物联网工程及网络平台

物联网工程及网络平台（精选11篇）

物联网工程及网络平台 篇1

摘要：针对现代物联网实验发展的新趋势,构建了包括基础控制实验、智能家居模拟应用模块、温室大棚模拟应用模块和智能货架模拟应用模块在内的现代物联网实训平台,探讨了物联网专业实训平台架构及其功能模块,并完成了相应的实验教学内容、实验教学方式等改革,很好的完善了整个实验教学体制和实验教学内容,为学生在物联网系统及工程应用方面提供了完善的实践平台,为高校建立虚拟实训基地提供理论参考。

关键词：现代物联网,实训平台,智能家居,温室大棚,智能货架

1 引言(Introduction)

物联网技术属于一个新兴技术,正在快速发展。学习与掌握物联网的技术理论,发展方向及其行业应用是目前高等教育的核心目标。2010年最新的教育部通知已将物联网、传感网作为战略性新兴产业相关专业的重点,开始鼓励各高校申报相关专业。目前,我国已有50多所高校设置了物联网本科专业和30多所高职院校设置了物联网应用技术专科专业。物联网专业具有实践性、工程性、实用性等特征,实训环节尤为重要。学生只有在“动手做”“学中做”“做中学”和“真正练”中体会和掌握物联网工程的思想[1]。由于物联网专业是近年新开的专业,实训基地和实训平台都没有到位,都在摸索之中。另外目前大部分高校存在资金来源有限,配套实训设备一直存在与课程教学配套性差,实验实训资源不足,教学效率低,教学成本高,学校与实习基地之间缺乏互动等问题,均影响学生实践能力的培养[2]。为解决这一问题,我们在课程改革的同时,加强对现有配套实训设备的改造和技术开发,构建物联网实训平台,通过CDIO项目化课程学习,学生可以在实训中进行真实项目训练,体验企业工作环境,提高实训效果,提高办学效益[3]。

2 设计特色(Features of design)

系统性:方案的设计是在详细分析物联网应用系统架构的基础上,系统性地覆盖传感层、接入层、网络层、应用层等各个层次的主流技术,为用户提供完整的物联网工程专业实验实训解决方案。同时,整个实验室设备可连接为一个局域网络并可接入到校园网,配以功能强大的实验室管理系统,可以跟踪管理学生的实验时间、实验内容、实验结果,为教学效果分析提供及时并详细可靠的数据来源。

模块化:采用模块化的设计模式,可以根据实际需求选配各种模块组建实训环境,具有很强的灵活性并易于扩展。

易操作:采用一体化的操作台,集成监控屏幕、传感器、执行器件、跳线、开关、监控仪表、串口插槽等;并采用可视化的监控软件,界面友好,操作简便。

真正的“透明”教学:通过直观和形象的应用场景,使学生可以直接体会物联网的应用场景;开放产品设计的软硬件资源,同时配套详细的教学试验文档,让学生以工程开发形式学习原理知识,融会贯通各个学科的知识,达到真正的学以致用。

3 体系结构与功能(System structure and function)

这里以智能家居为例说明系统体系结构、功能和开发。

3.1 智能家居应用系统体系结构

智能家居是一个居住环境,是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境,实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。系统采用无线传感网络技术实现对家中温度、湿度、光照等环境参数的检测,以及通过烟雾、人体感应的感知设备实现家庭的安防、消防等功能。智能家居系统的体系结构如图1所示。

3.2 智能家居应用系统功能

通过Zig Bee协调器和传感控制节点组成无线网络,实现智能家居应用中包括安防、环境监测、家电控制、远程控制、窗帘控制、网络摄像等功能,具体包括:

(1)环境监测:采集室内温度、湿度和光照度,并实时显示。

(2)安防:实现燃气与烟雾探测、入侵探测、门窗防撬,紧急求助报警等功能,并将采集的数据传输到服务器。

(3)家电控制:模拟空调、彩电、灯光、排风扇等,并可实现远程控制。

(4)网络摄像:可远程查看家中情况。

(5)逻辑控制:可定义各种控制逻辑,实现对家中设备的自动控制,如超高设定的温度自动打开空调、卫生间湿度过大自动打开排风扇等。

(6)远程控制:可通过手机、笔记本等通过Internet实现远程监控。

(7)情景模式控制:可设置各种情景模式,如离家模式、睡眠模式、起床模式等,实现对家中设备的组合一键式控制。

4 详细设计(Detail design)

物联网实验操作台根据物联网技术的实验内容和应用系统的特点定制,它不仅美观实用、具有较好的展示效果,并且提供丰富、完善的实验操作环境,方便学生的实验操作以及实验室的管理。同时,采用模块化的设计模式,模拟各种物联网在不同行业的典型应用、可以根据实际需求选配各种模块组建具有行业特色的物联网工程实验室。在设计过程中,我们把整个物联网实训平台分为基础控制区、智能家居模拟应用模块、温室大棚模拟应用模块、智能货架模拟应用模块等部分组成。各个组成部分参数与功能如表1所示。

基础控制区:物联网实训操作台基础控制区,集成了多种传感器和输出控制设备,学生利用Zig Bee协调器、路由器、传感控制节点板,GPRS、Wi Fi和蓝牙传感控制节点板,采用多种无线技术完成环境数据采集和控制实验,组网实验,同时也可以进行组合创新实验。

智能家居模拟应用模块:物联网智能家居模拟应用模块实现家居环境监测、智能家电自动控制、安防系统与报警、远程监控等功能。通过Zig Bee协调器和传感控制节点组成无线网络,采集室内温度、湿度和光照度,实现燃气与烟雾探测、入侵探测、门窗防撬,紧急求助报警等功能,并将采集的数据传输到服务器,对模拟的家电设备进行控制功能。

智能温室大棚模拟应用模块:采用无线传感网络技术,可定时采集空气温度、空气湿度、CO2浓度、光照强度,土壤温度和水分等,来获得作物生长的最佳条件,通过自动调节温室环境、实现温室集约化、网络化远程管理。利用Zig Bee协调器,通过传感控制节点将环境监测数据传输到服务器,并以图表方式显示给用户,当监测数据出现异常时,可利用软件网络实现对温室设备(温、光、气、水等)的自动控制。

智能货架管理系统:物联网实训操作台包含了一个RFID智能货架,它由RFID高频读写器、天线多路器和若干平板天线构成,货架内嵌的平板天线采用水平方式放置,平放于每层货架的底部,每层货架放置一组数码管输出,用于显示当前该层货架商品的数量。将基础实验中使用的每个设备当作货品,在其底部贴上电子标签(写入货品信息),平放于货架的天线上,保证能够读取到货品信息。智能货架管理系统的功能包括:货物盘点、货物位置查询等功能。

5 结论(Conclusion)

物联网专业实训平台采用了系统化与模块化的设计,既可以进行专项实验又可以进行综合实验。专项实验主要用于Zig Bee基本组网与参数读写实验、Zig Bee传感数据采集与控制实验、蓝牙无线传感网实验、Wi Fi无线传感网实验、GPRS无线传感网实验、RFID射频识别基础与应用实验等实验,综合实验主要用于Zig Bee智能家居模拟应用开发、Zig Bee温室大棚模拟应用开发等实验。该实训平台服务于RFID技术应用与实践、无线传感网应用与实践、物联网案例综合实践、物联网信息系统应用与实践和物联网课程综合实践等课程。通过实训平台在物联网专业系统课程实施后,提炼了实训教学内容,改变了实训教学方式方法,得到师生广泛认可,实施效果显著,培养了学生物联网技术实战化应用和项目开发能力。

物联网工程及网络平台 篇2

摘 要

物联网，是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，是一个全新的技术领域，给IT和通信带来了广阔的新市场。积极发展物联网技术，尽快扩展其应用领域，尽快使其投入到生产、生活中去，将具有重要意义。

ZigBee无线通信技术是一种新兴的短距离无线通信技术，具有低功耗、低速率、低时延等特性，具有强大的组网能力与超大的网络容量，可以广泛应用在消费电子品、家居与楼宇自动化、工业控制、医疗设备等领域。由于其独有的特性，ZigBee无线技术也是无线传感器网络的首选技术，具有广阔的发展前景。ZigBee协议标准采用开放系统接口(051)分层结构，其中物理层和媒体接入层由IEEE802.15.4工作小组制定，而网络层，安全层和应用框架层由ZigBee联盟制定。

本文首先从概念、技术架构、关键技术和应用领域介绍了物联网的相关知识，然后着重介绍了基于ZigBee的无线传感器网络，其中包括无线传感网简介、ZigBee技术概述和基于ZigBee的无线组网技术。

关键词：物联网；ZigBee；无线传感器网络

物联网简介

物联网概念

“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。

最简洁明了的定义：物联网(Internet of Things)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。

技术架构

从技术架构上来看，物联网一般可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层是物联网的皮肤和五官-用于识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等，主要功能是识别物体、采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用类似。感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题。它首先通过传感器、数码相机等设备，采集外部物理世界的数据，然后通过RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等短距离传输技术传递数据。感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离无线通信技术等。

网络层是物联网的神经中枢和大脑-用于传递信息和处理信息。网络层包括通信网与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。网络层解决的是传输和预处理感知层所获得数据的问题。这些数据可以通过移动通信网、互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等进行传输。特别是在三网融合后，有线电视网也能承担物联网网络层的功能，有利于物联网的加快推进。网络层所需要的关键技术包括长距离有线和无线通信技术、网络技术等。应用层是物联网的“社会分工”-结合行业需求，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，结合行业需求实现行业智能化，这类似于人的社会分工。

应用层解决的是信息处理和人机交互的问题。网络层传输而来的数据在这一层进入各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人进行交互。这一层也可按形态直观地划分为两个子层。一个是应用程序层，进行数据处理，它涵盖了国民经济和社会的每一领域，包括电力、医疗、银行、交通、环保、物流、工业、农业、城市管理、家居生活等，其功能可包括支付、监控、安保、定位、盘点、预测等，可用于政府、企业、社会组织、家庭、个人等。这正是物联网作为深度信息化的重要体现。另一个是终端设备层，提供人机接口。物联网虽然是“物物相连的网”，但最终是要以人为本的，还是需要人的操作与控制，不过这里的人机界面已远远超出现时人与计算机交互的概念，而是泛指与应用程序相连的各种设备与人的交互。图1为物联网网络构架。

