物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)探究

引言

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT),顧名思義就是指"物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，就是在物理世界的實(shí)體中部署具有一定感知能力、計(jì)算能力和執(zhí)行能力的嵌入式芯片和軟件，使之成為“智能物體”，進(jìn)而通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實(shí)現(xiàn)信息傳輸、協(xié)同和處理，從而實(shí)現(xiàn)物與物、物與人之間的通信。

2009年8月7日，溫家寶總理在無錫考察時(shí)提出要盡快建立中國的傳感信息中心(也稱為“感知中國"中心)，標(biāo)志著我國發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的信心與決心。事實(shí)上，物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。根據(jù)2005年國際電信聯(lián)盟(ITU)的定義，物聯(lián)網(wǎng)主要解決物到物(ThingtoThing,T2T)、人到物(HumantoThing,H2T)、人到人(HumantoHuman,H2H)之間的互聯(lián)。這一高度交叉的新興前沿領(lǐng)域在國際上備受關(guān)注，現(xiàn)在，物聯(lián)網(wǎng)已成為我國經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的熱詞，也將成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新型發(fā)動(dòng)機(jī)。

1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展中的作用

物聯(lián)網(wǎng)可廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)和人們生活的各行各業(yè)，從而大大提升整個(gè)社會(huì)的信息化水平，并在提高效率的同時(shí),實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。物聯(lián)網(wǎng)的魅力來源于三大關(guān)鍵特征：第一，全面感知，即利用RFID、二維碼、傳感器等隨時(shí)隨地獲取物體的信息；第二，可靠傳遞，即通過各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去；第三，智能處理，即利用云計(jì)算、模糊識(shí)別等各種智能計(jì)算技術(shù)，對海量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對物體實(shí)施智能化的控制。在業(yè)界,物聯(lián)網(wǎng)大致公認(rèn)為有三個(gè)層次，其中底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層，中間是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層，最上面則是內(nèi)容信息的應(yīng)用層。圖1所示是物聯(lián)網(wǎng)體系的基本架構(gòu)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品和物品之間進(jìn)行信息交換和通訊。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層將建立在現(xiàn)有的移動(dòng)通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上。物聯(lián)網(wǎng)通過各種接入設(shè)備與移動(dòng)通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相連，網(wǎng)絡(luò)層也包括了信息存儲(chǔ)查詢、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。網(wǎng)絡(luò)層中的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)?，F(xiàn)在,越來越多的高校都開設(shè)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相關(guān)課程，包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)概論、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議等目前物聯(lián)網(wǎng)方向?qū)I(yè)的主要課程。就不同的行業(yè)和應(yīng)用背景，眾多高校同仁在如何改進(jìn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)內(nèi)容方面，提出了諸多有益的理念。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)過程中的諸多環(huán)節(jié)，仍然需要進(jìn)一步的探索和改進(jìn)。

圖1  物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程的改革

2.1加入IPv6內(nèi)容

盡管物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)對象數(shù)不勝數(shù)，但卻主要分為兩類:一類是體積小、能量低、存儲(chǔ)容量小、運(yùn)算能力弱的智能小物體，如傳感器節(jié)點(diǎn)；另一類是沒有上述約束的智能終端，如無線POS機(jī)、智能家電、視頻監(jiān)控等。這兩類互聯(lián)對象，從終端側(cè)向通信網(wǎng)絡(luò)提出了特定的需求，而支持巨大的地址空間、網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展、傳遞可靠等顯然是其共性需求。通信網(wǎng)絡(luò)不僅要能提供足夠多的地址空間來滿足互聯(lián)對象對地址的需求，而且網(wǎng)絡(luò)容量足夠大，能滿足大量智能終端、智能小物體之間的通信需求。值得注意的是，智能小物體在尺寸與復(fù)雜度等方面的限制決定了其能量、存儲(chǔ)、計(jì)算速度與帶寬也是受限的,因而需要通信網(wǎng)絡(luò)能夠提供輕量級的通信協(xié)議、可靠的低速率傳輸，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)還要具備自組織能力。

基于以上原因，物聯(lián)網(wǎng)對IP地址產(chǎn)生了前所未有的大量需求。而構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基石的IPv4,在面臨地址資源枯竭等困境的背景下，顯然已無法為地球上存在的萬事萬物都分配一個(gè)IP地址，而這又恰恰是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。

所以，在現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)中適當(dāng)弓入IPv6的教學(xué)內(nèi)容，有助于學(xué)生了解當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)和物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的要求。

2.2加大無線網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)容

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要以公眾無線網(wǎng)絡(luò)為載體，大多使用2G、3G網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，同時(shí)也有部分應(yīng)用采用固定光纖接入方式。固定光纖接入具有傳輸速率高、傳輸信息量大、可靠穩(wěn)定、保密性好等特點(diǎn)，因此，應(yīng)用時(shí)需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇不同的接入方式。

常用的近距離無線通信技術(shù)有802.11b、802.15.4(ZigBee)、Bluetooth、UWB、RFID、IrDA等。其中，ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，完整的協(xié)議棧只有32KB，可以嵌入到各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能，因而成為構(gòu)建近距離無線傳感網(wǎng)的主流技術(shù)。

鑒于上述情況，在課程內(nèi)容中加入物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信內(nèi)容，讓學(xué)生學(xué)習(xí)各種無線RF通訊技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，比如ZigBee、藍(lán)牙、Wi-Fi、GPRS、CDMA、3G、4G、5G等，使學(xué)生能夠適應(yīng)未來物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展要求。

3結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的信息產(chǎn)業(yè)的一個(gè)新方向。作為培養(yǎng)中、高級應(yīng)用人才的主力軍，高等學(xué)校要掌握時(shí)代的脈搏，要通過廣泛的社會(huì)調(diào)研來跟蹤物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢和前沿技術(shù)，以此占領(lǐng)人才培養(yǎng)的制高點(diǎn),促進(jìn)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)的改革和發(fā)展，從而使所教知識(shí)都能轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力。

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