物联网工程专业实验室建设方案
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• 无线通信和射频识别技术作为物联网最关键的技术也是最 核心的技术当之无愧的进入了高等教育的教学体系之中并 占有相当课时；但是学校拥有专业的无线通信实验室和射 频识别实验室的学校却并不多
学生培养目标和就业能力
学生培养目标
我们认为物联网工程专业人才应该具备计算机专业人才的 专业基本能力包括计算思维能力、算法设计与分析能力、 程序设计与实现能力、系统能力我们应该从物联网的特色 出发深刻认识这些能力
• 所以常规的实验室建设方案仍是以实验箱为主只 是不断的更新技术升级换代
•无线龙是这个解决方案的创始者 •无线龙也一直是这个解决方案的佼 佼者我们所采用的多种无线通信方 式融合的概念至今仍在业界领先；
• 1、读卡器输出 功率增加；
• 2、标签芯片灵 敏度提高；
• 标签体积微型化 将带来一系列新 应用
UHF标签小型化和微型化 为防伪应用开辟了广阔的天地；
很多体积小价格敏感的商品 将也很容易实现跟踪和识别
小型药瓶
放心猪肉
目前我们在美国实验室测试 UHF EPC无源标签读写距离
已经可以达到30－40米 这意味着货物识别将具有
2算法设计与分析能力
算法是系统工作的基础它对计算机专业人员是非常重要的 要想成为一名优秀的计算机专业人才其关键之一就是建立 算法的概念具备算法设计与分析能力算法设计与分析能力 主要指对具有相当规模、较复杂问题的求解算法的设计与 分析研究算法的可行性和效率 算法设计与分析能力Algorithm Design and AnalysisADA主要 包括：简单算法的设计、复杂算法的设计、简单算法的分 析、复杂算法的分析、证明理论结果、开发程序设计问题 的解、概念验证性程序开发、确定是否有更优的解等
4
有源433MHZ电子标签 CR2032钮扣电池
直径2.2X3CM 电池工作6年
5
电子药丸 特殊微型电池 小于直径2.0X2CM
6
无源EPC电子标签 无需电池 直径1.6X1.6X0.001 CM 总量0.002克
5
越来越小的无线网络终端节点 带来了全新的应用和市场空间
无线网络节点的微型化和微功耗化加上 SOC芯片大幅度降价：16位单片机 MSP430G系列价格下降到0.25美元 32位 M0单片机价格下降到0.5美元；无线单片 机也下降到接近1美元；而且待机功耗下 降到1微安以下；这样物联网技术将以很 快的速度进入家电和消费电子市场衍生出
读卡器和唤醒基站
标签具有网络 和定位功能
读卡器
网络化有源标签
12
长距离有源电子标签和网络： 标签结构性能和软件
UHF 有源标签工作距离： 10 - 2000 m 1.2 mi
频率：433 MHz 速率：28 kbps 标签容量：数千个 标签具有 multi-hop sensors security IPv6和很多功能
1、物联网实验室建设需求分析 1、物联网技术发展趋势 2、办学条件和实验室现状 3、学生培养目标和就业能力 2、无线龙第二代物联网实验室建设方案说明 1、常规物联网实验室建设方案分析 2、无线龙物联网实验室群整体建设架构 3、无线龙物联网实验室建设方案说明 3、无线龙物联网实验室建设案例说明 1、公司整体客户群介绍 2、典型实验室建设合作高校 3、大学计划推介
1计算思维能力 简单地说计算思维Computational ThinKingCTK的核心是基于 计算机考虑问题求解
物联网计算模式的变革就在于物理空间与信息空间的一体 化物理世界与信息世界的整合统一所以物联网工程专业人 才计算思维的培养应该注意使学生充分理解物理空间与信 息空间一体化并在利用这样的无缝连接方面具有足够的想 像力与实现能力
