高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設與管理

徐小林

（湖北師范大學計算機科學與技術學院，湖北黃石 435002）

高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設與管理

徐小林

（湖北師范大學計算機科學與技術學院，湖北黃石 435002）

物聯(lián)網(wǎng)是新興戰(zhàn)略性產業(yè)之一，物聯(lián)網(wǎng)技術是多種技術的交叉融合。結合物聯(lián)網(wǎng)的專業(yè)特色和行業(yè)特點，探討了高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設與管理，促進人才培養(yǎng)和科學研究，服務于社會經濟發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)；實驗室；人才培養(yǎng)

0 引言

自上世紀末，物聯(lián)網(wǎng)的基本思想萌芽以來，信息領域產生了巨大的變革。物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things）簡稱“IOT”，各種事物相互連接，通過網(wǎng)絡的媒介進行傳播信息的方式就叫做物聯(lián)網(wǎng)。它是當下信息技術發(fā)展的重要階段，同時也是信息技術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)的基礎上進行延伸和擴展的網(wǎng)絡，互聯(lián)網(wǎng)是它的基礎，也是核心；其二，物聯(lián)網(wǎng)不僅具有互聯(lián)網(wǎng)的特點，而且其用戶端超越了普通的互聯(lián)網(wǎng)，直接擴展到了所有的物品之間，從而進行通信和信息交換。也是我們常說的物物相息。物聯(lián)網(wǎng)所獨具的智能感知、識別技術、普適計算等通信感知技術，使得物聯(lián)網(wǎng)可以更好的與網(wǎng)絡相融合，并且更加廣泛應用于網(wǎng)絡中。物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產業(yè)發(fā)展掀起的又一次高潮。應用與創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心和靈魂?；谖锫?lián)網(wǎng)技術的創(chuàng)新與應用層出不窮，我們正感受到物聯(lián)網(wǎng)技術給現(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)實驗室建設的必要性

2013年，我校計算機科學與技術學院成功申報了物聯(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，具備良好的科學與人文素養(yǎng)，具有電子與信息系統(tǒng)、計算機技術、數(shù)學與物理知識，系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網(wǎng)的基礎理論、基本方法和基本技能，受過實際應用培訓、具有一定的創(chuàng)新意識，能在物聯(lián)網(wǎng)領域從事應用開發(fā)、工程設計、運營管理等工作的應用型人才或職業(yè)技術學院從事信息類教育的師資。因為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實踐性和工程性很強，必須通過實踐教學才能掌握這些知識和技能。建設物聯(lián)網(wǎng)實驗室，為培養(yǎng)學生物聯(lián)網(wǎng)應用能力和創(chuàng)新能力提供教學質量保障。

2 物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設原則

2．1 物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設要與學校的特色相結合。我們學校是省屬地方高校，剛剛更名大學，內涵發(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)學科特色和師生人數(shù)規(guī)劃好實驗室場地、面積等。物聯(lián)網(wǎng)實驗室既要利用計算機學院現(xiàn)有的設備條件，降低成本，又要發(fā)揮教學、科研及應用的作用。

2．2 物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設要結合專業(yè)特色。物聯(lián)網(wǎng)涉及網(wǎng)絡技術、計算機技術、傳感技術、通信技術、數(shù)學與物理知識等，學生需要廣泛扎實的基礎知識，既不能眉毛胡子一把抓，又要側重基本知識和應用技能。物聯(lián)網(wǎng)建設主要從網(wǎng)絡層、應用層和感知層入手。

2．3 物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設要與行業(yè)特色相結合。物聯(lián)網(wǎng)技術應用非常廣泛，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。每一個應用都涉及到行業(yè)具體背景，我們要加強與行業(yè)協(xié)作，實現(xiàn)校企合作、深度融合，重在應用。

3 物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設的目標

“高標準、重實用、可發(fā)展”，立足物聯(lián)網(wǎng)技術，是物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設的目標。物聯(lián)網(wǎng)實驗室為搭建物聯(lián)網(wǎng)基礎知識實驗、課程訓練、科研創(chuàng)新開發(fā)、應用創(chuàng)新開發(fā)、虛擬云計算等提供了優(yōu)質的環(huán)境。同時提出了“鞏固教學、學做同行、學科競賽、科研創(chuàng)新、服務就業(yè)”等一系列的遞增型的物聯(lián)網(wǎng)實驗室解決方案，加強了對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)，從而實現(xiàn)人才與產業(yè)的高品質對接。

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

1）培養(yǎng)學生掌握傳感器采樣、設備控制、嵌入式開發(fā)、無線傳感器網(wǎng)絡組網(wǎng)等基本應用的能力，可進行物聯(lián)網(wǎng)應用模擬實驗。

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

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

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

3．2 物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設成效

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

2）支持物聯(lián)網(wǎng)項目實踐和學科競賽。支撐學校物聯(lián)網(wǎng)主題競賽，例如ZigBee組網(wǎng)比賽、嵌入式開發(fā)比賽、單片機接口技術應用比賽、應用軟件開發(fā)比賽等。

3）支持項目開發(fā)和工程應用。學生通過實驗室展示的實訓設備、配套案例和應用場景模型，可進行實踐操作，豐富物聯(lián)網(wǎng)應用項目開發(fā)的經驗，培養(yǎng)學生的實際開發(fā)能力。實驗室建立后，圍繞物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)技術和湖北的產業(yè)需求開展校企合作，針對企業(yè)存在的技術難題，開展工程技術研究開發(fā)、成果應用測試和推廣示范，為湖北的企業(yè)提供技術咨詢、技術服務和人才培訓，推動湖北物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)領域整體的技術進步，服務湖北經濟發(fā)展。

