基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡案例實驗教學平臺研究

魏文紅

基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡案例實驗教學平臺研究

魏文紅

（東莞理工學院 計算機學院，廣東東莞 523808）

物聯(lián)網(wǎng)是最近幾年計算機網(wǎng)絡快速發(fā)展的產(chǎn)物，本文以物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎，結合計算機網(wǎng)絡實驗教學改革的需求，構建了基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡案例實驗教學平臺，分析了該平臺的優(yōu)勢和特點，最后以智能交通燈為實驗案例，介紹了基于該平臺實驗教學過程。

物聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)絡案例；實驗教學

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分，是計算機網(wǎng)絡技術發(fā)展到一個新階段的產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術與普適計算、泛在網(wǎng)絡的融合應用，被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮［1］。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為計算機網(wǎng)絡教學提供了基礎，特別是對于網(wǎng)絡案例的實驗教學改革帶來了新的希望［2-3］。

基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡案例實驗教學平臺以嵌入式終端設備（包括傳感器、射頻識別和其它嵌入式器件）、WiFi無線網(wǎng)絡、光載無線交換系統(tǒng)以及智能化人機界面（智能手機、平板電腦、筆記本電腦和臺式電腦等）為核心、以具體的工程案例實踐為背景、體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)三個層面（應用層、網(wǎng)絡層、感知層）、開放、標準化的網(wǎng)絡工程綜合實訓平臺［4］。

該平臺融合了物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層、傳感層的關鍵設備和技術，同時配合臺式電腦、筆記本電腦、WiFi移動終端以及通用的軟件開發(fā)平臺，可以開展網(wǎng)絡三個層次的課程實驗和綜合實驗教學，覆蓋網(wǎng)絡工程專業(yè)中網(wǎng)絡工程導論、嵌入式系統(tǒng)與單片機、物聯(lián)網(wǎng)技術及應用、物聯(lián)網(wǎng)傳輸與網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)體系結構與綜合實訓、無線通信和無線網(wǎng)絡基礎、計算機編程基礎、網(wǎng)絡編程技術、跨平臺程序設計、Linux操作系統(tǒng)等課程的實驗教學和綜合實訓。師生實踐開發(fā)的其它感知模塊，通過與標準的WiFi設備服務器連接，也能輕易接入實驗教學平臺，在大平臺下測試、驗證。更進一步，學生也可以在安卓操作系統(tǒng)的環(huán)境下、自主開發(fā)能夠應用于智能手機和平板電腦的上層應用客戶端軟件，以便親身體驗物聯(lián)網(wǎng)在實際中的應用。

1 網(wǎng)絡案例實驗教學平臺

1.1 網(wǎng)絡案例實驗教學平臺的總體結構

網(wǎng)絡案例教學平臺以光載無線交換機和上層應用程序為核心，構建WiFi無線局域網(wǎng)，覆蓋計算機網(wǎng)絡綜合實訓室及其周邊區(qū)域，配合實驗室現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡交換機、網(wǎng)絡路由器，建立融合有線網(wǎng)絡、無線局域網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)關鍵部分——網(wǎng)絡層。

網(wǎng)絡案例實驗教學平臺是整個計算機網(wǎng)絡工程實驗室（實訓室）的核心和基礎，在此基礎上配合解決方案中的其他實驗箱和系統(tǒng)套件可以實現(xiàn)諸多網(wǎng)絡案例實驗，如交通燈控制、燈光控制、空調(diào)控制、窗簾控制、電源控制、智能物資管理、數(shù)字安防等功能，學生可通過智能手機，平板電腦等移動終端親身體驗物聯(lián)網(wǎng)技術帶來的改變。圖1為網(wǎng)絡案例實驗教學平臺的總體結構圖。

圖1 網(wǎng)絡案例實驗教學平臺結構圖

1.2 網(wǎng)絡案例實驗教學平臺優(yōu)勢與特點

1）網(wǎng)絡案例教學平臺以光載無線交換機為核心，構建適用于遠距離大范圍尤其是環(huán)境多變的室外條件下的無線WiFi局域網(wǎng)絡信息平臺，它為各種傳感器、RFID讀卡器及工控設備提供了高速穩(wěn)定可靠的教學平臺；

