聯(lián)。由于單一的串口服務器采用ARM芯片即可完成串口與網絡端口之間的協(xié)議轉換，成本低，容易控制，即使部分出現(xiàn)故障也不會影響其它網絡設備的控制。實驗室組網拓撲方案如圖2所示，其中虛線部分根據(jù)具體的實驗拓撲要求按組數(shù)進行分配連接。

圖2　實驗室組網拓撲圖

3　基于物聯(lián)網技術的網絡設備組網的實現(xiàn)方法

該方案主要設計核心在于串口服務器上的配置，針對網絡設備不足的情況，采用分組的方式，四人共同完成一個網絡拓撲結構，同時增強學生的相互協(xié)助和檢測的精神，要求小組能夠同時登錄同一臺網絡設備。

3.1串口服務器配置

為每臺串口服務器進行tcp/ip設置，串口服務器需采用TCP Server 模式[6]，首先與網關嘗試通訊，然后監(jiān)聽設置的本機端口，有連接請求時響應并創(chuàng)建連接，當串口收到數(shù)據(jù)后將同時發(fā)送給所有與網絡模塊建立鏈接的設備。其中SERVER端為網絡設備，CLIENT端為計算機。當SERVER端同時向4個CLIENT發(fā)送數(shù)據(jù)，由于SERVER接收CLIENT端數(shù)據(jù)時不能區(qū)分數(shù)據(jù)來源，所以采用Index功能實現(xiàn)發(fā)送與接收數(shù)據(jù)源的選擇。

3.2計算機系統(tǒng)配置

本配置在windows操作系統(tǒng)下進行，采用超級終端進行telnet操作[7]，連接時采用tcp/ip(winsock)方式進行連接，通過輸入指定的網絡通信設備所對應的串口服務器IP地址，即可通過TLENET的方式遠程控制該網絡實驗設備。

4　結語

通過物聯(lián)網技術，對網絡設備進行自由配置，通過TELNET方式完成對遠程CONSOLE端口的配置，實現(xiàn)網絡實驗設備控制端組網，再接入原來的計算機網絡，既不影響原來的網絡，又緩解當前設備數(shù)量不足問題，同時還提高網絡實驗設備的利用率，有利于設備間的管理。

[1]沈蘇彬，范曲立，宗平，等．物聯(lián)網的體系結構與相關技術研究[J]．南京郵電大學學報：自然科學版，2009，29(6)：1-10．

[2]郭娟, 范九倫. 通信工程專業(yè)“IP網絡技術”實踐課程體系的構建[C]// Asia-Pacific Conference on Information Network and Digital Content Security，2010:441-444.

[3]林盛鑫，黃丁香，鐘惠球，等. 基于“卓越計劃”的計算機網絡實驗教學改革研究[J]. 東莞理工學院學報，2012，19(3)：118-120.

[4]張從鵬，趙康康. 基于STM32的串口服務器系統(tǒng)開發(fā)[J]. 儀表技術與傳感器，2016(1)：73-75.

[5]張俊鵬，任穎，李華偉，等. 物聯(lián)網技術在高校實驗室中的應用[J]. 中國電子商務，2014(14)：34-34.

[6]范永剛，劉紹方，董晶，等. 基于ARM的高性能串口服務器的研究與實現(xiàn)[J]. 計算機工程與設計，2012，33(4)：1378-1384.

[7]盧愛卿，張會勇，趙征. Telnet協(xié)議的實現(xiàn)原理及應用[J]. 計算機工程，2002，28(11)：268-269.

Application of Internet of Things in Experimental Teaching of IP Communication Foundation

LIN ShengxinHAN TaoXU Yongzhao

(College of Electronic Engineering , Dongguan University of Technology,Dongguan 523808, China)

In view of the shortcoming of current network equipment in the laboratory, the project configures port transformation through the serial port server, realizing the networking scheme of router, three-layer switches and compute network by Internet of Things, conducting remote configuration of the CONSOLE port of the network device by TELNET method, optimizing the experiment teaching environment and alleviating the shortage of experimental equipment, so as to improve the students’ enthusiasm and interactivity.

internet of things; serial server; experimental teaching; IP communication technology

2016-03-10

廣東省省自然科學基金資助項目(2015A030313654);廣東省科技計劃項目(2014A05050368)。

林盛鑫(1979—)，男，廣東潮陽人，工程師，主要從事機器視覺與工業(yè)自動化研究。

G434

A

1009-0312(2016)03-0115-03