图1 物联网网络构架

关键技术

一、感知层

    传感器技术：感知物资信息 RFID技术：智能识别

微机电系统（MEMS）：采集信息 GPS/GIS技术：全球定位/地理信息系统

二、网络层

   无线传感器网络（WSN）技术

Wi-Fi（Wireless Fidelity,无线保真技术）

通信网、互联网、3G网络、IPV6（让世界的第一粒都拥有一个IP地址）

 GPRS网络（基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接）



三、应用层

      企业资源计划（ERP：Enterprise Resource Planning）专家系统（Expert System)

云计算（Cloud Computing）系统集成（System Integrate）行业应用（Industry Application）资源打包（Resource Package）

广电网络、NGB（下一代广播电视网）

应用领域

1.城市市政管理应用 2.农业园林 3.医疗保健 4.智能楼宇 5.交通运输

图2为物联网网络架构及物联网应用领域。

图2 物联网网络架构及物联网应用领域

基于ZigBee的无线传感器网络

物联网组网采用分层的通信系统架构，包括感知延伸系统、传输系统、业务运营管理系统和各种应用，在不同的层次上支持不同的通信协议。

无线传传感器网络简介

电系统（MEMS)、片上系统（SOC）、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展,孕育出无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。它的英文是Wireless Sensor Network, 简称WSN。大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。在这个定义中，传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能，而这正对应着现代信息技术的三大基础技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。

无线传感器网络(wireless sensor networks，WSN)是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信和分布式信息处理等技术，能够通过各类集成化的微型传感器协同完成对各种环境或监测对象的信息的实时监测、感知和采集，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会这三元世界的连通。

所谓无线传感器网络由大量部署在目标区域内的，具备感知、无线通信与计算能力的微小传感器节点所构成的分布式网络系统。传感器网络节点的组成和功能包括如下四个基本单元：传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统以及节点应用程序等组成)、通信单元(由无线通信模块组成)、以及供电单元(电池、太阳能或其他方式)。传感器网络可以根据当时的情况通过自组织方式构成动态的网络拓扑结构。传感器网络节点间一般采用多跳的无线通信方式进行通信。传感器网络可以在独立的环境下运行，也可以通过网关连接到互联网，使用户可以远程访问。

无线网络技术按照传输范围来划分，可以分为无线广域网（WWAN），无线城域网（WMAN），无线局域网（WLAN）和无线个人域网（WPAN）。其中的无线个人域网就是所谓的短距离无线网络，各种短距离无线传输技术层出不穷：蓝牙（Bluetooth）、ZigBee、Wi-Fi、无线USB，无载波通信技术（UWB）等, 其中蓝牙（Bluetooth）、UWB和ZigBee是最受产业界关注的三种标准。Bluetooth虽然成本低，成熟度高，具有多种规范，但是其传输距离有限，仅为10米，只能组成最多8个节点的星状网，电池也仅能维持数周。UWB虽然可以实现高达几百Mbps的传输速率，但是其覆盖距离仅为10米，这决定了它主要被用作消费产品中的视频和高速数据解决方案，目前UWB没有网状网络能力。Wi-Fi虽然传输速度可以达到11Mbps，传输距离达到100米，但是其价格相对教昂贵，且功耗大，组网能力差。ZigBee技术专注于低成本，低功耗和低速率的无线通信市场，因此非常适合应用于物联网无线传感器网络中来。

ZigBee技术概述

ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。ZigBee协议规范使用了IEEE 802.15.4定义的物理层(PHY)和媒体介质访问层(MAC)，并在此基础上定义了网络层(NWK)和应用层(APL)架构。

基于ZigBee技术的无线传感器网络应用在ZigBee联盟和IEEE 802.15.4组织的推动下，结合其他无线技术可以实现无所不在的网络。它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域具有极高的应用价值，而且在未来其应用更将扩展到涉及人类日常生活和社会生产活动的所有领域。IEEE 802.15.4标准 1.物理层(PHY)规范

物理层定义了物理无线信道和与 MAC 层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务是从无线物理信道上收发数据，物理层管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。物理层功能相对简单，主要是在硬件驱动程序的基础上，实现数据传输和物理信道的管理。数据传输包括数据的发送和接收；管理服务包括信道能量监测(energy detect，ED)，链接质量指示(Link quality indication，LQI)和空闲信道评估(clear channel assessment,CCA)等。2.媒体介质访问层(MAC)规范

MAC 层提供两种服务：MAC层数据服务和 MAC 层管理服务。前者保证 MAC 协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发，而后者从事 MAC层的管理活动，并维护一个信息数据库。

MAC 层的主要功能包括如下7个方面：

1.网络协调者产生并发送信标帧(beacon)；

2.设备与信标同步；

3.支持RAN 网络的关联(association)和取消关联(disassociation)操作 4.为设备的安全性提供支持；

5.信道接入方式采用免冲突载波检测多路访问(CSMA-CA)机制；

6.处理和维护保护时隙(GTS)机制；

7.在两个对等的 MAC 实体之间提供一个可靠的通信链路。ZigBee技术简介

ZigBee 协议标准采用分层结构，每一层为上层提供一系列特殊的服务：数据实体提供数据传输服务；管理实体则提供所有其他的服务。所有的服务实体都通过服务接人点 SAP 为上层提供接口，每个 SAP 都支持一定数量的服务原语来实现所需的功能。ZigBee 标准的分层架构是在OSI 七层模型的基础上根据市场和应用的实际需要定义的。其中 IEEE 802.15.4—2003 标准定义了底层协议：物理层(physical layer，PHY)和媒体访问控制层(medium access control sub—layer，MAC)。ZigBee 联盟在此基础上定义了网络层(network layer,NWK)，应用层(application layer，APL)架构。在应用层内提供了应用支持子层(application support sub—layer，APS)和 ZigBee 设备对象(ZigBee device object，ZDO)。应用框架中则加入了用户自定义的应用对象。ZigBee 协议的体系结构如图3所示。

图3 ZigBee 协议体系结构

ZigBee 的网络层采用基于 Ad Hoc 的路由协议，除了具有通用的网络层功能外，还应该与底层的 IEEE 802.15.4标准一样功耗小，同时要实现网络的自组织和自维护，以最大限度方便消费者使用，降低网络的维护成本。应用支持子层把不同的应用映射到 ZigBee网络上，主要包括安全属性设置、业务发现、设备发现和多个业务数据流的汇聚等功能。1.网络层(NWK)规范

网络层负责拓扑结构的建立和维护网络连接，主要功能包括设备连接和断开网络时所采用的机制，以及在帧信息传输过程中所采用的安全性机制。此外，还包括设备的路由发现和路由维护和转交。并且，网络层完成对一跳(one—hop)邻居设备的发现和相关结点信息的存储。一个ZigBee协调器创建一个新网络，为新加入的设备分配短地址等。并且，网络层还提供一些必要的函数，确保ZigBee的 MAC 层正常工作，并且为应用层提供合适的服务接口。2.应用层(APL)规范

在ZigBee协议中应用层是由应用支持子层、ZigBee 设备配置层和用户应用程序来组成的。应用层提供高级协议栈管理功能，用户应用程序由各制造商自己来规定，它使用应用层来管理协议栈。3.应用支持子层(APS)APS 子层通过 ZigBee 设备对象(ZD0)和制造商定义的应用对象所用到的一系列服务来为网络层和应用层提供接口。APS 子层所提供的服务由数据服务实体(APSDE)和管理服务实体(APSME)来实现。APSDE通过数据服务实体访问点(APSDE—SAP)来提供数据传输服务。APSME 通过管理服务实体访问点(APSME—SAP)来提供管理服务，它还负责对 APS 信息数据库(AIB)的维护工作。

基于ZigBee的无线组网技术

ZigBee网络体系

ZigBee网络中存在两种功能类型的设备，三种节点类型，三种拓扑结构及两种工作模式。

● 功能类型

ZigBee网络含全功能设备FFD（Full Function Device）和精简功能设备RFD（Reduced Function Device）两种功能类型的设备。全功能器件拥有完整的协议功能，在网络中可以作为协调器（Coordinator）、路由器（Router）和普通节点（Device）而存在。而精简功能器件旨在实现最简单的协议功能而设计，只能作为普通节点存在于网络中。全功能器件可以与精简功能器件或其他的全功能器件通信，而精简功能器件只能与全功能器件通信，精简功能器件之间不能直接通信。ZigBee网络要求至少有一个全功能设备作为网络协调器。

● 节点类型

ZigBee网络包含三种类型的节点，即协调器ZC（ZigBee Coordinator）、路由器ZR（ZigBee Router）和终端设备ZE（ZigBee EndDevice），其中协调器和路由器均为全功能设备（FFD），而终端设备选用精简功能设备（RFD）。

协调器：一个ZigBee网络PAN（Personal Area Network）有且仅有一个协调器，该设备负责启动网络，配置网络成员地址，维护网络，维护节点的绑定关系表等，需要最多的存储空间和计算能力。

路由器：主要实现扩展网络及路由消息的功能。扩展网络，即作为网络中的潜在父节点，允许更多的设备接入网络。路由节点只有在树状网络和网状网络中存在。

终端设备：不具备成为父节点或路由器的能力，一般作为网络的边缘设备，负责与实际的监控对象相连，这种设备只与自己的父节点主动通讯，具体的信息路由则全部交由其父节点及网络中具有路由功能的协调器和路由器完成。

● 拓扑结构

ZigBee网络支持星状网（Star Network），树状网（Cluster tree Network）和网状网（Mesh Network）三种网络拓扑结构如图2-1所示，依次是星状网络，树状网络和网状网络，在图4中的C表示PAN协调器，F表示全功能设备，R表示精简功能设备。

