高職院校物聯(lián)網技術實訓室建設探索

引言

人類社會進入21世紀，信息技術已滲透到經濟發(fā)展和社會生活的各個方面，人們的生產、生活以及學習方式正在發(fā)生著深刻的變化，全民教育、優(yōu)質教育、個性化學習和終身學習已成為信息時代教育發(fā)展的重要特征。我國教育改革和發(fā)展正面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。以教育信息化帶動教育現(xiàn)代化，破解制約我國教育發(fā)展的難題，促進教育的創(chuàng)新與變革,是加快從教育大國向教育強國邁進的重大戰(zhàn)略抉擇。教育信息化要充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術優(yōu)勢，注重信息技術與教育的全面深度融合，在促進教育公平和實現(xiàn)優(yōu)質教育資源廣泛共享、提高教育質量和建設學習型社會、推動教育理念變革和培養(yǎng)具有國際競爭力的創(chuàng)新型人才等方面具有獨特而重要作用，是實現(xiàn)我國教育現(xiàn)代化宏偉目標不可或缺的動力與支撐。我國教育信息化雖然已經取得顯著進展，但與人民群眾的需求和世界發(fā)達國家水平相比還有明顯差距。必須充分認識推進教育信息化的重要性和艱巨性，把教育信息化作為國家信息化的戰(zhàn)略重點和優(yōu)先領域全面部署、加快實施，調動全社會力量積極支持和參與，用十年左右的時間初步建成具有中國特色的教育信息化體系，使我國教育信息化在整體上接近國際先進水平，推進教育事業(yè)的科學發(fā)展。

1物聯(lián)網技術的節(jié)點架構

物聯(lián)網技術節(jié)點一般由傳感器模塊、路由協(xié)議管理模塊、系統(tǒng)控制模塊、無線收發(fā)模塊和能量控制模塊等五部分組成。每個傳感器節(jié)點兼顧傳統(tǒng)網絡技術節(jié)點終端和路由器雙重功能，除了進行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理外，還要對其他節(jié)點轉發(fā)來的數(shù)據(jù)進行存儲、管理和融合等處理，同時還需要與其他節(jié)點協(xié)作完成一些特定任務。為了能夠實現(xiàn)最為穩(wěn)定的節(jié)點互聯(lián)和信息互通，本文將采用伯克利大學編寫的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)點上實現(xiàn)完整的MAC協(xié)議以及路由協(xié)議，并根據(jù)應用場合的不同和實際的需要將其替換為不同的路由協(xié)議。該系統(tǒng)的主題軟件架構框架如圖1所示。

圖1  物聯(lián)網技術節(jié)點架構示意圖

2基于無線傳感器網絡技術的數(shù)據(jù)查詢

無線傳感器網絡技術的產業(yè)化使用核心技術之一就是海量數(shù)據(jù)的有效處理，包含存儲、統(tǒng)計、查詢以及基于數(shù)據(jù)處理之上的專家對數(shù)據(jù)的判斷。行業(yè)領域應用的技術矛盾之一是行業(yè)數(shù)據(jù)的大規(guī)模和專家的小數(shù)量之間的矛盾，這一問題的解決方式集中于專家的遠程化準現(xiàn)場處理，而在這種處理方式中，數(shù)據(jù)的準確查詢和使用是核心中的核心。對SINK節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)進行處理包括采集、分析、存入數(shù)據(jù)庫、查詢等。針對數(shù)據(jù)查詢，本項目主要研究傳感器網絡技術環(huán)境下不受節(jié)點失效、通信鏈路失效和節(jié)點移動影響的查詢處理技術，提出了基于該技術的聚集查詢、KNN查詢和連接查詢等典型查詢處理算法，研究了能夠在系統(tǒng)部署之后動態(tài)且高效地添加新的查詢語言、存儲和索引機制、查詢處理算法的新型傳感器網絡技術數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的體系結構，實現(xiàn)了具有自主版權并滿足實時性、魯棒性要求的、具有動態(tài)可擴充能力的新型傳感器數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的原型系統(tǒng)NHSensor。

無線傳感器網絡技術產業(yè)化不斷應用依賴于穩(wěn)定、高效的節(jié)點和數(shù)據(jù)庫功能，還需要應用端軟件，采取優(yōu)化的人機交互系統(tǒng)，面向掌握電腦技術的實際農田數(shù)據(jù)使用者，提供使用簡單、理解清晰、操作方便、豐富多樣的應用端程序。主要包括便攜式采集終端、WEB數(shù)據(jù)庫服務器、PC端采集終端、移動采集終端等。

3高職學院的物聯(lián)網實驗室建設

2010年2月，教育部向各省、市、自治區(qū)教育廳（教委），以及部屬各高等學校下發(fā)了《關于戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)申報和審批工作的通知》?！锻ㄖ氛f，當前國家決定大力發(fā)展互聯(lián)網、綠色經濟、低碳經濟、環(huán)保技術、生物醫(yī)藥等關系到未來環(huán)境和人類生活的一些重要戰(zhàn)略性新興產業(yè)。傳感網可把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理，是一個全新的技術領域。《國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃（2010—2020年）》和“新一代寬帶移動無線通信網”重大專項中均將傳感網列入了重點研究領域。2009年8月7日，溫家寶總理在無錫考察中科院無錫高新微納傳感網工程技術研發(fā)中心時曾表示，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技術融合；二是在國家重大科技專項中，加快推進傳感網發(fā)展；三是盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”并指出早一點謀劃未來，早一點攻破傳感網核心技術，要依靠科技和人才，占領科技和經濟發(fā)展制高點，保證我國具有可持續(xù)發(fā)展的能力和可持續(xù)的競爭力。基于物聯(lián)網技術的高校實驗室解決方案就是基于目前的物聯(lián)網發(fā)展現(xiàn)狀，經過前期對物聯(lián)網行業(yè)的探究，同時結合目前的教育形態(tài)，總結出對物聯(lián)網技術教學的解決方案。該方案從物聯(lián)網技術層結構、物聯(lián)網關鍵性技術以及物聯(lián)網注重的關鍵性問題，對高校物聯(lián)網實驗室建設給出了具體的解決方案。同時結合目前產業(yè)現(xiàn)狀和高校教學環(huán)境，為高校如何培養(yǎng)物聯(lián)網應用型人才給出了指導性、方向性的建議，力求讓學生掌握物聯(lián)網系統(tǒng)的感知層、接入層、網絡層、支持層與應用層的關鍵性技術，并且具備在本專業(yè)領域跟蹤新理論、新知識、新技術的能力以及較強的創(chuàng)新實踐能力。圖2所示是一個高校物聯(lián)網技術實驗室的基本框架圖。

4結語

物聯(lián)網技術在高職學院實驗室管理中的應用，可以通過優(yōu)化和成熟的射頻識別技術和無線傳感器網絡技術等，將實驗室中的所有物品真正納入生活上、工作上的全新體驗的遠程控制中心。

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