高職院校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)探索

引言

人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)，信息技術(shù)已滲透到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)生活的各個(gè)方面，人們的生產(chǎn)、生活以及學(xué)習(xí)方式正在發(fā)生著深刻的變化，全民教育、優(yōu)質(zhì)教育、個(gè)性化學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)已成為信息時(shí)代教育發(fā)展的重要特征。我國(guó)教育改革和發(fā)展正面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。以教育信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化，破解制約我國(guó)教育發(fā)展的難題，促進(jìn)教育的創(chuàng)新與變革,是加快從教育大國(guó)向教育強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的重大戰(zhàn)略抉擇。教育信息化要充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，注重信息技術(shù)與教育的全面深度融合，在促進(jìn)教育公平和實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源廣泛共享、提高教育質(zhì)量和建設(shè)學(xué)習(xí)型社會(huì)、推動(dòng)教育理念變革和培養(yǎng)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型人才等方面具有獨(dú)特而重要作用，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)教育現(xiàn)代化宏偉目標(biāo)不可或缺的動(dòng)力與支撐。我國(guó)教育信息化雖然已經(jīng)取得顯著進(jìn)展，但與人民群眾的需求和世界發(fā)達(dá)國(guó)家水平相比還有明顯差距。必須充分認(rèn)識(shí)推進(jìn)教育信息化的重要性和艱巨性，把教育信息化作為國(guó)家信息化的戰(zhàn)略重點(diǎn)和優(yōu)先領(lǐng)域全面部署、加快實(shí)施，調(diào)動(dòng)全社會(huì)力量積極支持和參與，用十年左右的時(shí)間初步建成具有中國(guó)特色的教育信息化體系，使我國(guó)教育信息化在整體上接近國(guó)際先進(jìn)水平，推進(jìn)教育事業(yè)的科學(xué)發(fā)展。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的節(jié)點(diǎn)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)節(jié)點(diǎn)一般由傳感器模塊、路由協(xié)議管理模塊、系統(tǒng)控制模塊、無(wú)線收發(fā)模塊和能量控制模塊等五部分組成。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)節(jié)點(diǎn)終端和路由器雙重功能，除了進(jìn)行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理外，還要對(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合等處理，同時(shí)還需要與其他節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成一些特定任務(wù)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)最為穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)互聯(lián)和信息互通，本文將采用伯克利大學(xué)編寫(xiě)的TmyOS操作系統(tǒng)，并把該操作系統(tǒng)移植到目前比較新的SOC芯片上，從而在節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)完整的MAC協(xié)議以及路由協(xié)議，并根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同和實(shí)際的需要將其替換為不同的路由協(xié)議。該系統(tǒng)的主題軟件架構(gòu)框架如圖1所示。

圖1  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)節(jié)點(diǎn)架構(gòu)示意圖

2基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)查詢(xún)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化使用核心技術(shù)之一就是海量數(shù)據(jù)的有效處理，包含存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)以及基于數(shù)據(jù)處理之上的專(zhuān)家對(duì)數(shù)據(jù)的判斷。行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)矛盾之一是行業(yè)數(shù)據(jù)的大規(guī)模和專(zhuān)家的小數(shù)量之間的矛盾，這一問(wèn)題的解決方式集中于專(zhuān)家的遠(yuǎn)程化準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)處理，而在這種處理方式中，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確查詢(xún)和使用是核心中的核心。對(duì)SINK節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理包括采集、分析、存入數(shù)據(jù)庫(kù)、查詢(xún)等。針對(duì)數(shù)據(jù)查詢(xún)，本項(xiàng)目主要研究傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)境下不受節(jié)點(diǎn)失效、通信鏈路失效和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)影響的查詢(xún)處理技術(shù)，提出了基于該技術(shù)的聚集查詢(xún)、KNN查詢(xún)和連接查詢(xún)等典型查詢(xún)處理算法，研究了能夠在系統(tǒng)部署之后動(dòng)態(tài)且高效地添加新的查詢(xún)語(yǔ)言、存儲(chǔ)和索引機(jī)制、查詢(xún)處理算法的新型傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了具有自主版權(quán)并滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性、魯棒性要求的、具有動(dòng)態(tài)可擴(kuò)充能力的新型傳感器數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的原型系統(tǒng)NHSensor。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化不斷應(yīng)用依賴(lài)于穩(wěn)定、高效的節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)庫(kù)功能，還需要應(yīng)用端軟件，采取優(yōu)化的人機(jī)交互系統(tǒng)，面向掌握電腦技術(shù)的實(shí)際農(nóng)田數(shù)據(jù)使用者，提供使用簡(jiǎn)單、理解清晰、操作方便、豐富多樣的應(yīng)用端程序。主要包括便攜式采集終端、WEB數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、PC端采集終端、移動(dòng)采集終端等。

3高職學(xué)院的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

2010年2月，教育部向各省、市、自治區(qū)教育廳（教委），以及部屬各高等學(xué)校下發(fā)了《關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專(zhuān)業(yè)申報(bào)和審批工作的通知》?！锻ㄖ氛f(shuō)，當(dāng)前國(guó)家決定大力發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)、綠色經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)、環(huán)保技術(shù)、生物醫(yī)藥等關(guān)系到未來(lái)環(huán)境和人類(lèi)生活的一些重要戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。傳感網(wǎng)可把所有物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理，是一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域。《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2010—2020年）》和“新一代寬帶移動(dòng)無(wú)線通信網(wǎng)”重大專(zhuān)項(xiàng)中均將傳感網(wǎng)列入了重點(diǎn)研究領(lǐng)域。2009年8月7日，溫家寶總理在無(wú)錫考察中科院無(wú)錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心時(shí)曾表示，至少三件事情可以盡快去做：一是把傳感系統(tǒng)和3G中的TD技術(shù)融合；二是在國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)中，加快推進(jìn)傳感網(wǎng)發(fā)展；三是盡快建立中國(guó)的傳感信息中心，或者叫“感知中國(guó)”并指出早一點(diǎn)謀劃未來(lái)，早一點(diǎn)攻破傳感網(wǎng)核心技術(shù)，要依靠科技和人才，占領(lǐng)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展制高點(diǎn)，保證我國(guó)具有可持續(xù)發(fā)展的能力和可持續(xù)的競(jìng)爭(zhēng)力?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的高校實(shí)驗(yàn)室解決方案就是基于目前的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)前期對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的探究，同時(shí)結(jié)合目前的教育形態(tài)，總結(jié)出對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)的解決方案。該方案從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵性技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)注重的關(guān)鍵性問(wèn)題，對(duì)高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)給出了具體的解決方案。同時(shí)結(jié)合目前產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和高校教學(xué)環(huán)境，為高校如何培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用型人才給出了指導(dǎo)性、方向性的建議，力求讓學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知層、接入層、網(wǎng)絡(luò)層、支持層與應(yīng)用層的關(guān)鍵性技術(shù)，并且具備在本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域跟蹤新理論、新知識(shí)、新技術(shù)的能力以及較強(qiáng)的創(chuàng)新實(shí)踐能力。圖2所示是一個(gè)高校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的基本框架圖。

4結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高職學(xué)院實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用，可以通過(guò)優(yōu)化和成熟的射頻識(shí)別技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，將實(shí)驗(yàn)室中的所有物品真正納入生活上、工作上的全新體驗(yàn)的遠(yuǎn)程控制中心。

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