物联网网络技术精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇物联网网络技术范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

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关键词：物联网；网关；智能化；水产养殖

1 物联网网关

互联网的普及，使很多了解互联网的人都知道网关这么一个名词，网关（Gateway）就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。在Internet网中，网关是一种连接内部网与Internet上其他网的中间设备，也称路由器。

众所皆知，物联网概念在美国诞生，作为新一代信息技术的重要组成部分，物联网系统是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品组成一个感知网络与互联网相连接，进行信息交换和通信的系统架构。图1所示为物联网体系架构。

图1 物联网体系架构

从物联网的体系架构中，我们可以看到在感知层和网络层两个不同的网络之间需要一个中间设备：物联网网关。

物联网的接入方式是多种多样的，物联网网关设备是最适合将多种接入手段整合起来，统一互联到接入网络的关键设备，网关可满足局部区域短距离通信的接入需求，实现与公共网络的连接，同时完成转发、控制、信令交换和编解码等功能，而终端管理、安全认证等功能保证了物联网业务的质量和安全。网联网网关可以实现感知延伸网络与接入网络，以及不同类型感知延伸网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。

2 智能化物联网网关应具备的能力

归纳起来高度智能化物联网网关应具备以下能力：

2.1 广泛的接入能力

目前用于近程通信的技术标准很多，仅常见的WSNs技术就包括Lonworks、ZigBee、 6LowPAN、RUBEE等。从网关所处的位置可以看出，网关需要具备接入多种现有通信网的能力，这些通信网包括2G/3G/4G移动通信网络、无线局域网、有线网络。因此，网关必须具备相应网络的接口和软硬件的接入能力。现在国内外已经在展开针对物联网网关进行标准化工作，如3GPP、传感器工作组，实现各种通信技术标准的互联互通。

2.2 强大的管理能力

管理对于任何大型网络都是必不可少的。首先要对网关进行管理，如注册管理、权限管理、状态监管等。网关实现子网内的节点的管理，如获取节点的标识、状态、属性、能量等，以及远程实现唤醒、控制、诊断、升级和维护等。由于子网的技术标准不同，协议的复杂性不同，所以网关具有的管理性能力不同。提出基于模块化物联网网关方式来管理不同的感知网络、不同的应用，保证能够使用统一的管理接口技术对末梢网络节点进行统一管理。

2.3 协议转换能力

从不同的感知网络到接入网络的协议转换，将下层的标准格式的数据统一封装，保证不同的感知网络的协议能够变成统一的数据和信令；将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。

能处理如此繁多复杂的不同类型工作的高智能化设备，需要有很强的研发设计能力和针对不同行业应用的深厚实践经验。

3 水产养殖物联网系统架构和功能

下面就上海辰汉电子在水产养殖方面的具体例子，介绍物联网网关的研发设计和功能。

随着物联网技术迅速发展，基于物联网的设施渔业信息化已经成为设施渔业生产向集约、高产、高效、优质方向发展的重要推动力。设计中的水产养殖物联网架构如图2所示。

图2 水产养殖物联网架构

物联网利用ZigBee无线网络技术组成无线传感器网络，感知养殖场的水质情况，例如温度、溶解氧浓度、PH值等，将这些数据实时发送至物联网网关。网关将养殖场的环境数据利用3G模块（或GPRS模块）发送至控制中心的服务器，服务器利用专家系统依据水产品的生长模型结合人工智能技术向网关发送控制指令，网关依控制指令利用控制箱驱动电机采取动作，调节养殖场的水产品的生长环境，从而利于水产品生长。物联网网关留有摄像头接口，能够根据用户需求将生产现场的图片或者视频发至控制中心服务器，服务器上部署软件并接入Internet网络，用户可以利用个人电脑或者手机登录到服务器，查询养殖水域内外环境数据、浏览生产现场图片、观看现场视频，还可以远程控制各种生产设备。当养殖场环境异常时，除了服务器中的专家系统发出指令驱动电机调节环境（如增氧机增加溶解氧），控制中心的告警箱也能够发出声光告警，服务器向相关人员发出告警短信。控制中心内的显示器（或者大屏幕）上能够显示各个传感器的工作状态、读数、现场图片等信息。因此，物联网技术能够实现设施渔业养殖的动态实时监管、数据统计分析、科学决策、预警及风险控制、专家咨询等生产过程的科学化、数字化。

水产养殖物联网网关设计从水产养殖物联网架构可以看出网关是物联网核心设备。网关的设计包括两部分：硬件设计和软件设计。

（1）网关硬件设计。网关中的处理器采用ARM Cortex-A8。该处理器的主频可以达到1 GHz以上，处理能力很强。网关配置512 MB DDR3内存以及4 GB NANDFlash，运行Adroid2.3系统。根据物联网的组网要求，网关具备10/100M以太网接口、内置无线WiFi模块、用于连接3G/GPRS模块的USB接口以及用于连接传感网协调器的串行口。为了获取视频或者图像，网关具备模拟视频接口。网关还带有液晶显示屏以及HDMI接口，HDMI接口可以接高清大屏幕。

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物联网的理念最初基于射频识别／产品电子代码（以下简称RFID／EPC）技术提出，随着感知技术与网络技术的突破而不断提升和完善。以物联网为核心的信息技术被誉为第三次信息技术革命，物联网是从信息自动提取、信息整合、物品局域联网、局部系统的智能服务与管控等向全网融合逐步深化的过程。

仓储管理可以简单概括为8项关键内容：追－收－查－储－拣－发－盘－退，随着制造环境的改变，产品周期越来越短，订单式生产、大批量定制的生产模式，对库存限制的要求越来越高，仓储管理及精确定位在企业的整个管理流程中起着非常重要的作用，及时准确的进发货及精准的库存控制，对企业的竞争能力有着至关重要的影响。基于物联网技术的仓储系统管理能够有效地帮助企业实现仓储精准管理和智能化。

物联网技术概述

从物联网本质上看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物实现智慧对话。物联网技术的发展几乎涉及到了信息技术的方方面面，是一种聚合性，系统性的创新应用与发展，因此被称为信息技术的第三次革命性创新。