2）提供應用程序的部分源碼以及API接口，供老師和學生進行二次開發(fā)；

3）國內(nèi)首創(chuàng)，國際領先的光載無線技術，為老師和學生提供了廣闊的科研平臺。

2 網(wǎng)絡案例實驗過程

2.1 實驗目的

1）了解交通燈控制平臺工作流程。

2）了解PLC控制交通燈程序。

3）學習PLC交通燈控制平臺軟件。

2.2 實驗內(nèi)容

1）理解分析PLC交通燈控制原理。

2）觀察記錄紅、綠、黃亮燈時間，試修改程序改變亮燈時間。

2.3 實驗步驟

1）配置好WiFi設備服務器；（波特率：57600、8、E、1，具體配置方法見WiFi設備服務器配置步驟。）

2）用公-母直連串口線將WiFi設備服務器和PLC相連；

3）WiFi設備服務器（DC5V）和PLC（DC24V）上電；

4）雙擊打開“PLC交通燈控制平臺應用軟件”，在“PLC IP號”和“端口號”處輸入WiFi設備服務器IP和端口號，如圖2示：

①情況一：要使交通燈正常運行，請點擊“正常循環(huán)運行”按鈕，然后“m0關閉”會變成“m0開啟”，同時系統(tǒng)會向PLC發(fā)送一段十六進制的指令，最后通過PLC控制交通燈正常循環(huán)運行，圖3是實際操作后的畫面。

若再次點擊“正常循環(huán)運行”按鈕，系統(tǒng)向PLC發(fā)送一段十六進制的停止指令，使交通燈和其軟件回復初始狀態(tài)。

圖2 交通燈案例實驗界面

②情況二：要使交通燈南北通行，請點擊“臨時南北通行”按鈕，然后“m1關閉”會變成“m1開啟”，同時軟件會向PLC發(fā)送一段十六進制的指令，再通過PLC控制交通燈呈南北通行狀態(tài)，圖4是實際操作后的畫面。

圖3 交通燈正常循環(huán)運行界面

圖4 交通燈臨時南北通行界面

若再次點擊“臨時南北通行”按鈕，系統(tǒng)向PLC發(fā)送十六進制的停止指令，使交通燈和其軟件回復初始狀態(tài)。

④情況三：要使交通燈東西通行，請點擊“臨時東西通行”按鈕，然后“m2關閉”會變成“m2開啟”，同時軟件會向PLC發(fā)送一段十六進制的指令，再通過PLC控制交通燈呈東西通行狀態(tài)。交通燈臨時東西通行界面與圖4相似，這里就不再畫出。

若再次點擊“臨時東西通行”按鈕，系統(tǒng)向PLC發(fā)送十六進制的停止指令，使交通燈和其軟件回復初始狀態(tài)。

2.4 實驗結果討論

該實驗利用網(wǎng)絡通訊技術與PLC技術相結合，實現(xiàn)了軟件對硬件的控制，實驗過程中，能夠很好地控制交通燈的各種情況。

3 結語

本文以物聯(lián)網(wǎng)基礎，構建了網(wǎng)絡案例實驗教學平臺，該平臺具有界面友好、操作簡單等點，并以智能交通燈的網(wǎng)絡案例實驗為例，利用實驗教學平臺詳細介紹了整個實驗的過程，分析了實驗結果，充分體現(xiàn)了該教學平臺的易用性。

［1］ 錢志鴻，王義君.物聯(lián)網(wǎng)技術與應用研究［J］.電子學報，2012，40（5）：1023-1029.

［2］ 盛豐.基于就業(yè)導向的計算機網(wǎng)絡教學改革探討［J］.計算機光盤軟件與應用，2012（4）：232-233.

［3］ 于坤，單勁松.計算機網(wǎng)絡課程教學案例分析［J］.計算機教育，2012（3）：47-49.

［4］ 楊冰，鄧曙光，肖衛(wèi)初，等.基于物聯(lián)網(wǎng)市場需求的“計算機網(wǎng)絡”教學改革［J］.中國電力教育，2013（1）：83-84.

Research on Network Case Experimental Teaching Platform Based on Internet of Things

WEIWen-hong

（Computer College，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China）

Internet of Things are products along with the rapid development of computer network in recent years.Based on Internet of Things technology，combined with the demand for experiment teaching innovation of computer networks，this paper introduces network cases of experimental teaching platform based on Internet of Things，analyzing the advantages and features of the platform.Finally，it describes the experimental teaching process based on intelligent traffic lights experimental case.

internet of things；Network case；experimental teaching

G42

A

1009—0312（2014）03—0102—04

2013-10-17

國家青年自然科學基金（61103037）；廣東省自然科學基金（S2013010011858）；廣東高校優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才培育項目（2012LYM-0125）；東莞市科技計劃項目（2012108102007）；東莞理工學院教研教改資助項目。

魏文紅（1977—），男，江西南昌人，副教授，博士，主要從事計算機網(wǎng)絡研究。