物聯(lián)網(wǎng)感知層課程建設(shè)探索

摘 要：以當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)而言，本科教育中必然會(huì)普及針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心，對(duì)其開設(shè)的課程也因此必然是物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)體系中的核心內(nèi)容。該文探討了針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知層學(xué)習(xí)需求的課程，并對(duì)照“高等學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系與規(guī)范”的要求，提出了物聯(lián)網(wǎng)感知層課程的理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 感知層 課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：TN87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-0-02

1 物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，并實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。這一概念是1999年MIT Auto-ID中心的Ashton教授在研究RFID時(shí)最早提出的。它的基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；其用戶擴(kuò)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(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、傳輸層、處理層與應(yīng)用層[1]。（1）感知層位于最底層，該層主要完成物品標(biāo)識(shí)和信息的智能采集工作，它由感知器及組成的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。該層的核心技術(shù)包括射頻識(shí)別、新興傳感器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制等，涉及的核心產(chǎn)品包括傳感器、電子標(biāo)簽、傳感器節(jié)點(diǎn)、無(wú)線路由器、無(wú)線網(wǎng)關(guān)等。（2）傳輸層位于感知層的上部，該層主要完成信號(hào)接入和傳輸功能，是進(jìn)行信息交換、傳遞的數(shù)據(jù)通路，包括接入網(wǎng)與傳輸網(wǎng)兩部分。（3）處理層位于傳輸層的上部，該層由業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)、信息處理平臺(tái)、信息安全平臺(tái)、服務(wù)支撐平臺(tái)等組成，完成協(xié)同、管理、計(jì)算、存儲(chǔ)、分析、挖掘等功能。（4）應(yīng)用層位于最頂層，該層提供面向行業(yè)和大眾用戶的服務(wù)。

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(lián)網(wǎng)中所起的作用

感知層是信息采集的前端和基礎(chǔ)。東南大學(xué)智能網(wǎng)絡(luò)與測(cè)控系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)陳俊杰教授認(rèn)為[2]：“基礎(chǔ)設(shè)施層，即感知層，處于物聯(lián)網(wǎng)的最底層，是萬(wàn)事萬(wàn)物信息獲取、感知的源泉和支撐，沒有感知層，物聯(lián)網(wǎng)的傳輸和應(yīng)用就無(wú)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(shù)包括射頻識(shí)別、新興傳感器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制等，所以從事感知層工作需要掌握這些核心技術(shù)，并具有運(yùn)用這些技術(shù)的能力。

4 感知層教學(xué)需要建設(shè)的課程

由于感知層主要完成物品標(biāo)識(shí)和信息的智能采集工作，因而學(xué)習(xí)感知層知識(shí)，按照“高等學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系與規(guī)范”要求，需要開設(shè)“傳感器原理及應(yīng)用”、“RFID原理及應(yīng)用”、“傳感網(wǎng)原理及應(yīng)用”三門課程。我院為開設(shè)以上三門課程，使學(xué)生掌握感知層知識(shí)，獲取感知層核心技術(shù)，從建立理論教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案做起。

4.1 理論教學(xué)內(nèi)容

三門課程的理論教學(xué)內(nèi)容見表1。

（1）“傳感器原理及應(yīng)用”課程，主要使學(xué)生熟悉傳感器的原理與結(jié)構(gòu)，掌握傳感器的智能化、可靠性、抗干擾等關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)，掌握傳感器的組網(wǎng)、信息獲取、傳輸及應(yīng)用技術(shù)。（2）“RFID原理及應(yīng)用”課程，使學(xué)生全面了解RFID基本理論，掌握RFID應(yīng)用技術(shù)及方法，能夠構(gòu)建RFID應(yīng)用系統(tǒng)。（3）“傳感網(wǎng)原理及應(yīng)用”課程，主要使學(xué)生掌握無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、命名與尋址、拓?fù)淇刂?、時(shí)間同步、能耗控制、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)。

4.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案

三門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案見表2。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可將理論知識(shí)與實(shí)際電子元件及單元電路結(jié)合起來(lái)，通過(guò)認(rèn)知、技術(shù)、綜合實(shí)踐三個(gè)層次遞階展開完成知識(shí)積累，達(dá)到對(duì)傳感器、RFID、傳感網(wǎng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力。（1）“傳感器原理及應(yīng)用”課程實(shí)驗(yàn)，首先圍繞各種傳感器原理與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)傳感器，掌握傳感器的基本性能；其次進(jìn)行各種傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建學(xué)生應(yīng)用傳感器搭建電路的能力；最后結(jié)合自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)課題，培養(yǎng)學(xué)生使用傳感器采集數(shù)據(jù)、傳輸和處理信號(hào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。（2）“RFID原理及應(yīng)用”課程實(shí)驗(yàn)，首先圍繞RFID應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解RFID的應(yīng)用及系統(tǒng)組成；其次掌握RFID標(biāo)簽、讀寫器等技術(shù)，構(gòu)建學(xué)生應(yīng)用RFID技術(shù)搭建電路的能力；最后結(jié)合RFID應(yīng)用工程綜合課題，培養(yǎng)學(xué)生使用RFID標(biāo)簽與讀寫器，完成傳輸和處理信號(hào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。（3）“傳感網(wǎng)原理及應(yīng)用”課程實(shí)驗(yàn)，首先圍繞傳感網(wǎng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解傳感網(wǎng)的基本構(gòu)成；其次掌握傳感網(wǎng)的通信與組網(wǎng)技術(shù)、支撐技術(shù)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建學(xué)生組建傳感網(wǎng)的能力；最后結(jié)合傳感網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用、設(shè)計(jì)傳感網(wǎng)系統(tǒng)的能力。

5 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家頒布的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中指出：“要提升感知技術(shù)水平，重點(diǎn)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)感知制造業(yè)”。我們進(jìn)行的感知層課程建設(shè)，正是對(duì)這一規(guī)劃的積極響應(yīng)。今后我們將不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，把課程建設(shè)的更好，培養(yǎng)更多優(yōu)秀的物聯(lián)網(wǎng)感知層人才。

參考文獻(xiàn)

[1] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)編制.高等學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系與規(guī)范（試行）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012-07.

[2] 張揚(yáng)，陳俊杰.感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵[N].江蘇：江蘇科技報(bào)，2010-09-02（A12）.