高职院校物联网技术实训室建设探索

摘要：物联网技术是通过多通道通信技术的信息传感设备进行信息采集，同时采用网络终端来按约定的协议实现人与人、人与物、物与物的全面互联的一种网络技术。其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息，然后结合互联网、移动通信网等网络技术进行信息的传送与交互，最后采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。为此，文中介绍了物联网技术的节点架构和基于无线传感器网络技术的数据查询，最后对高职学院的物联网实验室建设工作进行了分析和探索。
关键字：物联网；无线传感器网络；高职院校；物联网实验室

0 引言
    人类社会进入21世纪，信息技术已渗透到经济发展和社会生活的各个方面，人们的生产、生活以及学习方式正在发生着深刻的变化，全民教育、优质教育、个性化学习和终身学习已成为信息时代教育发展的重要特征。我国教育改革和发展正面临着前所未有的机遇和挑战。以教育信息化带动教育现代化，破解制约我国教育发展的难题，促进教育的创新与变革，是加快从教育大国向教育强国迈进的重大战略抉择。教育信息化要充分发挥现代信息技术优势，注重信息技术与教育的全面深度融合，在促进教育公平和实现优质教育资源广泛共享、提高教育质量和建设学习型社会、推动教育理念变革和培养具有国际竞争力的创新型人才等方面具有独特而重要作用，是实现我国教育现代化宏伟目标不可或缺的动力与支撑。我国教育信息化虽然已经取得显著进展，但与人民群众的需求和世界发达国家水平相比还有明显差距。必须充分认识推进教育信息化的重要性和艰巨性，把教育信息化作为国家信息化的战略重点和优先领域全面部署、加快实施，调动全社会力量积极支持和参与，用十年左右的时间初步建成具有中国特色的教育信息化体系，使我国教育信息化在整体上接近国际先进水平，推进教育事业的科学发展。

1 物联网技术的节点架构
    物联网技术节点一般由传感器模块、路由协议管理模块、系统控制模块、无线收发模块和能量控制模块等五部分组成。每个传感器节点兼顾传统网络技术节点终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时还需要与其他节点协作完成一些特定任务。为了能够实现最为稳定的节点互联和信息互通，本文将采用伯克利大学编写的Tiny OS操作系统，并把该操作系统移植到目前比较新的SOC芯片上，从而在节点上实现完整的MAC协议以及路由协议，并根据应用场合的不同和实际的需要将其替换为不同的路由协议。该系统的主题软件架构框架如图1所示。

2 基于无线传感器网络技术的数据查询
    无线传感器网络技术的产业化使用核心技术之一就是海量数据的有效处理，包含存储、统计、查询以及基于数据处理之上的专家对数据的判断。行业领域应用的技术矛盾之一是行业数据的大规模和专家的小数量之间的矛盾，这一问题的解决方式集中于专家的远程化准现场处理，而在这种处理方式中，数据的准确查询和使用是核心中的核心。对SINK节点传过来的数据进行处理包括采集、分析、存入数据库、查询等。针对数据查询，本项目主要研究传感器网络技术环境下不受节点失效、通信链路失效和节点移动影响的查询处理技术，提出了基于该技术的聚集查询、KNN查询和连接查询等典型查询处理算法，研究了能够在系统部署之后动态且高效地添加新的查询语言、存储和索引机制、查询处理算法的新型传感器网络技术数据库管理系统的体系结构，实现了具有自主版权并满足实时性、鲁棒性要求的、具有动态可扩充能力的新型传感器数据库管理系统的原型系统NHSensor。
    无线传感器网络技术产业化不断应用依赖于稳定、高效的节点和数据库功能，还需要应用端软件，采取优化的人机交互系统，面向掌握电脑技术的实际农田数据使用者，提供使用简单、理解清晰、操作方便、丰富多样的应用端程序。主要括便携式采集终端、WEB数据库服务器、PC端采集终端、移动采集终端等。

3 高职学院的物联网实验室建设
    2010年2月，教育部向各省、市、自治区教育厅(教委)，以及部属各高等学校下发了《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》。《通知》说，当前国家决定大力发展互联网、绿色经济、低碳经济、环保技术、生物医药等关系到未来环境和人类生活的一些重要战略性新兴产业。传感网可把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理，是一个全新的技术领域。《国家中长期科学与技术发展规划(2010—2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入了重点研究领域。2009年8月7日，温家宝总理在无锡考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时曾表示，至少三件事情可以尽快去做：一是把传感系统和3G中的TD技术融合；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展：三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”。并指出早一点谋划未来，早一点攻破传感网核心技术，要依靠科技和人才，占领科技和经济发展制高点，保证我国具有可持续发展的能力和可持续的竞争力。基于物联网技术的高校实验室解决方案就是基于目前的物联网发展现状，经过前期对物联网行业的探究，同时结合目前的教育形态，总结出对物联网技术教学的解决方案。该方案从物联网技术层结构、物联网关键性技术以及物联网注重的关键性问题，对高校物联网实验室建设给出了具体的解决方案。同时结合目前产业现状和高校教学环境，为高校如何培养物联网应用型人才给出了指导性、方向性的建议，力求让学生掌握物联网系统的感知层、接入层、网络层、支持层与应用层的关键性技术，并且具备在本专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力。图2所示是一个高校物联网技术实验室的基本框架图。

4 结语
    物联网技术在高职学院实验室管理中的应用，可以通过优化和成熟的射频识别技术和无线传感器网络技术等，将实验室中的所有物品真正纳入生活上、工作上的全新体验的远程控制中心。