计算机科学与技术物联网专业(DOC)

计算机科学与技术物联网专业方向介绍

什么是物联网工程师？当然就是从事物联网技术的人员。“物联网技术”的核心和基础,仍然是“互联网技术”，是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术;其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间，进行信息交换和通讯。因此，物联网技术的定义是：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，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术。

一、专业简介

物联网(The Internet of Things，简称IOT)，是指“物物相连的互联网”，即通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等多种信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，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。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。物联网被认为是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，已列为国家战略性新兴产业，并写入十二五规划纲要。政府将采取多项措施支持企业开展物联网技术创新与应用，物联网产业及其相关技术具有广阔的发展空间。

本专业适应国家战略性新兴产业发展的需求，培养德、智、体全面发展，系统地掌握计算机软件相关技术和物联网工程领域的专门知识与关键技术，具备综合运用软件技术、信息技术、现代传感器、信息处理和嵌入式等技术进行信息标识、获取、处理、传输和控制等物联网工程的实践能力，能够在软件行业和物联网应用相关的各行业中从事科学研究、系统集成、设备制造、关键技术研发和推广、网络运营和管理等工作的高素质应用型复合人才。

二、物联网核心技术该如何学习？需要什么样的基础

物联网和其他专业来比，学习门槛基本是一样的，没有什么特殊要求。物联网是偏重于硬件设计，所以学员大学所学专业最好是硬件相关的专业，例如电子、自动化控制、通信、精仪等专业，学习物联网非常适合，对于纯软件开发专业的学员，没有基本的硬件技术基础，学习物联网刚开始会有一些困难。以物联网培训机构华清远见的专业培训课程大纲为例，可以更直观更系统的了解物联网工程师所需掌握的一些基本技能：* 数字电路基础

* 模拟电路基础

* 计算机组成原理

* C 语言基础

* 常用仪器仪表的使用（万用表、示波器等）

* 低功耗 ARM 处理器与接口技术

ARM Cortex-M0 开发、ARM Cortex-M3 开发、ARM Cortex-M4 开发、接口开发；

* Cadence 原理图及 PCB 电路设计

Capture 原理图设计规范、原理图原件库建立方法、层次图的设计方法、Allegro PCB 设计规范、PCB 原件库的建立、设计规则添加、多层电路板的设计方法、高速 PCB 设计理论、制作 PCB 电路板流程；

* 实时操作系统

* 传感器与无线传感网络

温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、烟雾传感器、门磁传感器、三轴加速度传感器、无线传感网体系结构、无线传感网节点部署与覆盖、无线传感网路由协议与安全、无线传感网系统设计实例；

* Zigbee 系统开发

Zigbee 无线传感器网络通信标准、Zigbee 协议栈剖析、Zigbee 无线定位系统、Zigbee应用实验；

* RFID 与物联网

RFID 系统的软硬件组成、RFID 系统工作原理、RFID 天线技术、RFID 读写器技术、RFID中间件技术、RFID 应用程序开发；

* 综合案例：基于 GPRS、WiFi、Zigbee 等无线传感网的智能家居系统

* 综合案例：基于无线传感网的智能农业检测

* 综合案例：基于 RFID 的智能物流仓储系统

* 综合案例：基于 RFID 的门禁系统

经过以上四方面的分析，物联网工程就业前景还是相对乐观的，首先是一个新兴行业，人才供不应求。就业面相对广泛，因此天时地利都占据了。唯有自己是否能学好这一技术是关键。

三、物联网概念的形成与发展

目前，人们普遍关注的物联网技术中比较重要的RFID的应用实际上并非一项新技术，其最典型的应用可以追溯到1991年第一次美伊战争。当时，美国军方发现，战争结束后在一些港口、机场堆积着大量的军需物资集装箱，而这些物品应该运到何处，到底属于谁全然不知。如果想搞清楚这些信息，则要花费大量的人力和财力，因此，美国五角大楼启动了一个“军需物资可视化管理”的重要项目，并成功地将RFID技术用于其中。此后，UPS、FEDEX等大型速递公司也运用这些技术打造了一个可以跟踪查询快件位置的服务体系。在这类物联网早期应用模式中，由于物是没有计算力的，所以应用模式表现为人主动与物通信，了解物的时空以及其他属性信息，而物并不会主动服务于人类。这与现在提出的物联网高级阶段的所谓“智慧地球”有较大区别。

