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N=ηp（A）∩ηq（A）∩ηr（A） 对于满足条件p、q、r的能耗数据N，进行累加计算即所求能耗。例如，当需要查询计算机学院、2015年1月-2015年12月的能耗数据时，首先将查询条件拆分为学院条件和时间区间条件两个部分，在单日能耗数据中筛选出计算机学院并且满足2015年1月-2015年12月的数据，然后将数据进行累加，结果即为满足条件的能耗数据。 2.4 IPv6及其过渡技术 随着计算机技术和网络技术的不断进步，IPv4 协议面临着比如地址空间耗尽、路由表爆炸等一系列的问题[11]。为了解决IPv4地址短缺和在物联网体系部署过程中大量的IP地址的需求的问题，本平台设计IPv6（Internet Protocol Version 6）地址对仪器设备能耗监控终端进行部署。但是，现阶段大量使用的IP地址仍然是IPv4地址，那么在对仪器设备进行部署时，就需要对两种IP地址进行兼容处理和响应的转换处理。本文提出的能耗监控平台采用隧道技术和地址转换技术处理兼容性问题。 如表1所示，表头为相对应标识在IPv6地址中占据的地址长度，如格式前缀 （FP）占3个字节而且数值为001；顶层聚合标识符（TLA）占13位，为002；后面是32位的IPv4地址（IPv4address），接下来是16位的服务品质协议标识（SLAID）和64位的网络接口标识（Interface ID）[12]。可以实现将IPv4 地址转换成IPv6地址，通过双协议栈和6to4隧道，解决兼容性问题。通过将前缀2002：：/16和该节点IPv4地址进行组合，形成一个48位前缀的6to4地址2002：IPv4地址：：/48。
例如IPv4地址58.198.125.76，用二进制可表示为00111010.11000110.01111101.01001100，即3A.C6.7D.4C，则6to4地址前缀为2002.3AC6.7D4C：：/48。 3 平台实现与原型介绍 3.1 实现技术 如图8，在平台实现方面，采用B/S模式，基于SSH框架的J2EE对数据管理、分析和展示，同时提供数据展示接口和硬件控制接口。相关技术和工具包括：JAVA编程、HTML编程、ajax、jQuery、High charts等。采用的编程工具为MyEclipse 10。 在数据分析方面，采用C#语言编程，使用三层框架（数据模型-业务逻辑-用户视图）实现对数据的统计和分析。相关技术和工具包括：C#语言、WPF应用程序编程框架、DbEntry数据处理框架等。采用的编程工具为Visio Studio 2013。 在Web服务方面，采用.Net编写实现Web服务对外发布访问接口。采用的编程工具为Visio Studio 2013。数据库采用MySQL 6.0.9，在Java平台中采用hibernate技术进行数据库访问和控制，在C#平台中采用DbEntry框架、mysql-connector-net工具、DbConnectionMySQL工具包实现对数据库的访问和控制。
图6 平台实现的技术方案3.2 原型介绍 基于IPv6校园的仪器设备能耗监控平台主要包括：实时功率监控、仪器设备历史运行机时数对比、学院指定时间区间能耗统计、实验室指定时间区间能耗统计、单台设备指定时间段能耗统计等功能。 为对于某两台校园仪器设备的实时功率监控的对比图，通过实时功率的曲线对比直观的反应两台仪器设备的实时功率并且并排显示形成对比。如图7所示，编号为11007119的激光打印机在16：51：05和16：51：30出现功率高峰。
图7 校园仪器设备实时功率监控对比图 图8为对多台设备的各运行状态累计时间的对比图，以柱状图的形式展现两台设备的运行、待机、异常时间。图8中编号为20001662的恒温水溶箱累计运行时间近900小时，包括待机400小时和异常100小时。而编号为11002571的PCR仪累计运行时间933小时，包括待机168小时和异常10小时。通过柱状图对比，为高校实现节能减排和仪器设备使用规划等提供直观的统计分析数据。
图8 仪器设备历史运行机时数对比图 对于单日能耗数据可以进行多维度的组合查询的方式，实现不同角度的统计分析。如图9为字2015-12-01到2015-12-31的选定三个学院的能耗统计。
图9 学院能耗统计 同时，平台采取一种能耗统计面积堆积图的形式，对单台仪器设备在一段时间内的能耗情况进行展示。如图10为一台PCR仪在2015-12-01到2015-12-31的能耗统计面积堆积图。
图10 PCR仪-能耗统计面积堆积图 通过这种数据分析结果图形化的展示，可以比较直观的反映出校园仪器设备的运行状态、待机情况、能耗情况。通过图形化的展示数据分析的结果可以帮助高校管理层进行科学管理和支持决策分析，帮助设备的管理员定制科学合理的仪器设备的购置共享计划。 4 相关工作作为新一代的网络技术，IPv6技术在物联网的环境下得到越来越广泛的应用。胡光武等[13]针对IPv6技术在物联网中的应用，设计了基于IPv6的物联网末梢网络分布式源地址验证方案实现了物联网节点的IP地址分配。在物联网的环境中，越来越多的设备需要接入互联网，但是IPv4的地址正在逐渐耗尽，在引入IPv6地址的同时也带来了两种技术的过渡性问题，Aazam 等[7]研究了IPv4和IPv6互存问题，并给出相应的转化方法。胡光武等[12] 提出了基于IPv6的源地址验证整体架构，基于该架构，考虑物联网节点资源受限特点，并结合物联网末梢网络的拓扑形态及其路由方式上的特征，设计了基于IPv6的物联网末梢网络分布式源地址验证方案。