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物联网工程实验室建设方案

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2020年4月19日
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物联网工程实验室建设方案

一、物联网工程实验室建设背景

       物联网,顾名思义,就是物物相连的互联网。这包含两层意思:第一,物联网的核心和基础依然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。因此,物联网是指运用传感器、射频识别(RFID)、智能嵌入式等技术,使信息传感设备实时感知任何需要的信息,按照约定的协议,经过可能的网络(如基于WiFi的无线局域网、2G/3G等)接入方式,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,实现物与物、物与人的泛在链接,实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、控制和管理。
       从”智慧地球”到”感知中国”;从新的经济增长点到政府支持鼓励的一系列措施;从国家中长期科学与技术发展规划到各高校、科研院所的研究,都可看出物联网在在当今科学技术领域的重要地位。 8月,温家宝总理视察无锡物联网产业研究院,并做出重要指示:物联网技术是未来科技的制高点,是中国新兴战略型产业未来发展的方向之一!中国物联网产业的总体规模,预计到 将超过1万亿、2020年将超过5万亿。毫无疑问,国家对物联网的产业发展是大力支持的,而且在未来的四年中将有 多所高校建成物联网实验室,为国家培养这方面的实用型人才。物联网并非新技术,而是将现有的传感技术,计算机网络技术,通信技术以及自动控制技术等各种技术的高度融合。因此,如何利用已有设备,构建符合产业需求的实验环境将是物联网实验室建设的关键。
二、物联网工程实验室建设方案
       1. 实验室建设核心理念
       在可预见的未来,物联网必将引领信息产业革命的又一次浪潮。作为培养市场需求人才的各类高等院校,职业教育院校及培训机构,开设物联网相关专业及课程,或者在现有专业中引入物联网技术,建设物联网相关实验室,成为当务之急。教育部也发文明确支持各个学校建设物联网相关专业及实验室。

图1:教育部文件

       物联网实验室在教育中的地位无容置疑,但当前各个学校实验室的发展存在着偏重单项技能和素质的培养,实验课程实用性不强等问题。
       针对以上问题,广州飞瑞敖公司以”把握发展趋势,提高应用能力”为目标,提出物联网工程实验室解决方案,其意义在于:
l 提高教学科研水平
l 提高学生应用能力
l 促进学生就业
l 提升学校竞争力

      飞瑞敖公司的物联网工程实验室建设和发展的三个核心理念如下:

图2:物联网工程实验室核心理念
       2. 实验室建设目标
       广州飞瑞敖电子科技有限公司一直致力于物联网和工业无线应用解决方案,凭借其扎实技术基础、雄厚的研发能力和丰富的行业应用经验,面向教育客户推出物联网工程实验室解决方案。方案遵循可靠性、先进性、开放性和扩扩展性原则,总体设计符合教学和科研要求。
其目标是建设集教学、实验、创新、体验和研发功能于一体的物联网工程实验平台。
       飞瑞敖的物联网工程实验室具备以下功能:
       Ø 对基本教学实验的支持
           经过基础课程和专业课程实验,加深学生对物联网技术基础理论知识的了解;加深学生对物联网技术在不同行业的应用的理解。
       Ø 对综合应用型实验的支持
           紧密结合物联网产业技术的发展,规划和建设若干个具有行业应用背景的物联网场景和实验项目,激发学生兴趣,培养其物联网工程技术设计、应用和管理的综合能力(电子大赛、物联网竞赛、毕业课题设计等)。
       Ø 对学校科研项目的开放性平台支持
           物联网融合了多种技术,由于多学科的交叉融合和影响,使得新的技术创新成为可能。物联网工程实验室将构建射频识别,无线传感网,通信网络,中间件技术及嵌入式技术等多种技术的平台,为学校科研人员提供一个开放的环境平台支撑,并为开展具体的行业应用及交叉学科的教学研究提供技术支持。

图3:实验室建设目标和具备的功能

        3. 实验室物联网人才培养及就业

        3.1 人才培养
        物联网是计算机科学与技术、网络工程、电子技术、信息工程、通信工程及其它边缘科学交叉渗透、相互融合的基础上发展起来的一门新型应用型学科。专业立足于计算机专业类知识培养体系,注重学生基础知识掌握、综合素质的提高和应用创新能力培养。以物联网技术为基础,研究从感知层(包括传感器、射频识别、核心控制等)到网络层(包括传感网络、通信系统、计算机网络等)再到以面向产业和行业应用的应用层相关的理论和工程应用问题,重点突出实践能力和应用创新能力的培养。注重培养能适应物联网工程所涉及的多学科发展需求的新型创新人才,为中国以物联网和传感网为代表的下一代信息技术新兴产业发展输送急需的开发、管理、生产等人才。
       将培养具有良好的科学素养、良好的职业道德,并熟悉物联网产业链中标识、感知、处理和信息传送四个环节,具备相当的计算机网络专业知识,掌握电子、射频识别、无线传感器网络、无线通信、应用软件开发等相关技术。能从事物联网技术方面的应用、维护等工作,又能够从事物联网技术方面的技术开发工作,既具有较强的实践工作能力又具有一定的创新能力的物联网技术人才。学生毕业后能胜任物联网技术在智能交通、环境保护、地质灾害监测、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、个人健康等多个领域中的应用工作,也能够从事物联网相关领域的生产管理、技术开发工作。