物联网的概念最早出现于比尔盖茨1995年《未来之路》一书，在《未来之路》中，比尔盖茨已经提及Internet of Things的概念，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起世人的重视。1998年，美国麻省理工大学(MIT)创造性地提出了当时被称作EPC系统的“物联网”的构想；1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，称物联网主要是建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上；2005年，ITU发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，综合二者内容，正式提出“物联网”的概念，包括了所有物品的联网和应用。目前较为公认的物联网的定义是：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连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的英文名称是Internet Of Things，那么它和互联网之间又是什么关系呢？实际上，物联网的概念来自于对互联网的类比，根据物联网与互联网的关系分类，不同专家学者对物联网给出了各自的定义，可归纳为如下四种类型：

1、物联网是传感网，不接入互联网

有专家认为，物联网就是传感网，只是给人们生活环境中的物体安装传感器，这些传感器可以更好地帮助我们认识环境，这个传感器网不接入互联网络，例如上海浦东机场的传感器网络，其本身并不接入互联网，却号称是中国第一个物联网。物联网与互联

网的关系是相对独立的两张网。

2、物联网是互联网的一部分

物联网并不是一张全新的网，实际上早就存在了，它是互联网发展的自然延伸和扩张，是互联网的一部分。互联网是可包容一切的网络，将会有更多的物品加入到这张网中。也就是说，物联网包含于互联网之内。

3、物联网是互联网的补充网络

我们通常所说的互联网是指人与人之间通过计算机结成的全球性的网络，服务于人与人之间的信息交换。而物联网的主体则是各种各样的物品，通过物品间传递信息从而达到最终服务于人的目的，两张网的主体不同。所以物联网是互联网的扩展和补充，物联网与互联网是相对平等的两张网。如果把互联网比作是人类信息交换的动脉，那么物联网就是毛细血管，两者相互连通，是互联网的有益补充。

4、物联网是未来的互联网

从宏观概念上讲，未来的物联网将使人置身于无所不在的网络之中，在不知不觉中，人可以随时随地与周围的人或物进行信息的交换，这时，物联网也就等同于泛在网络，或者说未来的互联网。物联网、泛在网络、未来的互联网，他们的名字虽然不同，但表达的都是同一个愿景，那就是人类可以随时、随地、使用任何网络、联系任何人或物，以达到信息交换的自由。

四、物联网的组成

物联网很早就被用于生产与生活之中，但是应用范围十分有限，再有就是单一应用较多，综合应用较少，直接使用较多计算优化较少。IBM此次提出智慧地球的概念就是要更大范围更深层次地建设和利用物联网。物联网本质上是一个信号采集和处理的网络。物联网利用各种传感器或人为设置的各种身份识别码，把物质世界中的各种信息变为电信号，电信号通过电信网络传送到计算机处理系统和显示系统，经过计算机处理后的数据存储备查，在必要时计算机将发出报警信号或者控制信号，报警信号或者控制信号由通信网络送到指定的地方报警，或由指定预设装置执行控制。物联网包含下列子系统，有些物联网可能只包含下面这些子系统中的一部分。

1、传感器

传感器在日常生活生产中很常见，它可以把一些物理量的变化变为电信号的变化。例如话筒和喇叭就是一对语音传感器。除日常会用到的传感器之外，传感器还有很多种类。这些传感器很少被用到，因而它们的价格很高，正是这个原因阻碍了物联网络的发展。传感器可以是声、光、压力、震动、速度、重量、密度、硬度、湿度、温度、图像、语音、电波、化学；或者是气体的流速、流量、气压、成分；或是液体的流速、流量、成分；或是固体的数量、重量、硬度等。

2、电子标签(ID)

电子标签是上个世纪新发展起来的技术，已经获得了很多应用，例如超市用于标识商品的条形码。现有的电子标签有条形码、二维码、磁卡、接触式IC卡、非接触卡、射频识别(RFID)。

3、电信网络

电信网络早已为人类所使用，现在使用最多的有语音、文字、音乐、图片、图像等各种信息传输。物联网的信息传送有其独特的地方，与日常使用的语音、文字、音乐、图片、图像传输相比，物联网的信息传输更多的是小数据量的传输和特大数据量的传输。小到每月只发送几个bit，如煤气抄表；大到连续不间断的发送大幅图像，如交通监视，

而中等数据量的信息传送却比较少见。这对通信提出了新的要求，为实现高效率物联网通信，需要通信行业做出新的标准和新型接入设备，以适应物联网各种通信的需要。现有的通信网络有电缆、光缆、微波、蓝牙、红外、WiFi、WINMX、移动通信(2G、3G、4G)、卫星.

