物联网专业实验室建设探讨_胡欣欣

ISSN1672－4305CN12－1352/N 实验室科学LABOＲATOＲY SCIENCE 第16卷第3期2013年6月Vol.16No.3Jun.2013

实验室建设与管理

物联网专业实验室建设探讨

胡欣欣

(福建农林大学计算机与信息学院，福建福州350002)

摘

要：物联网是战略性的新兴产业并受到各国重点关注和推进。分析建设物联网专业实验室的紧迫性，根

据专业培养目标给出建设目标和原则，并设计基于基础实验室、项目实训室以及综合项目演示实验室的建设框架。

关键词：物联网；实验室建设；基础实验室；实训室；演示实验室中图分类号：TP393

文献标识码：A

doi ：10．3969/j．issn．1672－4305．2013．03．032

Discussion on laboratory construction of internet of things speciaty

HU Xin －xin

（College of Computer and Information Science ，Fujian Agriculture and Forestry University ，Fuzhou 350002，China ）

Abstract ：Internet of things is a strategic emerging industry and is paid close attention and promoted by all country．It analyzes the urgency of constructing laboratory of internet of things specialty ，and gives the goals and the principles of laboratory construction according to specialty training goals．The construction framework is designed based －on foundation laboratory ，project training room ，and com-prehensive project demonstration laboratory．

Key words ：internet of things ；laboratory construction ；foundation laboratory ；training room ；demon-stration laboratory

基金项目：福建省自然科学基金（项目编号：2011J05044）；

福建农林大学青年教师基金项目（项目编号：2010019）。

物联网（Internet of Things ）概念于1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议上首次被提出［1］。由于物联网的研究和开发都处于起步阶段，不同领域的专家学者对物联网研究的起点不同，并且关注点和定位不同，使得国内外没有统一的概念定义［2］，但是其本质都是主要解决物到物、人到物以及人到人之间的相互关联［3］。目前，

已被社会公认为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮［4］。在美国，“智慧地球”战略已正式成为国家战略［5］，且在其框架下的多个典型智能解决方案已在全球推广应用［6］。欧盟、日本和韩国等国家都投入巨资深入研究物联网。在中国，自2009年温家宝总理在无锡视察时提出

“感知中国”理念［7］，到2011年政府工作报告中指出：促进物联网示范应用［8］，

物联网作为新一轮的信息技术革命，已经上升为国家战略。

毋庸置疑，物联网战略已经成为世界各国战略。各国在由互联网向物联网发展的过程中，人才是一个最重要且最基本的因素，将决定着战略的高度。因此，教育部已经审批了部分高等院校开办物联网专业培养物联网人才，以满足人才的需求［9］，也是为在日益激烈的国际竞争中占得先机，引领科技发展潮流。

物联网专业是典型的交叉学科，与其相关或相近的专业有计算机科学与技术、网络工程、电子信息工程、

测控技术与仪器、自动化、电气工程及自动化和通信工程［10］。物联网专业主要培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，并能够运用通信技术、网络技术、传感技术等进行信息感知、无线传输、数据存储和处理及应用等信息领域宽广的高级工程技术人才。

由于物联网技术可应用于各行各业，具有显著

的多样性，因此要求必须培养宽口径人才以不变应万变，应重视基础训练，同时培养应用系统开发能力一定要立足实践，从应用入手。物联网专业实验室是专业立足于实践的关键，是学生深层次地感知物联网、学习物联网、应用物联网的基础，是实现理论与实践相结合，提高学生的创新能力，并且给予学生创新项目和资料的支持平台。物联网专业实验室的质量高低直接影响着教学质量与科研水平层次，其实验室水平是反映一个高校物联网教学水平、科学技术水平和管理水平的重要标志之一。时代在发展，科技在进步，新时代的科学研究要求具备高新技术实验室。这就促使高校的物联网专业实验室建设要有超前意识。高校要想担当起新形势下物联网人才的培养，建设一个设施齐全、技术先进、质量可靠的物联网专业实验室迫在眉睫，是新建实验室的重中之重。同时，实验室建设标准、实训体系建设以及实验室认证体系等内容也是物联网专业建设和推进中亟待解决的问题［11］。