       3.2 就业方向及技能要求
       物联网行业相关工作岗位及人才技术要求如下:
①　物联网应用技术员 (终端设备操作技术员)  
       了解物联网终端设备的基本工作原理,掌握物联网终端设备的使用技术。
②　物联网构建技术员
       具备无线网络、计算机网络的基础知识,掌握其网络组建的基本技能。
③　物联网集成工程师 (应用系统集成技术员)
       了解物联网系统的体系结构设计、掌握系统调试的基本流程与技巧、具备发现与修改设计过程中的错误能力。
④　物联网系统管理员
       熟悉物联网产品设备(如传感器)的基本使用技巧、具有维护物联网应用系统软硬件安装和维护能力。
⑤　物联网销售工程师
       熟悉各种物联网设备性能、参数,了解物联网设备的应用场景,具有较强的沟通能力和市场意识。
⑥　物联网开发工程师 
       具有软件开发能力,熟悉各种物联网设备的工作原理,掌握接口开发技巧。
⑦　物联网硬件工程师
       掌握RFID、无线传感、电工电路、嵌入式开发能力,能够进行物联网硬件设备的了开发。
⑧　物联网产业工人
       掌握电工电路技术,能够进行物联网设备的生产组装。
       4. 实验室建设技术分析
       从横向分析,物联网的主体是物(包含了人,设备,器件以及电脑等各种终端),执行的动作是联(人与物,人与人,物与物建立联系),核心是网(网是沟通联系的桥梁)。

图4:物联网横向架构

        从纵向分析,物联网由三个层次共同构建而成。它们分别是:感知层、网络层和应用层。经过WiFi设备服务器和WiFi中间件,使得前端的各种信息感知和管理控制终端能够随时随地的接入基于TCP/IP协议的互联网络,实现真正的物联网综合应用。

图5:物联网纵向架构

        基于对以上两种物联网架构的正确分析,飞瑞敖物联网工程实验室建设方案以”工程”为指导思想,使学生(培训学员)和教师能够充分的体验和了解物联网的三个层次,经过做实验和设计实训真正实现从技术到应用的飞跃。

图6:工程理念

5. 实验室建设方案综述
          广州飞瑞敖公司的物联网工程实验室依托物联网三个层次综合组建而成,其网络拓扑如下图所示:
          感知层:由无线传感网、射频识别(RFID)器件、嵌入式设备等,共同组成前端信息采集和控制终端。
         网络层:由光载无线交换系统(包括光载无线交换机、模拟光纤、远端射频单元、WiFi设备服务器和以太网交换机)和其它网络设备共同组成基于TCP/IP协议的可接入互联网的网络平台。
         应用层:由后台数据中心、远程客户端(如电脑、智能手机、智能平板等)和装载在其中的各种应用程序共同组成,实现对前端信息和控制终端的管理。

图7:物联网工程实验室拓扑结构

         经过对物联网三个层次知识的学习和实验操作,实现对物联网综合应用与管理的全面掌握。
         广州飞瑞敖公司不但为学校组建一整套物联网工程实验室设备,而且还将协助学校确定实验内容、编写相关实验指导书,并为学校提供师资培训和完善的售后服务,以形成一个完整的物联网实验教学科研体系:
          1) 实验指导书是实验教学的核心组成部分,它包括每个实验的教学目的、实验的真实环境、实验设备、网络拓扑、实验操作步骤、实验结果、验证及论述等。
          2) 我们还将协助学校对教师进行培训。经过系统培训,教师能够快速熟悉相关概念和原理,掌握相关设备的配置、调试等技术,理解每个实验的重点和难点,在较短的时间内即可开展对学生的实验教学,并将实验课程结合到教学计划中。
          3) 完善的售后服务。我们为学校提供实验设备安装、调试、维护和维修服务,以及日后的软件升级,实验内容升级和教师科研项目技术交流和指导。
在规划实验室的同时,我们建议将实验室建设成为一个小型的物联网应用体验环境,可直观地表现出物联网应用,从而激发学生的学习兴趣。
6. 核心课程和实验内容
          广州飞瑞敖公司根据与多所学校(含已开设物联网相关专业的和未开设但有计划的)的交流经验,对学校的需求和教学计划做了充分的分析,得出了物联网专业教学的十二个核心课程,物联网工程实验室完全满足学校对物联网专业的教学和科研需求。核心课程和实验举例见下表。