物联网主要有三层架构，即感知层、网络层和应用层。结合物联网基础架构，物联网主要分为三大技术体系：一、感知技术体系，二、通信与网络技术体系，三、智能技术体系。物联网的本质概括起来，主要体现在三个方面一是互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征：即纳网的“物”一定要具备自动识别与物物通信（M2M）的功能；三是智能化特征：即网络系统应该具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。围绕三大技术本质，目前物联网实现多样化发展感知技术更加丰富，除RFI技术以外，面向所有感知技术开放，凡是能够起到自动感知的技术体系都可以纳入物联网感知技术体系，目前常用的传感知技术、RFID技术、GPS卫星定位与识别技术、视频识别或机器视觉技术等都可纳入物联网终端感知技术体系：网络方面，互联网、传感网、局域网、电视网、电信网也在走向融合，也可纳入物联网网络技术体系：智能应用则更加广泛了，从而打开了智能物流发展创新的空间，一个智慧物流的时代正向我们走来。

物联网技术在仓储管理中的应用概述

现代仓储系统内部不仅物品复杂、形态各异、性能各异，而且作业流程复杂，既有存储，又有移动，既有分拣，也有组合。借助物联网技术实现的智能仓储管理系统在物联网三层架构基础上，支撑仓储管理具体业务的实现。一般应用框架如图所示。

1、智能仓储感知技术应用

在智能仓储中，为了对仓储货物实现感知、定位、识别、计量、分拣、监控等，一般采用传感器、RFID，条码、激光、红外、蓝牙、语音及视频监控等感知技术。目前在仓储系统中感知技术应用最为广泛的是条码和RFID技术。在物流作业系统，基于RFID技术能够实现对高附加值产品自动识别与定位，使产品信息自动进入物流管理信息网络系统，对产品的生产、加工等物流的全过程进行信息追溯和网络检索查询。借助物流运作的单元化技术，以物流单元为终端节点，实现对物流单元的自动感知、定位、追踪、管理与控制，形成以物流单元为终端节点的物联网体系，从而实现智慧物流运作与管理。

智能仓储的网络与传输技术应用

现代物流趋势之一是实现网络化和智能化，在制造企业内部，现代仓储配送中心往往与企业生产系统相融合，仓储系统作为生产系统的一部分。物流行业为了使移动或存储中形态各异“物”能够联网，最常采用的网络技术是局域网技术、无线局域网技术、互联网技术、现场总线技术和无线通信技术。

在区域范围内的物流管理与运作的信息系统，常采用企业内部局域网直接相连的网络技术，并留有与互联网、无线网扩展的接口；在不方便布线的地方，常采用无线局域网技术；

在大范围物流运输的管理与调度信息系统，常采用互联网技术、GPS技术、GIS地理信息系统技术相结合，组建货运车联网，实现物流运输、车辆配货与调度管理的智能化、可视化与自动化：在以仓储为核心的物流中心信息系统，常采用现场总线技术、无线局域网技术、局域网技术等网络技术；在网络通信方面，常采用无线移动通信技术、3G技术、M2M技术、直接连接网络通信技术等。

3、智能仓储作业与管控技术

智能仓储管理系统，借助物联网技术与仓库管理系统（WMS）相结合，实现仓储业的智能化与自动化。常采用的智能技术有：自动控制技术、智能机器人技术、智能信息管理系统技术、移动计算技术、数据挖掘技术等等。

目前，能够实现物流全过程智能控制与管理的还不多，物联网及物流信息化还仅仅停留在对物品进行自动识别、自动感知、自动定位、过程追溯、，在线追踪、在线调度等一般应用水平上。在专家系统、数据挖掘、网络融合与信息共享优化、智能调度与线路自动化调整管理等智能管理技术的应用方面还存在很大差距。

未来物联网在智能仓储方面的发展趋势

1、统一标准，共享物流的物联信息

目前物联网技术绝大部分的应用还是局部的、局域网络的应用，系统间难以融合，各自的网络有各自的标准体系，易形成物联网信息孤岛。尽管目前的物联网仓储应用是闭环和相对独立的，没必要实现全部的物品互联到一个统一的网络体系。但是，在物联网基础层面，统一的标准与平台是必须的。局部的物联网系统、物联局域网等都可以在统一的标准体系上建立。

2、互联互通，融入社会物联网

物联网是聚合型的系统创新，必将带来跨系统、跨行业的网络建设与应用。随着标签与传感器网络的普及，物与物的互联互通，将给企业的物流系统、生产系统、采购系统与销售系统的智能融合打下基础，网络的融合必将产生智慧生产与智慧供应链的融合，企业物流完全智慧的融入企业经营之中，打破工序、流程界限，打造智慧企业。

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传统网络工程专业与物联网专业在知识结构上有很多共性，只要适当补充和调整网络工程专业的课程体系，就能够达到物联网专业人才培养的目标。因此，在计算机网络工程专业中设置物联网方向是切实可行的。近两年，国内申请增设物联网相关专业的高校数量众多，但他们在不同程度上存在着物联网课程体系规划不完善、教材建设计划不完备、师资力量薄弱、实验室配套设备缺乏和实验方案标准有待规范等问题。区别于部分高校现开设的物联网工程专业，学校在计算机网络工程专业开设物联网方向时可以在该专业多年积累的教学资源的基础上，结合本校独特的优势学科制定具有行业物联网应用特色的战略性新兴产业人才培养方案。计算机网络工程专业开设物联网方向的专业目标是要让学生在具备一定的数学和计算机科学理论知识的基础上，系统地掌握计算机网络以及物联网的相关原理和应用技能。笔者认为计算机网络工程专业物联网方向的学生对有关物联网感知层的基本知识和基本技能达到掌握程度即可，重点是要结合各高校的优势学科及地方人才市场需求，让学生在充分掌握计算机网络技术的基础上，强化对物联网应用层关键技术的理论学习和应用实践。

