军队院校物联网工程专业实验室建设方案研究

万 平，李 明，杨辉跃，罗凯文，肖 玮，李先利，刘国松

（陆军勤务学院 军事物流系，重庆 401331）

0 引 言

物联网工程专业于2010年在国内开设[1]，军队院校开设物联网工程高等教育专业较晚。物联网工程专业作为军队院校新开专业，既有的教学实验条件与物联网工程教育训练任务要求还有较大差距，军队院校物联网工程专业实验室条件建设存在以下问题：

一是已有的实验仪器设备已无法满足专业课程实验需求。物联网工程是近些年新兴发展的专业领域，具有技术更新快、设备换代快的特点[2]，而既有的实验仪器与设备已陈旧落后，且不成体系，已不能满足物联网工程传感器原理、识别与定位、物联网通信、物联网系统设计与实践等专业课程的教学实验需求。

二是物联网工程专业实验室建设目标功能定位存在分歧。新设的物联网工程专业人才培养目标发生了根本性变化[3]，根据不同的人才培养目标，物联网工程专业实验室建设一方面在建设多大规模，满足多少学员同时教学有分歧；另一方面在专业实验室建设总体定位是服务于教学还是科研，或者教学科研兼顾等有分歧。同时，物联网涉及硬件、通信、软件和控制等专业知识，涉及的实验内容、实验种类较多，怎样对这些实验进行分类和定位也存在认识不够统一的问题[4]。

三是军队院校物联网工程专业实验室建设方案不够成熟。军队院校物联网工程专业实验室建设可以参考地方高校的优势经验，但由于与地方院校办学定位存在巨大差异，培养的人才在基本满足地方院校培养目标的基础上，还要符合相应的军队首次岗位任职要求，照抄照搬地方高校物联网工程专业实验室建设方案显然不能满足需求。所以，军队院校物联网工程专业实验室建设方案既要考虑地方高校通用专业实验功能，又要兼顾自身军事独有需求[5]。鉴于目前没有一个普遍适用且成熟的建设方案，需要根据自身需求，按照对应的实验功能模块进行定制建设。

1 总体定位

实验室建设要服务于所在军队院校人才培养任务，本文以培养军事物流后勤保障勤务人才的物联网工程专业实验室为研究对象，其实验室建设思路以“部队任务引领、勤务保障驱动、服务教学为主、适当兼顾科研”为宗旨，着眼物联网工程专业人才培养的需求，紧跟国内外物联网发展趋势，按照高标准、重实用、可发展的要求，从基础理论与方法、实训平台验证、军事物联网典型应用实验等三个层次着手，结合物联网感知、网络和应用三层技术架构[6]，构建基础实验平台、综合实训平台和创新实验平台于一体的物联网工程实验室，为军队培养高素质专业化新型物联网工程专业人才提供良好的教研条件支撑。

综上，物联网工程专业实验室的总体功能定位：

（1）为物联网工程专业课程教学提供实验平台；

（2）为物联网工程专业综合训练提供实训平台；

（3）提供军事物联网典型应用实验并构建基本的军事物联网应用创新实验环境。

2 建设方案

根据物联网工程专业实验课程的设置、集中实践教学、实习实训及毕业设计的需求[7]，军队院校物联网工程专业实验室由基础实验平台、综合实训平台、创新实验平台三大板块组成。三个实验平台承担的教学任务由易到难，关注的专业领域由点到面，培养的技能层次由低到高，一方面能够全方位培育学员的基础能力、动手能力、创新能力，另一方面也为物联网领域的教研人员提供一个全面系统的实验环境[8]。基础实验平台和综合实训平台通过物联网云平台互联互通，有效实现数据交互，既能实现本地数据的汇总统计，又能将数据转发到移动设备或PC端进行显示控制，便于教师端在线监测实验进度及实验结果；还能为后期教学研究、实验室管理等积累原始数据。由于物联网创新实验平台的军事特殊性，相对独立，所以不接入物联网云平台。

物联网工程专业实验室各平台间的相互关系如图1所示。

图1 物联网工程实验室各平台相互关系架构

基础实验平台包含NB-IoT综合实验装置、射频识别（RFID）综合实验装置、IPv6综合实验装置和多网融合综合实验装置。

NB-IoT综合实验装置以移动网络平台为基础，支持esim和OneNET云平台协议。

射频识别（RFID）综合实验装置包含低频段、高频段、特高频RFID和NFC多种射频模块。

IPv6综合实验装置以Contiki操作系统为基础，支持IPv4/IPv6通信，提供IPv4/IPv6协议栈，支持TCP/UDP，支持线程、定时器、文件系统等。

多网融合综合实验装置包含WiFi、蓝牙、2.4G无线通信、LoRa、ZigBee等多种通信模块和多种协议网关。

上述4个实验装置支持百余个基础实验，通过物联网基础实验平台的实验教学，使学员掌握传感器、无线通信、射频识别和网络等物联网技术基础知识，全方位夯实学员的物联网基础。

综合实训平台包括综合应用实验台、创新应用系统、人工智能开发套件和多功能智能机械臂平台。

综合应用实验台采用工业级多类型传感器，具有多个功能区，集成多种通信协议与接口，涵盖物联网技术典型应用环境，可将无线传感器网络中的数据实时接入物联网云平台，实现数据可视化。

创新应用系统由CC2530底座、STM32底座、18种功能模块和创新应用实验台组成，功能模块分为传感器、执行机构、通信和辅助4类模块。

人工智能开发套件支持Python编程，能实现文字与图像识别、图像跟踪、人脸识别、语音识别等功能。

多功能机械臂平台（Dobot Magician）是一款轻量级智能训练的多功能桌面机器人，可以实现3D打印、激光雕刻、搬运抓取、书写和绘画等功能，提供多达13个可扩展接口和20余种编程语言的二次开发包[9]。

综合实训平台通过场景再现，使学生能够深入理解物联网多种技术的交叉融合以及在实际应用中的实现方式，并在此基础上，丰富学生项目开发经验，提高学员动手能力。

创新实验平台通过配置先进的仿真软件和完善的物联网硬件设备，构建完整闭合的军事物联网在后勤领域典型应用创新实验平台。针对后勤典型应用构建了典型应用实验平台、应用仿真实验平台、创新场景实训平台、创新实践平台等4个物联网创新实验子平台。创新实验平台可以实现数字营区、车联网[10]、无人机[11]、智慧军事物流[12]、营区二维/三维建模等多项物联网实验[13]。平台搭建支撑单片机、ARM、PLC、DDC等硬件实验环境及Java、Android、net等软件实验环境，既能深化实验人员对理论知识的成体系理解掌握，又能为实验人员提供一个便捷的实践创新环境。平台为实验人员开发了源代码，可用于实验人员深入学习、二次开发和应用研究；同时提供了不同类型的物联网军事典型应用解决方案模板，较为系统地对现代军事后勤物联网建设思路和业务需求进行了分析和探索，可用于实验人员学习、研讨及部队相关建设项目参考。创新实验平台可开拓学员物联网军事应用思路和视野，有助于培养其综合创新应用实践能力，同时推动军队院校物联网学科专业向“教为战、研为战”转型聚焦。

3 结 语

陆军勤务学院物联网工程专业实验室按照本文提出的方案进行了建设，既考虑了国家对应高等教育专业实验教学需求，又兼顾军事特色，形成了较为科学完善的物联网工程专业实验室建设体系，能够满足学员基础教学、综合实训、毕业设计、创新实践等需求，还对军事物联网科研起到促进作用。