图4 星状网、树状网和网状网三种拓扑结构

星形网（Star）是由一个ZigBee协调器和一个或多个ZigBee终端节点组成的。ZigBee协调器必须是FFD，它位于网络的中心，负责发起建立和维护整个网络，其它的节点（终端节点）一般为RFD，也可以为FFD，它们分布在ZigBee协调器的覆盖范围内，直接与ZigBee协调器进行通信。星形网的控制和同步都比较简单，通常用于节点数量较少的场合。星型网络拓扑的最大优点是结构简单，无需其他路由信息，一切数据包均通过ZigBee协调器。其缺点是限制了无线网络的覆盖范围，很难实现高密度地扩展，最多支持两跳网络，适用于小型网络。目前为止，星形拓扑是最常见的网络配置结构，被大量应用在远程监测和控制终端设备的通信。

网络协调器要为网络选择一个唯一的标识符，所有该星型网络中的设备都是用这个标识符来规定自己的属主关系。不同星型网络之间的设备通过设置专门的网关完成相互通信。选择一个标识符后，网络协调器就允许其他设备加入自己的网络，并为这些设备转发数据分组。星型网络中的两个设备如果需要互相通信，都是先把各自的数据包发送给网络协调器，然后由网络协调器转发给对方。

树状网络（Cluster tree Network）由一个协调器和一个或多个星状结构连接而成，枝干末端的叶子节点一般为RFD，设备除了能与自己的父节点或子节点进行点对点直接通讯外，其他只能通过树状路由完成数据和控制信息的传输。ZigBee 协调器比网络中的其它路由器具有更强人的处理能力和存储空间。树状网络的一个显著优点就是它的网络覆盖范围较大，但随着覆盖范围的增加，信息的传输时延也会增大。

在建立树状网络时，ZigBee协调器建立网络后，先选择网络标识符，将自己的短地址设置为0，然后向它邻近的设备发送信标，接受其他设备的连接，形成树的第一级，此时ZigBee协调器与这些设备之间形成父子关系。与ZigBee协调器建立连接的设备都分配了一个16位的网络短地址。如果以终端设备的身份与网络连接，则ZigBee协调器分配一个唯一的16位网络地址；如果以路由器的身份与网络连接，则协调器会为它分配一个地址块（包含有若干16位短地址）。路由器根据它接收到的协调器信标的信息，配置并发送它自己的信标，允许其他的设备与自己建立连接，成为其子设备。由此可见，路由器转发消息时通过计算与目标设备的关系，从而决定向自己的父节点转发还是某个子节点转发。

网状网络（Mesh Network）一般是由若干个FFD连接在一起组成骨干网，它们之间是完全的对等通信，每个节点都可以与它的无线通信范围内的其它节点通信，即允许网络中所有具有路由功能的节点直接互连。但它们中也有一个会被推荐为ZigBee协调器。网状网络是树状网络基础上实现的，与树状网络不同的是，它是由路由器中的路由表配合来实现数据的网状路由的。Mesh网是一种高可靠性网络，具有“自恢复”能力，它可为传输的数据包提供多条路径，一旦一条路径出现故障，则存在另一条或多条路径可供选择，但正是由于两个节点之间存在多条路径，它也是一种“高冗余”的网络。该拓扑的优点是减少了消息延时、增强了可靠性，缺点是需要更多的存储空间开销。

● 工作模式

ZigBee网络的工作模式可以分为信标模式和非信标模式两种。信标模式可以实现网络中所有设备的同步工作和同步休眠，以达到最大限度地节省功耗，而非信标模式只允许ZE进行周期性休眠，ZC和所有ZR设备长期处于工作状态。

在信标模式下，ZC负责以一定的间隔时间（一般在15ms-4mins之间）向网络广播信标帧，两个信标帧发送间隔之间有16个相同的时槽，这些时槽分为网络休眠区和网络活动区两个部分，消息只能在网络活动区的各个时槽内发送。

非信标模式下，ZigBee标准采用父节点为ZE子节点缓存数据，ZE主动向其父节点提取数据的机制，实现ZE的周期性（周期可设置）休眠。网络中所有的父节点需要为自己的ZE子节点缓存数据帧，所有ZE子节点的大多数时间都处于休眠状态，周期性的醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中，并向父节点提取数据，其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要15ms。

简单的概括为：两种设备，三种节点类型，三种拓扑结构及两种工作模式。1.全功能设备FFD，精简功能设备RFD 2.协调器，路由器，终端设备

3.星状网，树状网，网状网

4.信标模式 ,非信标模式(信标模式可以实现网络中所有设备的同步工作和同步休眠，以达到最大限度地节省功耗；而非信标模式只允许ZE进行周期性休眠，ZC和所有ZR设备长期处于工作状态)。

图5为基于ZigBee的无线传感器网络在物联网中的应用。

凌空网络:物联网运营商 篇3

设想一个场景，你去外地出差或旅游，进入一个酒店，你的手机可以与酒店中布下的信息发射器实现数据信息交换，随时接收传感器传来的各种信息：旅游出行、周边消费娱乐场所的信息等，对于在陌生城市的人来说，这是颇有价值的实用信息，事实上这也是凌空网络目前正在做的业务。

世博会期间，上海旅客激增，带动酒店等行业的业务增长，而在上海、江苏无锡等旅游局的推动下，凌空网络的信息发射器也正在进入当地的星级酒店，只要将传感器插上电脑上的USB接口，即可接收各种实用信息。“我们提供的信息都是实时的，不像互联网上的信息都是历史信息，对于旅客，尤其是国外旅客而言，很有用。”徐蔚说。目前，酒店里的传感器终端都是租用的，凌空网络不管酒店对旅客收取多少租金，它每天可以从酒店获得20元的分成， “对于星级酒店的旅客而言，20元并不是一个敏感的数字。”

徐蔚的长期目标是希望凌空网络可以成为物联网的运营商，而这也是中国电信等运营商的发展计划，IBM“智慧地球”等计划其实也是将人与城市连接为一个可以随时随地无线无缝交流的整体。据徐蔚透露，目前也有运营商计划采用其技术，但是否与运营商台作，仍在探讨之中，因为如果与运营商合作，则必然是以运营商作为主导，这并不是徐蔚所希望的。

徐蔚曾在日本公司工作多年，也曾做到日本公司的高层，2006年创办凌空网络，并开发出“感动芯”技术，很h央与MTK、天宇朗通、斯凯等公司合作，将“感动芯”技术应用于国产手机上。

简单来说，可以将“感动芯”理解为一个传感器模块，基于这个模块，可以开发出各种有趣的应用，比如将二轴的传感器装在手机上，根据你的动作可以开发出求签算命的应用，放在摄像头上，则可以做成“变色龙”的应用等，徐蔚介绍说。2007年，凌空发起成立凌空网“感动芯”手机产业联盟，希望更多的手机厂商采用这一技术，目前有四十多家厂商加入了这个联盟，已经推出近50款动感手机游戏。

物联网工程及网络平台 篇4

当前,各大IT行业都使出浑身解数迎接物联网这股革命浪潮。为适应市场需求,各大高校纷纷开设物联网工程专业。2010年以来,北京理工大学、江南大学等37所高校纷纷增设了该专业,笔者所在学校2014年开设了该专业。为培养物联网技术专业人才,部分高校与企业开展了物联网专业校企合作。2016年3月5日,第十二届全国人民代表大会第四次会议上已明确将大数据、云计算、物联网纳入十三五规划中。对通信工程来说,物联网是引领通信发展的核心动力;对于大数据和云计算来说,物联网是启动大数据和云计算的基石。

《物联网工程导论》是物联网工程专业的入门课程,深入把握该课程有利于后续专业课程学习,提升教学效果。

1 课程特点及教学中存在的主要问题

1.1 物联网工程导论课程特点

《物联网工程导论》课程内容非常丰富,整合了计算机专业和通信类专业的知识,涉及物联网各领域,内容从物联网产生背景、概念、特点、现实与困境,到物联网信息生成的感知识别层、信息传输的网络构建层、信息处理并赋予智慧的管理服务层以及综合应用层等[1,2,3]。

物联网是知识密集型技术产业,涉及的技术有:无线传感器网络、无源感知、物联网体系、复杂环境低功耗通信、自组织网络、软件和服务及算法、云计算、高度集成和低功耗低成本的硬件技术、数据和信号处理、发现与搜索引擎技术、关系网络管理、高能量密度电池、能量富集、无线充电的电源与能量存储、安全与隐私、标准化等。除需了解这些技术外,物联网专业学生还必须能够应用WiFi、zigbee、RFID等设备组建无线传感网络,利用ARM Cortex-M3的STM32单片机和ARM Cortex-A8网关的嵌入式系统解决实际问题,能够从事智慧教室、智能交通、智能医疗和智能家居等行业相关应用系统开发和管理工作。物联网专业概念多且抽象、知识点杂。《物联网工程导论》课程学习效果直接影响学生专业学习兴趣及实际操作技能的培养。

1.2 课程教学中存在的问题

笔者自2014以来,曾在西北大学进修物联网工程专业,先后参加台湾陵阳公司的物联网专业培训及北京北科融创和广州飞瑞敖公司的实地考察学习。结合对物联网专业知识的系统学习和教学实践,总结该课程教学中存在的主要问题如下:(1)物联网技术发展非常快,其软件和硬件更新速度快,新概念、新理论和新技术层出不穷,教材内容往往滞后于实践发展,导致教育和应用相脱节;(2)教学基础较薄弱,师资力量匮乏,在制定教学计划时,专业课程安排受到限制,经常出现因人设课的局面,对学科长远建设不利。

作为先导课程,《物联网工程导论》涵盖物联网的概念、架构、技术、标准和商业模式。为进一步丰富课程内容和提高课程教学质量,本文结合网络资源利用对该课程进行教学方法改革,以提高学生实践能力。

