物聯網感知層課程建設探索

摘 要：以當前的技術發展趨勢而言，本科教育中必然會普及針對物聯網的教學。感知層是物聯網的基礎和核心，對其開設的課程也因此必然是物聯網教學體系中的核心內容。該文探討了針對物聯網感知層學習需求的課程，并對照“高等學校物聯網工程專業實踐教學體系與規范”的要求，提出了物聯網感知層課程的理論與實驗教學方案。

關鍵詞：物聯網 感知層 課程建設

中圖分類號：TN87 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-02

1 物聯網的定義

物聯網的定義是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，并實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。這一概念是1999年MIT Auto-ID中心的Ashton教授在研究RFID時最早提出的。它的基礎仍然是互聯網，是互聯網基礎上延伸和擴展的網絡；其用戶擴展到任何物體與物體間的信息通信，就是所謂的“物物相連”。

2 物聯網的層次結構

物聯網分為感知層、傳輸層、處理層與應用層[1]。（1）感知層位于最底層，該層主要完成物品標識和信息的智能采集工作，它由感知器及組成的網絡構成。該層的核心技術包括射頻識別、新興傳感器、無線網絡組網、現場總線控制等，涉及的核心產品包括傳感器、電子標簽、傳感器節點、無線路由器、無線網關等。（2）傳輸層位于感知層的上部，該層主要完成信號接入和傳輸功能，是進行信息交換、傳遞的數據通路，包括接入網與傳輸網兩部分。（3）處理層位于傳輸層的上部，該層由業務支撐平臺、網絡管理平臺、信息處理平臺、信息安全平臺、服務支撐平臺等組成，完成協同、管理、計算、存儲、分析、挖掘等功能。（4）應用層位于最頂層，該層提供面向行業和大眾用戶的服務。

3 感知層的作用與從事此方面工作需具備的能力

3.1 感知層在物聯網中所起的作用

感知層是信息采集的前端和基礎。東南大學智能網絡與測控系統研究所所長陳俊杰教授認為[2]：“基礎設施層，即感知層，處于物聯網的最底層，是萬事萬物信息獲取、感知的源泉和支撐，沒有感知層，物聯網的傳輸和應用就無從談起”。

3.2 從事感知層工作需要具備的能力

既然感知層的核心技術包括射頻識別、新興傳感器、無線網絡組網、現場總線控制等，所以從事感知層工作需要掌握這些核心技術，并具有運用這些技術的能力。

4 感知層教學需要建設的課程

由于感知層主要完成物品標識和信息的智能采集工作，因而學習感知層知識，按照“高等學校物聯網工程專業實踐教學體系與規范”要求，需要開設“傳感器原理及應用”、“RFID原理及應用”、“傳感網原理及應用”三門課程。我院為開設以上三門課程，使學生掌握感知層知識，獲取感知層核心技術，從建立理論教學內容、實驗教學方案做起。

4.1 理論教學內容

三門課程的理論教學內容見表1。

（1）“傳感器原理及應用”課程，主要使學生熟悉傳感器的原理與結構，掌握傳感器的智能化、可靠性、抗干擾等關鍵實現技術，掌握傳感器的組網、信息獲取、傳輸及應用技術。（2）“RFID原理及應用”課程，使學生全面了解RFID基本理論，掌握RFID應用技術及方法，能夠構建RFID應用系統。（3）“傳感網原理及應用”課程，主要使學生掌握無線傳感器網絡的體系結構、通信協議、命名與尋址、拓撲控制、時間同步、能耗控制、數據處理等技術。

4.2 實驗教學方案

三門課程的實驗教學方案見表2。通過實驗教學，學生可將理論知識與實際電子元件及單元電路結合起來，通過認知、技術、綜合實踐三個層次遞階展開完成知識積累，達到對傳感器、RFID、傳感網的設計與應用能力。（1）“傳感器原理及應用”課程實驗，首先圍繞各種傳感器原理與結構實驗，使學生認識傳感器，掌握傳感器的基本性能；其次進行各種傳感器應用實驗，構建學生應用傳感器搭建電路的能力；最后結合自動檢測系統課題，培養學生使用傳感器采集數據、傳輸和處理信號的系統設計能力。（2）“RFID原理及應用”課程實驗，首先圍繞RFID應用系統結構實驗，使學生了解RFID的應用及系統組成；其次掌握RFID標簽、讀寫器等技術，構建學生應用RFID技術搭建電路的能力；最后結合RFID應用工程綜合課題，培養學生使用RFID標簽與讀寫器，完成傳輸和處理信號的系統設計能力。（3）“傳感網原理及應用”課程實驗，首先圍繞傳感網結構與應用實驗，使學生了解傳感網的基本構成；其次掌握傳感網的通信與組網技術、支撐技術及技術標準，構建學生組建傳感網的能力；最后結合傳感網應用系統綜合實驗，培養學生綜合應用、設計傳感網系統的能力。

5 結語

國家頒布的《物聯網“十二五”發展規劃》中指出：“要提升感知技術水平，重點發展物聯網感知制造業”。我們進行的感知層課程建設，正是對這一規劃的積極響應。今后我們將不斷總結經驗，把課程建設的更好，培養更多優秀的物聯網感知層人才。

參考文獻

[1] 教育部高等學校計算機科學與技術專業教學指導分委員會編制.高等學校物聯網工程專業實踐教學體系與規范（試行）[M].北京：機械工業出版社，2012-07.

[2] 張揚，陳俊杰.感知層是物聯網發展的關鍵[N].江蘇：江蘇科技報，2010-09-02（A12）.