網(wǎng)絡工程專業(yè)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用方向課程設置研究

引言

自從2010年教育部辦公廳發(fā)布關于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關專業(yè)申報和審批工作的通知(教高廳函［2010］13號)以來,在全國范圍內(nèi)，至今已有135所高校獲批開辦物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。正是在這一政策背景和形勢下，華南理工大學廣州學院作為一所應用型本科院校，也從2011年開始就開辦物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)進行了探討?？紤]到招生、專業(yè)成熟度、教學組織、就業(yè)等各方面因素后，學校最終決定還是在現(xiàn)有計算機工程學院網(wǎng)絡工程專業(yè)下開設物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用方向，而不是立刻新開物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。

在網(wǎng)絡工程專業(yè)下開設物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用方向，一方面可以為時機成熟時申報物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)積累辦學經(jīng)驗，另一方面也為將來新開的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在招生和就業(yè)方面奠定一定的基礎。還有一個考量是開設專業(yè)方向比開設專業(yè)更具靈活性。正是在上述指導思想下，筆者開展了網(wǎng)絡工程專業(yè)下開設物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用方向的課程設置研究。研究的重點是在理清物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系和知識體系的前提下，提出一種在網(wǎng)絡工程專業(yè)大背景下，如何兼顧網(wǎng)絡專業(yè)已有知識體系的同時，又能更加合理有效地開出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用方向的課程，體現(xiàn)網(wǎng)絡專業(yè)背景下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方向特色。

1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)體系分析

從物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)入手開始其技術(shù)體系分析，這一分析手法有利于理解物聯(lián)網(wǎng)各項技術(shù)之間的相互聯(lián)系及不同層次間技術(shù)的依存關系。

借鑒計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)采用分層的經(jīng)驗，物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)也是分層模型。現(xiàn)在被大家廣泛接受的看法是將物聯(lián)網(wǎng)分成三個層次，按從下到上的順序分別是感知層、網(wǎng)絡層和應用層。

感知層由各種形形色色的能夠感知和采集物體信息、識別和定位物體的設備組成。典型的設備有各種傳感器、智能測控設備、RFID、GPS、智能終端、智能家電等。該層的主要任務是將現(xiàn)實物理世界的各種物體信息通過上述設備實時并自動地轉(zhuǎn)化為虛擬信息世界的數(shù)字化信息或者數(shù)據(jù)。與之相應的技術(shù)則包括傳感和控制技術(shù)、RFID技術(shù)、定位技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)等。

網(wǎng)絡層又可以細分成接入層、匯聚層和核心交換層，圖1所示是物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)模型。其中，接入層通過各種接入技術(shù)連接最終用戶設備；匯集層聚合接入層的用戶流量,實現(xiàn)數(shù)據(jù)路由、轉(zhuǎn)發(fā)與交換；核心交換層為物聯(lián)網(wǎng)提供一個高速、安全與保證服務質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。一般來說，互聯(lián)的廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)與個人區(qū)域網(wǎng)，電信的移動通信網(wǎng)、電話交換網(wǎng)的相關網(wǎng)絡通信設備與通信線路就是匯聚層與核心交換層所涵蓋的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層的典型設備與網(wǎng)路。

圖1物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型

因網(wǎng)絡可分為無線和有線兩類，所以與網(wǎng)絡層相應的技術(shù)也可分為無線類的無線個人區(qū)域網(wǎng)技術(shù)（ZigBee、藍牙、UWB等）、無線局域網(wǎng)技術(shù)（WiFi等）、無線城域網(wǎng)技術(shù)（WiMAX）、移動通信中的機器到機器通信（M2M）技術(shù)，有線類的局域網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)標準、電話交換網(wǎng)技術(shù)等。

應用層也可細分成管理服務層和行業(yè)應用層叫管理服務層位于網(wǎng)絡層與行業(yè)應用層之間，當感知層產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡（傳輸）層傳送到應用層時，必須由管理服務層對這些海量數(shù)據(jù)進行高效地和可靠地匯聚、融合與存儲，之后再經(jīng)過分析處理才能加以利用。不僅如此，管理服務層還承擔信息安全、隱私保護與網(wǎng)絡管理等項工作。行業(yè)應用層就是建構(gòu)在上述各層之上的分行業(yè)的應用，如智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居等。

應用層涉及技術(shù)眾多，主要有數(shù)據(jù)融合技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、中間件技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)、智能決策、高性能計算與云計算平臺等。

除了上述各分層技術(shù)之外，支持物聯(lián)網(wǎng)且涉及感知層、網(wǎng)絡層與應用層的共性技術(shù)還有信息安全、網(wǎng)絡管理、對象名字服務與服務質(zhì)量保證等。

上述物聯(lián)網(wǎng)各層所涉技術(shù)便構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的主體框架。雖然這些技術(shù)處在不同的層次中，但因物聯(lián)網(wǎng)各層次本身既相對獨立又相互依存，所以這些技術(shù)也是既在各自層次中各司其職，同時又在層間協(xié)同作用。另外，一個真實的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其作用范圍及大小不同，它們所涉及的技術(shù)也有可能不同，換句話說，一個真實的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般是不會用上上述全部這些技術(shù)的。