2 利用网络资源丰富课程内容

2.1 利用网络在线影视资源激发学生学习兴趣

利用在线影视资源丰富、拓展教学内容。适时补充最新的相关参考资料及技术动态,为学生提供最新的领域知识。比如讲完第一章物联网概述后,可以推荐学生课后观看物联网“萌芽片”《大战皇家赌场》、物联网“雏形的”《豚鼠特工队》和物联网“宣传片”《阿凡达》[2,3,4]。《大战皇家赌场》形象描绘了RFID芯片植入身份识别装置后,可以准确无误地识别身份信息;《豚鼠特工队》展示了智能微型芯片被植入日常生活各种物品中的情形;《阿凡达》中潘多拉星球上浮动的圣树种子就是一种能自动感知的传感器,这些传感器组成了无线传感器网络,活灵活现地展示了IBM的“智慧地球”。通过这些影视资源既丰富了学生的课余生活,也更加形象地还原了物联网的真实应用,使学生对晦涩难懂的概念及技术的应用更加清晰,从而激发学生的学习兴趣。

2.2 利用网络图片展示物联网产品

物联网相关产品非常多,可利用网络图片展示专业课程所涉及的最新产品,并对其进行讲解,提供最新知识、最新信息,充实教学内容。比如讲解RFID时,可利用搜索、查找RFID标签、天线和阅读器,还有阅读器和标签之间的反射反向散射机理和电磁场在空中的铰链过程等。同样,可查找zigbee图片,了解zigbee产品、网络结构图、协议栈、模块原理图等。结合网络图片,通过详细讲解帮助学生理解相关技术,了解物联网产品及发展前沿热点问题,从而增强教学的生动性,增强学生学习后续课程学习的好奇心和信心。

2.3 利用网络社交软件拓展学生创新思维能力

该课程教学中,需启发、引导学生积极思考,创造师生讨论互动氛围,引导学生积极参与讨论,培养学生的创新思维能力。比如在讲授定位系统时,可尝试引导学生讨论:在没有手机之前,外出旅游、购物、逛街需要做哪些前期准备?在物联网时代又有哪些变化?进而引出在线数字地图、汽车导航系统、车联网等;无穷无尽的位置服务衍生了碎片化服务;列举学生熟悉的社交软件,比如微信摇一摇等。云计算和定位导航相结合催生了移动位置服务,可向学生引荐苹果公司开发的星空漫步star walker软件,让学生体验云计算和定位技术带来的便利,激发学生学习热情,明确专业定位。

教师可充分利用QQ、微信、邮箱、微博等的社交软件与学生及时交流,及时了解学生学习动态和遇到的问题,为学生答疑解惑,实现线上线下沟通交流,弥补传统教学空间和时间的限制。

3 利用网络资源改进课堂教学方法

课堂教学是传授知识的主要方式,目的性强,有利于重点和难点把握,可“带着学”,理论联系实际应用“看着学”。通过制作课件,结合板书、现代多媒体技术和网络资源,尽量让课程内容丰富多彩,增强交互性。比如在讲解无线传感器网络中物理层介质访问控制的隐终端、暴露隐终端问题及其解决方案的四次握手机制(RTS、CTS、ACK和Data)[5]时,可以在课件中插入动画,抓住重点难点精讲,增强学生的感性认识。在讲解传感器前,教师可布置有关传感器发展趋势及类型、手机中所集成的传感器及其功能等题目给学生,学生通过网络查找资料,丰富专业知识,引导学生课前预习,课堂上带着问题听讲,课后归纳总结,强化对知识点的把握。

4 结语

充分利用网络资源更新课程内容和改进课堂教学方法,加强实践教学,可极大地提高学生学习兴趣。同时,培养学生开动脑筋发现问题、及时解决的能力,将课堂教学由课内延伸到课外,为提高实践能力打下扎实的基础。

摘要：针对《物联网工程导论》课程的特点,提出利用网络资源丰富课程内容和改进课堂教学方法 ,合理利用网络资源丰富学生获取知识的方法和途径,为深入学习和实践物联网提供参考。

关键词：网络资源,物联网工程导论,教学改革,RFID

参考文献

[1]刘云浩.物联网工程导论[M].北京:科学出版社,2015.

[2]郎为民.大话物联网[M].北京:人民邮电出版社,2011.

[3]余振亭,万丽莉.《物联网工程导论》课程教学方法研究[J].软件导刊,2014,13(8):187-188.

[4]肖敏,丁晓波,周学君,等.“物联网”本科专业建设探究[J].软件导刊2015,14(9):178-180.

物联网与移动网络协同发展的研究 篇5

【关键词】　物联网 移动网 全业务运营

物联网是通过在物品上嵌入电子标签、条形码等能够存储物体信息的标识，通过无线网络的方式将其即时信息发送到后台信息处理系统，而各大信息系统可互联形成一个庞大的网络，从而达到对物品进行实施跟踪、监控等智能化管理的目的。通俗来讲物联网可实现人与物之间的信息沟通。

1.物联网的体系架构

要构成一个巨大的感知网络，需要把所有具备信息传感功能的设备或物体互联，从而形成一个巨大的传感器智能网，最终达到全面感知、可靠传送、智能处理的综合功能。无线传感器网络作为终端感知网络，与移动通信网络相结合，将形成物与物，人与人，物与人的互联网络。跟据物联网的形成过程，可分为以下四个部分，分别为传感层、网络层、服务层、应用层。

1.1传感层

传感器负责联网信息的采集，是实现对现实世界感知的基础，是物联网服务和应用的基础。传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受与检出功能，并按照一定规律转换成与之对应的有用信号的元器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

传感器种类及品种繁多，原理也各式各样。根据被测量的性质，可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类，还可以按照用途、材料、输出信号类型、制造工艺等方式进行分类。随着纳米技术和微机电系统（MEMS）技术的应用，传感器尺寸的减小和精度的提高，也大大拓展了传感器的应用领域。物联网中的传感器节点通常由数据采集、数据处理、数据传输和电源构成。

近年来，随着生物科学、信息科学和材料科学的发展，传感器技术飞速发展。由于微电子技术和微机械加工技术发展，传感器有向微型化、多功能化，智能化和网络化方向发展的趋势。

1.2网络层

传感器的网络通信技术为物联网数据提供传送通道，网络层以无线或有线方式将传感层采集数据传到指定地点。网络层也是和移动网络紧密联系的部分。随着3G、4G无线技术的应用，传输带宽的丰富，加快了物联网的发展，也是物联网发展的必要基础。

目前移动运营商已经部署了覆盖广泛的无线和有线网络。无线网络包括2G的GPRS、EDGE。3G的WCDMA网络、TD-SCDMA及CDMA2000，4G的LTE网络。有线网络目前有XPON，PTN，IP-RAN，OTN等。无线网络的连续覆盖保证了物联网的接入，有线网络的覆盖保证了物联网数据的高速传输。

1.3服务层

物联网体系中服务层定义为一个统一的业务平台，由该层向上层的所有应用提供服务。服务层应具备如下特性：（1）　自主自治；（2）　自适应；（3）　智能感知；（4）　安全可信。根据以上特性要求，我们得到的物联网服务层架构如下图：

物联网服务层包括三大部分：业务接入和部署提供、业务管理支撑、业务平台门户。

1.3.1业务接入和部署提供

业务引擎层负责提取物联网中接入网络和终端的能力，再将这些基本业务能力封装成为独立的业务引擎向上层提供标准接口，以便进行二次开发和集成。物联网中典型的业务引擎包括电信网络中的基础数据业务和语音业务，无线传感网络提供的数据采集和位置服务等新型业务。

业务适配层根据用户特性对业务的内容、提供方式以及展现形式进行智能的动态自适应的改变，以匹配用户在特定时间、特定地点、特定场合、特定身份下的个性化需求。本层由多种智能的控制和决策的能力模块组成，如数据融合、上下文感知、服务质量管理等。

业务部署层基于部署工具和部署机制，负责建立业务原型、部署业务。为应用提供商的业务软件或业务逻辑分配基础能力引擎资源，确保用户能够最大限度的享受具体业务提供的服务，同时提供资源管理来帮助运营管理分布网上已部署的各种业务。

1.3.2业务管理支撑

业务管理支撑部分为整个业务平台的正常运转提供管理和运维能力。向最终用户提供业务运营和认证计费管理；向应用提供商提供业务统计管理；向第三方运营支持系统/商业支持系统提供开放接口和供能划分，以实现不同系统的整合，避免了重复建设。

1.3.3业务平台门户

业务平台门户是整个平台面向应用层和物联网运营商的唯一界面。为应用提供商提供业务信息查看和部署操作界面，为平台维护人员提供操作维护界面。

1.4　应用层

应用层包含各个领域里的各种应用需求和服务，可对不同的用户提供个性化服务，如平安城市、远程医疗、智能交通等。

2.物联网应用案例

数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互连方式进行通信及数据交换，实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”的一种服务。

数字家庭中有3個组成部分，家庭成员（人），家（包含住宅、家用电器、电脑等），交通工具，物联网（连接人、家、车的网络）。

应用1：智能监控，家庭成员可以通过网络监控住宅中的每个角落和家用电器，并能够摇控家电的运行，切断电源，并使用家庭电脑，完成数据传输。遥控开门等。需要在家用电器和门禁系统上安装智能传感器，家庭成员通过移动终端或计算机通过物联网触发智能传感器，完成操作。通过住宅中已安装的摄像头，监控住宅中的画面。并将家电的全部遥控装置合并，统一遥控。各种电器不需人员看守，可以智能服务。举例在用户下班之前使用移动终端通过运营商网络触发住宅中的热水器，烧水，并放水至浴缸，并通过水位监控和控制，在到家时可以使用。

应用2：交通工具的智能定位，便于家庭成员在需要的情况下了解其他成员的动态位置。

此应用中，用户仅需要提出应用层服务的个性化定制需求。其他部分由运营商通过个性化定制部署传感层，通过统一的网络层、服务层为用户提供个性化应用的服务。将人、物、网联系起来。

