前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的物聯(lián)網(wǎng)工程概念主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
谷歌并不只是用嘴說說,這家公司正在使Android成為物聯(lián)網(wǎng)的標準操作系統(tǒng)。反觀國內(nèi),阿里巴巴也已經(jīng)開始布局物聯(lián)網(wǎng),并在操作系統(tǒng)上有所突破。A股市場也隨之刮起了一陣物聯(lián)網(wǎng)風潮。
長電科技(600584.SH) 概念股指數(shù):
公司是中國半導體封裝生產(chǎn)基地,是國內(nèi)知名的三級管制造商,集成電路封裝測試龍頭企業(yè),國家重點高新技術企業(yè)。公司于2015年1月15日消息,公司僅出資2.6億美元,就有望拿下全球第四大芯片封測廠星科金朋半數(shù)股份,從而打造出新的行業(yè)巨頭。預計公司2015年一季度實現(xiàn)歸屬于上市公司股東的凈利潤與上年同期136.27萬元相比,將增加3700%-3750%。
英唐智控(300131.SZ) 概念股指數(shù):
公司主要從事智能家居物聯(lián)網(wǎng)相關產(chǎn)品的研發(fā)和銷售,其長期戰(zhàn)略之一是在持續(xù)加大智能家居物聯(lián)網(wǎng)相關產(chǎn)品及技術的研究開發(fā)、持續(xù)創(chuàng)新的同時,拓展產(chǎn)業(yè)鏈上下游領域。2015年3月30日,公司公告稱,擬以發(fā)行股份及支付現(xiàn)金方式,耗資11.45億元向鐘勇斌等9名交易對象收購深圳華商龍100%的股權,拓展電子元器件分銷商領域。
漢威電子(300007.SZ) 概念股指數(shù):
公司主營氣體傳感器、氣體檢測儀器儀表的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及自營產(chǎn)品出口。2015年2月12日,公司公告稱與浙江風向標科技有限公司(簡稱風向標)簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議,雙反將在智能家居及家居安全方面開展深度合作。
新大陸(000997.SZ) 概念股指數(shù):
公司是國內(nèi)電子信息以及稅控收款機等多領域的龍頭企業(yè),在國內(nèi)終端廠家中唯一掌握終端核心芯片設計技術。2014年11月7日,公司停牌籌劃重大資產(chǎn)重組。公司擬采取非公開發(fā)行股份及支付現(xiàn)金相結合的方式向相關交易對方收購優(yōu)博訊股權,同時擬募集不超過本次交易總金額25%的配套資金。
廈門信達(000701.SZ) 概念股指數(shù):
公司主營網(wǎng)絡信息服務及信息產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)、商業(yè)批發(fā)零售、貿(mào)易和房地產(chǎn)開發(fā)。公司2015年2月3日公告稱,將通過全資子公司廈門信達物聯(lián)科技有限公司,收購國內(nèi)一體化視訊解決方案供應商深圳市安尼數(shù)字技術有限公司控股權,進一步延伸物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)布局。安尼數(shù)字2015年預計凈利潤為3000萬元,并將在今后數(shù)年保持30%左右的高增長,公司稱,通過將安尼數(shù)字的視頻監(jiān)控以及智能安防核心技術與公司RFID技術進行互補,可以更迅速,全面地為客戶提供物聯(lián)網(wǎng)應用整體解決方案。
寶信軟件(600845.SH) 概念股指數(shù):
公司主營計算機、自動化、網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)及軟硬件產(chǎn)品的研究、設計、開發(fā)、制造、集成,及相應的外包、維修、咨詢等服務。公司2015年1月12日消息稱,定增預案擬以11.8億元“加碼”寶之云互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)三期,項目計劃在25個月內(nèi)分三階段建設完成,同時擬建設9500個機柜的大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC),提供IT設備托管的IDC外包服務。
長江通信(600345.SH) 概念股指數(shù):
公司是國家光電子信息產(chǎn)業(yè)基地“武漢-中國光谷”的骨干企業(yè)之一,主要從事通信產(chǎn)品的投資、研發(fā)、制造和銷售,產(chǎn)品包括光傳輸設備、接入網(wǎng)設備、光纖光纜、基站射頻電纜、數(shù)字視頻設備等以及相關軟件,并從事通信、信息系統(tǒng)的集成和技術服務。公司具有多年與全球優(yōu)秀通信企業(yè)合作的成功經(jīng)歷和經(jīng)驗,積累了較強的科技實力和綜合優(yōu)勢。
達華智能(002512.SZ) 概念股指數(shù):
公司是專業(yè)生產(chǎn)非接觸式智能卡,智能電子標簽,高性能無線射頻識別(RFID)讀卡設備的高新技術企業(yè),是業(yè)內(nèi)應用芯片類型最為全面的生產(chǎn)廠家。公司首創(chuàng)的無開孔一次層合制卡新工藝和芯片創(chuàng)新封裝工藝,被國家4部委聯(lián)合授予“國家重點新產(chǎn)品”稱號,產(chǎn)品性能和質(zhì)量可媲美進口產(chǎn)品。
航天信息(600271.SH) 概念股指數(shù):
公司主營防偽稅控系統(tǒng)、IC卡、系統(tǒng)集成業(yè)務等,公司擁有遍布全國的服務單位,并設立了信息安全、智能商務、RFID等博士后工作站,具備信息產(chǎn)業(yè)部計算機系統(tǒng)集成一級資質(zhì),承擔了“金稅工程”、“金卡工程”、“金盾工程”等國家重點工程,是國家大型信息化工程和電子政務領域的主要參與者。2014年11月27日,公司與蘇寧云商在北京簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議,正式宣布雙方將在電子發(fā)票,線下金融收單,供應鏈金融等領域開展全方位的合作。電子發(fā)票業(yè)務將是未來雙方合作的重點。
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);多傳感器;語義融合;本體
中圖分類號:TP202
物聯(lián)網(wǎng)是計算機科學發(fā)展的產(chǎn)物,滲透到各個領域,工業(yè)、醫(yī)療、軍事、家庭等多領域,對各領域的各環(huán)節(jié)進行信息數(shù)據(jù)的自動化采集、處理、決策分析、預警等控制活動。負責信息數(shù)據(jù)采集的設備主要是傳感器。傳感器節(jié)點是信息采集、處理和傳輸?shù)幕A。每個傳感器都是一個信息源,對于信息系統(tǒng)來說,數(shù)據(jù)是海量的,并呈指數(shù)級別增長,產(chǎn)生和存儲這些數(shù)據(jù)的軟硬件環(huán)境有很大的差別,因此采集到的數(shù)據(jù)內(nèi)容和格式都不相同,使得數(shù)據(jù)的利用和共享成為難題,而處理這些數(shù)據(jù)需要面臨的主要技術問題就是異構的數(shù)據(jù)源問題[1]。因此,設計高質(zhì)量的傳感器數(shù)據(jù)融合[2-4]方法,是多傳感器數(shù)據(jù)的核心問題。
異構的數(shù)據(jù)源問題[5]包含四個級別:系統(tǒng)、結構、語法和語義。對于系統(tǒng)和結構上的異構問題,解決方案是使用XML語言消除異構,但是語義上的異構問題,使用本體是最有效的。本文的研究思路是:針對物聯(lián)網(wǎng)中多傳感器采集數(shù)據(jù)的格式不同問題,提出基于本體進行語義融合的方法,以達到多傳感器數(shù)據(jù)有效利用、決策控制等目的。
1 本體(Ontology)
1.1 本體知識簡介
在人工智能界,Neches等人將本體定義為“給出構成相關領域詞匯的基本術語和關系,以及利用這些術語和關系構成的規(guī)定這些詞匯外延的規(guī)則的定義”。文獻[6]指出:“本體包含有明確定義的詞匯表,定義概念間關系,同一個本體的所有使用者都遵循這些定義規(guī)則?!币虼吮倔w能夠在領域內(nèi)部描述概念和概念間關系,而且具有確定的屬性,促進人機交流。
1.2 混合本體
由于本體是可以共享的,首先查找現(xiàn)有本體資源,是否有可直接使用的本體。如果不能直接使用,那么利用混合本體方法[7],為每個傳感器創(chuàng)建本體。常見的基于本體集成模型有單一本體法、多本體法、混合本體法。基于混合本體的信息集成方法,是消除數(shù)據(jù)結構上異構的有效方法。
1.3 本體開發(fā)工具
本文在選擇本體創(chuàng)建和實例化的工具是protégé,版本4.1。Protégé也是目前開發(fā)人員在創(chuàng)建本體模型與本體化應用程序時使用的一款開源軟件。
這款軟件主要優(yōu)點有:
(1)采用圖形化界面,對類、屬性、類間關系等的編輯非常容易。
(2)protégé軟件結構有很好的擴展性。因此,其功能很強大,能夠編輯本體,也能將本體信息存入數(shù)據(jù)庫,并能夠?qū)崿F(xiàn)查詢推理功能。
2 基于融合規(guī)則的語義數(shù)據(jù)融合方法
2.1 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合算法
