物联网实验室建设方案

概述

1.1物联网概念

        物联网定义：通过装置在各类物体上的电子标签(RFID)，传感器、二维码等，经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能，可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的沟通和对话。

        物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。

物联网的三个特征：

• 全面感知；
• 可靠传递；
• 智能处理。

中国发展物联网的战略意义：

• 物联网的传感器网络保障国土安全；
• 积极促进工业化与信息化融合；
• 抢占信息产业第三次浪潮的制高点。

物联网的发展历程：

我国各地政府迅速响应：

• 温家宝总理提出：物联网能做到“全面感知、可靠传送、智能处理”；
• 重庆:发布了《重庆市移动电子商务发展规划》、《信息化和工业化融合试验区2009年度工作计划》、《关于结合“两化融合”试验区建设加快M2M应用推广工作的通知》等文件；
• 江苏：在刚刚举行的江苏省领导干部学习会上，省委书记梁保华把传感网列为全省重点培育和发展的六大新兴产业之一，并提出“要努力突破核心技术，加快建立产业基地”；
• 广东：积极参与物联网国家标准的制订，推进RFID技术应用和产业发展，加强粤港RFID应用合作，促进粤港澳物流业务融合和通关便利化，同时计划 5年构建物联网数字家园；
• 上海：发布《上海市促进电子商务发展规定》，依托信息技术，加快实现制造业与物流业的对接联动。以“物联网”建设为重点，推进RFID、GPS、GIS、无线测控、数字集群、传感网络等技术在“物联网”中的应用；
• 北京市将重点推动“首都城市应急管理物联网示范工程”建设，逐步建成全市应急管理物联网平台。

物联网专业：

        作为新一轮的信息技术革命，物联网已经上升为国家战略。因此随着中国“互联网时代”向“物联网时代”的过度，作为物联网发展根本要素的人才培养尤为关键。

        2010年教育部公布了通过审批的140个高等学校战略性新兴产业相关本科新专业，在新增本科专业名单中，“物联网”成为较大热门，各高校纷纷开设相关专业。

1.2物联网典型技术体系架构

图1.2 物联网三层架构

物联网的三层架构：

• 应用层
• 数据挖掘
• 计算决策
• 网络层
• 融合接入
• 信息存储
• 感知层
• 嵌入式
• 标示、感知
• 协同、互动

物联网实验室介绍

2.1物联网专业人才培养要求

• 掌握与物联网学科相关的知识和基本理论和方法。
• 掌握物联网基本知识和基本技能，了解物联网技术科技发展前沿及发展趋势。
• 熟悉物联网相关国际与国家标准。
• 掌握必须的RFID技术、WSN技术、定位技术、条码技术、传感器技术、通信技术、计算机技术等知识和专业技能。
• 掌握信息采集、处理和融合、通讯传输等基本理论方法。

2.2物联网实验室建设作用

• 有利于培养学生的创新能力、增加物联网应用的实践能力。
• 提供系统化的实验与工程实训。能够完成物联网技术基础实验、物联网综合实验、物联网综合项目实训。
• 在培养学生创新能力方面，有利于开展科研训练、竞赛活动、设计性实验、社会实践、毕业设计等。针对物联网专业特点，增强学生科研训练的开放性与应用导向的特点。
• 提供物联网技术领域先进的设备，学生通过学习，能够开发出相关产品和系统。

物联网实验室架构

        该物联网实验室本着循序渐进、逐步深入的原则，在实际学习生活中充分应用物联网技术与环境互动，力求学生可以在充分的感性认识上，扎实掌握物联网基础知识以及原理。学生首先通过使用智能签到系统与智能货架，在实际学习使用中认识物联网技术，而后通过物联网技术实验平台，掌握GPS、GPRS、ZIGBEE、13.56MhzRFID、超高频RFID、条码等技术的基础知识与通讯协议原理。终末通过模拟环境的实训灵活应用物联网，集成各种技术，并练习编程对数据进行有效管理。让学生学习的过程变为感受物联网、认识物联网、学习物联网。

图3.1 物联网实验室平面示意图

图3.2 物联网实验室效果图

3.1物联网技术教学设备

        物联网实验室中包括物联网技术实验平台，物联网教学科研系统包括硬件资源、软件资源、实验资源组成。硬件资源包括条码识别技术、13.56MHz RFID模块、超高频RFID模块、GPRS网络模块、GPS定位模块、无线传感器模块及物联网网关；软件资源包括物联网技术基础实验软件、监控网关软件、物联网综合应用软件等

组成；实验资源包括物联网技术基础实验、条码技术实验、RFID技术实验、无线数据收发实验、通信协议分析实验及物联网综合实验。通过对这三个部分的充分学习，为物联网技术工程应用打下坚实的基础，并通过该实验平台，延伸出更多实用的物联网技术应用系统。本物联网教学科研系统克服了现有物联网技术实验系统缺点、采用扩展板的方式，能够完成物联网技术相关实验。ZIGBEE实验箱通过多个ZIGBEE网络节点和汇聚节点组成实验系统，通过面向初学者的针对性设计，使学生容易掌握ZIGBEE的实质，另外，模块化的设计与灵活配置，更增加了教学的灵活性。

3.2智能化桌椅考勤系统

        实验室中包含智能化桌椅考勤系统，让学生通过坐在座位上、这一过程完成签到考勤过程，学生在学习过程中充分体会身边物联网技术带来的便利，教师也可从繁杂的签到活动中解脱出来，更好的关注课程本身，为学生提供更好的教学。

        另外，考勤系统还能够提供实验室中的环境信息、VIP贵宾欢迎信息，便于实验室的管理。

该系统的三个功能：

• 实验室学生签到功能。
• 实验室环境监控功能。
• 教学互动功能。

3.3智能货架系统

        实验室中存有两个智能架，实现自动扫描货架内存放的货物信息，物联网实验室用智能架用来检测并智能管理架中存放的带有标签的图书和物联网技术实验箱，系统通过信息化手段管理实验仪器，增加实验室的物联度。

3.4 基于云计算的物联网实验室技术集成架构

        云计算是物联网技术大规模应用的基石，所以本实验室采用云计算架构，该云计算平台的较大的特点是使用SAAS服务模式软件、利用软件来实现硬件资源的虚拟化管理、调度及应用。通过虚拟平台用户使用实验室中网络资源、计算资源、数据库资源、硬件资源、存储资源等，与在自己的本地计算机上使用的感觉是一样的，相当于是在操作自己的计算机，这样实验室就可以让大量的学生机使用瘦客户端，有效减少建设成本，云计算中利用虚拟化技术可大大降低维护实验室成本和提高实验室资源的利用率。

图3.3 云计算模式集成架构示意图

产品市场竞争力

       本物联网实验室建设方案，与市场的同类产品相比，具有系统性、全面性、经济性、实际性的特点。

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