嵌入式
无线
以此为代表的实验室建设方案的特点：
1嵌入式 随着嵌入式技术的不断完善核心嵌入式芯片性能的不断提升实验箱/实验台也随之 升级换代由STM32S3C2440到S3C6410Cortex-A8技术在不断更新随之而来的实验 内容和资源也越来越丰富
2无线技术 无线技术的更新也是日新月异其发展的速度可以说只有想不到没有做不到许多的新 技术正成为老技术许多的老技术又发展成为新技术随着蓝牙4.0ZigBee Pro IEEE802.1-2012无线技术无线的功能越来越智能化覆盖范围也越来越广；
• 无线单片机无线 SOC处理器内核从8 位到16位到32位再 到多处理器结构越 来越复杂；
• 不仅实现了系统在 芯片而且实现了无 线网络在芯片；
• 我们从分析GS1010 WI－FI 无线单片机 来看这个技术趋势；
GS1010 WI-FI无线单片机结构
无线SOC－GS1010 单芯片实现WIFI传感器网络节点
物联网实验室建设需求分析 物联网技术发展趋势
物联网技术发展趋势之一 越来越小的无线网络节点和功耗
1
物联网传感层
ZIGBEE传感器网络节点 AA电池X2
5X3CM 20-30微安电流
2
WIFI GS1010传感器网络节点 AA电池X1
4X3CM 电池工作5年
3
无线监控手表 微型电池 3X3CM 平均电流10微安
3程序设计与实现能力
程序设计与实现包括软件实现和硬件上的实现特别是当我 们将问题的求解看成表示和处理过程的时候硬件系统相关 的实现也可以部分地含在程序设计与实现能力中其他部分 则含在算法设计与分析、系统分析与开发中
程序设计与实现能力Program Design and ImplementationPDI 主要包括：小型程序设计、大型程序设计、系统程序设计 等
物联网专业办学条件
• 一般物联网工程专业都挂靠计算机专业、通信专业、自动 化专业或相应院系；学校只需要在原有的专业基础课的基 础上增加物联网方向的专业核心课；
• 一些高职院校在没有申请相关专业的前提下将在原先的计 算机专业通信专业自动化专业等的基础上新增物联网方向 ；例如智能交通、智能楼宇、智慧农业等；
物联网工程专业实验室建设方案
Excellent handout training template
无线龙物联网工程专业实验室建设方案
Construction of the IOT laboratory August 2012
无线龙科技集团安徽办事处 曹先操 caoxiancao@ahkyiot网状网实际应用举例： 智慧医院急诊室无线定位系统
输液器标签 WIFI SOC GS1010
1
802.11S 路由器－2
2
工作人员标签
3
WIFI SOC GS1010
病人标签
4
WIFI SOC GS1010
802.11S 路由器
5
6
16
物联网技术趋势研究之三 无线SOC结构越来越复杂
全新应用；手持轻薄网络化微功耗是主要 特点和主要卖点；
牙刷也上物联网
物联网上的计步器
物联网上血糖仪
物联网上的温度计
越来越小的无线网络路由节点 逐步实现微功耗的能量收集运行
• 无线传感器网络 路由节点承担路 由转发任务必须 要消耗一定功率 一般设计采用外 加电源供电；
• 但是随着路由节 点功耗和体积下 降使用最新的能 量收集技术作为 路由节点供电可 能性逐步加大；
• 荒漠草原农业环 境监测滴灌根灌 等野外传感器网 物联网应用将逐 步实现；
振动收集供电路由节点示意图
太阳能供电路由节点示意图
植物收集为无线网络 路由器供电 实现能量收集
无线传无线感器网络 示意图
可以监视野外环境 火灾报警等
7