1建设目标和原则

在纵向层面上，物联网的体系结构由感知层、网

络层和应用层构成［12］。因此，在既定的培养目标条件下，以物联网技术为基础，研究从感知层（包括传感器、射频识别（Ｒadio Frequency Identification ，ＲFID ）、核心控制等）到网络层（传感网络、通信系统、计算机网络等），再到以面向产业和行业应用的应用层相关的理论和工程应用问题，重点突出实践能力和应用创新能力的培养。培养目标同时蕴含着理论体系方面和技术层面。理论体系可分解为通识基础理论、专业理论和综合应用理论［13］。在各部分理论中包含着相应的技术，通过感知技术、传输技术、处理技术和领域应用技术来体现物联网专业的知识群。因此，物联网专业实验室建设的目标就是建设集教学、实验、创新体验和开发一体的实验室群，具体为：（1）能够为专业理论体系的实践教学环节提供一个比较完善的教学环境；（2）能够提供应用领域项目的研究和开发能力培养；（3）能够支持学生开展创新、创业和科技竞赛等活动。

在横向层面上，物联网的主体、核心和动作分别是物、网络以及联［12］。物联网专业实验室的建设方案应使学生和教师能够充分了解物联网的横向和纵向的三个层次，真正实现从技术到应用的飞跃。因此，结合建设目标，物联网专业实验室建设的原则是：（1）合适的规模。建设的规模和水平与培养目标相适应，满足实践教学、创新、研究与研发等活动；

（2）综合应用技术。物联网专业实验室并不能涉及

太多的新技术，而是通信技术、网络技术以及传感技术等现有技术的综合应用；（3）无线通信是基础。物联网专业实验室中的网络通信是物与物之间的联网通信，无线通信技术是构建实验室的基础；（4）应用是本质。物联网源于各领域技术的应用并服务于各行业领域的应用。

2建设方案

物联网专业实验室为实践教学环节提供支持，包括理论课程实验与课程设计、生产实习、专业实训、科研创新、专业知识竞赛以及毕业设计等教学活动。在此基础上，同时能够展现专业的知识群。结合建设目标和原则，图1给出了物联网专业实验室建设的基本构架。

图1物联网专业实验室架构

2．1物联网基础实验室

物联网基础实验室提供物联网专业基础课程实

验，进行专业基础、课程设计等专业基本能力培养，包括ＲFID 综合实验平台、嵌入式系统实验平台、无线传感网络实验平台以及物联网软件中间件实验平台。

（1）ＲFID 综合实验平台

ＲFID 综合实验平台主要满足“射频识别技术与应用”课程的实验教学与课程设计，同时满足学生创新实验、教师科研实验的需要，其拓扑结构如图2所示。该平台可开设ＲFID 硬件原理、低高特频ＲFID 读写、ISO /IEC 协议、ＲFID 标签设计与贴放、阅读器原理与数据传输、ＲFID 应用程序接口（Ap-plication Program Interface ，API ）、ＲFID 组网与综合应用设计等实验内容。

（2）嵌入式系统实验平台

嵌入式系统实验平台主要满足“嵌入式系统概论”和“嵌入式系统与应用”等课程的实验教学与课程设计，同时满足学生创新实验、教师科研实验的需要，其结构可以是单独的物联网嵌入式实验箱，也可

胡欣欣:物联网专业实验室建设

探讨图2ＲFID 综合实验平台拓扑结构

以是实验箱接入本地WiFi 局域网络。该平台可开设基于开发板的LED 控制、嵌入式linux 内核移植、Android 3G 实验、Android WiFi 驱动实验、串口通信以及模拟WiFi 设备服务器等实验内容。