2物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識體系分析

按照頂層設計的思路，借鑒一般理工科本科專業(yè)教育內(nèi)容和知識體系的設計方法，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教育內(nèi)容和知識體系應由通識教育、專業(yè)教育和綜合教育三部分構(gòu)成。

通識教育包括人文社會科學、自然科學、經(jīng)濟管理、外語、體育、實踐訓練等知識體系;專業(yè)教育包括相關學科基礎、物聯(lián)網(wǎng)工程學科專業(yè)、專業(yè)實踐訓練等知識體系;綜合教育則包括思想教育、學術(shù)與科技活動、文藝活動、體育活動、自選活動等知識體系。

明確了物聯(lián)網(wǎng)在各層次中可能采用的技術(shù)以及由這些技術(shù)構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系后，就可以從技術(shù)體系轉(zhuǎn)化為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)知識體系過程。技術(shù)體系是與專業(yè)教育這部分知識體系相對應的，對這部分的研究是本節(jié)的重點。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)知識體系應該涵蓋物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系中各項技術(shù)所要求的知識，除此之外，還應包括物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)整體架構(gòu)設計與優(yōu)化的知識。具體來說，可以列舉如下：

第一類是感知識別與測量控制技術(shù)所要求的知識，它們是智能測控、條形碼、RFID、衛(wèi)星定位、傳感器與傳感網(wǎng)等方面的知識。

第二類是網(wǎng)絡與通信技術(shù)所要求的知識，它們是通信傳輸、通信標準與協(xié)議、網(wǎng)絡與組網(wǎng)等方面的知識。

第三類是數(shù)據(jù)處理與決策技術(shù)所要求的知識，它們是數(shù)據(jù)融合、海量數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫、中間件、數(shù)據(jù)挖掘與智能數(shù)據(jù)處理、智能決策、高性能計算與云計算等方面的知識。

第四類是物聯(lián)網(wǎng)共性技術(shù)所要求的知識，它們是信息安全、網(wǎng)絡管理、對象名字服務與服務質(zhì)量保證等方面的知識。

第五類是物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)整體架構(gòu)設計與優(yōu)化所要求的知識，它們是物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設計、物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)設計、智能交通系統(tǒng)、智能電網(wǎng)系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)等方面的知識。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用方向課程設置

上節(jié)對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識體系的分析結(jié)果，如何轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用方向的課程設置是一個需要進一步探討的問題，因為開設方向畢竟不是開辦專業(yè)，它需要在網(wǎng)絡工程專業(yè)的框架背景下進行設計。一個切合華南理工大學廣州學院辦學實際的指導思想是，在謀劃物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用方向的課程設置時需做如下幾點考慮：第一，專業(yè)主干課程要盡量涵蓋物聯(lián)網(wǎng)有代表性的關鍵技術(shù)對專業(yè)知識的需求；第二，兼顧網(wǎng)絡工程專業(yè)網(wǎng)絡管理方向的學科基礎和可以交叉共享的部分專業(yè)課程；第三，突出體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應用；第四，保證整個專業(yè)對學時學分的限制要求。表1正是在上述四點考慮下提出的一套物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用方向的課程設置方案。

表1所列的課程設置方案是在網(wǎng)絡工程專業(yè)下作為一個專業(yè)方向施行的，所以，具備如下一些特點：第一，在同一專業(yè)下，與之相伴的還有一個網(wǎng)絡管理方向，所以方案設計中,兩個方向的學科基礎課是相同的，而部分專業(yè)領域課是交叉的；第二，在具體選課操作上，不限制物聯(lián)網(wǎng)方向的學生選擇網(wǎng)絡管理方向未交叉的專業(yè)課程，譬如通信與信息安全、網(wǎng)絡互聯(lián)技術(shù)等課程，使課程覆蓋面更廣；第三，規(guī)劃了智能電網(wǎng)與智能家居等課程，一方面突出應用，另一方面與學校的辦學專業(yè)（電氣工程學院電氣工程及其自動化專業(yè)）和科研成果（工程研究院智能家居項目）有效地結(jié)合起來；第四，個人拓展計劃為學生拓展本專業(yè)以外的知識提供了一種可選擇的方案。

4結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為配合國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要而開辦的新專業(yè)，目前有大量需要探討的問題，但專業(yè)的開辦又不能等這些問題都解決后才來進行，所以，必須通過開設實踐并在其開辦進程中去逐步解決。結(jié)合華南理工大學廣州學院的辦學實際，選擇在網(wǎng)絡工程專業(yè)下通過開設物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用方向來積累經(jīng)驗，在過程中去發(fā)現(xiàn)和解決問題，為開辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)奠定課程、師資、教材、實踐等多方面的辦學基礎。經(jīng)過學院近兩年的實踐表明，這是一個有序漸進并符合學院辦學實際的方案。希望這一方案能給在目前階段與華南理工大學廣州學院采取同樣辦學思路的高校院系提供一個參考。

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