3.物联网建设的协同发展

移动公司利用现有的有线和无线传输网络完成物联网服务层的建设，如通过3G/4G的网络和有线网络，构成网络传输层，实现感知信息的上传以及应用信息的下达，结合移动运营商的业务运营支撑环境，构成物联网的网络层。运营商通过建设通一的服务层，通过“云计算”技术，建立一个庞大计算机共享网络，提供应用服务，即服务层。结合第三章的应用实例，移动公司利用现有的移动网络，提供短信触发的功能，利用现有移动网络的有限传输网，小区宽带，与统一的服务层连接，移动用户通过现有的无线网络与服务层对接。完成人、物、网有机结合。

浅谈物联网应用工程及检测 篇6

物联网系统如下图应划分为三层:感知延伸层、网络/业务层和应用层。

1 感知延伸层

主要实现物理世界信息的采集、自动识别和智能控制。

1.1 感知延伸层组成

感知延伸层部件:物联网终端、物联网端节点、感知延伸网、物联网接入网关等。

⑴物联网终端指信息获取功能模块与通信网络终端相连, 直接与通信网络发生交互的设备。物联网终端/接入网关应直接和网络/业务层相关功能实体进行注册、认证、鉴权、信息交互等。移动终端、RFID读写器是典型的代表。⑵物联网端节点是构成感知延伸层网络的传感器或者具有各种感知能力的设备, 通过物联网接入网关与通信网络相连。无线传感器节点是典型的物联网端节点。⑶感知延伸网位于物联网端节点与物联网接入网关之间, 通过有线或近距离无线通信技术实现感知延伸功能的网络, 主要是在现有网络基础上实现通信的进一步延伸, 使通信的覆盖区域和服务领域的得到扩展, 车载子网、家庭子网、区域自组织网是典型的感知延伸网。⑷物联网接入网关中继物联网端节点到物联网网络/业务层之间的连接, 感知延伸网可能通过多个物联网接入网关接入到物联网网络/业务层, 作为物联网端节点的代理, 应支持感知延伸网和核心网络之间的协议适配和转换、地址映射、数据转发等功能。物联网接入网关有多种类型, 如车载网关、企业网关、家庭网关等。

1.2 感知延伸层检测包括以下方面

⑴功能:适合性、准确性、互操作性、功能依成性等。⑵性能:存储能力、能耗、通信距离、抗干扰性 (大气环境 (温度、湿度、湿热、大气压、盐雾、太阳辐射、霉菌、淋雨、沙尘等) , 机械环境 (振动、冲击、碰撞、跌落) , 电磁环境 (辐射、传导、静电、浪涌、脉冲群、工频磁场、电压暂降、短时中断和电压变化、谐波等) 。⑶效率:时间特性, 资源利用, 效率依成性等。⑷安全可靠性:保密安全性、容错性、易恢复性、可靠依成性等。⑸易用性:易理解性、易操作性、易学性等。⑹兼容性:软件兼容性、硬件兼容性等。

2 网络/业务层

网络/业务层支撑感知层信息的传递、路由和控制, 为物联网人与物、物与物通信提供支撑.

2.1 网络/业务层组成

网络层部件:核心网络 (通信网/互联网/行业专网) 、物联网应用支撑管理平台

⑴物联网核心网络至少要提供网络连接能力, 用于支撑物联网信息的双向传递和控制。核心网络可提供短消息、数据通道、语音通道等多种通路传送物联网信息。应支撑物联网信息的双向传递和控制, 提供必要的网络控制、互联互通、移动性管理等功能。物联网核心网络可以具有多种网络形态, 可以是现有公众网络, 如移动网、固定网、互联网, 也可以是各种政府和企业等专用网络。如2G/3G/4G移动接入、x DSL/FTTX有线接入、宽带无线接入等。⑵物联网应用支撑管理平台向物联网应用提供一些共性的能力和支撑, 并提供开放的接口, 使应用可以接入和使用网络资源和能力。应对物联网应用提供物联网终端/接入网关、网络及业务的能力和资源, 提供对物联网信息的统一采集、处理、存储等能力, 并支持对大信息量的存储和处理。

2.2 网络/业务层检测包括以下方面

⑴功能:机房环境、接入网络、汇聚网络、核心网络、数据备份、文件共享、权限控制、网络服务、数据分析与管理等。⑵性能:吞吐量、时延、丢包率、带宽、连通性、协议一致性、并发事物量、负载均衡、响应时间等。⑶效率:系统资源占用率, 输入输出效率, 能耗比等。⑷安全可靠性:物理安全、数据安全、应用安全等。⑸兼容性:软件兼容性、硬件兼容性、平台兼容性、接口兼容性等。

3 应用层

⑴应用层包含各种具体物联网应用, 既有公众服务, 也有行业服务, 行业服务可以是面向公众的行业公众服务, 也可以是满足行业内部特定应用需求的行业专用服务。其中公众服务是面向公众普遍需求提供的基础服务, 如智能家居、移动支付等。行业专用服务通常是面向行业自身特有的需要, 面向行业内部提供的服务, 如智能电网、智能交通、智能环境等;其中部分行业服务也可以面向公众提供, 如智能交通, 称为行业公众服务。⑵应用层检测包括以下方面。功能:软件评测、准确、可识别、可执行、可维护性、可扩展性、自动升级能力、文档需求等。效率:响应时间、资源占利用率等。安全可靠性:成熟性、易恢复性、数据保护、容错性、安全机制等。易用性:易理解性、报错提醒、输入输出界面和形式清晰、易学习等。兼容性:软件兼容性、硬件兼容性、数据格式兼容性、易安装性、对平台和系统加以验证和支持。文档:完备性、准确性、一致性、易理解性、易学性、可操作性。

4 工程初检测要求

在运行开通前, 进行初检, 用以检验主要系统和相关设备是否符合运转要求。初检应在系统调测后进行。

初验项目应至少包括下列项目。

⑴设备硬件检测:前端感知设备的检测、网络设备的检测、服务器设备的检测、存储设备的检测等。⑵终端管理功能测试:终端注册功能测试、终端注销功能测试、终端状态监测功能测试、终端故障管理功能测试、终端参数配置功能测试、终端远程控制功能测试、终端信息查询功能测试。⑶务处理功能测试:业务数据转发功能测试、业务路由寻址功能测试、协议适配功能测试、Qo S执行功能测试。

⑷接口管理功能测试。终端接入功能测试、应用接入功能测试、管理支撑接口功能测试、能力调用接口功能测试。⑸性能测试:系统支持终端连接数量性能测试、系统响应时间性能测试、系统路由转发时间性能测试。⑹安全及冗余测试。测试系统防病毒、防攻击的功能和性能、对于有冗余的设备功能模块测试系统能否实现主备自动倒换, 并正常提供业务、对于有冗余的系统节点, 测试系统能否实现节点间冗余保护机制的自动倒换, 并正常提供业务。对于网络中的主备链路, 测试系统能否实现主备自动倒换, 并正常提供业务。

5 试运转及竣工检测

⑴试运转期间的日常统计数据是竣工验收测试的主要依据;⑵验证主要指标和性能是否达到工程设计文件及技术规范书中的规定。

摘要：物联网应用涵盖了交通、电力、水利、环保、物流、农业、金融、智能家居等多个领域, 目前仍处在发展阶段, 未形成成熟的技术标准, 本标文从物联网的三个分层为切入点, 讲述物联网应用工程及检测要点。

关键词：物联网,应用工程,检测

参考文献

[1]ITU-T Y.2063-2012 Framework of web of things.

[2]ITU-T Y.2060-2012 Overview of internet of things.

[3]刘海涛.《物联网技术应用》.机械工业出版社.

物联网工程及网络平台 篇7

一、物联网公共服务平台建设思路及其内容概要

坚持创新驱动、技术突破、产业同步、应用牵引等发展思路是物联网公共服务平台建设中所要求的总体思路。创新技术是其着力点, 应用牵引是其切入点, 标准研制是其突破点, 拓宽了市场部分的应用空间, 优化环境的同时也使得发展的环境得以优化。物联网的公共服务平台建设是基于通信运营商的网络上的, 进而结合自身的研发产品和传输技术, 造就出一个信息资源管理和交换的服务平台, 大致从以下几个层面构建出三大保障系统的平台体系。

1. 信息资源的平台。

此平台通常用来进行信息的交换和服务, 其中包括了交换与共享, 继承与分析, 统一信息。这使得主题数据库在资源整合和基础数据库的技术支持下实现信息共享的强大服务功能。

2. 构建三大保障系统。

建设运营服务的相关保障、信息安全保障以及物联网规范保障等体系来确保公共服务平台的有序运作。

3. 建设技术支持。

构建技术支持包括八个层面, 分别包括了:网络平台层、交换平台层、软硬件支撑层、数据资源层、综合应用层、应用展示层、应用接口层、保障体系层。

二、平台设计方案

物联网通过依靠通信运营商的宽带固网, 充分利用移动数据网络和相关设备, 实现对物联网操作对象与控制中心之间的灵活应用的组织网络。这确保了现实生活中, 行业数据传输信息的采集、传输、分析、处理以及反馈。提高了资料数据的实时性和灵活性。物联网中的信息都是用认证技术和数据安全技术使得信息安全化。然而要达到这一目标就必须建立一套完善的安全认证、识别、授权的流程体系。例如:统一规划和制定一系列安全措施的标准;应用物联网特有的后台监控系统流程等一系列手段确保信息安全;拟定相关的法案或是协定防止信息的泄露。通过一系列的规范约束管理者与使用者, 提高管理的安全性。

三、物联网公共服务平台在现实中的应用

1. 在现代物流中的应用。

目前, 物联网服务平台在物流行业中推出了GPS导航、智能物流、GPSONE定位、移动销售和配送管理等一系列的服务方式, 物流行业是物联网服务平台运用最为广泛的行业。

2. 在电力行业的应用。

电力站的工作人员使用物联网的公共应用平台进行一系列精确的定位, 如:同步分配器, 系统标签, 定位技术, 阅读器, 天线和服务平台的组成等等。由标签发射信号, 再由接收器接受信号后识别信号并记录下到达的时间, 进一步传递给同步器进行数据分析同步, 解析出确切的到达时间差, 然后将这个信号与其他信号强度等数据一同打包发送给服务器进行更进一步的处理, 最后就可以计算出标签所处的精确位置以及其运动轨迹如何。标签的识别号都是独一无二的, 这也是为什么系统指导每个标签在不同时间的位置以及其运动轨迹的原因。