（3）无线传感网络实验平台

无线传感网络实验平台主要满足“无线传感网技术

”、“短距离无线通信技术”、“物联网网络设计与管理”、“物联网体系结构”以及“无线通信与无线网络基础”等课程的实验与课程设计，同时满足课程设计、研究开发和创新实验等方面的需要，其拓扑结构如图3所示。该平台可开设物联网有线局域网组网、物联网无线局域网组网、物联网有线与无线混合组网、物联网无线网络信号分布、光载无线交换机的管理与配置、有线路由器与交换机的管理与配置、AP （Access Point ）点的管理与配置、路由器端口映射和静态路由、室内分布式天线、室内无线局域网络干扰测试、WiFi 设备服务器的管理与配置、点对点通信、星状网通信、树状网通信、静态与动态路由、Z －Stack MESH 网络通信、ZigBee 与WiFi 无线传输、ZigBee 与GPＲS 通信以及ZigBee 传感数据采集等实验内容

。

图3无线传感网络实验平台拓扑结构

（4）物联网软件中间件实验平台

物联网软件中间件实验平台主要满足“物联网

中间件技术”以及“物联网综合应用系统开发”等课

程的实验需要，同时满足学生创新实验、教师科研实验的需要，其拓扑结构如图4所示。该平台可开设海量数据存储与数据处理、动态实时跟踪、无线数据通信、无线WiFi 网关设计以及WiFi +常用传感器操作等实验内容。

图4

物联网软件中间件实验平台拓扑结构

2．2物联网项目实训室

物联网项目实训室建设中小型物联网系统项目实训平台，其拓扑结构是图2、图3和图4的组合。该平台提供构建通用典型的物联网中小型应用系统，并提供专业实训、相关专业课程的课程设计、科技竞赛及创新相关的实训服务。具体项目实训平台

可根据高校自身的特点建设，如智能农业［14］、智能建筑［15］、智能物流［16］和智能环境监测［17］等实训

平台。2．3

物联网综合项目演示实验室

物联网项目实训室建立特定行业应用的大型系统演示平台，其拓扑结构是图2、图3和图4的组合。通过物联网综合项目演示，使学生获得对物联网专业及其应用的整体认识，巩固和运用所学过的理论知识，激发学生对自己专业的兴趣，培养分析问题、解决问题的实际工作能力和创新精神；培养劳动观念，激发学生的敬业、

创业精神，增强事业心和责任感为将来从事专业技术工作打下基础。同时，平台也提供科技创新、科研、毕业设计等服务内容。根

据高校自身的特点，可建设智能家居系统［18］、智能安防或门禁系统［19］、智能消防系统及智能校园系

统等演示平台［20－21］。

3结语

目前，物联网技术属于一个生机勃勃且迅速发

展的新兴技术，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。无论在业界，还是在高校，物联网专业实验室建设与其

(下转104页)

关管理职能的正常运作。因此，建立实验室多系统整合平台，既可以保证原有系统的正常运行，又方便了用户的多系统同时应用，提高了工作和教学效率。

5结束语

将不同开发情况的信息系统进行整合是建设“数

字化校园”的需要，也是教师和同学访问各种学习资源更加便捷高效。不同应用系统的整合，涉及数据格式、接口、工作流、传输协议等多方面的技术问题。在实现资源整合中引用SOA 架构，无需重建系统。当需要整合其他应用系统时，只需简单调用数据交换平台的适配器接口，减少了针对特定应用系统开发接口的工作量，并且便于以后的维护和升级。参考文献（Ｒeferences ）：

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2012．

收稿日期：2013－01－11修改日期：2013－03－05

作者简介：张静（1979－），女，山东德州人，硕士，讲师，从事

教育技术研究欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍

。

(上接101页)

课程体系建设均处于一个摸索的过程中。本文根据专业培养目标，设计了基于基础实验室、项目实训室以及综合项目演示实验室的架构方案，可为物联网专业实验室建设提供参考。参考文献（Ｒeferences ）：

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40．收稿日期：2012－12－26修改日期：2013－03－21

作者简介：胡欣欣（1982－），女，福建尤溪人，博士，实验师，

主要研究方向为计算机应用．