高校物联网创新实验平台建设探索

摘要：提出了包含射频、WiFi、蓝牙、ZigBee、3G/GPRS等物联网技术的物联网实验教学平台，阐述了基础教学部分、接入系统实验部分与综合应用实训部分的3层实验系统组成的总体架构，并说明了该平台的软硬件构成。该平台有助于帮助学生完成物联网技术的专业实训与科技创新。

关键词：物联网；实验平台；教学创新

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：16727800（2013）009015102

作者简介：孙冠男（1990-），女，山东师范大学硕士研究生，研究方向为教育技术。

0引言

目前，物联网技术教学多以理论教学为主，实践教学较少，这与物联网教学强调实践的特点相违背。教学中多以单个技术设备分别教学为主，没有科学化整体化的教学系统，不利于学生对物联网技术形成一个整体全面的认识。针对以上问题，本文对物联网实验平台的建设进行了探讨，帮助学生更加深刻地理解相关技术，并在平台上实现物联网创新系统实验。

1高校物联网实验平台需求分析

1.1物联网专业特点

物联网是典型的交叉学科，涉及电子、计算机、测控与通信等多领域相关专业知识。物联网专业不同于其它专业，是现有信息技术综合集成化的产物，它的呈现形式是一个实际落地的应用系统。物联网专业培养的人才，不仅要掌握传感器、微处理器、嵌入式技术和相应的软件技术，还要掌握无线通讯、高频设计、低功耗、无线传感网络以及3G无线网络设计等最新技术。

1.2物联网专业培养要求

物联网技术不是单一的技术，是一个技术集成，涉及广泛的技术领域。物联网技术核心是网络通信技术：包括Internet、WiFi、蓝牙、ZigBee、3G/GPRS等；物联网最重要的支撑点是无线射频通讯技术。高校通过开办物联网及相关专业，建立物联网、无线传感器网络实验室，主要目的是培养学生成为熟悉、理解物联网基础知识并熟练掌握、精通物联网基本技能的专业型人才。

1.3物联网实验平台建设的迫切性

国际上，美国、日本以及欧洲一些国家已先后启动了以传感器技术研发和大规模应用为核心的国家战略性物联网计划。我国也把物联网列为国家七大新兴战略性产业之一，并将“物联网”明确列入《国家中长期科学技术发展规划（2006-2020年）》。温总理在2010年的政府工作报告中明确提出，要积极发展新一代信息技术产业，“促进物联网示范应用”。随之不少国内学者提出了物联网实验教学的创新性和必要性。

但不得不承认的是目前物联网相关专业学生的学习还主要以课程讲授为主，这种学习方式下，学生必然缺少实际的操作经验，不但难以增强对物联网理论的深入探析和融会贯通，而且这种教学模式难以激发学生的创新精神和探索意识，所以高校有自己的物联网实验平台是很有必要的，这将使学生毕业以后更能适应工作中的实际环境。物联网创新实验平台就是在这种情况下建立的。

1.4物联网实验平台建设原则

对于物联网专业的学生或教师来说，物联网平台正是紧密结合本专业教学与科研的核心平台，应能比较全面地满足学生或教师在学习和研究物联网技术方面的需求。

对于开设物联网技术这一课程的学校以及选修此课程的学生来说，物联网实验室应能比较全面地展示物联网技术的应用，使学生和老师可以掌握物联网基础理论和技术以及应用方法。

对于其他相关专业的学生或教师来说，如计算机软硬件、通信、自动化、物流管理等专业的学生或教师，可以通过物联网实验室能进一步深入掌握物联网技术在本专业的应用，为将来就业和科研提供良好的实验平台。

2高校物联网实验平台具体建设内容

2.1物联网实验平台具体建设要求

因为物联网实验涉及到通信、电子等多方面的新技能、新知识，一些新批准建设物联网专业的高校，在建设配合物联网知识体系的实验平台方面有所不足。不仅如此，物联网又是交叉的新专业，因此物联网实验教学教什么、拿什么教、怎么教等问题，基本上还是空白，很多方面只能在实践中慢慢探索。

笔者认为物联网实验平台的相关建设应该以配合专业建设、人才培养规范、物联网核心课程、学生实训为目标，满足以下的基本要求：能满足物联网及相关专业的人才培养规范和教学基本要求；能支撑物联网及相关专业课程教学；能支撑物联网教学实验，能实现物联网各知识点的各种实训；能兼顾竞赛以及学校科研工作；实训室建设规模至少能满足一个班学生同时做实验。

2.2物联网实验平台各模块功能设计

为了满足以上要求，物联网的实验平台主要设计成3个模块：基础教学模块、物联网接入系统实验模块和物联网综合应用实训模块。其模块构成和功能分别如图1、图2所示。

2.3物联网实验平台具体构成

构建物联网实验平台的两大要素是硬件和软件。硬件是构建物联网实验平台设备的硬件平台，开发工具，包括传感控制模块、无线传输模块、网关中心等。软件，包括两种：一种是物联网系统运行必备的，如：开发环境、中间层软件、应用层软件、通讯协议、操作系统等。另一种是配套的教学体系与资源，如：配套的实验教材、PPT教学课件、avi视频教学动画、教学大纲等。硬件和软件共同组成了实验室的两大部分：学生专业训练平台和学生科研创新系统。

（1）学生专业训练平台：该平台的设计是3～4个学生共用一套实训平台，此平台上集成了嵌入式处理系统、传感器网络通信节点等，学生们可在此平台对传感器网络的各个知识点开展技能训练。

（2）学生科研创新系统：建设的物联网实验平台必须是高度统一的实训平台，集教学、演示和研发功能于一体，围绕物联网这个中心，还兼顾当前最新科技的发展态势，着重各种技术之间的融会贯通。

该系统主要由一些经常在实际生活中运用的节点，加上各种不同的传感器模块、数据通信网关、整套传感器网络系统架构软件等构成，老师和学生通过这些设备就可以组成整体的网络通信方案，如图3：无线传感器网络（ZigBee或TinyOS）采集物理数据量通过串口传输到PC机或嵌入式平台（PDA），然后通过WiFi或GSM/GPRS和TCP/IP等方法传感到服务器（WEBSERVER），客户端可以通过各种介质（手机、PC机）和各种方法（GPRS、INTERNET）来进行访问。

3结语

本文初步探讨了物联网实验平台的建设内容，利用先进的教学实验平台及开发平台来学习物联网，能帮助学生了解物联网的基本体系结构，并获取物联网技术应用与开发所需的基本技能。同时利用平台来开发物联网，可有效降低物联网系统开发难度，可简便地开发智能家居、环境监测、智能交通等应用系统，推进物联网技术与产业的应用。平台理论和实践相结合，深入浅出，让开发者对物联网有全面直观的认识，使高校培养出来的学生具备良好的解决工程问题的能力、自我学习和更新的能力。

参考文献：

[1]王成林.物流实验教学现状与对策分析[J].中国物流与采购，2010（4）：5455.

[2]刘佳，刘柏全，宋铁成，等.一种物联网教学实验系统的设计与实现[J].电气电子教学学报，2010，32（6）：8992 .

[3]李俊韬，陈星浩，刘丙午.物联网技术教学实验系统的研究[J].铁路计算机应用，2012（6）：25.

[4]乐英高，任小洪，徐卫东，等.基于ZigBee技术的物联网开发平台构建[J].单片机与嵌入式系统应用，2011，11（2）：56.

[5]宋铁成.“通信原理”课程的系统及实验建设[J].电气电子教学学报，2004 （6）： 6668.