4）支持畢業(yè)設計和科研創(chuàng)新。利用實驗室提供的規(guī)范化的實驗指導書、開發(fā)文檔、開發(fā)流程以及其它資料，提高畢業(yè)設計（論文或軟件開發(fā)）質量，規(guī)范畢業(yè)論文的格式。學生可利用現(xiàn)有實驗條件，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驗室產品會在產業(yè)界掀起一個不小的波浪，變成大發(fā)明，創(chuàng)新改變日常生活。

4 物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設內容

從技術構架層面分，物聯(lián)網(wǎng)共分為三層，分別是感知層、網(wǎng)絡層、應用層。感知層的功能是識別物體、采集信息。網(wǎng)絡層的功能是傳遞和處理感知層獲取信息。應用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應用。按照物聯(lián)網(wǎng)的三層體系結構，將物聯(lián)網(wǎng)實驗室規(guī)劃為對應的三個實驗室，分別是基礎教學實驗室、創(chuàng)新實訓開發(fā)室、工程應用體驗室。

物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設方案物聯(lián)網(wǎng)基礎實驗室物、聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗室、物聯(lián)網(wǎng)應用層場景（見圖1）。傳感器實驗室、RFID實驗室嵌入式網(wǎng)絡實驗室、物聯(lián)網(wǎng)綜合創(chuàng)新實驗室、智能家居、智能安防、智能農業(yè)電子商務。

4．1 軟件、硬件環(huán)境建設

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

4．2 實驗室資源建設

我校物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設的總體發(fā)展思路是以“任務引領、項目驅動、創(chuàng)新設計、服務科教”為宗旨，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)產業(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)的基礎知識和關鍵技術，抓好基礎理論和方法、實訓實踐平臺驗證及開發(fā)、典型示范應用，達到“鞏固教學、學做同行、學科競賽、科研創(chuàng)新、畢業(yè)設計”的建設效果。

1）基礎教學實驗室?；A教學實驗室中配備了教學所需的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱或實驗柜，這些產品按物聯(lián)網(wǎng)的所獨具的體系結構，經過精心設計而成。這些產品，全面覆蓋了物聯(lián)網(wǎng)技術的相關信息。通過理論課程與實踐教學相結合，進一步解讀理論課程，強化課堂學習的內容，完成學生對于物聯(lián)網(wǎng)基礎知識學習能力的培養(yǎng)。

2）創(chuàng)新實訓開發(fā)室。創(chuàng)新實訓開發(fā)室中，配有物聯(lián)網(wǎng)情景主題沙盤。更加貼近生活的實驗模擬，學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)各層次在實際應用中得以實現(xiàn)方式。在此基礎上，不僅豐富學生項目開發(fā)的經驗，同時支撐學生的創(chuàng)新。學生動手能力、創(chuàng)新意識得到雙重鍛煉。

3）工程應用體驗室。工程應用體驗室，為學生掌握物聯(lián)網(wǎng)工程技術開發(fā)方法、設備布局、綜合布線等提供優(yōu)質的環(huán)境。對真實的物聯(lián)網(wǎng)應用場景的模擬，學生更加容易接受和學習，同時提高學生的工程開發(fā)能力。

5 物聯(lián)網(wǎng)實驗室的管理

要管理好實驗室，首先必須培養(yǎng)幾個甘于奉獻、技術精良的物聯(lián)網(wǎng)技術專職實驗教師。實驗管理任務很重，不認真負責、不甘于奉獻的人難以勝任。物聯(lián)網(wǎng)的實踐性很強，沒有精湛的操作動手技術，也難以指導學生學習。因此，對我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的老師進行技術培訓，培訓內容包括無線傳感器網(wǎng)絡組網(wǎng)技術、Linux／Android智能網(wǎng)關管理平臺構建、應用管理軟件開發(fā)等，培養(yǎng)一支技術過硬的師資隊伍。為學生搭建完善的集教學、實驗、實訓、科研、競賽、畢設為一體的實驗平臺。全面覆蓋實驗平臺結構介紹、實驗環(huán)境搭建、無線傳感器網(wǎng)絡組網(wǎng)技術、智能網(wǎng)關構建、應用軟件開發(fā)等各個層次的知識點。

6 結束語

當代社會，物聯(lián)網(wǎng)技術及物聯(lián)網(wǎng)所激發(fā)出的一系列產業(yè)迅猛發(fā)展，新一輪信息技術和產業(yè)革命火熱進行，物聯(lián)網(wǎng)是信息時代的產物，同時也是信息產業(yè)領域未來競爭的制高點和產業(yè)升級的核心驅動力。本文針對物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設與管理進行了研究與探討，結合我校實際提出了物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設與發(fā)展的思路，建設一個集教學、實驗、創(chuàng)新、體驗和開發(fā)等功能于一體的物聯(lián)網(wǎng)實驗教學平臺。但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術不斷完善，物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設也在不斷發(fā)展。

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

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

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

［4］林 莉，陳麗麗．高校物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設規(guī)劃［J］．長春理工大學學報，2012，7（4）：23～24，58．

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

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

［7］物聯(lián)網(wǎng)信息平臺及應用實驗室建設解決方案［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，實驗師，主要研究方向為系統(tǒng)分析與集成．