多傳感器數(shù)據(jù)融合的過程是綜合處理信息的過程,提取出多個傳感器的數(shù)據(jù)信息,根據(jù)一定的規(guī)則重新組合,得到對被測對象的一致性測量結果,融合后的數(shù)據(jù)更加可靠、準確,是決策分析和預警的重要依據(jù)。多傳感器數(shù)據(jù)融合,關鍵是信息形式更加復雜的異構數(shù)據(jù)源問題。數(shù)據(jù)融合的主要算法有:基于權系數(shù)的融合方法,基于參數(shù)估計的信息融合方法,基于D-S證據(jù)理論的融合方法,基于Kalman濾波的融合方法,基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的融合方法,基于粗糙集理論的融合方法,聚類分析法等多種方法。每種融合算法的依據(jù)理論不同,其優(yōu)劣勢也不同,D.S證據(jù)推理和表決法的理論還不夠成熟,神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊邏輯應用難度較高。
2.2 語義數(shù)據(jù)融合的核心問題描述
語義數(shù)據(jù)融合方法[8-10],利用本體在領域內(nèi)進行概念級建模,促進資源描述、信息共享和整合,有效消除海量異構設備產(chǎn)生的異構數(shù)據(jù)源問題。本體是針對語義內(nèi)容,實現(xiàn)語義標注、語義檢索等概念匹配的統(tǒng)一數(shù)據(jù)集。本文使用本體描述領域內(nèi)多傳感器資源,確定資源中概念的定義,消除二義性,便于計算機理解。
語義數(shù)據(jù)融合的核心問題有:
2.2.1 異構數(shù)據(jù)間語義沖突。語義沖突的結構包含模式層和數(shù)據(jù)層的沖突。模式層沖突是不同數(shù)據(jù)源中對相同概念采用不同邏輯結構造成的沖突。數(shù)據(jù)層沖突是對相同概念的表示不同造成的沖突。每種型號的傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)內(nèi)容和格式都有區(qū)別,數(shù)據(jù)的精度也不同,這對數(shù)據(jù)融合造成一定的難度。事實證明,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合方法并沒有很好地解決這個問題。
2.2.2 融合后的數(shù)據(jù)可靠性差。融合后的數(shù)據(jù)依然存在語義沖突和冗余。不能有效地用于決策分析、決策處理等。
2.3 基于混合本體的語義數(shù)據(jù)融合方法
本文中混合本體的作用主要表現(xiàn)在兩方面:
2.3.1 從全局角度規(guī)范化領域內(nèi)多傳感器資源的概念和術語,各傳感器本體中的概念參照全局本體,從而使概念具有一致性,有效解決語義沖突問題,為領域內(nèi)和領域間的實際應用起到共享本體作用。
2.3.2 通過混合本體的分析、處理,既理清了多傳感器領域知識的結構,又提高數(shù)據(jù)的可靠性,分析并提取出不安全數(shù)據(jù),從而為后續(xù)決策分析、處理和事故預警等問題打好基礎。而且多傳感器本體可以重用,從而避免重復的多傳感器領域知識分析。
本文利用混合本體為每個傳感器創(chuàng)建本體,結合一定的算法,將提出一種基于異構多傳感器數(shù)據(jù)的語義數(shù)據(jù)融合的方法?;诨旌媳倔w的數(shù)據(jù)融合方法不僅從數(shù)據(jù)的整體層面,也從局部角度處理數(shù)據(jù),使處理后的數(shù)據(jù)更加可靠。具體步驟如下:
(1)收集多傳感器數(shù)據(jù)到網(wǎng)關。收集多傳感器數(shù)據(jù)到網(wǎng)關,本質(zhì)上是從串口讀取、收集、發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)關的過程。通過各傳感器收集環(huán)境感知的數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)精度處理并保持一致。這部分知識是數(shù)據(jù)融合過程中已經(jīng)具備的前提,不多做闡述。
(2)描述異構多傳感器數(shù)據(jù)資源。分析多傳感器數(shù)據(jù),結合本體知識,描述多傳感器資源的本體概念,描述概念屬性,和概念間關系。本文涉及的傳感器有Arduino傳感器和物聯(lián)網(wǎng)實驗室的傳感器試驗箱,這兩種傳感器采集到的數(shù)據(jù)內(nèi)容和格式都不相同。以溫度傳感器為例,Arduino傳感器采集到的數(shù)據(jù)是數(shù)值,而教學用的傳感器試驗箱中溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)有時間和溫度值。傳感器資源的描述如下,以溫度傳感器為例,有傳感器數(shù)據(jù),溫度傳感器,采集時間(包含月、日、時、分、秒),采集區(qū)域,傳感器數(shù)值屬性。
(3)創(chuàng)建多傳感器的混合本體數(shù)據(jù)模型及其實例化。以混合本體為基礎與傳感器本體模型相結合,構建基于混合本體的多傳感器數(shù)據(jù)模型。全局本體描述的是傳感器的概念集合,局部本體描述的是各傳感器數(shù)據(jù)庫中的概念及其具體內(nèi)容,局部本體中的概念與全局本體中相應的概念之間存在映射關系。傳感器本體創(chuàng)建的步驟是:
1)抽取領域詞匯。研究領域知識、學習領域資料,定義領域本體的關鍵概念詞匯,以及概念間關系。定義類之間的繼承關系,以及概念的屬性關系。抽取領域內(nèi)的核心詞匯,需要結合領域和應用實際反復推敲,確定概念間的層次關系,以備用。
2)確定類屬性及其屬性值的取值范圍和類型。根據(jù)領域本體詞匯,定義本體概念的屬性,確定屬性取值類型和取值范圍。
3)創(chuàng)建類的實例。定義本體資源屬性取值后,需要創(chuàng)建本體實例。分析并選擇一個類,確定屬性的取值。最后確定本體概念、類以及類間關系的一致性,重復檢測正確性。
(4)基于混合本體的數(shù)據(jù)融合算法。傳感器類型、采集時間和采集區(qū)域?qū)傩阅軌蛭ㄒ粯俗R傳感器,稱為傳感器的關鍵屬性?;诨旌媳倔w的數(shù)據(jù)融合算法:首先比較傳感器的類型屬性。如果相等,則繼續(xù)比較傳感器的區(qū)域?qū)傩?。如果不等,則直接向網(wǎng)關輸出。再比較傳感器區(qū)域?qū)傩裕绻幌嗤?,則根據(jù)傳感器類型屬性進行數(shù)據(jù)合并后,直接輸出,如果相同,則說明是等價實例。繼續(xù)比較采集時間,采集時間若相同,則需要根據(jù)融合規(guī)則,進行數(shù)據(jù)融合。如果采集時間不同,說明采集時間稍早的數(shù)據(jù)是過時冗余的數(shù)據(jù),做刪除處理。
(5)基于融合規(guī)則輸出結果到網(wǎng)關。融合規(guī)則包含:
1)平均原則:將多個相同類型傳感器的數(shù)據(jù)進行取均值運算,最終返回均值。
2)加權平均原則:將多個相同類型傳感器的數(shù)據(jù)進行加權均值運算,并返回結果。
3)統(tǒng)計原則:統(tǒng)計數(shù)據(jù),將出現(xiàn)頻率高的值作為返回結果。
4)最值原則:取數(shù)據(jù)中的最大值或是最小值作為返回結果。
5)隨機原則:在多個相同類型傳感器的數(shù)據(jù)中隨機取一個數(shù)值作為結果返回。
本文建議:如果有敏感數(shù)據(jù)產(chǎn)生,即不安全數(shù)據(jù),那么基于統(tǒng)計原則必須輸出不安全的數(shù)據(jù)信息,如果采集到的數(shù)據(jù)在安全范圍內(nèi),那么以上融合規(guī)則都可以使用。
3 結束語
本文基于混合本體提出的語義數(shù)據(jù)融合方法,基本達到研究的預期目標。基于本體的語義數(shù)據(jù)融合方法,解決了語義沖突問題,使融合的數(shù)據(jù)更加可靠。語義數(shù)據(jù)融合,為自動化分析、處理多傳感器數(shù)據(jù)打下基礎,后續(xù)研究可以結合jena推理機,書寫推理規(guī)則,對融合后的傳感器數(shù)據(jù)進行推理,特別是對環(huán)境安全的決策分析、控制和預警活動有重要意義。
語義技術應用于物聯(lián)網(wǎng)領域的數(shù)據(jù)融合研究,已經(jīng)具備一定的理論基礎。本文提出基于語義的數(shù)據(jù)融合方法,促進語義在物聯(lián)網(wǎng)中的應用。
參考文獻:
[1]朱敏.基于物聯(lián)網(wǎng)的異構數(shù)據(jù)融合算法的研究[J].計算機光盤軟件與應用,2014(08).
[2]嚴鳳斌,高起蛟,楊彭遠.基于混合本體的異構數(shù)據(jù)集成方法研究[J].信息技術,2010(12).
[3]姜延吉.多傳感器數(shù)據(jù)融合關鍵技術研究[D].哈爾濱工程大學,2010(04).
[4]王欣.多傳感器數(shù)據(jù)融合問題的研究[D].吉林大學,2006(04).
[5]張軍艷,羅軍,趙應秋.基于本體的語義異構數(shù)據(jù)集成方法研究[J].信息技術,2012(08).
[6]趙健.基于領域本體的RDF檢索模型研究[D].吉林大學,2009(04).
[7]嚴鳳斌,高起蛟,楊彭遠.基于混合本體的異構數(shù)據(jù)集成方法研究[J].計算機應用,2010(12).
[8]房立芳.基于本體的異構數(shù)據(jù)集成與融合方法研究[D].中國科學技術大學,2010(05).
[9]李程貴.一種基于語義融合的智能家居系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].吉林大學,2012(06).
[10]劉波,齊德昱,林偉偉.基于本體的語義數(shù)據(jù)融合方法[J].華南理工大學學報(自然科學版),2009(01).
[11]黃漫國,樊尚春,鄭德智.多傳感器數(shù)據(jù)融合技術研究進展[J].傳感器與微系統(tǒng),2010(03).
