物联网实验室建设专业方案.doc

物联网试验室建设方案由物联网下电子商务认知、应用、创新三个层次组成。物联网技术和行业应用协调支撑三个层次，贯穿了物联网整个科研过程，认知层是经过观察、感受物联网经典行业应用和物联网感知、处理、通讯、控制等各个部分工作过程完成教学、研究任务。
　　一、博星卓越物联网试验室建设方案概述
　　物联网是经过信息传感设备，按约定协议实现人和人、人和物、物和物全方面互联网络。物联网关键特征是经过射频识别、传感器等方法获取物理世界多种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息传送和交互，采取智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界感知能力，实现智能化决议和控制。
　　物联网技术和产业发展将引发新一轮信息技术革命和产业革命，是信息产业领域未来竞争制高点和产业升级关键驱动力。物联网概念是庞大和丰富，其中涵盖了大量现有专业门类和技术体系，而在其系统集成和应用端，能够说物联网技术将能够应用于工业、农业、服务业、环境保护、军事、交通、家居等几乎全部领域。
　　无线传感网络正是适应于这么背景下全新网络技术。无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是目前国际上备受关注、包含多学科高度交叉、知识高度集成前沿热点研究领域。它综合了传感器、RFID技术、嵌入式计算、现代网络及无线通信和分布式信息处理等技术，能够经过各类集成化微型传感器协同完成对多种环境或监测对象信息实时监控、感知和采集，这些信息经过无线方法被发送，并以自组织多跳网络方法传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界和人类社会这三元世界连通。
　　物联网下电子商务科研平台是在物联网已经从概念、计划阶段发展成为日新月异地高速发展、基于物联网应用大量诞生阶段，同时，物联网和互联网高度结合、融合背景下提出物联网和互联网结合。
　　博星卓越物联网试验室建设方案由物联网下电子商务认知、应用、创新三个层次组成。物联网技术和行业应用协调支撑三个层次，贯穿了物联网整个科研过程，认知层是经过观察、感受物联网经典行业应用和物联网感知、处理、通讯、控制等各个部分工作过程完成教学、研究任务。应用层是在物联网认知层基础上，经过对支撑物联网多种硬件设备、软件资源、开发平台、研究平台和对物联网条件下经典电子商务应用使用、开发，进行应用型研究、探索，从而支撑创新型研究、开发和应用。创新层是在物联网应用层研究基础上，进行物联网条件下电子商务技术、模式等创新研究，科研平台能够提供技术、实现、应用验证，开展创新型研究，并形成结果，同时，能够对中试阶段结果进行技术支撑。
　　博星卓越物联网试验室建设方案 科研层次图：

