基于物联网技术的实验室建设

贵州商学院 张树军

一、研究的理论和实际应用价值

物联网是继微型计算机普及应用、互联网普及应用之后的第三次信息技术革命浪潮；是电子技术、计算机技术、网络技术、通讯技术等相关技术发明累积到一定量，即由“量”变到“质”变的必然产物；是未来十至十五年必将深刻、广泛影响人类社会工作、生活、学习的新技术。当前，处于发展初期的物联网理论研究及技术应用如火如荼，国家层面的有美国的“智慧地球”、欧洲针对物联网领域的十四点行动计划、日本的“i-japan”计划、韩国的“u-korea”战略等等。从2009年至今，国家大力倡导物联网产业的发展，2011年11月，国务院工业和信息化部发布了《物联网“十二五”发展规划》、2013年国务院又出台《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》国发〔2013〕7 号文件。在国家强力推进物联网发展的形势下，各省市纷纷制定各自的物联网规划，贵州省于2012年2月，由经济和信息化委员会编制并下发了《贵州省“十二五”物联网产业发展规划》。在发展规划的引导下，“智慧城市”“智能物流”“智能交通”“智慧校园”“智慧医疗”“车联网”等不同层次范围的物联网建设方案不断推出，也有许多方案正在建设中。

虽然上述物联网的研究开发及技术应用热火朝天，但至今没有一个大家公认的、体验到的、完整的物联网系统，以我校实验室建设作为物联网的研究对象，能避免复杂的环境因素。在这样的小环境中，通过课题的研究设计以及相应物联网配套设施设备的设置，创造一个真实的物联网体验环境（见附件的《新校区实验室建设物联网初步方案》）作为电子类专业，特别是物联网应用技术专业的实训环境，同时也为学校今后建设“智慧校园”做好准备工作。课题的目标是基于实验室建设环境下对感知、控制的具体要求以及使用人的功能要求，探讨在小规模试验的环境下建立可供体验、实训、研究的物联网技术支撑平台及网络架构。通过对该平台及架构的研究，其理论价值是验证物联网系统的理论、方法、框架、平台的有效性，其实际应用价值是为今后我校物联网应用的开发、设计和运行提供基础的技术支撑。

二、国内外研究现状

国外金融危机引起的增长低迷还没有消退，但大量围绕电力、通信、交通、环境的智慧型基础设施依然加紧实施。基础性的关键技术研究不断进步，如美国加州大学、麻省理工学院、奥本大学、宾汉顿大学、克利夫兰大学等在极低功耗无线传感网络、自组织传感器网络、传感器网络系统的应用层设计、基于IP的移动网络和自组织网络方面、结合无线传感器网络等方面开展研究，新加坡国立大学在无线传感器网络方面进行研究，物联网标准也在加快研究。另外，RFID 技术、GPS/GIS 技术的应用持续升温，IPv6、M2M、3GPP 等技术的研究渐趋成熟，近距离无线通讯、传感器网络、泛在网络等网络技术也随物联网技术应用而快速成长，这也显示了物联网技术研究的不断进步。

国内最早于1999年启动传感网工程，由中科院对物联网技术工程项目进行专门研究。近年来有更多的科研院所参与了物联网的研究，在物联网无线传感器网络节点方面研究突出的有南京邮电大学的UbiCell 系列节点、中国科学院计算技术研究所的GAINS 系列节点、香港科技大学的无线传感器网络节点；在无线传感器网络的软件及平台方面突出的有：南京邮电大学无线传感器网络研究中心开发的基于移动代理的无线传感器网络中间件平台、南京邮电大学的无线传感器网络集成开发平台MeshIDEMeshIDE、中国科学院宁波计算所的无线传感器网络分析与管理平台。在物联网理论研究方面提出许多具有创新性的想法的有，南京邮电大学、哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学、北京邮电大学。

归纳总结上述研究不难看出，第一类属于基础性研究，如标准、节点、网络、平台等等，这类研究会对今后物联网应用提供支撑；第二类属于技术应用研究，如RFID、GPS/GIS、IPv6、M2M、3GPP 等等，技术比较成熟，但更需要要研究整合应用；第三是理论方面研究，也有待于实践的验证。然而，上述三方面都不属于完整的物联网系统研究，该课题正好是要从一个完整的物联网出发去对物联网系统进行研究。

三、研究目标和内容

课题的研究，是根据智慧实验室建设的环境对感知、控制的具体要求以及使用人的功能要求，研究设计在小规模试验的环境下建立一个可供体验、实训、研究的物联网技术支撑平台及网络架构。

1.研究智慧实验室建设传感网网络架构，根据新校区智慧实验室建设，各智慧教室的空间分布情况及功能分布情况进行相关的研究设计，提出完整的传感网网络架构方案。

2.物联网技术支撑平台，研究传感及控制系统集成模块、管理系统模块及智能处理模块三个部分集成为一个整体的物联网，构成物联网技术支撑平台方案。

该课题研究的核心内容是由感知及控制系统集成模块、管理系统模块及智能处理模块三个部分集成后形成的物联网。该系统不仅将三个部分叠加到一起，还将三个部分有机的集成，特别是智能处理模块要达到智能化的功能，要随时访问另外两个模块的数据，并根据访问的数据分析处理做出准确的判断，输出控制信号到控制系统交给执行机构执行。

因此，要解决的重点问题是构成由三个系统模块组成的有机集成系统——物联网。要突破的难点问题是如何按照智慧实验室建设环境下对感知、控制的具体要求及使用人的功能要求，设计出有机集成的三个系统模块方案，并使其达到功能要求的智能化。

四、研究方法和实施步骤

1.准备阶段，完成课题研究方案的设计、论证与申报；确定课题组成员及其分工，建立课题研究网络，完善课题管理办法；进行课题支撑理论的学习与培训，制订课题实施预案；建立原始档案。

2.设计阶段，根据初步方案进行系统的设计，系统设计中修改初步方案中不合理的内容，确定实施方案。

3.编程阶段，根据实施方案设计数据标准、底层数据库及三个模块的程序流程图，并建立系统模型；根据设计阶段的实施方案中标准、数据库及程序流程图，并依据模型进行三个模块的系统编程。

4.调试阶段，三个模块分别编程，并且相互连接，以及进行相应的模拟仿真调试；在仿真调试没有问题的情况下，分块连接各智慧教室设备进行分别调试，对照前述的功能及关系进行系统集成调试。

5.总结阶段，系统分析过程资料，提炼、整合研究成果，撰写课题研究工作报告和结题报告，形成课题成果。

6.前期研究及资料准备，从2009年起，我校对物联网系统开始进行研究，并主持2011年的校级重点课题《关于物联网发展方向的跟踪及相关专业设置的研究》，成果之一就是物联网智慧校园体系结构的设计。团队根据对物联网研究的成果、对物联网发展方向的研究及物联网人才需求的调查研究，成功申报了贵州商专物联网应用技术新专业。

课题成果构成实训中心物联网技术的应用系统方案，该课题的后续课题可升级为学校实训中心系统，在前面的基础上升级为智慧校园系统。主要用作物联网应用技术专业的实训系统，同时也作为亮点供校内外师生体验物联网的概念，还可作为物联网研究的系统平台。

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