超高频电子标签节点微型化： 推动UHF EPC技术新应用－1
• 超高频电子标签 微型化的主要技 术原因是：
更大准确性快捷性； 将有更多的商业应用
可以实现
名酒酒瓶
8
超高频电子标签节点微型化： 推动UHF EPC技术新应用－2
长距离标签
长距离UHF标签智慧公交系统
UHF微型标签可以在很远的地方 被准确读取
将大大加快智慧商业应用
9
物联网技术趋势研究之二 无线网络覆盖范围越来越大
低轨道 卫星数据通讯
3G/4G电信网络
国内物联网实验室现状
• 早在国家2009年提出物联网这一新名词之前许多学校的通 信或计算机专业就已经有了传统的电子实验室、单片机实 验室嵌入式实验室等；
• 在2009年第一批物联网专业申报后无线龙提出了全新的物 联网实验箱的概念并首次推出了多网融合包括RFID一体化 的综合实验箱；
• 从2010年至今物联网实验箱/实验台已经广泛的成为物联 网专业实验室必不可少的实验设备但是实验箱的发展已经 遇到了瓶颈除非新的技术出现实验箱的形式将很难有改变 ；
系统能力可以细化为认知SUM l、设计SUM2、开发 SUM3与应用SUM4等方面的能力系统认知能力主要包括： 基本系统软件使用、系统软件构成、基本的计算机硬件系 统构成、网络系统的构成、硬件系统的性能、软件系统的 性能等
就业能力-物联网工程专业就业方向
• 物联网的应用将深刻的改变我们的生活方式实现在任何 时刻、任何地点方便地获得需要的任何服务物联网技术发 展与应用拓展将会催生一大批专门从事物联网基础装备生 产、物联网系统支撑平台与中间件开发、应用开发以及服 务提供企业形成一个新兴产业本专业毕业生主要就业领域 应该是从事物联网系统支撑平台与中间件开发、应用开发 以及服务提供企业部分人将通过继续深造进入相关研究领 域
轻松实现WIFI无线传感器网络
18
无线SOC－GS1010 嵌入软件实现WIFI传感器网络在芯片
物联网技术趋势研究之四 无线网络协议栈设计越来越难
低功耗蓝牙协议栈
20
802.15.4 ZIGBEE 协议栈
ZIGBEE 协议栈
办学条件和实验室现状
物联网专业办学条件
• 从2011年起所有高校所申报的物联网相关专业统一称为物 联网工程专业
• 大量物联网应用的出现势必伴随着应用服务产业的产生 专科院校往往围绕系统维护项目工程设计、应用层软件设 计等开展教学；毕业生也将成为应用工程型人才进入物联 网应用服务产业领域
无线龙第二代物联网实验室建设方案
常规物联网实验室建设方案分析
• 所谓常规的物联网实验室建设方案也就是目前学校广为采 用的物联网建设方案我们总结为：
• 4系统能力
系统能力System Understanding and MasterySUM要求研究人 员站在系统的全局去看问题、分析问题和解决问题并实现 系统优化对计算机专业人员来说无论程序是用硬件实现还 是用软件实现其设计与实现是基础最终是要组成一个可以 运行的系统所以具有一定的程序设计与实现能力后必须提 高系统能力
802.11S WIFI网状网
有源RFID网络
10
低轨道卫星数据通讯 物联网连接更遥远
• 美国最近发射了第二代 低轨道卫星；
• 卫星接收模块实现了微 型化容易实现全球集装 箱交通工具实时跟踪联 网和监控；
新一代低轨道卫星系统
低轨道卫星M2M油管远程监控实例
长距离有源电子标签和网络 扩展RFID范围和功能
• 从2012年起所有高校所申报的物联网专业统一依托于计算 机专业展开
• 物联网工程专业致力于培养从事物联网领域的系统规划、 分析、设计、开发、实施以及技术研究方面的工程技术人 才特别是涉及相关网络结构与通信协议、软件体系结构与 中间件、计算平台、应用与服务的设计与开发工程技术人 员本专业的毕业生在传感技术、自动识别技术、网络通信 、移动计算、系统工程等方面应具备扎实的理论基础和专 业知识；在计算机系统平台、海量实时信息处理、应用系 统开发与集成等方面有较强的设计能力并具备良好的技术 创新与工程实践能力