表1:核心课程和实验举例列表

7. 物联网工程实验室布局参考
以每班30组学生做实验为例,实验室内部布局参考如下图:

图8:物联网工程实验室布局参考

          物联网工程实验室分三大功能区,分别是教师教学区、学生实验区、应用实训与体验区。
          实验室内教学用台式电脑可经过安装无线网卡实现无线接入本地WiFi局域网络。
          各区的器件和设备(如实验箱)均可接入本地WiFi局域网络。在同一实验室网络内实现物与物、物与人的泛在链接;同时,预留外网接口和设置权限可实现远程用户对本实验室的访问、控制和管理,实现真正的物物相连。
8. 实验配置
基础技术课程实验:

表2:基础技术实验配置

 应用与实训:

表3:应用与实训实验配置
9. 部分产品介绍
物联网工程实验室部分实验设备硬件及软件产品介绍见附录1。

三、典型案例
        1. 合肥工业大学物联网联合实验室
        合肥工业大学是一所教育部直属的全国重点大学、国家”211工程”重点建设高校和”985工程”优势学科创新平台建设高校。同时也是中国第一批开设物联网专业的高校之一。
        为满足未来5- ,社会对拥有物联网专业相关学历或受过专业培训的人才的巨大需求,提升物联网实训室的价值。合肥工业大学与广州飞瑞敖电子科技有限公司联合成立了专业的物联网实训室,目标就是共同推进物联网行业的产业化,加强在科研合作及毕业生实习、就业等方面的工作。实训室课程内容设置考虑了前瞻性和实用性,覆盖了环境监测、智能仓储物流、电网电动汽车充电桩等物联网行业应用技术,强调学生的实际应用能力。

图9:合肥工业大学案例
2. 更多案例
2.1 物联网实验室案例
(1)北京邮电大学
(2)南昌工程学院
(3)燕山大学
(4)广州大学松田学院
(5)辽宁工程技术大学
(6)厦门华厦职业学院
(7)广东海洋大学
(8)浙江财经学院
         ......

2.2 其它行业应用案例
          公司与北京邮电大学原校长林金桐学术团队、广东省科学院自动化研制中心合作,形成省院产学研基地,并与南方电网深圳供电局、广州港集团公司、广东省妇幼保健院、卜蜂莲花等单位达成合作,共同拓展行业应用。

四、关于飞瑞敖公司
        广州飞瑞敖电子科技有限公司是成立于 ,注册资金2138万,公司致力于将光通信技术、无线局域网技术、嵌入式系统和射频识别(RFID)技术融为一体,构建基于WiFi国家标准和光载无线电技术的统一物联网信息平台。公司于 经过高新技术企业认定和广州市民营科技企业认定,飞瑞敖公司的物联网信息平台核心产品-光载无线交换机和WiFi无线网络设备获得国家科技型中小企业技术创新基金立项证书,于 被认定为广东省重点新产品,获得科技成果登记证书;于 获得由广东省科技厅主持的科技成果鉴定证书,认定且经过了” 广东省高新技术产品”。
        飞瑞敖拥有国内一流的专家队伍及优秀的研发团队,并聘请光纤通信、无线局域网和计算机技术领域的国内外知名专家进行技术指导,已突破光载无线交换系统和WiFi网络器件研究中的多项关键技术,成功地实现了基于该系统的新一代物联网工程信息平台。
       飞瑞敖公司已经申请十三项核心产品创造专利、授权四项,取得四项计算机软件著作权和经过两项产品登记。公司承担了 广东省产学研合作项目、 广东省中国科学院全面战略合作项目和科技部科技型中小企业创新基金项目,其产品研发处于国际领先水平,填补了国内外光载无线技术及大范围WiFi覆盖领域的空白。

图10:各项荣誉

附录一
       物联网工程实验室部分实验设备产品介绍
一．硬件部分

二．软件部分
1. 环境监测软件

可实现多传感器同时监控,根据预设值报警,摄像头监控传感器周围环境状态,传感器数据和曲线变化实时查询等功能。

2. 智能工控软件

龙门吊远程智能控制。

实时监测路况信息,交通灯远程智能控制。
3. 智能物流仓储管理软件

实现基本的出入库计划,出入库操作管理,库存盘点管理,货物分类,运输管理等功能。
飞瑞敖-凝聚物联智慧,打造专业物联网教学实验室! 专注工业无线,连接WIFI无限!
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