作者簡介:孫麗麗(1981-),女,吉林德惠人,物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡工程教研室,研究方向:物聯(lián)網(wǎng)。
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)傳感器
一、物聯(lián)網(wǎng)概念與定義
物聯(lián)網(wǎng)(TheInternetofthings)的概念是在1999年提出的,它的定義很簡單:把所有物品通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進行信息交換和通訊,實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。
現(xiàn)在對物聯(lián)網(wǎng)的定義至少有幾十種,都是不同領域?qū)<覐牟煌I域定義的,我們?nèi)追N有代表性的供大家參考:
1.英語中“物聯(lián)網(wǎng)”一詞:InternetofThings,可譯成物的互聯(lián)網(wǎng)。
2.2005年ITU關于物聯(lián)網(wǎng)的定義:是一個具有可識別,可定位的傳感網(wǎng)絡。
3.經(jīng)過與無線網(wǎng)絡(也含固定網(wǎng)絡)連接,使物體與物體之間實現(xiàn)溝通和對話,人與物體之間實現(xiàn)溝通與對話。能實現(xiàn)上述功能的網(wǎng)稱為物聯(lián)網(wǎng)。
4.作者比較贊成一種基于泛網(wǎng)及其多制式、多系統(tǒng)、多終端等綜合的物聯(lián)網(wǎng)的定義——或稱為廣義物聯(lián)網(wǎng)。
二、國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
從國際上看,歐盟、美國、日本等國都十分重視物聯(lián)網(wǎng)的工作,并且已作了大量研究開發(fā)和應用工作。如美國把它當成重振經(jīng)濟的法寶,所以非常重視物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,它的核心是利用信息通信技術(ICT)來改變美國未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式和結構(金融、制造、消費和服務等),改變政府、企業(yè)和人們的交互方式以提高效率、靈活性和響應速度。按歐盟專家講,歐盟發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)先于美國,確實歐盟圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術和應用作了不少創(chuàng)新性工作。在北京全球物聯(lián)網(wǎng)會議上,他們介紹了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》(Internetofthings-AnactionplanforEurope)其目的也是企圖在“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展上引領世界。
我國在“物聯(lián)網(wǎng)”的啟動和發(fā)展上與國際相比并不落后,我國中長期規(guī)劃《新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)》中有重點專項研究開發(fā)“傳感器及其網(wǎng)絡”,國內(nèi)不少城市和省份已大量采用傳感網(wǎng)解決電力、交通、公安、農(nóng)漁業(yè)中的“M2M”等信息通信技術的服務。
在溫總理關于“感知中國”的講話后我國“物聯(lián)網(wǎng)”的研究、開發(fā)和應用工作進入了,江蘇省無錫市一馬當先率先提出建立“感知中國”研究中心,中國科學院、運營商、知名大學云集無錫共同協(xié)力發(fā)展我國的物聯(lián)網(wǎng)。
三、傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應用
一說到傳感器,可能大家就會往小的方面想,在物聯(lián)網(wǎng)的大概念下,一個泛在的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),隨著參照物的不同,傳感器可以是一個“大”的“智能物件”,它可以是一個機器人、一臺機床、一列火車,甚至是一個衛(wèi)星或太空探測器。物聯(lián)網(wǎng)關注傳感器的實際應用,下面是按應用方式進行的分類。
1.液位傳感器:利用流體靜力學原理測量液位,是壓力傳感器的一項重要應用,適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測量。
2.速度傳感器:是一種將非電量(如速度、壓力)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔兓膫鞲衅?,適應于速度監(jiān)測。
3.加速度傳感器:是一種能夠測量加速力的電子設備,可應用在控制、手柄振動和搖晃、儀器儀表、汽車制動啟動檢測、地震檢測、報警系統(tǒng)、玩具、結構物、環(huán)境監(jiān)視、工程測振、地質(zhì)勘探、鐵路、橋梁、大壩的振動測試與分析,以及鼠標,高層建筑結構動態(tài)特性和安全保衛(wèi)振動偵察上。
4.濕度傳感器:分為電阻式和電容式兩種,產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜。空氣中的水蒸汽吸附于感濕材料后,元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化,從而制成濕敏元件,適用于濕度監(jiān)測。
5.氣敏傳感器:是一種檢測特定氣體的傳感器,適用于一氧化碳氣體、瓦斯氣體、煤氣、氟利昂(R11、R12)、呼氣中乙醇、人體口腔口臭的檢測等。
6.壓力傳感器:是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器,廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境,涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。
7.激光傳感器:利用激光技術進行測量的傳感器,廣泛應用于國防、生產(chǎn)、醫(yī)學和非電測量等。
8.MEMS傳感器:包含硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器,兩者都是在硅片上生成的微機械電子傳感器,廣泛應用于國防、生產(chǎn)、醫(yī)學和非電測量等。
9.紅外線傳感器:利用紅外線的物理性質(zhì)來進行測量的傳感器,常用于無接觸溫度測量、氣體成分分析和無損探傷,應用在醫(yī)學、軍事、空間技術和環(huán)境工程等。
10.超聲波傳感器:是利用超聲波的特性研制而成的傳感器,廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等。
11.遙感傳感器:是測量和記錄被探測物體的電磁波特性的工具,用在地表物質(zhì)探測、遙感飛機上或是人造衛(wèi)星上。
12.視覺傳感器:能從一整幅圖像捕獲光線數(shù)以千計的像素,工業(yè)應用包括檢驗、計量、測量、定向、瑕疵檢測和分撿。
雖然,物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)供應鏈包括傳感器和芯片供應商、應用設備提供商、網(wǎng)絡運營及服務提供商、軟件與應用開發(fā)商和系統(tǒng)集成商。但是,作為“金字塔”的塔座,傳感器將會是整個鏈條需求總量最大和最基礎的環(huán)節(jié)。“傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術的支撐、應用的支撐和未來泛在網(wǎng)的支撐,傳感器感知了物體的信息,RFID賦予它電子編碼,傳感網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)的演變是信息技術發(fā)展的階段表征?!?/p>
參考文獻:
[1]張應福.物聯(lián)網(wǎng)技術與應用[J].通信與信息技術,2010,(1).
[2]張群.對物聯(lián)網(wǎng)的深度剖析[J].通信企業(yè)管理,2010,(1).
[3]孔曉波.物聯(lián)網(wǎng)概念與演進路徑[J].電信工程技術與標準化,2009,(12).
[4]王保云.物聯(lián)網(wǎng)技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報,2009,(12).
[5]趙茂泰.智能儀器原理及應用[J].北京:電子工業(yè)出版社.
[6]陳艾.敏感材料與傳感器[M].北京:高等教育出版社.
摘要:針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)計算機組成原理課程在教學中面臨的新問題,分析物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的特點,闡述面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的計算機組成原理課程教學改革方法,提出基于分流培養(yǎng)模式的層次化教學內(nèi)容設置方案。
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);計算機組成原理;分流培養(yǎng);教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)50-0103-02
一、引言
計算機組成原理課程是計算機類專業(yè)本科階段最重要的核心基礎課之一,在整個計算機類專業(yè)教學中起著重要的承上啟下的作用。該課程對于學生完整地理解計算機系統(tǒng)的層次結構,系統(tǒng)地建立計算機整機的概念,培養(yǎng)學生對計算機系統(tǒng)分析、應用、設計及開發(fā)的能力,都具有非常重要的作用。目前,國內(nèi)重點高校的計算機組成原理課程主要是面向計算機科學與技術、軟件工程和網(wǎng)絡工程等專業(yè)的學生,相關教學改革研究也主要是針對上述計算機類專業(yè)展開的,很少針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)展開計算機組成原理課程教學改革研究。然而,教育部自2010年批準設置物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以來,國內(nèi)很多高校陸續(xù)開設了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè),我校于2014年也開設物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。針對新開設的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)方案、人才培養(yǎng)目標及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的特點,有必要對計算機組成原理課程的教學改革展開新的研究,以使本課程更好地為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生后m課程的學習打下堅實的基礎。本文針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案與人才培養(yǎng)目標,基于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的整體發(fā)展趨勢和人才市場的需求,通過分析當前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)特點,并總結目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在教學過程中存在的問題,構建適用于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的計算機組成原理課程的教學內(nèi)容。在設置教學內(nèi)容時把握內(nèi)容的基礎性和新穎性,既注重基礎的、核心教學內(nèi)容的完整性,又要考慮物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特點。同時,又要跟上現(xiàn)代計算技術的發(fā)展水平和實際情況,增加新進而實用的相關知識點。既要考慮教學內(nèi)容的完整性,又要考慮到教學學時的有限性,設計部分培養(yǎng)和訓練學生自主學習的內(nèi)容,從而構建課堂學習與自主學習相融合的教學內(nèi)容,最終形成一套基于分流培養(yǎng)模式的層次化教學內(nèi)容。
二、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)計算機組成原理課程面臨的新問題
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以培養(yǎng)能夠系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網(wǎng)的相關理論、方法和技能,具備通信技術、網(wǎng)絡技術、傳感技術等信息領域?qū)拸V的專業(yè)知識的高級工程技術人才。物聯(lián)網(wǎng)涵蓋了傳感器技術、射頻識別技術、嵌入式系統(tǒng)技術、數(shù)據(jù)庫技術、通信技術、互聯(lián)網(wǎng)技術以及云計算技術等,是一門具有涉及領域廣、學科交叉性強和工程實踐性強等特點的學科,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更是新一代信息技術的高度集成和綜合運用。因此,面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè),本課程的授課內(nèi)容還需要考慮以下二個方面的問題。
1.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)對嵌入式相關內(nèi)容有較高要求。英特爾構架事業(yè)部副總裁兼嵌入式與通信事業(yè)部總經(jīng)理唐迪曼指出“物聯(lián)網(wǎng)的核心基礎:嵌入式”。指出物聯(lián)網(wǎng)是嵌入式計算系統(tǒng)一種新的應用,比較傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)應用,物聯(lián)網(wǎng)應用的層次更加豐富和復雜,既有表現(xiàn)在傳感層上的實時應用,還有在計算和網(wǎng)絡應用層上的海量的數(shù)據(jù)處理和分析工作。物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術的重要組成部分,是互聯(lián)網(wǎng)與嵌入式計算系統(tǒng)發(fā)展到高級階段的融合。嵌入式計算技術已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的關鍵技術。然而,傳統(tǒng)面向計算機科學與技術專業(yè)和軟件工程專業(yè)的計算機組成原理的大部分內(nèi)容是面向復雜指令系統(tǒng)計算機類而設置的,而面向嵌入式類的,如面向精簡指令系統(tǒng)計算機類的授課內(nèi)容幾乎沒有涉及。而我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在本課程的后續(xù)課程中有很多與嵌入式相關的課程。
2.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)方案及前后課程設置與其他計算機類專業(yè)不同。隨著半導體工藝技術的飛速進步和體系結構的不斷發(fā)展,多核/眾核處理機硬件日趨普及,使得昔日高端的并行計算機呈現(xiàn)出普適化的發(fā)展趨勢,并行計算系統(tǒng)已成為各類計算系統(tǒng)的基礎。然而,我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)方案與計算機科學與技術專業(yè)的培養(yǎng)方案不同,在本課程之前并未設置匯編語言與接口技術課程,本課程之后也沒有計算機系統(tǒng)結構、編譯原理等課程。因此,需要結合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案的實際情況,根據(jù)前后課程的設置來構建本課程的授課內(nèi)容。例如,原先在計算機系統(tǒng)結構課程中介紹的新進技術,如多處理器、多核、流水線技術等有必要有取舍地引入到本課程中來。因此,我們有必要結合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)方案、人才培養(yǎng)目標和物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)特點,對本課程的教學內(nèi)容的設置進行進一步深入研究。
三、基于分流培養(yǎng)模式的層次化教學內(nèi)容設置
在我校原有課程內(nèi)容的基礎上,我們借鑒了南京大學計算機系統(tǒng)基礎課程的部分授課內(nèi)容,同時結合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標和我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案,采用了“計算機組成與設計:硬件/軟件接口”一書的部分內(nèi)容,將本課程由原來的9個部分優(yōu)化為7個部分,去除了原有課程中外部設備部分內(nèi)容。并將原先第2部分(計算機中數(shù)據(jù)信息的表示)和第3部分(運算方法和運算器)的內(nèi)容進行合并,弱化了運算部件設計部分的內(nèi)容,此部分內(nèi)容可在實驗課程或后續(xù)計算機組成與設計課程中重點講解。同時,將系統(tǒng)總線和輸入輸出系統(tǒng)進行了合并,并增加了異常控制流部分內(nèi)容。優(yōu)化后的授課內(nèi)容如下:第1部分是計算機系統(tǒng)概述,第2和第3部分分別介紹高級語言程序中的數(shù)據(jù)和語句所對應的底層機器級表示,展示的是高級語言程序到機器級語言程序的對應轉(zhuǎn)換關系,即數(shù)據(jù)的機器級表示與處理和指令系統(tǒng);第4部分和第5部分著重介紹與程序的運行密切相關的硬件部分―中央處理器和存儲器的組織,即中央處理器和層次結構存儲系統(tǒng);第6部分介紹打斷程序正常運行的事件機制―異??刂屏?;第7部分主要介紹程序中I/O操作的實現(xiàn)機制。其中,每個部分又包含了3個層次:基礎與核心、專業(yè)特色和新進技術和知識點強化。
1.基礎與核心:本部分內(nèi)容主要包括計算機系統(tǒng)最基礎與最核心的內(nèi)容,是本門課程重點講授的內(nèi)容,與原有課程的教學內(nèi)容基本上相同,但結合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)需求,做了部分優(yōu)化。
2.專業(yè)特色與新進技術:本部分內(nèi)容結合物聯(lián)網(wǎng)工程的專業(yè)特色,考慮了嵌入式計算系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中核心與基礎地位,設置了部分以ARM和MIPS為實例的內(nèi)容。同時,考慮到并行計算系統(tǒng)的重要性及我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)后續(xù)課程中沒有計算機系統(tǒng)結構課程,引入了部分新進技術,如流水線方式下指令的執(zhí)行和并行與存儲器層次結構。
3.知識點強化:本部分內(nèi)容貫穿整個教學內(nèi)容,是訓練和強化學生建立整機概念的重要環(huán)節(jié)。擬以高級語言程序的開發(fā)和運行過程為主線,將該過程中每個環(huán)節(jié)所涉及的硬件和軟件的基本概念P聯(lián)起來,以使學生建立起一個完整的計算機系統(tǒng)層次結構及其相互轉(zhuǎn)換關系,并建立起整個專業(yè)課程之間的相互關系。同時,對指令在硬件上的執(zhí)行過程和指令的底層硬件執(zhí)行機制有一定的認識和理解,從而增強學生在程序的調(diào)試、性能優(yōu)化、移植和健壯性保證等方面的系統(tǒng)能力,并為后續(xù)的相關課程打下基礎。最后,考慮到課時的限制,我們設置了部分培養(yǎng)和訓練學生自主學習能力的內(nèi)容,主要包括數(shù)字邏輯電路、匯編語言、基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)基礎等內(nèi)容。
四、結束語
計算機組成原理課程的地位決定了合理設置本課程教學內(nèi)容的重要性。在面向新開設的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)時,需要考慮新專業(yè)的培養(yǎng)方案、人才培養(yǎng)目標以及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的特點,同時要考慮新技術的發(fā)展,并結合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生的實際情況來設置合理有效的教學內(nèi)容。
參考文獻:
[1]袁春風,張澤生,蔡曉燕,等.計算機組成原理課程實踐教學探索[J].計算機教育,2011,(17):110-114.