结合高校优势学科培养网络工程专业人才

不同的发展历史、相异的学科建设等因素使得每一所大学都有自己的品牌专业、强势学科以及与其培养目标相配套的软硬件资源的建设与积累。物联网有着非常广泛的应用范围，高校在计算机网络工程专业物联网方向的专业定位上可以结合自身现有的优势学科，参考人才市场的用人需求，改革网络工程专业的课程体系，因地制宜地制定具有本校重点学科特色的培养方案和教学内容。网络工程（物联网）培养模式可以从专业定位、知识结构、创新能力培养和人才培养模式评价体系四个方面进行讨论。其中，专业定位和知识结构将在下一节论述。在复合型工程应用人才的创新能力培养上，需要转变以往的以传授知识为主导的教育模式，注重学生的创新思维和自主学习能力的培养，强化教学实践环节。例如：开设具有行业背景的工程训练课程，开展个性化的创新能力培养研究，提高实验和培训课程的比重，扩展大学生创新实践基地建设[5]等，形成以行业应用为背景的立体化培养模式。完善的评价体系可以实现人才培养模式与质量的跟踪与评价，依据评价结果可以适时地调整教学内容，有利于提高人才的适应性。从行业应用出发，可以分别从学生的综合素质能力培养、学生知识结构优化、工程实践与创新能力培养等方面对研究成果进行评价。计算机网络工程专业物联网方向人才培养模式如图1所示。将传统网络工程专业的课程设置与学校的优势学科的专业知识有机结合，使得毕业生不仅能够从事计算机网络方面的工作，也能直接从事行业背景下的物联网工程领域的工作，增强毕业生的工程实践能力，拓宽其就业范围。以天津科技大学为例，学校建有“食品营养与安全”、“工业发酵微生物”2个教育部重点实验室和1个教育部“食品生物技术工程研究中心”，在食品科学和生物工程等领域的研究与教学处于全国前列。依托天津科技大学的食品、生物等优势学科和应用背景，笔者认为，目前计算机学院的网络工程专业可以以食品安全和生物发酵与菌种保藏控制物联网为应用领域，融合食品学院和生物学院相关专业的教学资源，拓展网络工程专业的培养方向。通过多学科的交叉融合，建设以轻工行业物联网应用为特色的计算机网络工程专业培养体系。

优化网络工程专业培养目标和课程体系

由于物联网技术下的网络工程专业需要融入不同专业学科，所以，在确立了以轻工行业物联网应用为特色的网络工程专业培养目标的基础上，调整教学大纲，对原有专业的课程配置进行科学地增补和取舍。结合学校的优势学科的应用背景，依照网络工程专业物联网方向的培养目标设置相应的课程内容和实践环境，形成特色教育，增强毕业生的就业竞争力。

1.专业培养目标物联网技术下的计算机网络工程专业面向现代信息处理技术，主要培养学生良好的科学素养，使学生毕业后可在轻工行业、信息产业、科研单位从事物联网应用相关技术开发和研究，成为具备行业知识和专业技能的高级应用型人才。培养的学生具备通信技术、网络技术、传感技术的基本理论和应用能力，能进行系统集成及相关技术的开发和应用推广，具有物联网工程实践能力。专业能力培养要求：掌握计算机科学与技术和网络工程等方面的理论和方法，具有扎实的理论基础知识；掌握传感器技术、无线通信网等物联网感知层关键技术的基本知识和基本技能；具备各类网络系统的运维能力和一定的分析、设计和开发能力，拥有较强的软件编程功底；具备从事轻工行业物联网领域的科学研究能力；了解计算机网络及物联网的行业发展动态和技术标准，掌握文献检索、资料查询的基本方法，熟悉利用Internet获取信息的手段，具有获取信息的能力。

2.主干课程网络工程专业物联网方向的课程设置以专业培养目标为向导，注重学生动手能力和创新思维的提高。学生可以通过对计算机网络及物联网的基本理论和基本知识的学习，掌握网络分析和设计的基本方法，掌握物联网应用的基本技能。物联网中的感知层主要用来感知和采集现实世界中的信息，网络工程专业物联网方向的课程设置可以在现有计算机物理层的相关课程基础上，融合通信原理、传感器技术基础和射频技术与无线通信等课程，提高学生在物联网感知层理论知识的理解。对于物联网网络层方面，传统的网络工程专业已包含该领域涉及的大部分知识，需要增加无线传感网络和无线自组网理论课程，强化学生对物联网网络层的理解。物联网应用层的主要作用是依据各行业的实际需求开发信息管理平台，并根据行业应用的特点集成相应的内容服务[6]。结合应用层的特点，各院校可结合自身优势学科增设具有行业特色的物联网信息处理技术、无线自组网应用和物联网应用程序设计等课程。有关物联网安全技术的课程，不仅涉及物联网的三个层次，也关系到嵌入式知识的相关课程。网络工程专业物联网方向的课程体系结构如图2所示。综合考虑现有网络工程专业的课程设置，计算机网络工程专业物联网方向的专业课程主要有：离散数学、数据结构、计算机组成原理、操作系统、计算机网络、数据库原理、物联网技术概论、物联网应用程序设计、无线传感网络、嵌入式系统概论、嵌入式操作系统、网络系统集成、网络程序设计、网络管理、射频技术与无线通信、物联网安全技术、无线自组网理论及应用、物联网信息处理技术等。

3.主要专业实验专业实验的设置将使得学生具有一个计算机网络技术和物联网技术学习、开发与实验的综合平台，有利于提高学生的创新能力和实际动手能力，便于学生熟悉和掌握网络工程与物联网的原理和实际应用。网络工程（物联网）专业的实践环节可以从毕业实习、计算机基础练习、课程设计、生产实习和毕业设计（论文）五个方面进行。专业实验主要包括：C语言课程设计、面向对象课程设计、数据结构课程设计、无线传感器网络课程设计、网络系统集成课程设计和物联网综合应用课程设计等。

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关键词：物联网专业;实践教学;教学模式

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）35-0150-03

一、概述

物联网在当今社会已成为一个热点话题，它正不断应用到我们的生活中。物联网是指通过装置在物体上的各种传感设备，如射频识别RFID装置、红外感应器、全球定位系统GPS、激光扫描器等，按照约定的协议，通过相应的接口把物体与互联网相连，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种巨型网络[1，2]。2010年，教育部开始将物联网、传感器网络作为战略性新兴产业相关专业的重点，鼓励各大高校申报相关专业。作为培养市场所需人才的高校来说，物联网专业实践教学显得尤为重要，建设物联网实验室也成为当务之急。高等院校物联网专业应该注重培养具有物联网专业基础知识和具有较强的物联网专业实践能力的全方位人才[3，4]，这就要求高等院校在物联网实践教学方面建立和完善适应于学生发展的实践教学体系。