4、数据处理

物联网采集到的数据是为了各种不同的目的，为满足不同需求这些数据需要经过计算机的数据处理。这些处理常常包括汇总求和、统计分析、阀值判断、专业计算、数据挖掘。

5、显示系统

物联网采集到的图像和信息常常需要直接显示或是经过计算后显示到计算机或者

大屏幕上，常见的显示状况有图像、图表、曲线。

6、报警系统

物联网采集到的信息常常需要直接报警或是经过计算机处理后报警，常见的报警形式有声、光、电(电话、短信)。

7、控制执行系统

有一些物联网不仅被要求采集信号、处理信号、存储信号，还被要求发出控制指令，经过网络指挥指定的预设执行装置，通过指定预设执行装置的指令执行行动以达到控制目的。

五、物联网工程师就业前景

在今天，物联网的广泛应用于民生之中。物联网当前被正式列为我国重点发展的战略性新兴产业之一，具有产业链长、涉及多个产业群的特点，其应用范围几乎覆盖了各行各业，包括交通、物流、安防、电力、家居、医疗、矿业、军事等各个领域，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，是未来 10 年 IT 行业的主要发展方向。物联网专业也是教育部允许高校增设新专业后，高校申请最多的学校，这也说明了国家对物联网经济的重视和人才培养的迫切性。物联网的产业规模比互联网产业大 20 倍以上，而物联网技术领域需要的人才每年也将在百万人的量级，预计2015 年我国物联网产业产值规模将达到 7500 亿元，并每年会以 30%增长率快速递增。对于从事物联网研发的工程师来说，有足够大的发展空间，只要自己刻苦努力，就一定可以获得比其他研发工程师更好的收入待遇。

物联网工程师应该了解的三项关键技术：

（1）传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。

（2）RFID 标签也是一种传感器技术，RFID 技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID 在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。

（3）嵌入式系统技术，是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见；小到人们身边的 MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。

如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。

六、物联网应用

物联网应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面，因此，“物联网”被称为是继计算机和互联网之后的第三次信息技术革命。信息时代，物联网无处不在。由于物联网具有实时性和交互性的特点，因此，物联网的应用领域主要有如下。

1、城市管理

（1）智能交通（公路、桥梁、公交、停车场等）物联网技术可以自动检测并报告公路、桥梁的“健康状况”，还可以避免过载的车辆经过桥梁，也能够根据光线强度对路灯进行自动开关控制。

在交通控制方面，可以通过检测设备，在道路拥堵或特殊情况时，系统自动调配红绿灯，并可以向车主预告拥堵路段、推荐行驶最佳路线。

在公交方面，物联网技术构建的智能公交系统通过综合运用网络通信、GIS地理信息、GPs定位及电子控制等手段，集智能运营调度、电子站牌发布、IC卡收费、ERP（快速公交系统）管理等于一体。通过该系统可以详细掌握每辆公交车每天的运行状况。另外，在公交候车站台上通过定位系统可以准确显示下一趟公交车需要等候的时间；还可以通过公交查询系统，查询最佳的公交换乘方案。

停车难的问题在现代城市中已经引发社会各界的热烈关注。通过应用物联网技术可以帮助人们更好地找到车位。智能化的停车场通过采用超声波传感器、摄像感应、地感性传感器、太阳能供电等技术，第一时间感应到车辆停入，然后立即反馈到公共停车智能管理平台，显示当前的停车位数量。同时将周边地段的停车场信息整合在一起，作为市民的停车向导，这样能够大大缩短找车位的时间。

（2）智能建筑（绿色照明、安全检测等）

通过感应技术，建筑物内照明灯能自动调节光亮度，实现节能环保，建筑物的运作状况也能通过物联网及时发送给管理者。同时，建筑物与GPs系统实时相连接，在电子地图上准确、及时反映出建筑物空间地理位置、安全状况、人流量等信息。

（3）文物保护和数字博物馆

数字博物馆采用物联网技术，通过对文物保存环境的温度、湿度、光照、降尘和有害气体等进行长期监测和控制，建立长期的藏品环境参数数据库，研究文物藏品与环境影响因素之间的关系，创造最佳的文物保存环境，实现对文物蜕变损坏的有效控制。（4）古迹、古树实时监测

通过物联网采集古迹、古树的年龄、气候、损毁等状态信息。及时作出数据分析和保护措施。

在古迹保护上实时监测能有选择地将有代表性的景点图像传递到互联网上，让景区对全世界做现场直播，达到扩大知名度和广泛吸引游客的目的。另外，还可以实时建立景区内部的电子导游系统。

