高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)與管理

徐小林

（湖北師范大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北黃石 435002）

高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)與管理

徐小林

（湖北師范大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北黃石 435002）

物聯(lián)網(wǎng)是新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是多種技術(shù)的交叉融合。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的專業(yè)特色和行業(yè)特點(diǎn)，探討了高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)與管理，促進(jìn)人才培養(yǎng)和科學(xué)研究，服務(wù)于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)；實(shí)驗室；人才培養(yǎng)

0 引言

自上世紀(jì)末，物聯(lián)網(wǎng)的基本思想萌芽以來，信息領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的變革。物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things）簡稱“IOT”，各種事物相互連接，通過網(wǎng)絡(luò)的媒介進(jìn)行傳播信息的方式就叫做物聯(lián)網(wǎng)。它是當(dāng)下信息技術(shù)發(fā)展的重要階段，同時也是信息技術(shù)的重要組成部分之一。物聯(lián)網(wǎng)具有兩層含義：首先，物聯(lián)網(wǎng)以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)是它的基礎(chǔ)，也是核心；其二，物聯(lián)網(wǎng)不僅具有互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，而且其用戶端超越了普通的互聯(lián)網(wǎng)，直接擴(kuò)展到了所有的物品之間，從而進(jìn)行通信和信息交換。也是我們常說的物物相息。物聯(lián)網(wǎng)所獨(dú)具的智能感知、識別技術(shù)、普適計算等通信感知技術(shù)，使得物聯(lián)網(wǎng)可以更好的與網(wǎng)絡(luò)相融合，并且更加廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中。物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展掀起的又一次高潮。應(yīng)用與創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心和靈魂。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用層出不窮，我們正感受到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給現(xiàn)代生活與工作帶來的巨大便利。2016年兩會，物聯(lián)網(wǎng)被寫入我們國家的“十三五”規(guī)劃，國家高度重視物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)的必要性

2013年，我校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院成功申報了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，并迅速成立了物聯(lián)網(wǎng)工程教研室。我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展，具備良好的科學(xué)與人文素養(yǎng)，具有電子與信息系統(tǒng)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)與物理知識，系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論、基本方法和基本技能，受過實(shí)際應(yīng)用培訓(xùn)、具有一定的創(chuàng)新意識，能在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域從事應(yīng)用開發(fā)、工程設(shè)計、運(yùn)營管理等工作的應(yīng)用型人才或職業(yè)技術(shù)學(xué)院從事信息類教育的師資。因為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實(shí)踐性和工程性很強(qiáng)，必須通過實(shí)踐教學(xué)才能掌握這些知識和技能。建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室，為培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力提供教學(xué)質(zhì)量保障。

2 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)原則

2．1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)要與學(xué)校的特色相結(jié)合。我們學(xué)校是省屬地方高校，剛剛更名大學(xué)，內(nèi)涵發(fā)展亟待提升。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是新獲批的專業(yè)，我校該專業(yè)每年大約招生100名本科生，專職教師22人，其中博士5人，碩士14人，本科3人。根據(jù)學(xué)科特色和師生人數(shù)規(guī)劃好實(shí)驗室場地、面積等。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室既要利用計算機(jī)學(xué)院現(xiàn)有的設(shè)備條件，降低成本，又要發(fā)揮教學(xué)、科研及應(yīng)用的作用。

2．2 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)要結(jié)合專業(yè)特色。物聯(lián)網(wǎng)涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)學(xué)與物理知識等，學(xué)生需要廣泛扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，既不能眉毛胡子一把抓，又要側(cè)重基本知識和應(yīng)用技能。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)主要從網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和感知層入手。

2．3 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)要與行業(yè)特色相結(jié)合。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，如智能交通物聯(lián)網(wǎng)、電力物聯(lián)網(wǎng)、智能家居及物流等。每一個應(yīng)用都涉及到行業(yè)具體背景，我們要加強(qiáng)與行業(yè)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)校企合作、深度融合，重在應(yīng)用。

3 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)的目標(biāo)

“高標(biāo)準(zhǔn)、重實(shí)用、可發(fā)展”，立足物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)的目標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室為搭建物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識實(shí)驗、課程訓(xùn)練、科研創(chuàng)新開發(fā)、應(yīng)用創(chuàng)新開發(fā)、虛擬云計算等提供了優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。同時提出了“鞏固教學(xué)、學(xué)做同行、學(xué)科競賽、科研創(chuàng)新、服務(wù)就業(yè)”等一系列的遞增型的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室解決方案，加強(qiáng)了對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)人才與產(chǎn)業(yè)的高品質(zhì)對接。

3．1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室的技術(shù)水平。與省屬師范大學(xué)同類專業(yè)相比，我校建成的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗室的技術(shù)水平將處于上游地位。

1）培養(yǎng)學(xué)生掌握傳感器采樣、設(shè)備控制、嵌入式開發(fā)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)等基本應(yīng)用的能力，可進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模擬實(shí)驗。