　　二、博星卓物联网试验室建设方案建设项目意义
　　无线传感网络商用迄今能够划分为三个阶段：
　　-，无线传感网络开始被试用，以验证投资回报；
　　-，无线传感网络使用量连续增加，关键关注可靠性和集成度；
　　-为无线传感网络起飞期，新应用不停涌现，出货量高速增加，这一时期为消费者驱动，关键关注成本和尺寸。
　　依据美国多家著名市场企业估计，到，无线传感网络节点全球出货量将超出1亿个，市场销售总额超出20亿美元。专门致力于无线技术研究美国加利福尼亚圣迭戈（原圣地亚哥）市场调研企业ON World近期公布一份汇报，估计到，世界市场无线传感器网络（WSN）系统和服务将飞升至约46亿美元，并展现爆炸式增加，现阶段中国市场应用正在整体评定和试探阶段，不过对应研究工作已经开展；近期关键用户为高校、研究机构（包含为交通、环境、农业、能源、国防等政府部门服务科研院所），企业研发中心；中长久目标用户为海量使用政府和企业(包含交通、环境、农业、能源、国防等政府部门)和未来可能使用无线传感器网络各类企业提供平台和应用案例。到现在为止，中国外己经推出了几十种成型无线传感器网络节点设备。
　　《国家中长久科学和技术发展计划（-）》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专题中均将传感网列入关键研究领域。传感器网络标准工作组组长、上海微系统所副所长刘海涛表示，中国技术研发水平已处于世界前列。中科院早在前就开启了传感网研究，前后投入数亿元，现在，中国和德国、美国、英国、韩国等国一起，成为国际标准制订关键国家之一。现在，中国传感网标准体系已形成初步框架，向国际标准化组织提交多项标准提案被采纳。8月7日，温家宝总理在无锡考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时曾表示，最少三件事情能够立即去做，一是把传感系统和3G中TD技术结合起来；二是在国家重大科技专题中，加紧推进传感网发展；三是立即建立中国传感信心中心，或叫“感知中国”。并指出，要早一点计划未来，早一点攻破传感网关键技术，要依靠科技和人才，占领科技和经济发展制高点，确保中国含有可连续发展能力和可连续竞争力。
　　总而言之，物联网条件下电子商务科研平台建设项目是符合世界技术发展趋势和中国科技发展方向，同时，对相关学科发展含相关键战略意义。
　　博星卓越物联网综合试验室包含关键学科及可支撑关键学科方向有：电子商务、计算机科学和技术、软件工程、网络工程、信息管理和信息系统。在当今信息技术高速发展情况下，这些专业全部面临物联网条件下技术升级、改造，物联网应用模式创新挑战和机遇，综合来看，电子商务是这些技术最为综合应用部分。所以，博星卓越物联网综合试验室定在物联网下电子商务科研平台。
　　三、博星卓物联网试验室建设方案建设项目目标
　　博星卓越物联网综合试验室建设目标一：建成物联网条件下电子商务科研试验室
　　要研究物联网条件下电子商务新技术、新模式，适应这种需要科研环境和平台是基础保障。博星卓越物联网综合试验室首要目标是建成能够支持科研工作和部分教学任务试验室。试验室分为物联网基础认知科研试验区、物联网应用科研试验区和物联网创新科研试验区。
　　物联网基础认知科研试验区开展物联网信息采集、处理、通讯、控制等研究试验和物联网相关技术应用研究，应用科研试验区开展经典应用认识型研究试验和经典物联网应用应用型研究试验，创新科研试验区开展物联网条件下电子商务技术、模式等创新研究。
　　博星卓越物联网综合试验室建设目标二：支撑物联网条件下电子商务科研
　　传感网把全部物品经过射频识别等信息传感设备和互联网连接起来，实现智能化识别和管理，是继计算机、互联网和移动通信网以后又一次信息产业浪潮，是一个全新技术领域。早在1999年，在美国召开移动计算和网络国际会议提出，“传感网是下一个世纪人类面临又一个发展机遇”；，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变大家生活十大技术之首；，在突尼斯举行信息社会世界峰会（WSIS），国际电信联盟（ITU）公布了《ITU互联网汇报：物联网》，正式提出了“物联网”概念。汇报指出：无所不在“物联网”通信时代即未来临，世界上全部物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾全部能够经过因特网主动进行信息交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到愈加广泛应用。
　　博星卓越深入研究电子商务和物联网，经过多年发展，积累了良好科研、教学实力，能够主动抓住电子商务创新特点，形成了重视实践、勇于探索良好研究气氛，在新一次产业浪潮形成时候，博星卓越做好了迎接挑战和机遇准备，组建专门物联网研究团体，主动联络相关物联网企业，现在已经取得了一批社会需要、极具研究价值物联网条件下电子商务项目需求，假如能立即建成科研平台，早日投入运行，不仅能很好地抓住市场机遇，也会在为博星卓越物联网试验室项目建设、团体培养、研究能力提升发明良好条件，为中国物联网教学和物联网发展作出更大贡献。
　　博星卓越物联网综合试验室建设目标三：支撑电子商务实践教学
　　物联网技术面向现代信息处理技术，培养从事物联网领域系统设计、系统分析和科技开发及研究方面高等工程技术人才。博星卓越物联网综合试验室能够培养学生合理知识结构、含有扎实电子技术、现代传感器和无线网络技术、物联网相关高频和微波技术，有线和无线网络通信理论、信息处理、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统传感层，传输层和应用层关键设计等专门知识和技能，而且含有在物联网领域跟踪新理论、新知识、新技术能力和较强物联网创新实践能力。
　　依据物联网相关知识模块将物联网科研试验设计到对应学科课程试验中，具体设计依据以下体系进行设计：
　　1、单片机和嵌入式认知科研试验
　　2、无线片上系统认知科研试验
　　3、无线通讯和无线网络认知科研试验
　　4、RFID 认知科研试验
　　5、物联网传输层认知科研试验
　　6、物联网综合应用科研试验
　　7、物联网创新科研试验
四、博星物联网试验室建设方案项目内容
　　（一）建设物联网基础认知科研试验区
　　物联网基础认知科研试验区开展物联网信息采集、处理、通讯、控制等研究试验和物联网相关技术应用研究。
　　本试验区开展物联网认知科研试验涵盖以下专业内容：
　　1、单片机和嵌入式认知知识群
　　本试验群涵盖试验研究内容：8051 单片机、ARM 嵌入式技术、微机原理，接口技术、微控制器体系和原理、实时操作系统、C 语言编程技术。
　　2、无线片上系统认知知识群
　　本试验群涵盖试验研究内容：无线单片机通讯接口结构和原理，无线有线收发器结构和原理，通讯结构和原理，嵌入式软件基础等。
　　3、无线通讯和无线网络认知知识群
　　本试验群涵盖试验研究内容：短距离无线数据通讯基础和原理，无线自组网技术，ZIGBEE 无线技术和802.15.4 无线标准。网络安全和加密技术，C 语言和无线网络算法高级技术原理。
　　4、RFID 认知知识群
　　本试验群涵盖试验研究内容：电磁技术基础，RFID 标签算法，EPC通讯协议和原理；大功率RFID 读卡器原理和设计，RFID 和物联网数据库结构和原理。
　　5、物联网传输层认知知识群
　　本试验群涵盖试验研究内容：物联网网关原理和结构，GSM/GPRS 技术原理，3G 技术原理和结构，M2M 数据传输和远程通讯，嵌入式和高级实时操作系统在物联网系统设计技术等。
　　本试验区能够支持以下认知型科研试验：
　　1、数据感知检测类
　　图像采集、声音采集、温度采集、湿度采集、气压采集、CO含量采集、振动采集等等常规采集。
　　2、近距离蜂窝通讯类
　　基于2.4G无线通讯RF2401A、基于433M通讯、ZigBee、CC1100等近距离通讯过程。
　　3、远距离无线传输类
　　GPRS无线传输、3G无线传输试验、2KM数传电台数据传输试验。
　　4、有线类数据通信过程
　　SOCKET模式、WEBSERVERS模式、HTTP模式、TCP/UDP模式、RS232模式、485模式、电流环等任意，达成双方通讯过程。
　　5、数据汇总处理类
　　常规算法实现比如求和、求平均、数据分布和趋势等。
　　6、界面展示类
　　PC界面展示、LED屏幕界面展示、嵌入式平台界面展示。
　　7、输出控制类
　　输出LED灯闪烁报警、继电器动作进行拉闸操作、摇杆动作等，输出声音或语音提醒标识等。
　　（二）建设物联网应用科研试验区
　　物联网应用科研试验区开展经典应用认识型研究试验和经典物联网应用应用型研究试验。
　　物联网应用试验包含物联网应用场景描述、需求分析、系统集成步骤，基于现有产品面向具体应用监测体系建设和运行。
　　1、智能农业系统