二、物联网体系结构和关键技术

根据研究，按照自底向上的方法，物联网体系结构从技术和功能角度可以分为三层，即感知层、网络层和应用层。其结构框图如图1所示。

感知层主要是前端信息采集以及控制终端，要求能够全面感知物理世界的各种信息，由各种传感器以及传感器网络组成，是物联网信息的源头。用于物联网信息感知的传感器主要有温湿度传感器、气体传感器、水质传感器等。它利用射频识别（RFID）器件、嵌入式设备、无线传感网等全面感知物体的各种信息，具有节点数量多、成本低等特点[5]。可见，感知层是物联网体系结构的底层技术，是物联网关键技术之一。

网络层由光载无线交换系统（主要包括光载无线交换机、远端射频单元、模拟光纤、WIFI设备服务器和以太网交换机）和其他网络设备共同组成，是各种信息与互联网的融合、传输和接入层，是基于TCP/IP协议的网络平台[6]。

应用层的主要作用是支持物联网应用系统中各类平台技术的运行，这些技术包括物联网信息存储技术、物联网信息共享和交互技术以及各行业末端网络应用技术等，主要实现物联网与行业技术的深度融合和无处不在的智能化功能[7]。应用层是由后台数据中心、远程客户端以及装载在其中的各种应用程序共同组成的，实现对前端信息和控制终端的管理和应用。

这三个层次基本涵盖了物联网主要的核心知识和应用范围，为物联网专业的教学指出了明确的方向。

三、物联网专业实践教学典型解决方案

我国高校开设物联网专业是近五年的事，由于整个专业起步比较晚，相对来说，实践教学环境的配备更迟一步，不管是各大高校还是服务于高校的企业单位，对该专业的实践教学配套设施都还处于起步阶段。如何定位高校的物联网专业教学，如何确定相应的实践教学模式，对此，本文进行了相关分析和总结。

（一）体验实践的广泛感知模式

物联网专业本身与电子、通信、计算机领域密切相关，但它也应该有自己明显的特性。据了解，各大高校的物联网专业基本都设置在计算机学院或信息学院，如何把物联网专业与同学院其他专业区分开来？基于物联网专业具有很强的工程实践特性，一些大学从实践环节入手，针对物联网实验教学环节和专业实验内容给出了解决方案。该方案认为实验室建设应该重视基本应用开发能力的培养、应该建立宽泛的可操作环境，让学生在实验时有可选性，鼓励创新精神，从而培养学生对实际物联网应用项目的整体把握能力。

方案中指出，对物联网专业实践教学环节应该从专业认识、毕业设计、生产实习、竞赛活动等方面进行改进。据调查，新生的专业认识一般是统一参观专业实验室或某个网络公司或以讲座形式向学生展示专业的发展，使学生获得对自己专业的初步认识。新的解决方案是建立特定行业物联网“综合演示实训中心”，通过参观该实训中心，让学生从整体上认识物联网专业及其应用场合，从而增加学生对专业的理解，激发学生对专业的兴趣。生产实习方面，通常是带领学生到生产现场进行参观实习。由于物联网是一个新兴行业，可供学生进行参观实习的工业生产现场比较少，因此需要重新制定物联网专业实习解决方案。经调研发现，建立“物联网综合演示实训中心”供学生感性体验，或者利用学校与企业联合共建的物联网相关示范基地以及学校自建的实训中心是比较有效的方案。专业基础学习，应做到学与做同行。为满足多样化需求，应完善丰富专业基础教学实验室，从而丰富课程设计的综合实验内容。如果教师时间紧，可以采用第三方提供的产品方案。通过学科竞赛，让学生可以在创新、理论付诸实践、团队合作三个方面促进增长。

在高校物联网专业实验内容拓展方面，方案给出了三步走策略：综合演示实训类、应用实训类以及基础教学实验类。对于综合演示实训类，针对高校的行业特点，建立其相应的应用型实训中心，比如智能家居系统、智能门禁系统、智能安防系统等，提供专业认识、科技创新、科研、毕业设计等内容。对于应用实训类，构建通用典型的物联网小型系统以及中规模应用系统，比如智能停车管理实训室、智能农业实训室等，提供专业认识、课程设计、科技竞赛及创新相关的实验服务。对于基础教学实验类，进行专业基础、课程设计等专业基本能力培养，比如传感器、单片机、FPGA实验室等。

（二）精品案例教学模式

对于概念和应用宽泛的物联网专业来说，与其面面俱到广而不精，不如采用精品案例教学模式。学校结合自身的长处，选择适合自己的培养方向，这不仅可以充分利用现有资源，更能体现针对性，且学生容易入门。为此，一些企业随之打造了类似产品，以求能够通过某个具体精品案例，把物联网的三层结构体现得淋漓尽致，在追求精品的同时，不失整体的实践教学模式。

方案中，物联网技术应用领域教学选取了典型的案例――智能家居，其结构框图如图2所示。智能家居融合自动化控制系统、无线通信技术、计算机网络技术和传感器技术于一体，形成智能化、网络化的家居控制系统，将家中的各种设备（如照明系统、音视频设备、窗帘控制、安防系统、空调控制、数字影院系统等）通过家庭网络连接到一起，从而实现全方位的信息交互，保持信息交流畅通，环保节能，节约资金，增强家居安全。智能家居系统可提供的实验为智能移动视频监控实验、智能门禁实验、智能电灯控制实验、智能窗帘控制实验、家居环境参数采集实验，通过这些实验，可以使学生更好地锻炼动手能力。