2）培養(yǎng)學(xué)生自己動手，搭建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

3）具有培養(yǎng)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項目的整體把握的能力。

4）具有先進(jìn)的云服務(wù)平臺，具有在線支持用戶自主配置、故障遷移、負(fù)載均衡、三網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)營的功能。

3．2 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室的建設(shè)成效

1）支持課程實(shí)驗和基礎(chǔ)教學(xué)。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室所有配套設(shè)備按照物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)建設(shè)，滿足物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程知識和專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)。教師通過實(shí)驗設(shè)備操作演示，增強(qiáng)理論知識傳授過程中的趣味性；大學(xué)生通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗示例強(qiáng)化了理論知識，加深對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)知識的理解，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)信心。

2）支持物聯(lián)網(wǎng)項目實(shí)踐和學(xué)科競賽。支撐學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)主題競賽，例如ZigBee組網(wǎng)比賽、嵌入式開發(fā)比賽、單片機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用比賽、應(yīng)用軟件開發(fā)比賽等。

3）支持項目開發(fā)和工程應(yīng)用。學(xué)生通過實(shí)驗室展示的實(shí)訓(xùn)設(shè)備、配套案例和應(yīng)用場景模型，可進(jìn)行實(shí)踐操作，豐富物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項目開發(fā)的經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際開發(fā)能力。實(shí)驗室建立后，圍繞物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)技術(shù)和湖北的產(chǎn)業(yè)需求開展校企合作，針對企業(yè)存在的技術(shù)難題，開展工程技術(shù)研究開發(fā)、成果應(yīng)用測試和推廣示范，為湖北的企業(yè)提供技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)和人才培訓(xùn)，推動湖北物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域整體的技術(shù)進(jìn)步，服務(wù)湖北經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

4）支持畢業(yè)設(shè)計和科研創(chuàng)新。利用實(shí)驗室提供的規(guī)范化的實(shí)驗指導(dǎo)書、開發(fā)文檔、開發(fā)流程以及其它資料，提高畢業(yè)設(shè)計（論文或軟件開發(fā)）質(zhì)量，規(guī)范畢業(yè)論文的格式。學(xué)生可利用現(xiàn)有實(shí)驗條件，發(fā)揮想象力和創(chuàng)新意識，解決生活中遇到的小難題，或許這個解決小難題的實(shí)驗室產(chǎn)品會在產(chǎn)業(yè)界掀起一個不小的波浪，變成大發(fā)明，創(chuàng)新改變?nèi)粘Ｉ睢?/p>

4 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)內(nèi)容

從技術(shù)構(gòu)架層面分，物聯(lián)網(wǎng)共分為三層，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層的功能是識別物體、采集信息。網(wǎng)絡(luò)層的功能是傳遞和處理感知層獲取信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。按照物聯(lián)網(wǎng)的三層體系結(jié)構(gòu)，將物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室規(guī)劃為對應(yīng)的三個實(shí)驗室，分別是基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗室、創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)開發(fā)室、工程應(yīng)用體驗室。

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)方案物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實(shí)驗室物、聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗室、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層場景（見圖1）。傳感器實(shí)驗室、RFID實(shí)驗室嵌入式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗室、物聯(lián)網(wǎng)綜合創(chuàng)新實(shí)驗室、智能家居、智能安防、智能農(nóng)業(yè)電子商務(wù)。

4．1 軟件、硬件環(huán)境建設(shè)

首先，根據(jù)我們學(xué)校的辦學(xué)方針、專業(yè)側(cè)重點(diǎn)、人才培養(yǎng)方向，實(shí)驗室面積與布局，制定符合計算機(jī)學(xué)院特色的實(shí)驗室建設(shè)方案。規(guī)劃好實(shí)驗室面積、場地，通過招投標(biāo)方式選取好的廠家，購買物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室必須的硬件設(shè)備和軟件資源。硬件設(shè)備包括傳感器、控制終端、射頻識別（RFID）設(shè)備、微控制器設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)、路由器、交換機(jī)、電腦、平板電腦、智能手機(jī)、RFID、GPS、智能終端、通信設(shè)備和其它配套設(shè)備等。軟件資源包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件、嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件、PC數(shù)據(jù)管理與分析軟件等。

4．2 實(shí)驗室資源建設(shè)

我校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)的總體發(fā)展思路是以“任務(wù)引領(lǐng)、項目驅(qū)動、創(chuàng)新設(shè)計、服務(wù)科教”為宗旨，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)需求和我校物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)方案，緊密圍繞物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)知識和關(guān)鍵技術(shù)，抓好基礎(chǔ)理論和方法、實(shí)訓(xùn)實(shí)踐平臺驗證及開發(fā)、典型示范應(yīng)用，達(dá)到“鞏固教學(xué)、學(xué)做同行、學(xué)科競賽、科研創(chuàng)新、畢業(yè)設(shè)計”的建設(shè)效果。