有源标签电路板
软件协议C语言 代码1万行
编译后执行代码 典型8 - 16KB
典型UHF 有源标签硬件和协议软件
13
长距离有源电子标签和网络 广阔的应用范围和全球市场
802.11S WI－FI网状网络 无线网络覆盖范围越来越大
802.11S网络拓扑
802.11S都市无线网络
802.11S车载无线网络
• 因为物联网工程专业强调的是工程能力也就是一个注重实 践的专业；无论学校开设什么样的专业方向无论偏重于软 件还是硬件都需要一个能支撑整个大学教育体系的专业实 验室；
国内物联网实验室现状
• 物联网是一个多学科融合的专业需要通信、计算机、自动 化等多专业知识的融合目前国内的实验室缺乏一直由于价 格昂贵而不被大多数学校接受的高频微波实验室而这些专 业的实验室是物联网工程专业必不可少的实验室组成部分 只有伴随着高频微波分析设备新的技术才会以清晰的脉络 呈现让学生广泛接受
学生培养目标和就业能力
学生培养目标
我们认为物联网工程专业人才应该具备计算机专业人才的 专业基本能力包括计算思维能力、算法设计与分析能力、 程序设计与实现能力、系统能力我们应该从物联网的特色 出发深刻认识这些能力
• 所以常规的实验室建设方案仍是以实验箱为主只 是不断的更新技术升级换代
•无线龙是这个解决方案的创始者 •无线龙也一直是这个解决方案的佼 佼者我们所采用的多种无线通信方 式融合的概念至今仍在业界领先；
• 1、读卡器输出 功率增加；
• 2、标签芯片灵 敏度提高；
• 标签体积微型化 将带来一系列新 应用
UHF标签小型化和微型化 为防伪应用开辟了广阔的天地；
很多体积小价格敏感的商品 将也很容易实现跟踪和识别
小型药瓶
放心猪肉
目前我们在美国实验室测试 UHF EPC无源标签读写距离
已经可以达到30－40米 这意味着货物识别将具有
2算法设计与分析能力
算法是系统工作的基础它对计算机专业人员是非常重要的 要想成为一名优秀的计算机专业人才其关键之一就是建立 算法的概念具备算法设计与分析能力算法设计与分析能力 主要指对具有相当规模、较复杂问题的求解算法的设计与 分析研究算法的可行性和效率 算法设计与分析能力Algorithm Design and AnalysisADA主要 包括：简单算法的设计、复杂算法的设计、简单算法的分 析、复杂算法的分析、证明理论结果、开发程序设计问题 的解、概念验证性程序开发、确定是否有更优的解等
4
有源433MHZ电子标签 CR2032钮扣电池
直径2.2X3CM 电池工作6年
5
电子药丸 特殊微型电池 小于直径2.0X2CM
6
无源EPC电子标签 无需电池 直径1.6X1.6X0.001 CM 总量0.002克
5
越来越小的无线网络终端节点 带来了全新的应用和市场空间
无线网络节点的微型化和微功耗化加上 SOC芯片大幅度降价：16位单片机 MSP430G系列价格下降到0.25美元 32位 M0单片机价格下降到0.5美元；无线单片 机也下降到接近1美元；而且待机功耗下 降到1微安以下；这样物联网技术将以很 快的速度进入家电和消费电子市场衍生出
读卡器和唤醒基站
标签具有网络 和定位功能
读卡器
网络化有源标签
12
长距离有源电子标签和网络： 标签结构性能和软件
UHF 有源标签工作距离： 10 - 2000 m 1.2 mi
频率：433 MHz 速率：28 kbps 标签容量：数千个 标签具有 multi-hop sensors security IPv6和很多功能