方案通过智能家居系统引出物联网关键技术，该技术主要分为物联网传感技术、物联网接入教育、物联网网络技术等。物联网传感技术可提供多款CPU，例如8051核CPU、cortex m3核CPU和FPGA等，使学生能够学习不同复杂度、不同成本的CPU连接传感器进行信号采集的流程。物联网传感技术还可以提供多款传感器。物联网传感技术实验的核心思想是提供一套可以更换CPU芯片的、能够连接多种传感器的试验教学装置，目的是让学生能够学习各种传感器的应用，包括传感器信息采集、传感器信号分析和接口电路设计。其优势特点是提供一套能够使用不同类型CPU实现传感器信息采集与处理的实践教学装置，提供多种传感器应用，包括声音、电磁、温度、湿度、气体、红外、光照、机械动作等多种感知信号。提供多样的传感器接口，包括模拟接口、数字接口和开关量接口。物联网接入技术的核心思想是提供这样一套实验装置：在完成无线网络管理和射频识别信息处理的同时，可以将数据通过不同网络路径传输到网络中心，目的是让学生掌握WIFI、GPRS、3G网络组成，信息传输过程中的关键性参数配置，传输性能分析等内容。物联网网络技术核心思想是提供一套能够涵盖物联网网络层关键性技术，即软交换技术和IPv6技术的实践教学装置和教学资源，使学生能够掌握主流的网络信息交换技术。

（三）二次研发实践模式

对于体系比较庞大、涉及知识比较繁多的物联网专业来说，让学生亲自动手实践从底层到顶层完整走一遍的思路或许是一条学习捷径。二次研发教学模式即让学生在现有实验箱的基础上完成个性设置和修改部分功能模块的方式体验物联网系统的工作流程，从而学习相关知识。一些公司推出了二次开发实验平台，如基于WSN（Wireless Sensor Network）的物联网解决方案体系架构ATOS平台，该平台框架如图3所示。ATOS物联网开发平台采用一套设备两套协议的方式，这两套协议包括标准的Zigbee协议和基于TinyOS的开源自主协议。TOS系统采用开源TinyOS操作系统，向用户公开了路由协议和上层软件源代码，用户可以根据各种应用需求对系统进行二次开发，包括传感器设置，数据采集、存储、访问等环节均提供二次开发接口，用户可以修改和设计自己所关注的部分，从而实现应用系统的开发工作。这给高校初学物联网的学生提供了简单易行的软硬件开发机会。

ATOS平台主要设计了传感器数据采集、基站数据汇聚、网关对外发送、采集系统解析以及远程服务器数据接收和存储等功能，它从整体上为物联网专业的学生提供了从传感数据到终端用户的各个流程，让实践过的学生能够彻底理解物联网从底层到应用层再到终端的基本架构。

该方案不同于其他实训模式，传统的实训模式多为“现场观摩为主、基本不予参与”，在本方案中，学生可以根据系统提供的二次开发平台，重现上述具备的所有功能，或根据自己的需求改写新的控制逻辑，因此具备较好的学习参与度。另外，该方案还可采用硬件组态的设计模式，根据不同的需求选配不同模块组建自己的试验平台，以适应实验教学的需要。而且，系统中绝大部分设备和器件，如传感器、气动部件等，都是工业现场使用的标准工业级元件，学生如同实践在一个真实生产的过程中，能够学到真正实用的专业知识和操作技能。

另外，ATOS平台中的实训定位功能，也能更好地全面地锻炼物联网专业的学生。该功能体现为室内人员精确定位技术的演示与测试，它采用基站定位技术，即利用已知基站来定位移动点的位置，在对信息进行收集与统计之后，实现轨迹与区域的实时定位等功能。与传统的RFID刷卡式人员定位不同，它可灵活地实现人员随时随地定位。

四、总结

物联网行业的兴起，为高校学生提供了广阔的就业前景。物联网专业所涉及的硬件、软件及网络大多是现有技术的综合应用，因此，物联网专业是工程实践性较强的学科，若要培养出理论知识与动手能力于一身的综合型人才，就需要高校制定出一套完善的物联网实践教学体系。由于物联网的提出本身涉及多门学科，故其课程体系具有一定的交叉性和动态发展特性，因此，物联网专业实践教学面临新模式的挑战，这也给各高校根据自身优势摸索出新专业办学特色提供了良好机遇。

参考文献：

[1]谢秋丽，黄刚.基于物联网人才培养与教学实践的研究[J].软件导刊：教育技术，2011，（3）.

[2]罗蓉.物联网的发展和应用研究[J].计算机工程应用技术，2011，（3）.

[3]郭丽.高职院校物联网应用技术方向课程体系的探索与构建[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2011，（2）.

[4]王志良.物联网现在与未来[M].北京：机械工业出版社，2010.

[5]桂小林.物联网技术专业课程体系探索[J].计算机教育，2010，（16）.

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随着物联网技术的兴起，国内有很多公司开发出了应用于高校的物联网实验平台，例如无锡泛太科技有限公司、深联致远科技有限公司和杭州喜马拉雅集团科技有限公司等。这些公司的物联网实验平台存在如下问题。1.各公司开发的物联网实验平台往往只提供相关项目的代码，由于公司的研发人员不具备教学经验，他们提供的项目很难与本专业的相关课程进行有机的结合。2.各公司开发的物联网实验平台采用的都是高端的ARM处理器，由于电子信息工程专业的学生只开设了51单片机的课程，由51过渡到带有嵌入式操作系统的高端ARM处理器的学习难度较大。3.各公司开发的物联网实验平台只提供物联网的感知层和网络层的相关实验，即使个别的平台也提供了应用层的实验，但这些实验很难与电子信息工程专业开设的相关课程进行有效的结合，学生在这样的平台下实验，很难达到较好的效果。4.各公司开发的物联网实验平台价格昂贵，每套价格都在万元以上，如果以此平台建立物联网实验室，资金投入较大。