博星卓越物联网综合试验室智能农业系统
　　（1）试验研究背景
　　农业物联网是将大量传感器节点组成监控网络， 经过多种传感器采集信息， 以帮助农民立即发觉问题，而且正确地确定发生问题位置，这么农业将逐步地从以人力为中心、依靠于孤立机械生产模式转向以信息和软件为中心生产模式，从而大量使用多种自动化、智能化、远程检测和控制生产设备。
　　（2）试验研究内容
　　①、光照、温度、湿度传感器对模拟大棚进行管理和检测，并把相关数据经过无传输模块传回服务器，服务器上管理系统对这些数据作出控制算法。研究光照、温度、湿度传感器工作机理、适应领域和偏差处理，梳理、优化信息传输过程、路线和控制信息智能反馈机制。
　　②、架设超声波、音量和音频传感器，经过模拟老鼠小动物穿过传感器，系统接收到这些信号后，发出警报，采取对应灭鼠、灭虫等应对策略。研究超声波、音量和音频传感器工作机理、适应领域和偏差处理，对策略、时效、动作控制等进行归类和性能优化。
　　③、使用流量传感器，利用计算机系统模拟自动控制农田水利浇灌。研究流量传感器工作机理、适应领域和偏差处理。
　　④、假设加温设备、通风设备、光照等模拟设备，在控制中心根据算法需要进行加温、通风、光照时给出对应控制动作，达成温室大棚环境自动调整处理。
　　2、智能超市系统
　　（1）、试验背景
　　射频识别技术应用于超级市场，能快速查询、调用各商品信息，能对商品信息实时改写和对商品进行远距离群识别，达成宏观管理、实现信息共享、提升工作效率目标；而且能加紧用户支付速度，提升用户满意度和忠诚度，降低超市风险度。
　　（2）、试验研究内容
　　①、试验室模拟超市设置货架，利用RFID标签打印机打印商品一维和二维条码，贴至虚拟商品上，然后用手持RFID对货物扫描并分类摆放。研究物联网条件下出库、上架、盘点业务特点。
　　②、模拟一个超市收货通道，收货通道是集成了RFID阅读器收货口，当带有贴有RFID电子标签货物经过通道时，系统能够自动扫描，并显示在系统计价单中。研究物联网条件下超市点货、支付过程特点。
　　③自主设计超市卖场产品从进库上架、购置、付款等过程，探索新超市服务模式。
　　3、智能楼宇系统
　　（1）、试验背景
　　经过教室模拟形式展现未来家居楼宇物联网交互方法，传感网控制单元内嵌到各个家居设备实物中，实现智能控制、智能安防、智能消防。智能楼宇系统能实时监控家中温湿度、光强等环境原因，并依据监测结果自动控制窗帘、窗户开启和关闭。经过烟雾、可燃气体、浸水、红外等传感器，对家中安全情况进行监控。