Huitema等[14]给出了通过NAT方式转化UDP层上IPv6通道的方法。Carpenter等[15]研究了没有指定显示通道的情况下IPv4和IPv6互相转化问题对于IPv6不同的隧道技术进行了研究。葛敬国等[6]提出了对于IPv6过渡机制的过渡机制的评价的同意指标，对评价指标进行了对比和比较，提出了提出ISP（Internet Service Provider）网络中核心网和接入网IPv6过渡部署的策略。 对于仪器设备能耗数据进行分析和挖掘，可以以支持决策、节能减排。王磊等人[16]， 提出利用Hadoop分布式架构，结合建筑基本信息对公共建筑能耗数据进行数据挖掘的方法，对空调系统的电量消耗进行了能耗数据的挖掘和分析，对建筑节能提出了建议、提供了数据支持。宋杰等[17]提出了一种能耗的度量模型和数学表达，设计了系统能耗的测量方法，分析了若干云数据管理系统在执行数据装载、读取、查询、聚集和连接等操作时的能耗特征，提出了通过降低“等待能耗”而进行云数据管理系统的能耗优化。王杰锋[18]提出运用数据挖掘技术对建筑能耗数据分析，设计物联网能耗数据智能分析系统验证数据挖掘理论研究的可行性。牛星等[19]设计了一款传感器网络节点能耗测量设备，它利用电流采样、高速模拟数字转换芯片和可编程逻辑阵列构成的功耗测量电路实现对节点功能的准确和连续的测量，并对测量结果进行进一步分析。 5 结束语 将物联网技术、IPv6技术和数据分析技术等综合运用到智慧校园的平台设计中，实现了基于IPv6的校园仪器设备能耗监控平台。考虑到物联网设备在当前IPv4地址匮乏，采用IPv6实现仪器设备监控硬件的地址管理问题。采用机器学习的思路设计的仪器设备待机状态分析算法、多维度组合查询算法，解决了对仪器设备的状态监控、待机能耗计算、能耗统计需求。 在下一步工作中，我们将采用分布式的数据存储和大数据分析工具，对数据检索速度和数据展示方式进行优化，提高平台适应性和通用性，为进一步在国内高校推广提供技术指导和积累经验。 参考文献 [1] 黄荣怀， 张进宝， 胡永斌，等. 智慧校园：数字校园发展的必然趋势[J]. 开放教育研究， 2012， 18（4）：12-17. [2] 宗平， 朱洪波， 黄刚，等. 智慧校园设计方法的研究[J]. 南京邮电大学学报：自然科学版， 2010， 30（4）：15-19. [3] 严大虎， 陈明选. 物联网在智慧校园中的应用[J]. 现代教育技术， 2011， 21（6）：123-125. [4] 吕倩. 基于云计算及物联网构建智慧校园[J]. 计算机科学， 2011（B10）：18-21. [5] 蒋东兴， 付小龙， 袁芳，等. 大数据背景下的高校智慧校园建设探讨[J]. 华东师范大学学报：自然科学版， 2015（B03）：119-125. [6] 葛敬国， 弭伟， 吴玉磊. IPv6过渡机制：研究综述、评价指标与部署考虑[J]. 软件学报， 2014， 25（4）：896-912. [7] Aazam M， Huh E N. Impact of ipv4-ipv6 coexistence in cloud virtualization environment[J]. annals of telecommunications， 2016， 69（9-10）：485-496. [8] Huston， G.， 2014. IPv4 Address Report. Available from http：//www.potaroo.net/tools/ipv4/index.html [9] 张友生， 陈松乔. 层次式软件体系结构的设计与实现[J]. 计算机工程与应用， 2002， 38（22）：154-156. [10] 杨胜文， 史美林. 一种支持QoS约束的Web服务发现模型[J]. 计算机学报， 2005， 28（4）：589-594. [11] 安耐特. IPV6 基本理论及隧道接入.ATC-TS1022.2004. [12] Carpenter B， Moore K. Connection of IPv6 Domains via IPv4 Clouds[J]. 2001：6--4. [13] 胡光武， 陈文龙， 徐恪. 一种基于IPv6的物联网分布式源地址验证方案[J]. 计算机学报， 2012， 35（3）：518-528. [14] Huitema C. Teredo： Tunneling IPv6 over UDP through Network Address Translations （NATs）[J]. 2006， 20（2）：382-388. [15] Carpenter B， Jung C. Transmission of IPv6 over IPv4 Domains without Explicit Tunnels[J]. 1999：6-4. [16] 王磊， 张永坚， 贾继鹏，等. 基于Hadoop的公共建筑能耗数据挖掘方法[J]. 计算机系统应用， 2016（3）：34-42. [17] 宋杰，李甜甜，朱志良，鲍玉斌，于戈. 云数据管理系统能耗基准测试与分析.计算机学报，2013，36（7）：1485-1499. [18] 王杰锋. 物联网能耗数据智能分析及其应用平台设计. 江南大学[M]，2015. [19] 牛星，李捷，周新运，赵忠华.无线传感器网络节点能耗测量及分析.计算机科学， 2012， 39（2）：84-87. 作者单位：张康、高洪皓、倪剑樾、朱永华、许华虎为上海大学计算机科学与工程学院，高洪皓为上海大学计算中心；许华虎为上海上大海润信息系统有限公司 |