二、物联网与电子信息专业课程体系的对应关系

物联网技术与电子信息工程专业课程体系的关系如图1所示。由图可以看出物联网可分为三个层，分别为感知层、网络层和应用层。下面研究这三个层与课程体系的对应关系。1.感知层与课程体系的对应关系。感知层是物联网的皮肤和五官，主要负责数据采集和数据短距离传输两部分，物联网的该层与专业课程体系中的Zigbee技术、RFID技术与应用、传感器及检测技术和单片机原理与应用等课程相对应。传感器及检测技术课程从属于物联网领域，传感器是获取信息的工具，位于系统之首，其作用相当于人体的五官，直接感受外部信息，将信息转化成可用信号，对系统的智能化起着决定性作用，智能程度愈高，系统对传感器的依赖程度愈大。ZigBee技术在射频与无线电技术、物联网技术、工业通信技术等领域具有广泛的应用。它是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网络技术。Zigbee技术是物联网平台感知层的一个重要组成部分。RFID技术是一种利用无线通信实现的非接触式自动识别技术，是基于射频识别的自动识别类的项目的核心技术，并且RFID技术也成为了物联网感知层的核心技术。传感器及检测技术课程在物联网的感知层负责的是数据的采集。Zigbee技术、RFID技术与应用这两门课程在物联网的感知层负责的是数据的短距离传输。单片机原理与应用课程在物联网的感知层负责的是数据采集与数据短距离传输之间的桥梁。2.网络层与课程体系的对应关系。网络层主要负责把感知层感知到的数据无障碍、可靠及安全地进行传送，物联网的该层与专业课程体系中的通信原理、信息论与编码、通信网及接入技术和工业通信技术基础等课程相对应。这些课程给物联网的网络层技术提供理论支撑，是物联网网络层理论基础。3.应用层与课程体系的对应关系。应用层主要负责把感知和传输来的数据进行分析和处理，做出正确的控制和决策，物联网的该层与专业课程体系中的电子系统软件设计、监控系统软件基础、3G技术应用和数字图像处理等课程相对应。

三、物联网实践教学平台的设计

物联网的三个层都有相应的课程与之对应，但学生在进行课程的理论学习和实践学习的时候，课程之间比较孤立，很难建立这种对应的关系，所以导致课程的理论和实践教学效果较差。通过以上分析可以看出物联网技术与电子信息工程专业课程体系有着紧密的关系，该关系是设计并实现基于物联网技术的实践教学平台的基础。以物联网技术与电子信息专业课程体系的对应关系为依托，结合本专业理论教学与实践教学的特点设计符合本专业的物联网实践教学平台。该实践教学平台如图2所示。该平台硬件由ARM嵌入式主板、模块板和PC机平台或手机平台构成。模块板中RFID模块、Zigbee模块、蓝牙模块、传感器模块和GPS模块主要负责物联网感知层的功能，感知层的每一个模块都有与之对应的理论课程，在利用模块进行感知层实验时可以让学生更深刻地理解与之对应的理论课程的知识点，达到理论与实践的统一。模块板中以太网模块、GPRS模块和WIFI模块主要负责物联网网络层的功能，网络层的两个模块都有与之对应的理论课程，同样在利用模块进行网络层实验时可以让学生更深刻地理解通信原理、信息论与编码这些理论性较强的课程的知识点。PC机平台或手机平台主要负责物联网应用层的功能，基于这两个平台的应用层软件开发，可以将传输层上传的数据进行更好地显示和存储，这正是监控系统软件设计这样的专业课所涉及的知识。而ARM嵌入式主板是感知层模块和网络层模块之间的桥梁。它一方面负责与传感器模块及短距离传输模块进行通信进行数据的获取，另一方面它将获取到的数据通过网络层模块进行传输与上位机进行通信。

ARM嵌入式主板采用意法半导体公司的STM32系列处理器，方便学生由51快速的过渡到ARM处理器的学习，PC机平台选用Windows操作系统，手机平台选用Android操作系统。

四、教学效果

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近年来，随着智慧地球、智慧城市、智能家居等热点话题的兴起，物联网产业逐渐成熟，正在从科研单位的实验室走进了普通居民的生活。物联网被认为是信息产业在计算机和互联网的高度发展之后的第三次革命浪潮。我国当前物联网产业发展迅速，了解物联网的关键技术，将会对它的发展有更深入的认识。

【关键词】物联网 互联网

1 物联网概述

物联网作为未来网络发展的主要驱动力，其概念的提出已经很久，最近几年由于和大数据的结合，已经成为下一代网络的整合部分，是在当前互联网基础上的功能和范围的延伸。物联网技术主要通过统一编码物品和制作通讯协议，将传感技术结合通信、控制技术按照标准将任何物品之间、以及物品与互联网之间相连，进行信息的共享和管理。2005年在信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）正式在其的《ITU互联网报告2005：物联网》中给出了“物联网”的概念。作为信息化浪潮下下一个振兴经济的关键点，在许多国家物联网已经上升到了国家战略的高度。美国权威咨询机构FORRESTER预测在未来五年内，物联网将达到一个万亿级的通信业务，产业容量将达到30倍于人与人之间的通信需求产生的经济拉动力。基于这种原因，全球各国都在大力发展物联网。

近年来，物联网已经在人们的生活、工作中起到了巨大的作用。在销售业、智慧交通和智能家居中的使用最为广泛。这种新技术的使用大大降低了劳动时长，带了了巨大的经济效益。随着物联网技术的通信协议规范得到逐渐的统一化，它的发展不断走向成熟，而同时大量新型传感器的使用，是的它的适用范围得到了很大的增加，在农业、制造业、建筑业甚至是防恐中都得到体现。其中以美国、中国、日本和欧盟等多个国家和地区的不断努力，使得一个开放、透明的物联网标准开始逐渐形成，确保了行业的健康发展。我国近年科技实力不断加强，科研资金投入逐年加大，同时由于较早就对物联网技术开始了研究，并从国家发展战略的高度予以重视，现在保持了较高的实力，技术积累优势明显，是国际物联网标准制定的主导国之一。

2 物联网的关键技术

物联网虽然是物物互联，但是其基础还是互联网。以互联网通信为核心，依靠传感器、射频识别（RFID）、红外感应器（Infrared Sensors）、智能IC卡、GPS系统、无线通讯装置等信息传感和通信设备，按约定的协议，实现对接入互联网的物体进行监控和管理[2]。