博星卓越物物联网试验室建设方案智能楼宇系统

　　（2）、试验研究内容
　　①、基于声音传感背景音乐控制试验。试验室应用科研试验区中安装声音传感器，传感器将搜集声音数据传输给主机，主机连接一台音响，然后在主机系统中设置一个参数，当这个传感器传回数据大于这个参数时，系统自动将音响声音调大，反之降低音响音量。
　　②、基于人体动态感知智能灯控试验。在应用科研试验区摆放一个人体红外传感器，传感器连接一个照明装置，当有些人员经过此传感器时候，自动亮起，检测长久无人活动区域则关灯节能。
　　③、基于光线强度智能灯控试验。在应用科研试验区安装光照传感器模块，传感器连接一个台灯，当学生用手遮挡传感器时，传感器发出信号，使台灯点亮。
　　④、基于电子商务模式远程家居楼宇管理维护模拟试验。将安装在楼宇中多个感知器件和动作器件（比如入侵检测和声光报警器）融合在系统中，模拟出远程对于楼宇状态感知和展现，同时，经过网络模式进行远程楼宇维护、动作器件控制。
　　4、物联网物流系统
　　（1）、试验背景
　　物联网物流系统是一个基于识别技术为货物识别追踪、管理和查验货物信息平台，系统将优异识别技术和计算机数据库管理查询相结合，自动识别货物信息，该系统应用能大大节省人力物力。
　　（2）、试验研究内容
　　①存货管理试验。模拟货物流通过程，利用标签打印机，分类打印标签贴纸将货物放置货架。系统统计货物所在区域和数量，当某种商品数量少于预警值时，系统自动提醒。研究物联网条件下库存管理特点。
　　②防窃控制试验。在应用科研试验区物流试验全部出口全部装上读写器，当贴有标签货物被拿出出口时，系统提醒货物被盗。
　　③货物信息实时性试验。经过饰演收件员、地域代理站、派件员模拟货物流动、交付表现物流过。每人手持一个读写器，当读写器扫描货物时，将扫描到信息利用无线传输到主机，主机将具体信息公布在网站上实时查询系统 ，为用户提供实时查询，提升用户满意度。
　　5、智能医疗
　　（1）、试验背景
　　经过传感器检测人体医疗指标，并经过多种网络将检测信息传输给医生或检测人员将会大大提升医疗效率，减轻病人负担，在远程医疗、应急医疗等领域有极高应用价值。
　　（2）、试验内容
　　①体温检测试验。将无线温度传感器贴至受检者身体，无线温度传感器将数据传输到主机，主机将得到数据显示，检验者可依据主机显示数据来判定病情。
　　②综合智能医疗试验。经过多种传感器在手指、手臂等部位，无损伤地测血糖、量血压、心电图测试，受检者自助开展健康监测。经过本试验研究人体医疗信息传感过程，研究应用领域，设计应用模式，进行设计结果检验。
　　（三）建设物联网创新科研试验区
　　物联网创新科研试验区开展物联网条件下电子商务技术、模式等创新研究。创新科研试验区支持以下科研试验：
　　1、传感采集控制开发
　　经过图像采集、声音采集、温度采集、湿度采集、气压采集、CO2含量采集、振动采集等等常规采集方法、处理步骤试验，研究掌握现有和未来可能发展多种传感数据采集方法和传感数据采集设备、传感及控制设备设计和开发。依据实际应用环境设计、开发、使用、维护不一样物联网数控设备进行创新性地科研。
　　2、通信网络开发
　　经过学习研究数据、设备通信、网络传输、数据接入等方面内容，掌握基于2.4G无线通讯、基于433M无线通讯、ZigBee、CC1100、数传电台等近距离通讯过程和GPRS无线传输、3G无线等远距离无线传输，掌握有线类数据通信比如SOCKET模式、WebService模式、HTTP传输模式、TCP/IP协议、UDP协议、RS232模式、485模式、微根模式等应用和开发特点。依据实际应用环境创新性地设计、开发、使用、维护在各类通信系统中组织传感和控制信号应用设备等。
　　3. 系统应用开发
　　经过研究和掌握物联网技术在不一样应用领域上层应用设计、数据安全、系统集成、数据使用，能够依据实际应用领域和应用实例创新性地设计、开发、使用、维护全方面物联网行业应用系统等。
五、博星卓越物联网试验室建设方案建设项目实施
　　（一）博星卓越物联网综合试验室项目硬件设备
　　1、物联网基础认知科研试验区

