作品名稱:物聯網認識實習實驗
學校名稱:河北師范大學匯華學院
參賽隊伍:渡手
參賽老師:劉琨
物聯網認識實習是物聯網工程專業基礎課,主要介紹物聯網的基本概念、體系結構、應用領域以及對應于物聯網感知層、傳輸層和應用層的無線傳感網、智能網關、嵌入式操作系統、Qt編程、云計算和數據庫等關鍵技術。目的是使學生通過課程的學習,掌握物聯網的基本概念、全面了解物聯網的關鍵技術,對典型的物聯網應用系統有基本的認識,在此基礎之上建立物聯網系統的全局概念,明確物聯網工程各專業課之間的聯系,為后續課程學習及培養學習興趣打下堅實基礎。
1 物聯網認識實習涉及到的關鍵技術分析
一般將物聯網分成感知層、傳輸層和應用層,每層包含不同的關鍵技術。
1.1感知層的關鍵技術
感知是物聯網的基礎,感知層的主要作用是物品標識和信息的智能采集,由基本的感應器(例如,RFID標簽和讀寫器、各類傳感器、攝像頭、條形碼)和識讀器組成。該層的核心技術包括射頻技術、傳感器技術、傳感器網絡、現場總線控制技術等,涉及的核心產品包括傳感器、電子標簽、傳感器節點等。
1.2傳輸層的關鍵技術
傳輸層是物聯網感知層接入、信息交換與傳遞的通路,在物聯網系統中起呈上啟下的作用,是實現物物互聯、協同和互動的關鍵。物聯網本身是融合多種異質通信技術和網絡的平臺,因此,通信技術將成為傳輸層的核心技術,具體包括屬于WPAN的藍牙和IEEE802.15.4/ZigBee,屬于WKAB的 WiFi、屬于蜂窩通信的GSM、GPRS和CDMA等技術。除上述通信技術外,該層還要研究如何在這些技術的基礎上構造統一開放的網絡架構并與現有的Internet無縫集成。
1.3應用層的關鍵技術
應用層是物聯網的信息處理層,由中間件平臺( 業務支撐平臺) 、網絡管理平臺、信息處理平臺、服務支撐平臺等組成,完成協同、管理、計算、存儲、分析、挖掘、以及提供面向行業和大眾用戶的服務等功能。典型技術包括中間件技術、虛擬技術、海量數據的存儲與檢索、云計算服務模式和服務模式
2 物聯網導論課程設置實驗的必要性
考慮到物聯網工程專業的特殊性,筆者認為,應該為物聯網導論課開設實驗,原因如下。
首先,物聯網工程專業是一個全新的專業,物聯網導論課涉及到大量全新的概念,通過必要的實驗環節,可以幫助學生理解與物聯網相關的知識,從而幫助他們建立起物聯網的整體概念,這對該專業后續課程的學習能起到很好的引導作用。
其次,物聯網導論課程設計的新技術多而復雜,且其中很多技術如傳感器網絡、ZigBee、海量存儲系統、云計算等對于初學者來說非常抽象,對于這些抽象的技術,如果不通過適當的實驗輔助學習,學生很難建立起相應的概念,既不利于從技術層面整體把握物聯網,也不利后續課程的學習和理解。
3 物聯網認識實習實驗設計
3.1 實驗目的
使學生理解物聯網感知層常用技術(傳感器節點結構等)、常用設備; 了解物聯網傳輸層常用技術; 對海量數據存儲系統、云計算平臺等物聯網信息處理層的關鍵支撐技術有感性認識和初步的了解;同時對物聯網系統的結構和典型物聯網應用系統有初步的認識。
3.2 實驗模式和實驗內容的設計
一方面,物聯網認識實習涉及到的核心技術在后續專業課中都將詳細學習; 另一方面,學習物聯網導論課時,學生的基礎知識還相對有限。因此,設計物聯網導論課程實驗時,不應把重點放在核心原理上,而應把重點放在對基本概念的理解和對物聯網系統的認識層面。為此,本課程擬按基本實驗和認知實驗兩個層次來組織實驗教學,其中的認知層次又包括技術認知和應用認知。本文設計的物聯網認識實習實驗教學內容如下表所示。
課 程 進 度 表 | ||
章 節 | 課 時 | 教 學 內 容 |
第一章 物聯網整體認識 | 6 | 1.1解密物聯網 2.2視頻中智能家居整體架構圖 1.3項目1感受智能家居應用 1.4項目2感受物聯網 1.5項目3體驗物聯網商業產品 |
第二章 認識傳感節點結構 | 6 | 2.1傳感網節點組成傳感網 2.2項目4 通過外設接口開發認識CC2530芯片 2.3項目5 搭建開發環境 2.4項目6 溫濕度傳感器開發 |
第三章 組建傳感網 | 4 | 3.1項目6 認識ZStack協議棧 3.2項目7 組件傳感網 |
第四章 嵌入式linux | 4 | 4.1了解Linux發展歷史及發行版本 4.2了解CentOS簡介 4.3企業服務器端選擇Linux的優勢 4.4了解如何學習Linux |
第五章 Qt編程 | 6 | 5.1掌握Qt項目建立、編譯、運行和發布的整個過程 |
第六章 云平臺MySQL數據庫介紹 | 4 | 6.1數據庫概述 6.2MySQL安裝和配置 6.3物聯網云服務平臺系統 |
本文設計的物聯網認識實習課程實驗按基本實驗、技術認知和系統認知的模式展開。每一層次的實驗內容及實現方法,可根據實驗環境和學生的實際情況進行調整或進一步分解為若干個具體實驗。其中如何建設、完善和更新該課程技術認識和系統認知實驗資源是關鍵,這也是我們目前和下一階段建設物聯網工程專業的重要工作之一。