1、物联网实验室建设需求分析 1、物联网技术发展趋势 2、办学条件和实验室现状 3、学生培养目标和就业能力 2、无线龙第二代物联网实验室建设方案说明 1、常规物联网实验室建设方案分析 2、无线龙物联网实验室群整体建设架构 3、无线龙物联网实验室建设方案说明 3、无线龙物联网实验室建设案例说明 1、公司整体客户群介绍 2、典型实验室建设合作高校 3、大学计划推介
1计算思维能力 简单地说计算思维Computational ThinKingCTK的核心是基于 计算机考虑问题求解
物联网计算模式的变革就在于物理空间与信息空间的一体 化物理世界与信息世界的整合统一所以物联网工程专业人 才计算思维的培养应该注意使学生充分理解物理空间与信 息空间一体化并在利用这样的无缝连接方面具有足够的想 像力与实现能力
嵌入式
无线
以此为代表的实验室建设方案的特点：
1嵌入式 随着嵌入式技术的不断完善核心嵌入式芯片性能的不断提升实验箱/实验台也随之 升级换代由STM32S3C2440到S3C6410Cortex-A8技术在不断更新随之而来的实验 内容和资源也越来越丰富
2无线技术 无线技术的更新也是日新月异其发展的速度可以说只有想不到没有做不到许多的新 技术正成为老技术许多的老技术又发展成为新技术随着蓝牙4.0ZigBee Pro IEEE802.1-2012无线技术无线的功能越来越智能化覆盖范围也越来越广；
• 无线单片机无线 SOC处理器内核从8 位到16位到32位再 到多处理器结构越 来越复杂；
• 不仅实现了系统在 芯片而且实现了无 线网络在芯片；
• 我们从分析GS1010 WI－FI 无线单片机 来看这个技术趋势；
GS1010 WI-FI无线单片机结构
无线SOC－GS1010 单芯片实现WIFI传感器网络节点
物联网实验室建设需求分析 物联网技术发展趋势
物联网技术发展趋势之一 越来越小的无线网络节点和功耗
1
物联网传感层
ZIGBEE传感器网络节点 AA电池X2
5X3CM 20-30微安电流
2
WIFI GS1010传感器网络节点 AA电池X1
4X3CM 电池工作5年
3
无线监控手表 微型电池 3X3CM 平均电流10微安
3程序设计与实现能力
程序设计与实现包括软件实现和硬件上的实现特别是当我 们将问题的求解看成表示和处理过程的时候硬件系统相关 的实现也可以部分地含在程序设计与实现能力中其他部分 则含在算法设计与分析、系统分析与开发中
程序设计与实现能力Program Design and ImplementationPDI 主要包括：小型程序设计、大型程序设计、系统程序设计 等
物联网专业办学条件
• 一般物联网工程专业都挂靠计算机专业、通信专业、自动 化专业或相应院系；学校只需要在原有的专业基础课的基 础上增加物联网方向的专业核心课；
• 一些高职院校在没有申请相关专业的前提下将在原先的计 算机专业通信专业自动化专业等的基础上新增物联网方向 ；例如智能交通、智能楼宇、智慧农业等；
物联网工程专业实验室建设方案
Excellent handout training template
无线龙物联网工程专业实验室建设方案
Construction of the IOT laboratory August 2012
无线龙科技集团安徽办事处 曹先操 caoxiancao@ahkyiot网状网实际应用举例： 智慧医院急诊室无线定位系统
输液器标签 WIFI SOC GS1010
1
802.11S 路由器－2
2
工作人员标签
3
WIFI SOC GS1010
病人标签
4
WIFI SOC GS1010
802.11S 路由器
5
6
16