物联网的关键技术从单一模块分，可以区分为射频识别技术、传感器技术和无线通信技术的结合使用。

2.1 射频识别技术

射频识别技术（Radio Frequency Identifi-cation，缩写RFID）是一种利用RF信号及其空间耦合传输特性对物体进行自动身份信息识别的技术。RFID系统的组成有主机、传输天线、电子标签和读写器组成。

2.2 无线网络技术

无线网络技术是物联网功能构成的主要部分。特别是短距离的无线通讯技术，是物联网中进行信息交换和识别活动最活跃的部分。目前常用的技术主要有NFC、Bluetooth、Z-wave、ZigBee、UWB、WI-FI、RFID等。

NFC近场通讯技术在标签识别和数据传输中运用广泛，是下一代智能移动设备的标配。 它的通讯频率固定在13.56MHz，是对RFID技术的改进，能快速匹配设备和连接。

ZigBee主要面向低速率无线个人区域网，适用于家庭监控、远程控制、工业监控、安全系统、传感器网络和玩具等领域。在生物医学领域，这项技术在许多的产品上都得到使用，包括迈瑞等公司的多种型号的血糖仪、家庭监护仪均采用了这种通信方式。

Bluetooth使用的工作频率为2.4G-2.5G之间，具有低成本、低功率、近距离无线连接简单安全的特点。可以实现10m全双工通信。

“UWB”（ultra wideband）是一种使用1GHz以上带宽的超宽带无线技术。

Wi-Fi属于无线局域网的一种，可以实现各种设备的高速互联。在部署物联网之时，考虑到设备成本和易用度，WLAN都是十分方便的。国内厂商小米、TP-Link等公司最近在智能路由器领域的新产品，都是以物联网的家庭流量入口为重点。

2.3 传感器技术

传感器是物联网中实现自动检测和自动控制的首要环节。它能够感受并处理被测量信息，使其变为系统可以辨识的信号。传感器的发展是物联网拓宽应用范围的关键所在。高精度传感器技术一直被国外所掌握。目前，国内的高端传感器市场研发还处于空白期。在工业、家庭、医疗卫生领域，传感器的精度和稳定性是其性能研发的难点。

宏观角度下，物联网产业的布局和生态如果从整体来看，则可以分为平台服务和终端接入技术两大块：

（1）平台服务技术。平台服务技术关系到这个物联网产业的生态圈的建立。一个适合未来发展的物联网应用体系，应该具有强适应能力和通用的数据平台，兼容行业内大部分使用者的需求，可以实现业务流程定制、各种设备的冗余自修复、数据集中管理、平台间物件的通信管理等。

（2）终端接入技术。物联网系统的庞大要求了它的终端种类的繁杂，各个终端设备的互联互通是物联网接入技术的关键。根据现阶段的发展状况，通信模块、物联网网关和智能终端是目前物联网终端接入所关注的重点内容。制定统一的国家（国际）标准，是打通物联网产业不同方向、拓展不同领域进行信息交流的重中之重。

3 结束语

物联网的发展前景已经得到了世界的认可，无线传感器网络的铺设和通信技术的应用是物联网技术的关键，借助软硬件的结合实现智能感知是基础，良好的识别技术是保障。在当前大数据和云计算的背景下，物联网与新技术的结合，对智慧地球的建设起到了越来越大的作用。很明显，它将成为网络技术的下一个爆发点。对物联网关键技术的了解，将对以后的学习工作起到一定的指导作用。

参考文献

[1]姚旭东.国内外物联网技术发展的比较研究[D].西南交通大学，2012.

[2]闵真.基于物联网技术的交通信息采集系统[D].南昌大学，2012.

[3]陈丹辉.基于物联网技术的企业制造执行系统研究[D].河南科技大学，2012.

[4]程曼，王让会.物联网技术的研究与应用[J].地理信息世界，2010，05：22-28.

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目前来说，互联网普遍存在网络安全隐患的问题。互联网信息的来源渠道较广，因此在实现信息共享的同时也会带来网络安全问题。而互联网网络结构体系开放的特性已经决定了网络安全问题的存在，计算机的TCP/IP框架结构几乎不设置安全防范措施。互联网网络存在特洛伊木马病毒攻击、计算机端口扫描类攻击等安全问题，主要在计算机网络漏洞以及网络应用薄弱的部位进行攻击，并对计算机网络中的重要信息进行窃取，从而控制整个网络系统，极大的影响了计算机网络的系统安全。针对这些安全问题最开始主要是采用防火墙技术对入侵病毒与攻击进行防御，随着互联网的快速发展，已经开始采用入侵检测技术以及入侵防御技术或者是各个技术互相结合进行防御，从而提升互联网安全系数。

1几种网络安全技术简介

1.1防火墙技术

对于IPv4网络主要采用防火墙技术抵御外来病毒入侵网络内部信息资源，从而保障计算机内部网络安全。在IPv6网络协议逐步取代IPv4，防火墙技术仍然占据着重要的地位。防火墙根据技术的不同可以分为以下几种类型：包过滤型、型和监测型、网络地址转换NAT。

1.2入侵检测技术

随着互联网信息技术的快速发展，已经开始采用入侵检测技术抵御外来入侵病毒，该技术最早资源于军方。入侵检测简言之即对入侵网络的行为进行安全检测。通过对电脑系统的关键信息进行分析，从而检测电脑系统中出现的安全问题，一旦检测出木马入侵行为或者病毒入侵时，能够及时反馈给网络管理员，从而管理员能够快速的采取补救措施，并立即断开网络连接，并给予入侵者发出严厉的警告。

1.3数据加密技术

数据加密技术能够对互联网系统进行管理和控制，因此网络管理者可以创建主要的管理策略并对计算机系统进行管理。针对不同区域采用相应的策略进行管理，就能够更好的保证网络的安全。该种管理方式较为灵活，能够极大的提高计算机系统的统一性。数据加密技术主要采取拓扑管理模块管理网络系统，能够详细的查询到设备的实际情况。对于特定用户给予相应级别的管理员权限，并对角色进行管理，从而保证不同级别的管理员执行的权限和责任，此种角色管理方法能够根据数据加密技术的预定角色的方法展示出来，同时还能够根据计算机系统中分配的任务创建出不同的角色。