3. 在农业上的应用。

在农业中, 主要用于检测农业生产标准化的系统。将农业生产中最关键的几个要素:温度、湿度、二氧化碳的具体含量、突然温度和含水率等相关数据信息的及时更新和实时采集, 利用物联网的公共平台通过短信, web或者wap的方式实时监控农业生产的各种信息。 (下转17页) (上接20页)

4. 在军事领域的应用。

在军事领域中物联网的应用非常广泛, 在战场的建设、指挥、搜救、后勤保障、国防动员等一系列工作方面都有着不容小觑的作用。

5. 在城市中电梯安防管理的系统应用。

城市的电梯安防管理系统是以GIS和LBS平台为基础的, 它是由政府相关部门利用物联网公共平台建设而成的, 对城市中所有的特殊设备进行管理和监控的一个平台。城市中的所有电梯等安防管理设备都通过无线覆盖技术进行网络连接, 以便政府部门和电梯厂商、电梯保修企业、电梯使用单位对电梯产品的具体资料和运行情况有一个非常清晰的掌控, 这对于电梯的安全管理来说是有百利无一害的。

6. 在城乡管理中的应用。

这是利用物联网技术对城市的环境、安防以及资源管理进行管理监控。提高了监管部门对于被管理对象信息采集的效率, 强化该部门传输信息、处理信息、分析信息和反馈信息的速度, 实现一种现代化、物联化的工作管理。

四、结语

物联网是一个新新高科技产业, 着力发展其中包含的相关公共技术支持并加以探究, 可以让更多的人或企业更全面地掌握物联网的相关技术, 这对于我国的经济建设是有利的, 更能为我国的发展做出更巨大的贡献。H

参考文献

[1]吴帅.我国物联网的发展现状与策略[J].科技创业月刊, 2010 (05) :51-52.

[2]蒲红梅.浅谈物联网技术[J].科技咨询, 2010 (02) :91-191.

[3]游战清, 等.无线射频识别 (RFID) 与条码技术[M].北京:机械工业出版社, 2007.

物联网工程及网络平台 篇8

进入20世纪以来, 麻省理工学院和瑞典皇家工学院等学校组成的研究组织获得2, 000多万美金的资助, 经过实践研究探索创立了CDIO工程教育理念, 自创立以来, 在多所学校都获得了大量的实践成果[1]。CDIO代表构思、设计、实现和运作, 它根据实际项目的开发周期为基础, 将项目开发的整个流程融入到具体的课程教育之中, 在课程教育中培养学生团队合作、沟通交流、创新能力以及项目开发实践技术等多方面能力, 让学生真正在实践中学习知识, 更加灵活实用[2]。TOP-CARES-CDIO理念旨在基于以构思-设计-实现-运行为指导思想的CDIO工程教育理念, 同时结合学院IT特色, 使学生在项目中进行一体化的学习, 培养学生的综合能力。

成都东软学院基于TOPCARES-CDIO进行教育改革, 张应辉院长提出了“六个教”的思路。“第一个, 朝什么方向教;第二个, 到底教什么;第三个, 怎么去教;第四个, 谁来教;第五个, 用什么教;第六个, 教得好不好”。这六个方面基本概括了教育体系的思路。在成都东软学院, 对于老师来说, “朝什么方向教”, 按照TOP-CARES的思路, 培养学生哪个方面的能力;“到底教什么”, 按照专业设置的专业课, 教师认真教好所授课程;“怎么去教”, 就是要专业课老师在教学中不断创新, 不断打破传统教育的思维定势枷锁, 让学生更能具有创新能力, 自发学习能力;“谁来教”, 专业课老师需要不断提高自身的素质修养, 不断丰富专业知识, 做一名知识全面、高素质的教师;“用什么教”, 就是要在教学中不断丰富教学方式, 充分利用现有的设备、现有的素材, 让学生更自如地学习所教的课程;“教得好不好”, 就是在教学考评中要更加注重科学、社会的评价, 学生未来的发展状况, 都是衡量教学水平的重要标尺。

物联网是一个新兴技术, 物联网产业的发展不断壮大, 智慧教育、智慧城市、智慧物流、智慧农业以及智慧医疗等行业的发展正不断改变着我们的生活。物联网工程专业是一个新兴专业, 要着力培养学生传感网、物联网关键技术[3]等多方面知识。物联网可以实现人与人、人与物以及物与物等方面的交互, 物联网技术的发展不断改变着人们的生活必将撬动万亿级市场[4]。

为了满足社会对物联网专业人才的需求, 各大高校开始设立物联网工程专业, 物联网工程专业是一个新兴的专业, 如何合理化地设置课程体系, 制定切实有效的人才培养方案是建立物联网工程专业亟待解决的问题。

根据社会对物联网工程专业人才的能力需求, 确定切实有效的课程体系和培养方式, 在课程体系设置方面, 传统的培养模式是设定了课程体系后就很少会改变[5], 更新速度过慢, 很多课程已经无法满足一些专业的人才培养需求[6]。而且传统培养模式缺乏对学生实践能力的培养, 导致学生专业能力与社会人才的需求无法匹配, 而且无法为培养研究型人才提供一个有效的实践操作能力的支持。TOPCARES-CDIO工程教育模式采取项目驱动教学的方式, 理论贯穿在实际的项目中, 学生在“做中学”, 既培养了学生的工程实践能力, 又为学生打下了一个很好的理论基础。

二、基于TOPCARES-CDID的物联网工程专业人才培养模式

基于TOPCARES-CDIO的物联网工程专业人才培养模式下, 物联网工程专业以培养物联网开发应用工程师为培养目标, 培养学生的专业能力、素质能力以及工程能力分课内和课外培养。

(一) 课内:以项目为导向的一体化课程体系。例如以一个物联网系统项目———基于物联网技术的智能家居系统的实现为主线贯穿四年培养过程。围绕该项目合理设计整个专业课程。物联网的体系结构分为感知层、网络层和应用层。例如感知层课程有:物联网嵌入式系统开发、Linux系统编程等, 网络层课程有:网络管理与应用、计算机网络技术等, 应用层课程:Android应用开发、php网页设计等, 以及综合基础课程:物联网技术等, 使整个物联网的体系结构都有对应的课程, 再通过项目实践让学生做到系统学习、分层次学习相结合。

(二) 课外:贯穿始终的课外实践环节。通过开放实验室、创业中心以及企业实习等多种实践活动, 培养学生的实践创新能力。物联网工程开放实验室中成立多个项目团队, 由专业老师指导, 通过参加比赛, 以赛促研, 让学生在比赛等科研活动中获得锻炼。创业中心, 可以让学生自己组建团队, 成立虚拟公司, 通过学校的帮助和支持, 承接实际项目, 走向创业的道路。通过企业实习, 让学生可以将自己所学直接在实习工作中检验, 不断提高自己的实践能力。

三、物联网工程项目驱动教学

基于TOPCARES-CDIO工程教育模式下, 项目驱动教学是教学开展的重要特点。通过这种项目驱动教学方式, 使项目贯穿于教学的始终, 分别设立1、2、3级项目, 将1级划分为若干个2级项目, 将2级项目划分到各门课程中, 再将2级项目划分为若干个三级项目, 使每门课程在项目驱动中, 使学生在“做中学”, 理论联系实践, 实践验证理论, 以更有效地避免理论学习的枯燥, 提高学生的学习兴趣和学习积极性。以《物联网技术》课程为例, 将该门课程分为四个单元, 每个单元都有对应的项目。所有的单元项目组成整个课程的课程项目, 将理论贯穿于项目当中, 使学生更易于理解, 从教学效果来看, 学生更直观地掌握和理解了复杂的理论, 从课堂效果来看, 学生的学习兴趣好, 积极性比较高, 实践成果丰富。

四、结语

在TOPCARES-CDIO工程教育模式的“八大能力”指标体系的依据下, TOPCARES-CDIO工程教育模式可以有效地应用在物联网工程专业的专业建设和人才培养方式等方面。基于TOPCARES-CDIO工程教育模式的项目驱动教学的方式, 在物联网工程专业教学过程中, 以“做中学”的项目驱动方式, 能够有效地提高理论教学效果, 学生的学习积极性高, 能够有效地提高学生的工程实践能力和研究创新能力。

摘要：为了提高普通高等学校的专业建设质量和教学质量, 满足社会对应用型和研究型人才的需要, 本文以TOPCARES-CDIO工程教育模式的“八大能力”指标体系为依据, 探讨了TOPCARES-CDIO工程教育模式在物联网工程专业的建设和人才培养方式等方面的应用。项目驱动教学“做中学”模式能有效提高学生的学习积极性, 能够有效地提高学生的工程实践能力和研究创新能力。

关键词：OPCARES-CDIO,工程教育模式,物联网工程专业,项目驱动教学

参考文献

[1]查建中.工程教育改革战略CDIO与产学合作和国际化[J].中国大学教学, 2008, 5

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[5]袁锋, 等.基于岗位群的高职计算机专业课程体系改革方案设计[J].工会论坛, 2009

物联网工程及网络平台 篇9

1 简述NB-Io T

NB-Io T全称为Narrow Band Internet of Things,翻译为中文是蜂窝的窄带物联网,其作为万物互联网络的重要组成部分,构建于蜂窝网络,可直接用于对GSM网络、UMTS网络以及LTE网络等网络的部署工作。NB-Io T是Io T(物联网)领域的一项新兴技术,支持低功耗设备在广域网中的蜂窝数据连接,具有以下四个方面的优点:

1.1 覆盖范围广

在外界环境条件均相同的情况下,蜂窝的窄带物联网的覆盖面积为现有网络的100倍。

1.2 具有较强的连接能力

蜂窝的窄带物联网的一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、低设备功耗和优化的网络架构。

1.3 能耗低

由于蜂窝的窄带物联网能耗较低,因此,其终端模块待机时间可长达10年之久。

1.4 成本低

企业的单个蜂窝窄带物联网连接模块不超过5美元。因此,受到了人们的欢迎与喜爱。在这一时代背景下,世界各个国家和地区的运营商纷纷对NB-Io T即蜂窝的窄带物联网进行研究分析,并取得了一定程度的进展。

2 蜂窝网络基础上的物联网关键技术

2.1 窄带M 2M技术

窄带M 2M(物对物)技术在网络架构设计方面具有满足现有的核心网架构,降低蜂窝的窄带物联网终端能耗,支持短信业务、IP业务等特点,能够对蜂窝的窄带物联网终端自动小区选择与重选移动功能进行支持以及对Gb接口或者S1接口设计方案进行复用。窄带M2M技术的覆盖指标应满足室内深度衰落部署需求,比GPRS指标高出20d B,覆盖范围为35km;业务速率高达160bit/s;移动性不超过30km/h;能耗较低,A4电池可以满足其10年的终端消耗供应;工作频段与GSM频段相同,满足900MHz低频段工作要求。

2.2 基于3G/4G的宽带增强技术

3G/4G的全称分别为3rd-Generation和4rd-Generation,是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术,为人们的生产生活提供了极大的便利。3G宽带增强技术主要针对核心网e Wait Time参数进行扩展与优化,以降低整个核心网的负荷,支持更多的M 2M进行连接。4G宽带增强技术的核心技术为多媒体电话通信,其建立在现有的LTE网络承载终端上,以达到能耗低、传输速率快、低成本等技术要求。例如:3GPP对新型终端进行定义,以达到支持M2M业务的目的,同时进一步降低了花费成本。

3 蜂窝网络基础上的物联网业务应用

3.1 蜂窝网络基础上的物联网业务在华为和沃达丰的应用

由于NB-Io T即蜂窝的窄带物联网技术具有一系列的优点,能够有效满足现阶段世界各个国家与地区居民对于通信的需求,因此受到了相关人员的关心与重视。对于物联网标准的发展,华为与沃达丰最早开始对其进行研究。早在2014年5月,华为和沃达丰就提出了NB M2M窄带技术,其更注重对于NB-CIOT生态系统的构建。现阶段,华为与沃达丰联手打造NB-Io T开放实验室,对NB-Io T技术进行研究、发展与推广。

(1)通过将寿命较长的电池运用于NB-Io T技术,从而扩大物联网的应用范围。

(2)通过将现有技术融入到现位于西班牙的移动网络中,将预标准NB-Io T信息发送至安装在水表中的u-blox模组中。

(3)华为积极与其他各个行业进行合作,成立物联网联合创新项目组,促使智能停车项目的推广。目前,在我国深圳,用户只需要通过对相关APP进行查看,就可以找到附近的停车位,为人们提供了极大的便利。

3.2 蜂窝网络基础上的物联网业务在上海联通的应用

目前,我国上海的通信市场已逐渐趋于饱和状态,人口红利已近消失,因此,必须对其进行改革与创新,以谋求生存。因此,上海联通积极与各行各业的合作伙伴进行交流与沟通,引进NB-IOT技术。

3.2.1 智能停车

在借助于互联网科技的基础上,通过安装NB-IOT芯片和地磁感应芯片监测器实现智能停车,为使用者提供便利的同时,方便管理,进而降低企业成本,增加收益。

3.2.2 智能水表

智能水表主要是通过将在水箱内放置带有特殊芯片的电路板,在实现精准抄表的基础上,对水箱开关进行智能化的控制。现阶段,上海联通的物联网用户已突破1000000,受到了人们的欢迎与喜爱。

4 NB-IOT的需求与发展

随着科学技术的不断发展进步,智能化城市逐渐走进人们的生活,为人们提供了极大的便利,受到了人们的欢迎与喜爱。在这一宏观时代背景下,NB-IOT由于自身所具有的一系列优点,引起了各行各业相关人员的广泛关注与高度重视,纷纷积极引进NB-IOT技术,被广泛运用于各个行业。现阶段,随着网络信息技术的发展与进步、大数据时代的到来以及低成本传感器的使用等,蜂窝网络基础上的物联网技术以从萌芽期进入发展阶段,将步入其发展的爆炸期,为各个行业人员提供便利。但是,NB-IOT技术的发展与进步,不是单单一个行业所能决定的,因此,其运营商应积极寻求与包括全球主流运营商、网络设备厂家以及主要芯片模组厂家等在内的各个行业人员的交流与合作,以促进蜂窝网络基础上物联网技术的发展与进步。

5 结束语

综上所述,随着科学的不断发展以及计算机网络技术的不断进步,物联网逐渐发展完善。物联网所具有的一系列优点,能够为我国居民的生产生活带来极大的方便。现阶段,我国包括窄带M 2M技术、基于3G/4G的宽带增强技术等在内的蜂窝网络基础上的物联网关键技术,受到了人们的广泛关注与高度重视,被运用于各个领域,受到了我国各个地区居民的欢迎与喜爱。未来,蜂窝网络基础上的物联网将继续发展创新,为我国居民提供更加优质的服务。

参考文献

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[2]吴文君.蜂窝异构网络的性能分析与优化[D].北京:北京邮电大学,2012(09).

物联网工程及网络平台 篇10

【摘要】作为新疆首所开设《物联网工程》专业的高校，如何结合新疆的区域特色和农业院校的实际情况及优势，确定新疆农业大学《物联网工程》本科专业培养方案和目标。结合专业发展定位、人才培养目标、课程教学内容改革等方面展开讨论。

【关键词】物联网 培养方案 课程建设

【基金项目】新疆农业大学教研项目（2015JXYJ02）。

【中图分类号】G64【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）31-0244-01

引言

在“国家决定大力发展互联网、绿色经济、低碳经济、环保技术、生物医药等关系到未来环境和人类生活的一些重要战略性新兴产业”的背景下，“加大战略性新兴产业人才培养力度，支持和鼓励有条件的高等学校从本科教育入手，加速教学内容、课程体系、教学方法和管理体制与运行机制的改革和创新，积极培养战略性新兴产业相关专业的人才”，是“满足国家战略性新兴产业发展对高素质人才的迫切需求”。深刻理解党和国家在发展包括物联网工程在内的新兴战略性产业相关专业的决定，把握设置物联网工程专业的必要性，对于我们坚定信心、办好专业具有重要意义。我们必须认识到，物联网的发展必将引起整个社会的变革，推动国家信息化向纵深发展，促进产业创新、结构调整和发展模式的转变，它是抢占发展制高点、改善民生、利国惠民、构建和谐社会的重要技术手段。而大力发展物联网工程专业，培养高素质专业人才，正是这一战略的重要组成部分。

1.国内开设该专业的情况

物联网是当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一，是全球各发达国家信息化社会建设的重要内容。大学教育必须紧跟产业发展，2010年，教育部批准北京理工大学、北京科技大学、哈尔滨工业大学等37所高校成为首批获准开设物联网工程专业的学校，部分高校已于2011年首次招生，物联网工程作为一门专业课程正式进入高校培训人才的教学课程，不但是国家和政府大力发展物联网产业的体现，也是国家在人才培养模式上做出及时反映的重大举措。

2012年2月，教育部下发通知，批准北京交通大学、西安电子科技大学、暨南大学等80所高校开设物联网工程专业。2013年又有一百多所高校获批增设该专业，加上2014年新增的院校，目前全国共有316家本科院校开设了这一专业。其中985高校15所（占5%），211高校22所（占7%），其他院校高校279所（占88%）。

2.专业发展定位

物联网是我国战略性新兴产业之一，也是我国新一代信息技术自主创新突破的重点方向。新疆作为“一带一路”核心区的“前沿”，已经制定了“十三五”创新驱动发展战略，物联网是自治区需要重点培育和发展的战略性新兴产业之一，而且，在新疆“十三五”规划中明确指出了物联网应用推广是8个信息化重大工程之一。可见，从国家层面到自治区层面，均亟需培养一大批物联网专业人才，为各行各业提供服务。

物联网工程专业是教育部根据国家经济发展战略需要，于2010年设立的新专业，属于计算机、通信、电子等多领域的交叉学科，归类于计算机科学与技术。2012年，教育部就已批准新疆农业大学设立物联网工程本科专业，学制四年，授工学学士学位，是迄今为止新疆唯一开设该专业的高校，2016年已为新疆各行各业输送了第一批物联网专业紧缺人才。

新疆农业大学物联网工程专业发展定位是：立足新疆，面向西部，侧重“三农”，以“丝绸之路经济带”作为专业建设的重要方向服务社会，凝练具有地方教育特色的专业建设体系，构筑西部地区物联网高等教育平台，打造培育物联网骨干人才的摇篮，全力为各行各业持续输送高水平、高质量、高素质的复合型和创新型工程技术紧缺人才。

3.人才培养模式

物联网技术综合了计算机科学与技术、电子科学与技术、通信工程等多门学科，要求学生必须具有较强的工程实践能力。CDIO（Conceive 构思，Design 设计，Implement 实施，Operate 运行）是由美国麻省理工学院等几所大学于 2004 年创立的工程教育培养模式，该模式强调学生按照工程师的要求，能够通过团队努力进行从工程产品的构思、设计到实施、运行全过程能力，因此，该模式受到世界各国教育界的欢迎，对我国工程教育及新兴本科院校的应用型本科教育同样具有很好的参考价值。新疆农业大学物联网工程专业人才培养正在逐步推行CDIO培养模式，已投入一定的物力、财力建设物联网实验室并且积极寻找与企业联合培养人才的机会。