（5）数字图书馆和数字档案馆

使用RFID设备的图书馆／档案馆，从文献的采访、分编、加工到流通、典藏和读者证卡，RFD标签和阅读器已经完全取代了原有的条码、磁条等传统设备。将RFID技术与图书馆数字化系统相结合，实现架位标识、文献定位导航、智能分拣等。

应用物联网技术的自助图书馆，借书和还书都是自助的。借书时只要把身份证或借书卡插进渎卡器里，再把要借的书在扫描器上放一下就可以了。还书过程更简单，只要把书投进还书口，传送设备就自动把书送到书库。同样通过扫描装置，工作人员也能迅速知遭书的类别和位置以进行分拣。

2、数字家庭

如果简单地将家庭里的消费电子产品连接起来，那么只是—个多功能遥控器控制所有终端，仅仅实现了电视与电脑、手机的连接，这不是发展数字家庭产业的初衷。只有在连接家庭设备的同时，通过物联网与外部的服务连接起来，才能真正实现服务与设备互动。有了物联网，就可以在办公室指挥家庭电器的操作运行，在下班回家的途中，家里的饭菜已经煮熟，洗澡的热水已经烧好，个性化电视节目将会准点播放；家庭设施能够自动报修；冰箱里的食物能够自动补货。

3、定位导航

物联网与卫星定位技术、GSM／GPRS／CDMA移动通讯技术、GIS地理信息系统相结合，能够在互联网和移动通信网络覆盖范围内使用GPs技术，使用和维护成本大大降低，并能实现端到端的多向互动。

4、现代物流管理

通过在物流商品中植入传感芯片（节点），供应链上的购买、生产制造、包装／装卸、堆栈、运输、配送／分销、出售、服务每—个环节都能无误地被感知和掌握。这些感知信息与后台的GIS／GPS数据库无缝结合，成为强大的物流信息嘲络。

5、食品安全控制

食品安全是国计民生的重中之重。通过标签识别和物联网技术，可以随时随地对食品生产过程进行实时监控，对食品质量进行联动跟踪，对食品安全事故进行有效预防，极大地提高食品安全的管理水平。

6、零售

RFID取代零售业的传统条码系统（Barcode），使物品识别的穿透性（主要指穿透金属和液体）、远距离以及商品的防盗和跟踪有了极大改进。

7、数字医疗

以RFID为代表的自动识别技术可以帮助医院实现对病人不问断地监控、会诊和共享医疗记录，以及对医疗器械的追踪等。而物联网将这种服务扩展至全世界范围。RFID 技术与医院信息系统（HIS）及药品物流系统的融合，是医疗信息化的必然趋势。

8、防入侵系统

通过成千上万个覆盖地面、栅栏和低空探测的传感节点，防止入侵者的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。上海机场和上海世界博览会已成功采用了该技术。

据预测，到2035年前后。中国的物联网终端将达到数千亿个。随着物联网的应用普及，形成我国的物联网标准规范和核心技术，成为业界发展的重要举措。解决好信息安全技术，是物联网发展面临的迫切问题。

9、智能电网（光伏电子与太阳能应用技术）

多网融合降耗节能的风向标，据美国思科公司的产业报告：智能电网的规模比互联网大1000倍。随着数字经济和低碳经济的快速发展，可再生能源等分散式发电能源不

断增加及节点入网，智能电网将减少电网高峰期的负荷，确保电网的安全性与可靠性，未来5-10年智能电网与新能源电力产业人才将达到百万人。

10、智能工业（过程管理与自动化控制）

工业制造业的新起点，在促进工业企业节能降耗，提高产品品质，提高经济效益等方面发挥巨大推动作用。我国自主研发的用于工业过程自动化的无线网络标准WIA-PA 和HART基金会标准WirelessHART，成为国际标准。智能工业过程管理与自动化控制的岗位专业人才需求目前缺口约需50万人。

11、智能农业（精细化农牧业/有机农业/食品安全/生态观光农业/外向型都市农业）

中国现代化农业的根本出路，我国是一个农业大国，但不是农业强国，农业强国战略的关键在于农业的信息化来促进农业的现代化。智能农业的各类专业人才在现代农业“十二五”当中的缺口经超出1000万人。

12、环境监控与灾害预警

环境保护与灾害防治的新手段，随着全球气候与自然环境的人为破坏，环境监控与灾害预警是全球最为关注的主题，我国政府尤为重视，未来5年此类专业技术人才市场需求大约在30万人。