1.4入侵防御技术

网络入侵防御系统主要是根据网络IDS误报、漏报以及无法主动保护网络等问题，并结合防火墙概念从而衍生的事物，入侵防御系统不仅能够及时的检测木马或病毒入侵的状况，同时还能采取相应的举措对入侵行为进行管理，从而有效的保护了计算机系统的重要信息。入侵防护系统主要将入侵检测技术与防火墙技术进行有效融合，从而衍生出的综合性入侵管理技术。

2几种网络安全技术的缺陷分析

2.1防火墙技术缺陷

对防火墙技术存在的缺陷进行分析：第一，能够有效阻止外来病毒攻击，但是无法彻底消灭病毒攻击源；第二，对于没有设置策略的外来攻击完全没有抵御能力；第三，当外来入侵病毒攻击合法开放的服务器端口时，防火墙技术无法进行阻止；第四，防火墙技术自身存在的漏洞导致出现其他攻击问题；第五，不能完全消除病毒。

2.2数据加密技术缺陷

对数据加密技术存在的缺陷进行细致分析：第一，加密的公钥密码计算方法十分复杂，而且加密数据的速率相对低；第二，进行链路加密时需要不断进行同步，极容易产生丢失和泄露的现象。

2.3入侵检测技术缺陷

入侵检测技术能够及时的检测外来入侵病毒，并能及时的反馈给管理员，但是其仍然存在以下几种缺陷：

（1）误警率相对较高：入侵检测技术容易把良性信息误认为是恶性信息，甚至对于IDS用户极其不关心的事件进行报警反馈。

（2）IDS产品适应能力相对较差：最初开发IDS产品时没有认识到互联网网络的安全性问题，产品性能以及设备相对落后。伴随着互联网信息技术的发展，应当对IDS产品进行适当的调整，从而保证符合互联网环境的标准要求。除此之外，还应当更新设备配置从而提高产品适应能力。

（3）对于攻击缺乏防御功能：入侵检测技术严重缺乏防御功能，所以，完善IDS产品的防御功能才能保证网络系统的安全性。

（4）入侵检测系统无统一标准：目前入侵检测系统暂时没有统一的评价标准，使得入侵检测系统互联较为困难。

（5）处理速度较低：互联网技术更新速度较快，因此，提高网络处理速度是完善入侵检测系统亟待解决的问题。

2.4入侵防御技术缺陷

入侵防御能够及时的检测外来攻击，并采取相应的举措对入侵行为进行管理，但依然存在以下几种缺陷：

（1）网络IDS误报、漏报率相对较高。入侵防御系统对于外来攻击进行及时检测，一定程度上能够减少漏报率，但是在实际上不能完全解决漏报现象。入侵检测技术与入侵防御系统采用的基础检测技术相同，因此，入侵检测系统中产生的虚警问题，在入侵防御系统中同样存在。

（2）入侵防御技术具有主动防御功能，因此精确的检测结果能够极大的提高主动防御能力。但是如果系统检测的结果不够精确，就有可能执行主动防御功能，从而对电脑系统造成不良的影响。

（3）网络性能与入侵检测存在较大矛盾。当特征库不断膨胀时，入侵防御系统容易影响网络性能，进而影响网络传输速率。

3网络安全技术整合对策及发展趋势分析

3.1网络安全技术整合对策

（1）为了提高网络系统的安全性，对入侵防护技术进行了有效整合。防火墙技术结合入侵检测技术共同防护。防火墙系统与入侵检测系统整合的方式主要有两种，①将入侵检测系统置入防火墙系统中；②在防火墙系统或入侵检测系统中展开一个接口，并将防火墙技术与入侵检测技术连接。第一种整合方式中的数据主要是来源于流经防火墙的数据源流。第二种整合方式实现了两种技术的外部连接，具备较强的灵活性。防火墙技术与入侵检测系统实现了技术上的整合。（2）完善IDS与防火墙技术互相结合的安全抵御体系。防火墙技术结合入侵检测技术能够提高网络安全性。防火墙技术组合入侵检测技术操作步骤为：①建立防火墙系统，避免外来入侵信息的干扰，进一步提升网络安全的防护。②建立入侵检测系统，避免外来黑客入侵，从而形成安全防护防线。当不良信息突破防火墙防火进行入侵检测系统时，入侵检测系统能够对外来黑客进行检测并及时进行报警，极大的减少了安全隐患问题。

3.2网络安全技术发展趋势

未来网络安全技术的运用将更为灵活与多样化，而且安全需求方面也会得到较大的提升。首先，客户要明确自己所需要的安全需要，相关技术人员才能够依据客户的需要进行个性化安全结构设置，这样就能在较大程度上有效保证客户的特点网络安全需要。与此同时，相关部门的网络安全评估措施也要跟进，才能实现有效的安全评估，以了解网络环境中的缺陷以及制定针对性的安全技术措施。其次，要开发组合型的安全防御技术，根据不同的入侵情况，结合不同的防御技术防护外来病毒入侵。这种组合型的防御功能要比单一的防御技术拦截与处理入侵病毒或信息的能力强，针对性地进行开发，有利于安全防御。最后，互联网防护技术发展应当注重各类新技术的研究，如加密技术以及识别技术。这类技术能够有效识别新型病毒，并进行积极拦截，较大程度上保证电脑的安全性，未来应该更多的注重这类技术的开发与应用。

4结语

总之，随着计算机网络的迅猛发展，计算机网络系统提供了资源共享性，系统的可靠性和可扩充性，然而正是这些特点增加了计算机网络系统安全的脆弱性和复杂性。互联网网络安全问题是当今社会重视的问题之一，分析计算机系统网络安全问题的原因能够极大的提高网络安全性。伴随着互联网网络技术的提高，及时掌握并了解网络变化，分析各类入侵病毒并采取相应的防护手段，从而降低网络风险系数。

参考文献

[1]王家兰，郑京香，朱金录.中小型企业局域网网络安全设计及应用技术的探讨[J]电脑知识与技术，2011.

[2]郭籽蔚，唐伟，王耀民，周木良，陈震.企业局域网防范ARP欺骗的解决方案[J].中国新技术新产品，2011.