4.课程内容建设

在课程设置方面，我们也参照了内地高校的模式，在此基础上，增加体现自己特色的课程。因为是工科专业，大一阶段重点强化数学及基础物理功底，基础课程中包含高等数学、线性代数、大学物理等。同时，我们也要求在大一大二重点加强学生的计算思维。C语言程序设计和Python程序设计这两门课程的教学目标就是要提升学生计算思维的能力。课程的内容借鉴国外名校在MOOC平台提供的视频资源的同时结合学院多年来的教学经验。C语言程序设计采取项目驱动的教学模式，考核体现在教学过程的每一个阶段。Python程序设计建立了学校的MOOC学习平台，完成了从教学视频、课程学习资料、项目设计等教学的全过程的建设任务。除此之外，模拟电子技术、数字逻辑电路、单片机原理及应用等课程的内容及授课模式做了全面的调整，增加实践环节的考核力度，课程的内容按照结合项目展开，最终成绩的评定中加大过程了考核的峰值。

其他的专业课程包括微机原理与接口技术、通信原理、计算机网络、信号与系统、传感器技术、嵌入式系统设计、无线通信原理、无线传感器网络、RFID技术及应用、物联网编程技术等。这些课程目前也在建设中。建设的重点是课程的理论授课内容、实践教学内容及考核模式。

同时，加强优势课程的建设力度，其中，农业信息采集与处理技术仅对物联网工程专业开设，该课程获得学校本科教学研究项目建设资助，通过一年的建设，完善了各类教学资源，作为特色课程准备在全校推广。

结语

物联网工程专业经过这几年的实践，我们定位的培养目标是造就具有通信技术、计算机应用技术、信息网络等相关专业知识，掌握通信系统理论和物联网技术工程领域的专门知识与关键技术，基础宽厚、视野开阔、发展潜力大、创新意识强、工程意识、工程素质和工程实践能力突出、综合素质优秀，从事物联网领域的系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的有较强适应高级工程技术人才。为此，我们将不断加大课程建设的力度，重视提升学生动手实践能力的培养，努力把物联网工程专业办成学校的优势特色专业。

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作者简介：

物联网工程及网络平台 篇11

关键词：物联网,方案设计,任务驱动

0 引言

物联网技术发展迅速, 预计将成为继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。社会经济的发展与产业的转型是物联网发展的巨大推动力, 经济全球化使得所有企业面临着激烈竞争的局面, 企业需要及时获取世界各地对产品的销售情况和需求信息, 为全球的采购、生产制定合理的计划, 为了提高企业的核心竞争力, 需要推进信息化与工业化的融合。人民生活水平的提高, 也需采用包括物联网在内的新一代信息技术改造升级社会管理和民生服务行业, 以提高社会管理、公共服务和家居生活的质量和效率。

当前, 世界各国的物联网基本都处于起步阶段:美、日、韩、欧盟等都正投入巨资深入研究探索物联网, 并启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“U-Japan”、“U-Korea”、“物联网行动计划”等国家性区域战略规划。在中国, 工信部于2012年2月正式发布了《物联网“十二五”发展规划》, 规划的发布为物联网产业的发展提出了指导思想和发展目标。规划指出, “十二五”期间, 我国将攻克一批物联网核心关键技术, 在感知、传输、处理、应用等技术领域取得500项以上重要研究成果;研究制定200项以上国家和行业标准;培育和发展10个产业聚集区, 100家以上骨干企业, 一批“专、精、特、新”的中小企业, 建设一批覆盖面广、支撑力强的公共服务平台, 初步形成门类齐全、布局合理、结构优化的物联网产业体系。

物联网技术正逐渐从实验室阶段走向实际应用, 目前, 物联网在工业制造、国家电网、机场安保、现代物流、医疗卫生领域、数字农林、环境保护、智能交通、智能家居、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等各个领域都得到了广泛的推广和应用。而从产业规模来看, 据工信部预测, 2015年我国物联网市场规模将超过5000亿元, 2020年将达到万亿元级, 预计未来5年复合年均增长率超过30%。

物联网“十二五”规划的颁布, 中国将物联网产业的发展提高到了国家战略层面, 物联网作为新一代信息技术的高度集成和综合运用, 具有知识密集度高、成长潜力大、带动力强、综合效益好的特点。巨型产业的发展都离不开人才的培养, 没有人才的支撑, 这个行业就不能兴旺繁荣, 人才的培养是产业发展的基石。

物联网领域人才需求的大量增长, 给高校专业的发展与改造带来了机遇和挑战。

2011年, 在《教育部关于公布2010年度高等学校专业设置备案或审批结果的通知》 (教高[2010]4号) 中, 新增批准的物联网工程专业25所, 传感器技术专业2所。两年来共获批准的专业64个, 涉及高等院校59所。

除了本科院校设置物联网专业外, 目前, 多所高职高专院校设置了物联网技术应用专业。从无锡职业学院周志德教授对无锡物联网创新示范区中的30多所企业的调研报告及其中的人才需求分析表 (表1) 可以看出, 高职学生除了在研发、设计、测试岗位中, 从事测试与辅助设计工作外, 可以作为物联网设备维护、解决方案撰写、项目实施管理、售后服务与维保、项目与产品市场营销等多种工作岗位的中坚力量。

1 增设物联网课程的可行性分析

物联网技术既代表新一代信息技术的发展趋势, 又立足于传统的学科之上, 物联网融合了计算机技术、网络技术、电子技术、测控技术、电气工程及自动化和通信技术等多个技术领域, 其中, 物联网工程专业的主干学科为计算机科学与技术、通信工程、网络工程。

物联网的技术架构被公认有三个层次:感知层、网络层和应用层。感知层利用RFID, 传感器, 二维码等及时地获取物体的信息;网络层则通过各种电信网络与互联网的融合, 将物体的信息实时准确地传递出去;应用层是利用云计算, 数据存储与数据挖掘等各种智能计算技术, 对海量的数据和信息进行分析和处理, 对物体实施智能化的控制。

由于新增物联网专业需要较长时间的论证和审批, 而基于物联网的体系架构和目前就业市场对物联网方向人才的岗位需求, 优化并调整现有计算机网络技术专业课程, 适当地增加物联网方向的专业课程, 既可以补充学生在信息技术前沿领域的技能, 又可拓宽毕业生在物联网方向的就业市场。

目前的计算机网络技术专业开设的核心课程主要有:计算机网络技术, 网络服务器的配置与管理, 网络设备安装与调试, 局域网组建与管理, 网络安全与维护, 网络综合布线与工程实施, C语言软件开发, 网络存储规划与实施, 网络数据库管理与应用等, 这些课程已经涵盖了物联网的传输层和应用层的大部分技术要点, 但是对于感知层的技术的学习相对较少。由于目前学生的学时较紧张, 建议在高职的第四学期或第五学期开设一门物联网基础课程, 一方面用来拓宽学生的专业知识, 另一方面作为网络技术专业的后续物联网课程设置研究的试点。

2 物联网课程建设的构想

2.1 课程定位

根据调研, 目前物联网方向的就业岗位主要集中在物联网系统集成, 产品设计、研发和测试, 物联网工程项目的实施、管理以及物理网的应用等。各相关企业也列举了从事物联网相关职位的职责信息 (表2) 。

在计算机网络专业增设《物联网技术》课程, 该课程是计算机网络技术专业根据专业培养目标和所面向的企业职业岗位要求而拟开设的一门专业课程, 是基于物联网相关工作任务的项目化课程。本课程设置的主要目的是结合企业和劳动市场的需求, 培养学生从事物联网设计、管理与维护的核心职业能力, 使学生能够分析、设计、部署中小型企业物联网的网络结构和应用服务, 维护网络安全, 监控网络性能, 具备管理物联网所需要的技术基础和能力基础。

2.2 课程内容开发

《物联网技术》课程既是一门物联网方向的基础课程, 又是一门涵盖内容广, 技术综合性强的课程, 它涉及了物联网的概念、架构、设计、组建、维护、应用等各个领域, 采用工学结合模式的项目教学法进行设计, 课程的开设将促进高职学生对新技术的理解与学习, 又将在拓宽学生的就业领域等方面起到较好的作用。

《物联网技术》课程按照学习领域认知、项目教学和综合实训的思路共设计了6个项目, 18个任务, 56个子任务, 涵盖了物联网中的关键技术, 主要包括:物联网的概念与应用, 物联网的架构与技术体验, 基于无线射频识别RFID的应用, 无线传感网的组建与维护, 现场总线网络的组建与维护, 远程网络传输与多网络融合, 小型物联网项目的设计与实施等内容。在每个项目中又提炼出各项关键技术的重要内容来设计成多个学习任务, 例如在无线传感网的组建与维护项目中, 包含了:感受短距离通信网和无线传感网, 基于Wi Fi技术的传感网络, 基于Zig Bee的自组织网络, 基于蓝牙技术的传输网络, 无线传感网应用等任务, 基本涵盖了无线传感网的重要知识点。图1为本课程的项目及任务, 其中项目6中的四个任务为任选其一即可。

2.3 教材开发

在对多家物联网企业进行调研和对人才需求的充分分析的基础上, 准确把握物联网人才的培养目标、就业岗位、典型工作任务及专业知识与技能, 由学校和公司共同开发工学结合模式的校企合作教材。

2.4 师资培养

由于《物联网技术》课程涵盖的内容较广, 涉及到无线传感网络 (WSN) 、传感器的应用与检测、无线射频技术 (RFID) 、现场总线技术、移动通信技术、物联网的设计与应用等多种技术, 教师可能难以在较短的时间内深入的把握各项技术的内涵, 可以请企业的专家与学校的教师共同讲述该课程, 来培养教师的在教学内容和教学方法上的技能。

学校创造条件支持教师参与企业培训、项目合作开发, 做到教学信息和市场同步。

2.5 实训室建设

物联网技术实训室的建设采用校企合作的模式, 根据教学项目模块, 采用先进的物联网产品进行设计、开发。它既可以为学生提供综合实训, 也可以开展对外技术培训、职业技能鉴定工作。

3 结论及展望

本课程方案主要针对高职院校计算机网络专业的大专生, 通过该课程建设可以拓宽学生对物联网的认识及相关技术的掌握, 为学生从事相关领域的工作奠定基础。

随着物联网技术课程的开设, 学生将进一步掌握信息技术的前沿知识, 拓宽学生的就业市场, 也为其它的物联网课程的开设及物联网专业的申报进行了探索和实践。

参考文献

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