[2]劉衛(wèi)東,張悠慧,向勇,等.面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的計算機專業(yè)課程體系建設實踐[J].中國大學教學,2014,(8):48-52.
[3]高小鵬.計算機專業(yè)系統(tǒng)能力培養(yǎng)的技術途徑[J].中國大學教學,2014,(8):53-57.
[4]蔣永國,洪鋒,董軍宇.面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的計算機組成原理核心課程建設[J].計算機教育,2015,(21):3-6.
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);計算機網(wǎng)絡;課程群;教學改革
1 計算機網(wǎng)絡技術課程群在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)中的重要地位
物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命性浪潮。它融合了智能感知、識別技術、傳感器網(wǎng)絡以及普適計算等技術,按照約定的協(xié)議,實現(xiàn)無處不在的物與物、物與人、人與人之間的互聯(lián),其應用領域包括醫(yī)療監(jiān)測、智能交通、政府工作、智能消防、環(huán)境監(jiān)測、情報搜集等。物聯(lián)網(wǎng)公認有3個層次,其中底層是感知數(shù)據(jù)的感知層,中間是傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡層,上層是內(nèi)容信息處理的應用層。
由物聯(lián)網(wǎng)技術層次結構可以看出,物聯(lián)網(wǎng)是三網(wǎng)融合的延伸和擴展,技術的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)。它以IP協(xié)議為基礎,采用類似互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的分層網(wǎng)絡通信協(xié)議為上層的各種應用提供服務[1]。
從物聯(lián)網(wǎng)技術核心需求的角度來看,計算機網(wǎng)絡基礎知識在整個物聯(lián)網(wǎng)的課程知識體系中尤為重要。在專業(yè)建設過程中,應以互聯(lián)網(wǎng)為核心和基礎,以計算機網(wǎng)絡課程為中心,充分考慮物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)對計算機網(wǎng)絡知識的需求,圍繞課程選取與階梯式課程群設置、教學內(nèi)容安排與銜接、教學方法與改革、實踐課程體系設置等方面展開改革和探索,培養(yǎng)學生扎實的網(wǎng)絡知識,為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)相關課程打好基礎[2]。
2 課程選取與階梯式課程群的課程設置
課程群的課程設置不是簡單的課程組合,需要對課程體系統(tǒng)籌規(guī)劃。計算機網(wǎng)絡技術作為一個重要的知識模塊,涵蓋了從計算機網(wǎng)絡的理論基礎到實踐操作,再到綜合應用的全部內(nèi)容,是一個內(nèi)涵豐富的課程體系。
湖北工業(yè)大學的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)依托原有的網(wǎng)絡工程專業(yè),課程體系設置在網(wǎng)絡工程專業(yè)的基礎上進行了大幅度的修改,網(wǎng)絡工程專業(yè)計算機網(wǎng)絡技術課程群的主要課程見圖1。
可以看出,原有計算機網(wǎng)絡技術課程群的課程主要基于IPV4,偏重于互聯(lián)網(wǎng)理論基礎、層次模型、有線網(wǎng)絡結構及組建、網(wǎng)絡管理與分析等方面,并不能體現(xiàn)現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的架構和特點。
因此,在進行物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的計算機網(wǎng)絡技術課程群設置過程中,筆者充分考慮物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的需求和特點,經(jīng)過大量調(diào)研和反復思考,整體改造原課程群,加入了無線網(wǎng)絡、嵌入式、傳感等知識模塊,形成一條層次分明且知識體系完整而獨立的課程鏈,主要專業(yè)核心課程有計算機網(wǎng)絡、TCP/IP協(xié)議原理、網(wǎng)絡互聯(lián)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術概論、無線傳感器網(wǎng)絡、RFID原理及應用、物聯(lián)網(wǎng)安全技術、網(wǎng)絡編程與系統(tǒng)開發(fā)。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)階梯式計算機網(wǎng)絡技術課程群具體課程設置見圖2。
由圖2可以看出,經(jīng)過精心設置的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)計算機網(wǎng)絡技術課程群的各門課程并非簡單的、平面式的結構,而是5個階段的課程群[3],分別為網(wǎng)絡基礎理論模塊、網(wǎng)絡基礎應用模塊、物聯(lián)網(wǎng)基礎模塊、物聯(lián)網(wǎng)應用與安全模塊、物聯(lián)網(wǎng)綜合應用與實踐模塊,具有良好的課程遞進層次關系。
3 課程群具體的教學內(nèi)容設置
計算機網(wǎng)絡課程群主要培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程系本科生的互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)理論基礎和實踐能力,要求學生掌握互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的基本理論知識與關鍵技術,能夠理解網(wǎng)絡體系結構與物聯(lián)網(wǎng)總體構架,并具備網(wǎng)絡管理與配置、網(wǎng)絡應用與創(chuàng)新的能力。計算機網(wǎng)絡課程群的建設不僅是選取內(nèi)容縱向有傳承關系、橫向有內(nèi)在聯(lián)系的幾門課程,還要梳理和整合課程教學內(nèi)容,打破課程間的壁壘,減少重復內(nèi)容并保證內(nèi)容的連貫性與完整性[4]。因此,在進行課程群建設時,筆者充分考慮了課程群內(nèi)諸課程在結構、內(nèi)容、側(cè)重點、時間分配等方面的相互關系。經(jīng)過幾年的教學實踐與探索,筆者在教學內(nèi)容的安排和設置方面做了如下安排和改革,見表1。
從第三學期開始,每學期逐漸增加網(wǎng)絡方向的課程,這學期開設的計算機網(wǎng)絡主要以培養(yǎng)學習興趣和奠定網(wǎng)絡基礎為主。從最熟悉的互聯(lián)網(wǎng)應用入手,首先闡述計算機網(wǎng)絡的起源與發(fā)展、網(wǎng)絡的基本概念以及網(wǎng)絡協(xié)議與體系結構分層模型,使學生對網(wǎng)絡整體架構有清晰的了解;然后以自底至上的順序詳細講解網(wǎng)絡各層次的協(xié)議內(nèi)容與工作原理,并在實驗環(huán)節(jié)使用抓包軟件進行協(xié)議分析和觀察,以驗證性和演示性實驗為主,使學生通過實驗過程了解網(wǎng)絡相關知識;在計算機網(wǎng)絡課程的后期,加入對未來網(wǎng)絡展望的內(nèi)容,包括下一代因特網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等知識,一方面擴展傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡授課的范疇,增加課程的廣度和深度,另一方面旨在提高學生的學習興趣,為后續(xù)課程打好基礎。
第四學期的教學內(nèi)容主要在第三學期課程的基礎上進行擴充和深入,開設網(wǎng)絡互聯(lián)技術與TCP/IP協(xié)議原理課程。通過學習網(wǎng)絡互聯(lián)技術課程,學生將掌握交換與路由的基本知識與基本原理,培B學生對中小型園區(qū)網(wǎng)的組網(wǎng)與管理能力,能對具體的網(wǎng)絡應用給出合理的規(guī)劃和可行的解決方案,并具備解決網(wǎng)絡中常見問題的基本技能,將理論知識付諸于應用。TCP/IP協(xié)議原理課程是計算機網(wǎng)絡課程的延續(xù)和深化,通過課程學習,學生將深入掌握TCP/IP原理,在理論學習的基礎上用程序設計語言實現(xiàn),從而提高網(wǎng)絡應用程序開發(fā)能力,夯實網(wǎng)絡管理基礎,提高網(wǎng)絡安全意識,增強網(wǎng)絡分析能力。
在前面兩個學期學習互聯(lián)網(wǎng)技術的基礎上,第五學期的教學內(nèi)容開始體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)特色,開設的物聯(lián)網(wǎng)技術概論、無線傳感器網(wǎng)絡以及RFID原理及應用3門課程都是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程。物聯(lián)網(wǎng)技術概論是學生認識物聯(lián)網(wǎng)的起點,通過課程學習,學生能了解物聯(lián)網(wǎng)的起源和典型應用,理解物聯(lián)網(wǎng)的概念與內(nèi)涵,并對物聯(lián)網(wǎng)的體系架構和核心技術有充分的認識,這是一門重要的物聯(lián)網(wǎng)技術啟蒙課程。無線傳感器網(wǎng)絡和RFID原理及應用這兩門課,是深入學習和研究物聯(lián)網(wǎng)技術的核心專業(yè)課程。通過學習,學生應掌握無線傳感器平臺和網(wǎng)絡架構、射頻識別技術的基本概念與原理方法,為后續(xù)的綜合實踐環(huán)節(jié)打好理論基礎。
第六學期開設的網(wǎng)絡管理與安全和物聯(lián)網(wǎng)安全兩門課程是進階課程,通過這兩門課程的學習,學生應在掌握互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)基本原理的基礎上,了解網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡安全知識模塊,包括密碼理論、無線傳感器網(wǎng)絡安全概述、密鑰管理、安全路由、物聯(lián)網(wǎng)中的抗干擾、射頻識別的隱私與安全、物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)的安全設計等基礎知識,達到從理論到應用、從架構到安全的全方位提升。
第七學期設置的物聯(lián)網(wǎng)應用綜合設計及創(chuàng)業(yè)實踐環(huán)節(jié),旨在提高學生的綜合應用和動手能力。通過為期一個月的實踐學習,學生能夠設計一個物聯(lián)網(wǎng)綜合應用系統(tǒng),能夠從系統(tǒng)的角度看待物聯(lián)網(wǎng)的應用問題,并能綜合利用幾年來所學的互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)知識解決網(wǎng)絡通信及應用的相關問題。
綜上所述,本課程群的課程內(nèi)容在設置上是完整的、連續(xù)的、突出重點的,涵蓋了從基礎的互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)的基本原理、體系架構、網(wǎng)絡應用、關鍵技術與安全的內(nèi)容,并遵循從易到難、從淺到深、從原理到應用、從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)、從系統(tǒng)到安全的原則來設置教學內(nèi)容。課程分布于第三學期到第六學期之間,內(nèi)容在時間的安排上符合學習的一般規(guī)律,并注重理論與實踐相結合的原則,具有科學性和可實施性。