　　2、物联网应用科研试验区
　　（1）、博星卓越物联网农业管理平台

　　博星卓越物联网试验室建设方案：物联网农业管理平台
　　博星卓越物联网农业管理平台能够完成对于各个感知器件采样、传输参数，完成业务逻辑定义和实现，对于感知器件所获取数据进行处理，并向输出控制器件发出动作指令，并以直观界面在平台中进行展现。
　　博星卓越物联网综合试验室：物联网农业电子商务平台
　　平台提供农产品在线购置，在商品具体信息中用户能查看到农作物生长环境，生长市场，生长过程中湿度、温度、光照时长等具体信息展现现代化智能农业完整生产管理具体数据和情况，完成对于农作物生长环境状态远程监控。
　　（2）、博星卓越物联网智能超市系统

　　博星卓越物联网试验室建设方案：物联网超市管理平台
　　完整模拟超市从进货、上架、盘点、销售完整过程，用条码方法和射频标签多个方法完成超市智能化管理模式展示。
　　博星卓越物联网综合试验室：物联网超市电子商务平台
　　结合电子商务完整步骤，实现传统超市和电子商务模式完美结合，让远端用户能清楚看到柜台上货物详情，并实现远程订货、付款模拟试验过程。
　　（3）、博星卓越物联网智能楼宇系统

　　博星卓越物联网综合试验室：物联网楼宇管理平台
　　完成智能楼宇内全部感知器件数据获取和处理，在管理平台上做直观界面展现，并能定义对应感知器件和动作器件之间关联关系，设定对于不一样感知数据不一样要求动作。
　　（4）、博星卓越物联网物流系统

　　博星卓越物联网综合试验室：物联网物流管理平台
　　将从无线通讯节点搜集数据在平台端进行显示和管理，便于对货物进行分类，对货物数量，保留环境进行监控。
　　博星卓越物联网综合试验室：物联网物流电子商务平台
　　物流电子商务平台包含用户下单，订单查询，用户评价功效。用户对货物运输过程中每一个步骤能监控到，支持在线支付快递费用等常见功效。
　　（5）、博星卓越物联网智能医疗系统

　　博星卓越物联网综合试验室：物联网医疗管理平台
　　平台建立自主健康数据监测传输体系，并能经过物联网将数据传输至远程诊疗中心，让学生根据所能获取健康数据体温、面色、血压等数据进行远程智能化医疗诊疗。
　　博星卓越物联网综合试验室：物联网医疗电子商务平台
　　经过医疗管理平台中获取数据，医生能经过这些数据进行分析并开出处方，病人依据医生处方在网站上进行购置对应药品。并在线生成病历，供后期医生查看。
　　3、物联网创新科研试验区

　　博星卓越物联网综合试验室：物联网创新试验平台
　　本平台传感器参数获取、写入，经过协议进行信息发送。使学生能经过单片机开发，依据实际应用领域和应用实例设计、开发、使用、维护全方面物联网行业应用系统等。
　　4、物联网试验室配套设备
　　空调、监控等。
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