1）基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗室。基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗室中配備了教學(xué)所需的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗箱或?qū)嶒灩瘢@些產(chǎn)品按物聯(lián)網(wǎng)的所獨(dú)具的體系結(jié)構(gòu)，經(jīng)過精心設(shè)計而成。這些產(chǎn)品，全面覆蓋了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)信息。通過理論課程與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，進(jìn)一步解讀理論課程，強(qiáng)化課堂學(xué)習(xí)的內(nèi)容，完成學(xué)生對于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

2）創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)開發(fā)室。創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)開發(fā)室中，配有物聯(lián)網(wǎng)情景主題沙盤。更加貼近生活的實(shí)驗?zāi)M，學(xué)生會深刻體驗到物聯(lián)網(wǎng)中各種知識的交叉與融合，以及物聯(lián)網(wǎng)各層次在實(shí)際應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)方式。在此基礎(chǔ)上，不僅豐富學(xué)生項目開發(fā)的經(jīng)驗，同時支撐學(xué)生的創(chuàng)新。學(xué)生動手能力、創(chuàng)新意識得到雙重鍛煉。

3）工程應(yīng)用體驗室。工程應(yīng)用體驗室，為學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)開發(fā)方法、設(shè)備布局、綜合布線等提供優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。對真實(shí)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的模擬，學(xué)生更加容易接受和學(xué)習(xí)，同時提高學(xué)生的工程開發(fā)能力。

5 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室的管理

要管理好實(shí)驗室，首先必須培養(yǎng)幾個甘于奉獻(xiàn)、技術(shù)精良的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專職實(shí)驗教師。實(shí)驗管理任務(wù)很重，不認(rèn)真負(fù)責(zé)、不甘于奉獻(xiàn)的人難以勝任。物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)踐性很強(qiáng)，沒有精湛的操作動手技術(shù)，也難以指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。因此，對我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的老師進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)、Linux／Android智能網(wǎng)關(guān)管理平臺構(gòu)建、應(yīng)用管理軟件開發(fā)等，培養(yǎng)一支技術(shù)過硬的師資隊伍。為學(xué)生搭建完善的集教學(xué)、實(shí)驗、實(shí)訓(xùn)、科研、競賽、畢設(shè)為一體的實(shí)驗平臺。全面覆蓋實(shí)驗平臺結(jié)構(gòu)介紹、實(shí)驗環(huán)境搭建、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)、智能網(wǎng)關(guān)構(gòu)建、應(yīng)用軟件開發(fā)等各個層次的知識點(diǎn)。

6 結(jié)束語

當(dāng)代社會，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)所激發(fā)出的一系列產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，新一輪信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)革命火熱進(jìn)行，物聯(lián)網(wǎng)是信息時代的產(chǎn)物，同時也是信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域未來競爭的制高點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)升級的核心驅(qū)動力。本文針對物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)與管理進(jìn)行了研究與探討，結(jié)合我校實(shí)際提出了物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)與發(fā)展的思路，建設(shè)一個集教學(xué)、實(shí)驗、創(chuàng)新、體驗和開發(fā)等功能于一體的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗教學(xué)平臺。但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷完善，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室的建設(shè)也在不斷發(fā)展。

［1］胡欣欣．物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗室建設(shè)探討［J］．實(shí)驗室科學(xué)，2013，16（3）：99～101．

［2］許淑祎，王玉峰，劉堯猛．高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)思路與實(shí)施方案初探［J］．SCIENCE＆TECHNOLOGY INFORMATION，2014，（15）：143，160．

［3］黃 崢，古 鵬．物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)研究與探討［J］．實(shí)驗技術(shù)與管理，2012，29（2）：191～195．

［4］林 莉，陳麗麗．高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)規(guī)劃［J］．長春理工大學(xué)學(xué)報，2012，7（4）：23～24，58．

［5］陳景賢，陳志生．高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)與應(yīng)用［J］．實(shí)驗室研究與探索，2013，32（8）：451～453．

［6］物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室建設(shè)［EB／OL］．http：／／www．boxing zhaoye．com／html／cdumn78．2012．1／2013．4．20．

［7］物聯(lián)網(wǎng)信息平臺及應(yīng)用實(shí)驗室建設(shè)解決方案［EB／OL］．http：／／www．frotech．com／index．php／Program／Detail／id／2html．201202／2013．4．20．

Construction and management of laboratory of the internet of things in universities

XU Xiao－lin

（College of Computer Science and Technology，Hubei Normal University，Huangshi 435002，China）

The Internet of things is one of the emerging strategic industries，Internet of things technology is the integration of multiple technologies．In this paper，combined with professional features and industry characteristics，proposed university internet of Things Laboratory Construction and Management solutions to better promote personnel training and scientific research，serve the economic development．

the internet of things；laboratory；personnel training

G250

A

：1009－2714（2016）04－0018－04

10．3969／j．issn．1009－2714．2016．04．005

2016—04—11

徐小林（1972— ），男，湖北羅田縣人，碩士，實(shí)驗師，主要研究方向為系統(tǒng)分析與集成．