4 計算機網(wǎng)絡課程群教學方法改革
物聯(lián)網(wǎng)技術屬于集成創(chuàng)新型技術,培養(yǎng)的人才不僅要具備扎實的理論基礎,還應具備很強的工程實踐與應用能力。因此,在計算機網(wǎng)絡課程群的教學中,筆者堅持“課程精、實踐強”的原則,強調(diào)理論與實踐相結合的教學方法,不斷改革理論教學,引入MOOCs、混合教學、開放課堂、對分課堂等形式,強化實踐教學,深入開展校企合作模式,形成了工程訓練、專業(yè)認證、創(chuàng)新培養(yǎng)并舉的特色教育理念。鑒于在實踐教學和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面的有力措施和突出成績,筆者在2012年獲得了湖北工業(yè)大學優(yōu)秀教學成果一等獎。
4.1 根據(jù)不同課程探尋多種教學模式,提高教學效果
近年來,以MOOCs為代表的新型教學模式不斷涌現(xiàn),大多依托網(wǎng)絡教學資源,秉承自由學習的理念,旨在調(diào)動學生的學習積極性和創(chuàng)造性,為傳統(tǒng)課堂注入了新的活力。筆者在計算機網(wǎng)絡課程群的建設中,結合各門課程的優(yōu)勢和特點,進行了多種課程教學模式的改革和嘗試,力求獲得更好的教學效果。
以計算機網(wǎng)絡課程教學模式改革為例,該課程作為課程群的第一門專業(yè)基礎課,其教學效果對整個專業(yè)的后續(xù)學習至關重要??紤]到這門課程的網(wǎng)絡資源比較豐富,且大部分內(nèi)容難度不大,筆者采取了傳統(tǒng)教學與網(wǎng)絡教學相結合的混合教學模式。這種模式由課前預習、面對面授課(face-to-face)、在線學習(On-line)、實踐訓練4個過程組成。此學習模式整合了各種教學資源和多樣化的學習形式,如課堂學習、自主學習、分組討論、任務驅(qū)動、協(xié)作項目實踐活動、實踐訓練等[5]?;旌辖虒W模式既保持了傳統(tǒng)課程教W的優(yōu)勢,又在課前和課后引導學生自主學習,學生能通過各種學習方式保持學習興趣并取得良好的學習效果。
在物聯(lián)網(wǎng)技術概論課程教學模式改革中,針對該課程內(nèi)容繁而細、知識更新快、實踐性強的特點,筆者提出了物聯(lián)網(wǎng)導論的開放式教學法,主要途徑有開放教學過程、開放教學內(nèi)容、開放教學考核與開放教學環(huán)境等。在教學過程中,以學生為主體開展教學活動,課堂上有分組討論、頭腦風暴、及時答疑、小組展示等各種環(huán)節(jié)。在注重師生關系平等的基礎上,盡量與學生進行課堂互動,引導學生積極思考并大膽表達自己的觀點。在教學內(nèi)容上以新技術和實例教學為主,每學期的課件和內(nèi)容都要及時更新和補充,并將教學內(nèi)容融入實際案例。比如在介紹常用傳感器及其典型應用的時候,會聯(lián)系生活中的小米手環(huán)、智能醫(yī)療、智能家居應用等,既提高了學生的學習興趣,也擴充了學生的視野。在教學環(huán)境上,以開放的網(wǎng)絡教學平臺作為課堂的補充,并以開放的形式進行考核,注重對學生分析能力和創(chuàng)新能力的考核。
實踐證明,依據(jù)不同課程的特點和性質(zhì),在課程群中開展適合不同課程的多種教學模式探索,能大大增加課程的吸引力并降低學習的難度,學生不僅能學到知識,更能提高學習的興趣,并鍛煉自學能力和創(chuàng)新能力。
4.2 重視實踐教學環(huán)節(jié),提高學生工程實踐能力
為了保證實踐教學環(huán)節(jié)的教學質(zhì)量和教學效果,筆者多次對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學計劃進行深入的研究和有針對性的修訂,包括增加實踐教學環(huán)節(jié)的學時、提高綜合性與設計性實驗比例、增加物聯(lián)網(wǎng)應用綜合設計及創(chuàng)業(yè)實踐環(huán)節(jié)、強化實習環(huán)節(jié)和畢業(yè)設計環(huán)節(jié),并加強對實踐教學體系各環(huán)節(jié)的規(guī)范化管理。
1)調(diào)整實驗學時,改革實驗教學方式,提高綜合性與設計性實驗比例。
計算機網(wǎng)絡課程群中的每門課程都配備了實驗教學環(huán)節(jié)。對于一些實踐性較強的課程,如網(wǎng)絡互聯(lián)技術課程,根據(jù)其課程特點,改革性地將理論課堂搬到實驗室。為保證課堂效果和實驗過程完整性,采用4節(jié)連上的方式,并將對分課堂和任務驅(qū)動的教學理念引入課堂,用一節(jié)課講解核心的理論和實驗內(nèi)容,余下3節(jié)課全部進行實驗、調(diào)試和答疑。每節(jié)課以一個實踐小項目為驅(qū)動,學生通過分組合作的方式進行,以實踐項目完成效果為考核的標準。學生普遍反映這種實踐教學效果良好,可以及時消化和理解理論知識,避免理論與實踐的脫節(jié),并鍛煉了協(xié)作與學習能力。
為了彌補大多數(shù)課程中以驗證性實驗為主的局限性,課程在每門課程的實驗教學大綱中都加入了一個綜合性的實驗內(nèi)容,并在高年級增加了物聯(lián)網(wǎng)應用綜合設計及創(chuàng)業(yè)實踐環(huán)節(jié),主要提供一些平臺和一段時間給學生進行知識的梳理和總結,鼓勵學生進行創(chuàng)業(yè)計劃實現(xiàn)自己的想法,把學生的興趣、愛好、學習、創(chuàng)新融為一體,這也是實踐環(huán)節(jié)的主要目標。
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)技術;校園網(wǎng);應用研究
近幾年來,物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展十分迅速,物聯(lián)網(wǎng)不僅可以降低成本,增加貿(mào)易機會,而且簡化貿(mào)易流通過程和提高生產(chǎn)力,改善物流和金流、商品流、信息流的環(huán)境與系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展勢頭很強,而且所占整個貿(mào)易額的比例很好。同時,物聯(lián)網(wǎng)在校園網(wǎng)構建中也發(fā)揮了重要的作用,把他其與互聯(lián)網(wǎng)相結合在一起,在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上進一步的提高,使其作用更好的得以利用。這樣不僅僅能夠快速的利用網(wǎng)絡化的時代,也能夠使我們在實用的途徑中收到更大的啟發(fā),研發(fā)更多的成果,供人類的生產(chǎn)需求,也為所有在校生提供了更好的發(fā)展平臺,使他們更能很好的接觸到網(wǎng)絡的科學技術,學到更多的知識。
1 物聯(lián)網(wǎng)技術在校園網(wǎng)應用的發(fā)展史
物聯(lián)網(wǎng)這個概念最早由麻省理工的Auto-ID中心在1999年提出,其基本想法是將RFID和其他傳感器相互連接,形成RFID架構的分布式網(wǎng)絡。在2005年國際電信聯(lián)盟的同名報告中,物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍已經(jīng)發(fā)生了變化,覆蓋范圍有了較大的拓展,不再只是RFID技術的物聯(lián)網(wǎng)。自2009年明總理提出“感知中國”以來,物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一,寫入“政府工作報告”,物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全社會極大的關注,其受關注程度是在美國、歐盟、以及其他各國不可比擬的。
“The Internet of things”是物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱。在中國把物聯(lián)網(wǎng)稱之為“傳感網(wǎng)”。中科院早在1999年,就啟動了傳感網(wǎng)的研究,并已建立了一些實用的傳感網(wǎng)。與其它國家相比,我國技術研發(fā)水平處于世界前列,具有同發(fā)優(yōu)勢和重大的影響力。2005年,11月27日,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上,國際電信聯(lián)盟了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》的報告,正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。IBM大中華區(qū)首席執(zhí)行官錢大群在2009IBM論壇上公布了名為“智能的地球”的最新策略,這次革命成為一次巨大的飛躍?,F(xiàn)在隨著科學技術的不斷發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)的運用不再僅僅局限于科學研究領域中,而且也都遍布世界中的各種網(wǎng)絡技術當中。隨著校園網(wǎng)絡的廣泛運用,物聯(lián)網(wǎng)也涉足于校園文化中。
2 物聯(lián)網(wǎng)技術在校園網(wǎng)構建的應用方法
2.1 在圖書館中的應用
物聯(lián)網(wǎng)技術利用其自身具有的無線傳輸能力和大容量的數(shù)據(jù)儲存,可以極大地提高圖書館管理的效率。具體表現(xiàn)為:
①簡化借還書服務工作:以前圖書館的借還書采用刷條形碼的方式,這種方式還需要充磁等繁瑣的步驟,帶來了許多不便,現(xiàn)在如果利用物聯(lián)網(wǎng)技術就不用一本書一本書的用掃描儀掃描條形碼,這樣既減少讀者的等待時間,也可以提高管理人員的工作效率。
②可以有效快速地查找到需要的書籍:利用物聯(lián)網(wǎng)中RFID無線電波感應技術,可以快速的查找到所要的書籍,這樣也提高了管理員的辦事效率;
③使圖書的管理工作更加有效快速:以前學校對圖書的管理需要相關的人員進行依次整理和清點,而利用物聯(lián)網(wǎng)無線電波傳送信息的功能,能夠一次性掃描出資料,簡化了盤點工作;
④讀者自助借還書:圖書館利用物聯(lián)網(wǎng)技術提供自助借還書設備,則讀者可以自行辦理圖書的借還,就不用親自去圖書館進行辦理。
2.2 與學校部分專業(yè)的結合應用
現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術運用到學校開設專業(yè)各個領域,起到了不可忽視的作用。從技術角度,主要涉及的現(xiàn)有高校院系與專業(yè)有:計算機科學與工程,電子與電氣工程,電子信息與通訊,自動控制,遙感與遙測,精密儀器,電子商務,建筑與智能化,土木工程,交通運輸與物流,節(jié)能與環(huán)保等等,以下是我了解到的一些專業(yè)中的運用。
2.2.1 在醫(yī)學方面的應用
利用物聯(lián)網(wǎng)的各種獨特的技術運用在校園網(wǎng)中的有關醫(yī)學方面的設備。如在醫(yī)學學院教師可以通過各種媒體設備進行教學模擬、學生模擬實驗的設備的監(jiān)控、還有就是對學生實驗過程中追蹤管理等等。這些都是把物聯(lián)網(wǎng)的技術應用在醫(yī)學設施上,通過這些先進的技術,大大增強了學校的醫(yī)學設施,提高了同學的學習效率,也促進了學校的進步。
物聯(lián)網(wǎng)是我國信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展。2009年,我國的RFID產(chǎn)值就達到了85億元,居全球第三位,僅次于英國和美國。我國將打造全球產(chǎn)業(yè)高地。
告訴一個你不知道的“物聯(lián)網(wǎng)”時代:當司機出現(xiàn)操作失誤時汽車會自動報警;公文包會提醒主人忘帶了什么東西;衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求;貨車超重時,汽車會自動告訴你超載了多少,輕重貨怎樣搭配;卸貨時,一包貨物可能會大叫“你扔疼我了”“親愛的,請你不要太野蠻,可以嗎?”司機開車閑扯時,貨車會裝作老板的聲音怒吼“笨蛋,該發(fā)車了!”……
什么是物聯(lián)網(wǎng)?
物聯(lián)網(wǎng)這個概念,早在1999年就提出來了,當時叫傳感網(wǎng)。它是一種網(wǎng)絡概念,就是按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。
物聯(lián)網(wǎng)是什么?我們經(jīng)常會說RFID,這只是感知。物聯(lián)網(wǎng)的價值在于網(wǎng),而不在于物。如果沒有一個龐大的網(wǎng)絡體系,不能進行管理和整合,那網(wǎng)絡就沒有意義。所以,物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。
1.很多人把傳感網(wǎng)、RFID網(wǎng)等技術視為物聯(lián)網(wǎng)。事實上,所有能夠?qū)崿F(xiàn)自動識別與物物通信的技術,如傳感技術、RFID技術、GPS、視頻識別、紅外、激光、掃描等,都是物聯(lián)網(wǎng)的某一種應用。
2.很多人把物聯(lián)網(wǎng)當成互聯(lián)網(wǎng)的無邊無際的無限延伸。實際上,互聯(lián)網(wǎng)也有廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之分,物聯(lián)網(wǎng)絕不這么簡單。
它既可以是互聯(lián)網(wǎng)向物的延伸,也可以是局域網(wǎng)、專業(yè)網(wǎng)。今后的物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)會有很大不同。它最大的應用空間是:專業(yè)網(wǎng),如智慧物流、智能交通、智能電網(wǎng)等;局域網(wǎng),如智能小區(qū)等。
3.很多人認為物聯(lián)網(wǎng)是空中樓閣,是目前很難實現(xiàn)的技術。事實上,物聯(lián)網(wǎng)是實實在在的,很多初級的物聯(lián)網(wǎng)應用早就在為我們服務。
它用途廣泛:遍及智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等多個領域。
物聯(lián)網(wǎng)的“國際履歷”
1990年,施樂公司的網(wǎng)絡可樂販售機,揭開了物聯(lián)網(wǎng)的神秘面紗。
1999年,物聯(lián)網(wǎng)的概念形成。
2003年,物聯(lián)網(wǎng)被譽為“未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g之首”,國際上掀起第一輪物聯(lián)網(wǎng)熱潮。
2005年,物聯(lián)網(wǎng)不再只是基于RFID技術的物聯(lián)網(wǎng)。
2008年,各國政府將目光放在了物聯(lián)網(wǎng)上。
2009年,奧巴馬接受“智慧地球”的概念,將物聯(lián)網(wǎng)列為振興經(jīng)濟的重點。
2009年,物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一,寫入“政府工作報告”。
現(xiàn)狀及物聯(lián)網(wǎng)之最
中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)仍處于概念導入期,清華大學技術創(chuàng)新研究中心一份調(diào)查報告預計,到2020年,中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將超過1萬億元。
物聯(lián)網(wǎng)市場前景廣闊已成共識,但我國尚處于發(fā)展初期,應用水平較低,產(chǎn)業(yè)規(guī)模小,缺乏龍頭骨干企業(yè)。國內(nèi)研究機構數(shù)量眾多,但達到應用水平的還不多,重復性工作居多。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)仍處于概念導入期和產(chǎn)業(yè)鏈的初步形成階段。
物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)雛形。目前,我國物聯(lián)網(wǎng)需要的上游技術和產(chǎn)業(yè)都已成熟或基本成熟,如自動控制、信息傳感、射頻識別等技術,下游的應用也已廣泛存在。同時,產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)各環(huán)節(jié)迅速聚合聯(lián)動之勢,如電信運營商、高校、科研機構、傳感器企業(yè)、系統(tǒng)集成、應用軟件開發(fā)等。
物聯(lián)網(wǎng)時代即將來臨。未來十年,重點應用領域投資可達4萬億元,產(chǎn)出8萬億元。
2010年9月,《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中確定了七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),明確將物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。工信部主辦的“2010中國通信產(chǎn)業(yè)十大關鍵詞”評選活動中,“物聯(lián)網(wǎng)”繼2009年后,再次入選,名列十大關鍵詞第2位,彰顯出其重要的戰(zhàn)略地位。
2011年上半年,物聯(lián)網(wǎng)開始步入政策資金扶持階段。5月,5億元的專項基金主要用于物聯(lián)網(wǎng)技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化、標準研究與制訂、應用示范與推廣、公共服務平臺等方面的項目支持。6月,財政部增加了為服務外包、物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供場所服務的貼息。
技術理論家指出,我國物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)存在五大問題,短期內(nèi),物聯(lián)網(wǎng)技術不能帶來產(chǎn)出的快速增長。這些挑戰(zhàn)和制約因素包括:標準規(guī)范、核心技術、統(tǒng)籌規(guī)劃、商業(yè)模式、規(guī)模應用。
物聯(lián)網(wǎng)之最――
1.國際標準制定的主導國之一。我國的無線通信網(wǎng)絡已經(jīng)覆蓋了城鄉(xiāng),這是實現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”的基礎設施。在世界傳感網(wǎng)領域,中國與德國、美國、韓國一起,具有國際話語權。
2.國內(nèi)研究物聯(lián)網(wǎng)的核心單位:中科院無錫微納傳感網(wǎng)工程技術研發(fā)中心。
3. 國內(nèi)最早的物聯(lián)網(wǎng)學院:物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)研究院、物聯(lián)網(wǎng)學院。2009年成立。
4.我國第一家高校物聯(lián)網(wǎng)工程學院――物聯(lián)網(wǎng)工程學院,于2010年成立。
5.首個全國性物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)社團組織――物專委,于2010年成立。
6.最大的政策性投入:物聯(lián)網(wǎng)“十二五”規(guī)劃出臺,產(chǎn)業(yè)規(guī)模超5000億元。財政部50億元物聯(lián)網(wǎng)專項資金支持,預計5年內(nèi)發(fā)放完畢,共有600多家企業(yè)申報。預計到2015年,產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達2000億元。形成萬億級規(guī)模的時間節(jié)點預計在“十三五”后期。
7.十大物聯(lián)網(wǎng)應用重點領域:智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流、智能家居、環(huán)境與安全檢測、工業(yè)與自動化控制、醫(yī)療健康、精細農(nóng)牧業(yè)、金融與服務業(yè)、國防軍事;建成50個面向物聯(lián)網(wǎng)應用的示范工程,5到10個示范城市。
8.主流媒體:《物聯(lián)網(wǎng)技術》月刊、《物聯(lián)網(wǎng)世界》雜志、物聯(lián)網(wǎng)世界――行業(yè)門戶網(wǎng)站、物聯(lián)中國、國脈物聯(lián)網(wǎng)。
問題
1.規(guī)模化行業(yè)應用不足。國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈較為零散,缺乏主導力量,尚未找到清晰的商業(yè)模式。物聯(lián)網(wǎng)的許多相關技術仍在開發(fā)測試階段,離不同系統(tǒng)之間融合、物與物之間普遍鏈接的遠期目標還存在一定差距。
物聯(lián)網(wǎng)的市場潛力巨大,產(chǎn)業(yè)鏈的任何一個環(huán)節(jié)都舉足輕重。目前,我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)下游的通信運營商和中游的系統(tǒng)設備商都已是世界級水平,但是,其他環(huán)節(jié)相對欠缺,初期成本居高不下,產(chǎn)業(yè)鏈的不完善在一定程度上制約了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2.商業(yè)模式缺失。我國物聯(lián)網(wǎng)技術在很多領域開始應用,如鐵路、交通、電力、治安、石化、衛(wèi)生醫(yī)療、城市管理……但應用的層次還比較低,多為項目試點、片段應用。同時,這些平行的“行業(yè)”信息分散,各自為政,急待形成有效的資源共享。
所謂的商業(yè)模式,包括:
客戶全部自建模式:典型的代表有電力行業(yè)的電力遠程監(jiān)控、水利行業(yè)的水文監(jiān)控、環(huán)保行業(yè)的污染源監(jiān)控等。
平臺租賃運營模式:GPS車輛定位、視頻監(jiān)控在這個模式下使用得最多,當然也包括通信運營商搭建的公共平臺。
廣告模式:廣告商通過廣告收入來支付物聯(lián)網(wǎng)平臺運營費用。由于物聯(lián)網(wǎng)的物品管理可以做到精細化,因此也越來越成為廣告商看好的一個渠道,像出租車、公交車的移動LED(電視),樓宇、營業(yè)廳的移動廣告機等。
政府BOT模式:通過政府公共收費系統(tǒng),實現(xiàn)項目的運營收入來支付相關費用。比較典型的例子就像公共停車位的收費管理,通信運營商搭建停車場管理的平臺等。
移動支付模式:客戶自建平臺,租賃網(wǎng)絡,通過現(xiàn)金的傭金補貼相關費用。如銀行的移動POS應用,移動支付和一卡通的應用等。
3.地方盲目投資。我國各地政府機構積極開展物聯(lián)網(wǎng)相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展工作,90%以上的省份都把物聯(lián)網(wǎng)作為支柱產(chǎn)業(yè),幾乎所有一二線城市都在建設或籌建物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)園、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。到2015年,廣州、重慶、浙江、江蘇等地的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模分別將達1000億元、1000億元、2000億元和4000億元。福建省則提出到2012年實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)相關產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值300億元。
但是,很多地方將物聯(lián)網(wǎng)視為短平快項目,著眼于短期拉動GDP增長,熱衷于引進組裝或簡單的集成。還有不少地方盲目投資引進國外系統(tǒng)和設備,一哄而上,學費。在全國范圍內(nèi),尚未進行統(tǒng)籌規(guī)劃,各部門之間、地區(qū)之間、行業(yè)之間的分割情況較為普遍。所以,總的來說,各地政府發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的積極性高漲,但虛火過旺。
盡管很多企業(yè)打出物聯(lián)網(wǎng)概念,但實際上并不具備行業(yè)應用前景,這些公司在申請專項補貼時,也會遇到困難。
物聯(lián)網(wǎng)不是一個小產(chǎn)品,也不是一個小企業(yè)可以做出來,它不僅需要技術,更牽涉到各個行業(yè)、產(chǎn)業(yè),需要多種力量的整合。因此對于復雜的物聯(lián)網(wǎng),國家的產(chǎn)業(yè)政策和立法上要走在前面,要制定出適合這個行業(yè)發(fā)展的政策和法規(guī),政府必須要有專人和專門的機構來研究和協(xié)調(diào),才能有真正意義的發(fā)展。
4.企業(yè)參與熱情不高。廈門信達匯聰科技有限公司市場總監(jiān)溫國平說:“物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場準入門檻較高,目前沒有統(tǒng)一標準和實施規(guī)范,規(guī)模不大的企業(yè)技術導入較難,有實力的企業(yè)只是在試水階段,沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈?!?/p>
企業(yè)不熱情的原因很簡單:物聯(lián)網(wǎng)尚處在孕育發(fā)展階段,往往投入大、風險高、周期長,缺乏用戶需求的持久動力,產(chǎn)業(yè)化應用成熟度較低。
此外,物聯(lián)網(wǎng)的興起,還會引發(fā)國家安全、個人隱私、政策法規(guī)、技術標準等諸多問題。
應用案例:
1.上海浦東國際機場投入1500萬元,率先使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器。由于效率高于美國和以色列的防入侵產(chǎn)品,國家民航總局正式發(fā)文要求,全國民用機場都要采用國產(chǎn)傳感網(wǎng)防入侵系統(tǒng)。至2009年8月,僅浦東機場直接采購傳感網(wǎng)產(chǎn)品金額為4000多萬元,加上配件共5000萬元。若全國近200家民用機場都加裝防入侵系統(tǒng),將產(chǎn)生上百億的市場規(guī)模。
2.濟南園博園點亮無線路路燈控制系統(tǒng)。
3.多個城市使用智能交通系統(tǒng)。
4.蘇州投用首家高鐵物聯(lián)網(wǎng)應用技術。高鐵物聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中投資規(guī)模最大、市場前景最好的產(chǎn)業(yè)之一,刷卡購票、手機購票、電話購票等新技術,讓旅客輕松進入快速通道。
5.國家電網(wǎng)首座220千伏智能變電站,實現(xiàn)“無人值守和巡檢”。
6.廣州出現(xiàn)首家手機物聯(lián)網(wǎng)。預計至2015年,手機物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模達6847億元。
發(fā)展趨勢
1.實際應用。物聯(lián)網(wǎng)的價值不在于是一個可傳感的網(wǎng)絡,而在于各個行業(yè)參與進來進行應用。不同行業(yè),會有不同的應用,也會有各自不同的要求,這些必須進行深入的研究和有價值的開發(fā)。
這些應用開發(fā)不能依靠運營商、物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。這是非常難的一步,需要等待時間來解決。等到企業(yè)看清楚物聯(lián)網(wǎng)帶來的商業(yè)價值,就會主動研發(fā)和應用了。
2.宏觀效益。物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟效益,大大節(jié)約成本;另一方面可以促進全球的經(jīng)濟復蘇。目前,美國、歐盟等都在投入巨資,深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)。我國也正在高度關注、重視物聯(lián)網(wǎng)的研究,工信部正在開展研究,以形成支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的政策措施。
“物聯(lián)網(wǎng)”普及后,將會成為推進經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動器,為產(chǎn)業(yè)開拓又一個潛力無窮的發(fā)展機會,同時,增加大量的就業(yè)機會。
3.發(fā)展方向。很多行業(yè),未來的發(fā)展重點都是物聯(lián)網(wǎng),如中國移動等。目前,上海移動已將10萬余個芯片裝載在出租車、公交車上,形式多樣的物聯(lián)網(wǎng)應用,在各行各業(yè)大顯神通,確保城市的有序運作。在上海世博會期間,“車務通”全面運用于上海公共交通系統(tǒng),以最先進的技術保障世博園區(qū)周邊大流量交通的順暢;面向物流企業(yè)運輸管理的“e物流”,將為用戶提供實時準確的貨況信息、車輛跟蹤定位、運輸路徑選擇、物流網(wǎng)絡設計與優(yōu)化等服務,大大提升物流企業(yè)綜合競爭能力。
4.物聯(lián)網(wǎng)的兩個重要因素。一是規(guī)模性,只有具備了規(guī)模,才能使物品的智能發(fā)揮作用。例如,一個城市有100萬輛汽車,如果我們只在1萬輛汽車上裝上智能系統(tǒng),就不可能形成一個智能交通系統(tǒng);二是流動性,物品通常都不是靜止的,而是處于運動的狀態(tài),必須保持物品在運動狀態(tài),甚至高速運動狀態(tài)下都能隨時實現(xiàn)對話。
關鍵詞:案例教學法;ZigBee技術;應用型本科;情境教學
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2016)29-0153-03
1概述
2010年以物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息網(wǎng)絡成為我國五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一,萬物互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)平臺是2016年的世界十大戰(zhàn)略科技趨勢,培養(yǎng)創(chuàng)新技術人才的各大高校積極響應,近5年先后有上百所學校開設了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。
物聯(lián)網(wǎng)交叉了多種學科,聚合集成了各類信息技術,是計算機、通信、電子信息、測量控制等多學科技術的融合創(chuàng)新應用,社會需要從事物聯(lián)網(wǎng)領域的設計、綜合分析及系統(tǒng)開發(fā)方面的專業(yè)技術人才,作為培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程師的應用型地方本科院校,如何在課程教學中培養(yǎng)學生的工程實踐能力是一個永遠的課題。
“ZigBee網(wǎng)絡原理與應用開發(fā)”是物聯(lián)網(wǎng)工程的專業(yè)核心課程之一,學習無線傳感網(wǎng)的基本概念、組成原理、網(wǎng)絡結構和開發(fā)方法,實踐各種自然信息的感知、處理到傳輸、反饋控制等構成無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)工程的設計方法,課程不但具有高度的抽象性,并具有很強的實踐性。本文結合自己的教學經(jīng)驗,就應用型本科“ZigBee網(wǎng)絡原理與應用開發(fā)”課程的教學改革與實踐提出一些自己的想法。
2提高教師專業(yè)素養(yǎng)
師者,傳道、授業(yè)、解惑也。教師是教學活動的直接實施者,優(yōu)秀的教師專業(yè)素養(yǎng)是提高教學質(zhì)量的必要條件。高校教師的教學具有專業(yè)化、個性化、領域化的特點,教師首先要對本學科領域的知識有全面的了解,熟練掌握本專業(yè)的知識,了解教學課程涉及的前導課程和知識基礎,同時不斷學習更新知識,接受新的專業(yè)前沿。
“ZigBee網(wǎng)絡原理與應用開發(fā)”是無線傳感網(wǎng)中的一種短距離通信,學科知識包括通信原理、無線傳感網(wǎng)原理、傳感器技術、程序設計和物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃,課程開設的基礎課程是“C程序設計”、“傳感器技術”、“單片機技術及應用”和“通信原理”,教師應該對ZigBee網(wǎng)絡原理課程所涉及的學科知識有較好的掌握,對涉及的知識及相互關系能融會貫通,對本課程與基礎課程之間的知識銜接、課程在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)中的地位、學生的培養(yǎng)目標有深刻的理解。同時課程的應用性實踐性要求教師有一定的科研能力,有一定的物聯(lián)網(wǎng)工程實踐經(jīng)歷和經(jīng)驗,有無線傳感網(wǎng)的設計能力和開發(fā)能力,這些能力的培養(yǎng)和具備將有效的幫助教師對課程相關知識的理解和應用,在授課中能有理有據(jù),更好的提升教師的授課水平和能力。
3重組課程教學內(nèi)容
教學的目的是培養(yǎng)學生的認知能力、融合不同課程和專業(yè)知識的連接能力、將知識應用在各種社會需求的創(chuàng)新實踐能力,能力的培養(yǎng)來自課堂教師的潛移默化。教師授課不是專業(yè)知識簡單的展現(xiàn),不是書本知識的重復播放。
“ZigBee網(wǎng)絡原理應用開發(fā)”課程選用了清華大學的“Zig-Bee技術原理與實戰(zhàn)”,教學內(nèi)容主要包括無線傳感網(wǎng)基本工作原理、zigBee無線傳感網(wǎng)絡通信標準、ZigBee常用射頻芯片應用、ZigBee技術軟硬件開發(fā)環(huán)境平臺、Z-Stack 2007協(xié)議棧架構及應用實踐、ZigBee技術的應用實例,書本內(nèi)容理論結構嚴謹豐富,實踐應用相對介紹的較簡潔。對于地方性應用型本科高校,要注重學生實踐能力,學校的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)基礎知識全面、實踐操作能力強、專業(yè)技能優(yōu)秀、應變能力和適應能力強,能夠滿足社會對于物聯(lián)網(wǎng)工作崗位實際需求的實用性專業(yè)人才,對于這種應用型人才的培養(yǎng)教學應有別于研究型人才的教學,教學內(nèi)容應在理解理論的基礎上更偏重于應用實踐,因此課程內(nèi)容的學時分配做出相應調(diào)整。課程教學學時數(shù)為48課時,42個理論課時,6個實驗課時。理課時分配為無線傳感網(wǎng)基本工作原理3課時,主要講授無線傳感網(wǎng)的組成、關鍵技術、ZigBee技術的基本理論和概念;zigBee無線傳感網(wǎng)絡通信標準安排11課時,主要講授IEEE的802.15.4標準和ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡應用層規(guī)范,理清協(xié)議各層的功能、結構、信息傳輸?shù)倪\行機理等基本原理內(nèi)容,對于具體的各種原語應用做了較大的刪減;將教學重點放到了ZigBee常用射頻芯片應用、ZigBee技術軟硬件開發(fā)環(huán)境平臺、Z-Stack 2007協(xié)議棧架構的應用實踐、ZigBee技術的應用實例等這部分內(nèi)容的教學中,加強了作業(yè)、課后實踐項目、階段性考核(占20%)、課內(nèi)實驗、期末考核,課內(nèi)實驗考核實驗的準備和資料查閱、實驗的操作和編程應用、問題回答和實驗報告的撰寫三部分,占20%,期末考核采用開卷考試,考核內(nèi)容以應用為主,合理安排各部分的分值比例,期末考試只占總成績的30%,避免“一考定輸贏”的情況。這種考核方式使得每一部分都很重要,考核內(nèi)容全面綜合,改變了學生到期末才學習的惡習,也使得考核更趨合理,學生可以了解自己的學習狀況,并有督促學生學習的作用。
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)工程;網(wǎng)絡性能分析;問題驅(qū)動式教學方法
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:A 文章編號:1002-4107(2014)02-0042-02
收稿日期:2013-07-10
作者簡介:徐慧(1983―),女,湖北武漢人,湖北工業(yè)大學計算機學院講師,主要從事網(wǎng)絡與服務管理研究。
基金項目:湖北省高等學校省級教學改革研究項目“面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的網(wǎng)絡管理與安全課程群建設”(2012273);湖北省自然科學基金面上項目“基于P2P技術的網(wǎng)絡安全協(xié)同管理機制研究”(2012FFB00601)
《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》針對新一代信息技術產(chǎn)業(yè)的重點領域,提出“促進物聯(lián)網(wǎng)、云計算的研發(fā)和示范應用”[1]?!熬W(wǎng)絡性能分析”課程作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)網(wǎng)絡管理與安全課程群中的一門重要課程,其教學方法是一個急需解決和值得探討的問題。本文結合湖北工業(yè)大學網(wǎng)絡工程專業(yè)“網(wǎng)絡性能分析”課程的教學經(jīng)驗展開討論,提出問題驅(qū)動式教學方法,闡述網(wǎng)絡性能分析核心問題驅(qū)動的教學模式,并思考問題驅(qū)動式教學方法在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應用時需要注意的內(nèi)容。
一、運用問題驅(qū)動式教學方法的意義
目前,網(wǎng)絡工程專業(yè)網(wǎng)絡性能分析方面的本科教材比較少,而面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的網(wǎng)絡性能分析方面的本科教材就更加有限。盡管“網(wǎng)絡性能分析”課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)網(wǎng)絡管理與安全課程群中的一門重要課程,但是教材的局限性給課程教學的具體實施帶來了不少的困難。
相對于其他知識體系比較成熟的課程,“網(wǎng)絡性能分析”課程仍缺乏相對固定的知識體系結構。在網(wǎng)絡工程專業(yè)“網(wǎng)絡性能分析”課程的教學過程中,我們發(fā)現(xiàn)這種教材局限性帶來困難的同時也為課程教學帶來了新的機遇。在這一背景下,我們提出問題驅(qū)動式教學方法,在教學過程中通過引入網(wǎng)絡性能分析的核心問題,激發(fā)學生尋求解決方案的興趣,進而指導學生開放思想,不斷地幫助學生建立并完善網(wǎng)絡性能分析的知識體系結構。
二、網(wǎng)絡性能分析核心問題驅(qū)動教學模式的構建
對于網(wǎng)絡性能分析而言,為了給學生一個較為清晰的概念,課程教學過程中我們首先提出第一個核心問題,并圍繞該問題,引導學生建立網(wǎng)絡性能的初步概念。
(一)量度網(wǎng)絡性能的重要性
“網(wǎng)絡性能分析”課程的相關先修課程已從一些角度考慮過網(wǎng)絡性能問題,在此基礎上,指導學生思考僅僅停留在定性描述(如從速度的角度分為高速和低速等)的層面上能否確切地比較兩個網(wǎng)絡的特征。
在引導學生思考核心問題的過程中,幫助學生整理已有知識,并希望學生通過經(jīng)驗逐步意識到,這種定性方法不足以確切地比較兩個網(wǎng)絡的特征,而需要使用定量的量度來精確地描述網(wǎng)絡的性能。
(二)網(wǎng)絡性能的度量指標
通過這一核心問題的提出,指導學生結合真實的網(wǎng)絡服務體驗,如即時聊天工具和IPTV業(yè)務等,逐步了解網(wǎng)絡性能的度量指標,并結合實際為學生解釋延遲、吞吐量、丟包率等主要的網(wǎng)絡性能度量指標。
更進一步,引導學生思考這些網(wǎng)絡性能度量指標是否具有一定的相關性。例如,可以通過道路交通堵塞的例子說明吞吐量與延遲之間不是獨立無關的,即將吞吐量類比為道路車輛,將延遲類比為車輛擁塞情況,這樣學生可以通過實例了解吞吐量與延遲之間存在一定的關聯(lián):吞吐量的增加將導致延遲隨之增加,以及當吞吐量接近網(wǎng)絡容量的100%時,延遲急劇上升等事實。按照這一思路,繼續(xù)引導學生思考如何測量在某一時刻網(wǎng)絡正在傳輸中的數(shù)據(jù)量,學生這時則比較容易得到采用吞吐量與延遲的乘積這種方式。
(三)網(wǎng)絡性能指標的測量
關于網(wǎng)絡性能指標的測量問題,首先引導學生通過常用的網(wǎng)絡抓包工具觀測網(wǎng)絡流量,監(jiān)視網(wǎng)絡性能。這一解決方案在相關先修課程中都有所涉及,并且具有一定的通用性,可以幫助學生對網(wǎng)絡性能指標測量問題形成一個比較容易掌握的解決方案。在實際教學過程中,還需要從多視角引導學生思考這一核心問題。
一方面,指導學生嘗試將網(wǎng)絡測試方法學應用于網(wǎng)絡性能分析中。網(wǎng)絡測試方法學相關的標準RFC文檔詳細介紹了按照網(wǎng)絡體系結構逐層的主要技術指標[2]。由于暫時沒有網(wǎng)絡測試設備的支持,可以通過常用的網(wǎng)絡測試命令測量網(wǎng)絡性能指標,依據(jù)現(xiàn)有的實驗條件,也可以考慮從軟件開發(fā)的角度實現(xiàn)網(wǎng)絡性能指標的測量。
另一方面,鑒于先修的網(wǎng)絡管理相關課程已經(jīng)幫助學生掌握網(wǎng)絡管理事實上的協(xié)議標準――簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(Simple Network Management Protocol,SNMP)的理論體系,引導學生相互間討論網(wǎng)絡管理理論在網(wǎng)絡性能指標測量方面應用的可行性,并嘗試應用基于SNMP標準的網(wǎng)絡管理應用開發(fā)方法實現(xiàn)網(wǎng)絡性能管理功能。
從多視角思考“如何測量網(wǎng)絡性能指標”這一核心問題將有助于學生在不同場景下選擇合適的方案實現(xiàn)網(wǎng)絡性能指標的測量。當然,這同時又需要研究測量結果的可信度問題。
(四)網(wǎng)絡性能指標測量結果的可信度
考慮到網(wǎng)絡性能指標的測量結果,指導學生討論其可信度問題。
通過提問的方式引導學生意識到,無論是采用網(wǎng)絡抓包工具、網(wǎng)絡測試命令,還是網(wǎng)絡管理方法,發(fā)送用來測量網(wǎng)絡性能的通信量本身有可能又會影響網(wǎng)絡的性能,進而導致測量結果的不可信。
另外,從精確測量的角度,引導學生思考網(wǎng)絡條件的不斷變化、網(wǎng)絡業(yè)務的突發(fā)行為等對網(wǎng)絡性能指標測量結果的影響。
三、應用問題驅(qū)動式教學法需要注意的問題
考慮到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)問題,目前存在缺乏學科交叉培養(yǎng)、人才專業(yè)知識結構單一等問題,而物聯(lián)網(wǎng)工程教育與物聯(lián)網(wǎng)技術又存在著一定程度的脫節(jié)。采用提出的這種問題驅(qū)動式教學方法在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應用時需要注意的內(nèi)容是值得我們深入探討的。
在面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡性能分析”課程教學過程中,應用問題驅(qū)動式教學方法,在此基礎上需要進一步考慮在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應用問題驅(qū)動式教學方法時需要注意的問題。
(一)引進CDIO工程教育模式,提高學生的實踐能力
在面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡性能分析”課程教學改革過程中,引進國際先進的CDIO(Conceive構思、Design設計、Implement實現(xiàn)和Operate運行)工程教育模式。
作為近年來國際工程教育改革的最新成果,CDIO 工程教學模式以工程實踐為載體, 培養(yǎng)學生掌握基礎工程技術知識,加強動手操作能力,這將有利于推進問題驅(qū)動式教學方法在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“網(wǎng)絡性能分析”課程教學中的具體實施。
在將問題驅(qū)動式教學方法應用于面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡性能分析”課程教學時,考慮按照CDIO工程教育理念培養(yǎng)學生系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網(wǎng)性能相關理論、技術和方法,建立網(wǎng)絡性能分析知識體系,最終具備網(wǎng)絡性能分析的實踐技能,能夠參與物聯(lián)網(wǎng)性能相關研究、開發(fā)與應用,承擔一定的創(chuàng)新性工作。
(二)利用多層次實踐平臺,激發(fā)學生的創(chuàng)新能力
從課程實踐的角度,湖北工業(yè)大學全天(包括晚上與周末)對所有本科生開放計算機網(wǎng)絡實驗室、計算機硬件實驗室等專業(yè)實驗室,為學生提高網(wǎng)絡性能分析實踐能力提供了較好的條件。我們通過引導學生思考網(wǎng)絡性能分析核心問題的解決方案,加強實踐教學的指導和管理,合理安排實踐教學內(nèi)容。
近年來,湖北工業(yè)大學投入大量經(jīng)費建設物聯(lián)網(wǎng)大學生創(chuàng)新實驗室。2010年,湖北工業(yè)大學與武漢奮進電力技術有限公司和武漢思美特科技公司聯(lián)合建立物聯(lián)網(wǎng)實驗室和科研基地。2011年,湖北工業(yè)大學與臺灣晶心宏科技有限公司確定合作關系,作為一家集成電路企業(yè),臺灣晶心宏科技有限公司捐贈相關設備用于建立聯(lián)合實驗室,并請來企業(yè)資深培訓師通過直接上機實踐操作指導學生嵌入式開發(fā)。
所有這些實踐平臺從多層次為面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡性能分析”課程實踐提供了開放場地與各種硬件設備的支持,有利于應用問題驅(qū)動式教學方法指導學生通過實踐思考物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的網(wǎng)絡性能分析的新問題,并通過創(chuàng)新性實驗尋求解決方案。
考慮到“網(wǎng)絡性能分析”課程是湖北工業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)網(wǎng)絡管理與安全課程群中的一門重要課程,本文旨在探索面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“網(wǎng)絡性能分析”課程教學方法。我們提出問題驅(qū)動式教學方法,并將網(wǎng)絡性能分析核心問題驅(qū)動的這種教學模式應用于網(wǎng)絡工程專業(yè)的教學過程中,教學效果良好。當采用這種問題驅(qū)動式方法在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應用時,我們積極探索從網(wǎng)絡工程專業(yè)過渡到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)需要注意的內(nèi)容,最終為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的網(wǎng)絡管理與安全課程群建設奠定基礎。
參考文獻:
[1]國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定
[R].2010.