物联网技术趋势研究之三 无线SOC结构越来越复杂
全新应用；手持轻薄网络化微功耗是主要 特点和主要卖点；
牙刷也上物联网
物联网上的计步器
物联网上血糖仪
物联网上的温度计
越来越小的无线网络路由节点 逐步实现微功耗的能量收集运行
• 无线传感器网络 路由节点承担路 由转发任务必须 要消耗一定功率 一般设计采用外 加电源供电；
• 但是随着路由节 点功耗和体积下 降使用最新的能 量收集技术作为 路由节点供电可 能性逐步加大；
• 荒漠草原农业环 境监测滴灌根灌 等野外传感器网 物联网应用将逐 步实现；
振动收集供电路由节点示意图
太阳能供电路由节点示意图
植物收集为无线网络 路由器供电 实现能量收集
无线传无线感器网络 示意图
可以监视野外环境 火灾报警等
7
超高频电子标签节点微型化： 推动UHF EPC技术新应用－1
• 超高频电子标签 微型化的主要技 术原因是：
更大准确性快捷性； 将有更多的商业应用
可以实现
名酒酒瓶
8
超高频电子标签节点微型化： 推动UHF EPC技术新应用－2
长距离标签
长距离UHF标签智慧公交系统
UHF微型标签可以在很远的地方 被准确读取
将大大加快智慧商业应用
9
物联网技术趋势研究之二 无线网络覆盖范围越来越大
低轨道 卫星数据通讯
3G/4G电信网络
国内物联网实验室现状
• 早在国家2009年提出物联网这一新名词之前许多学校的通 信或计算机专业就已经有了传统的电子实验室、单片机实 验室嵌入式实验室等；
• 在2009年第一批物联网专业申报后无线龙提出了全新的物 联网实验箱的概念并首次推出了多网融合包括RFID一体化 的综合实验箱；
• 从2010年至今物联网实验箱/实验台已经广泛的成为物联 网专业实验室必不可少的实验设备但是实验箱的发展已经 遇到了瓶颈除非新的技术出现实验箱的形式将很难有改变 ；
系统能力可以细化为认知SUM l、设计SUM2、开发 SUM3与应用SUM4等方面的能力系统认知能力主要包括： 基本系统软件使用、系统软件构成、基本的计算机硬件系 统构成、网络系统的构成、硬件系统的性能、软件系统的 性能等
就业能力-物联网工程专业就业方向
• 物联网的应用将深刻的改变我们的生活方式实现在任何 时刻、任何地点方便地获得需要的任何服务物联网技术发 展与应用拓展将会催生一大批专门从事物联网基础装备生 产、物联网系统支撑平台与中间件开发、应用开发以及服 务提供企业形成一个新兴产业本专业毕业生主要就业领域 应该是从事物联网系统支撑平台与中间件开发、应用开发 以及服务提供企业部分人将通过继续深造进入相关研究领 域
轻松实现WIFI无线传感器网络
18
无线SOC－GS1010 嵌入软件实现WIFI传感器网络在芯片
物联网技术趋势研究之四 无线网络协议栈设计越来越难
低功耗蓝牙协议栈
20
802.15.4 ZIGBEE 协议栈
ZIGBEE 协议栈
办学条件和实验室现状
物联网专业办学条件
• 从2011年起所有高校所申报的物联网相关专业统一称为物 联网工程专业
• 大量物联网应用的出现势必伴随着应用服务产业的产生 专科院校往往围绕系统维护项目工程设计、应用层软件设 计等开展教学；毕业生也将成为应用工程型人才进入物联 网应用服务产业领域
无线龙第二代物联网实验室建设方案
常规物联网实验室建设方案分析
• 所谓常规的物联网实验室建设方案也就是目前学校广为采 用的物联网建设方案我们总结为：
• 4系统能力
系统能力System Understanding and MasterySUM要求研究人 员站在系统的全局去看问题、分析问题和解决问题并实现 系统优化对计算机专业人员来说无论程序是用硬件实现还 是用软件实现其设计与实现是基础最终是要组成一个可以 运行的系统所以具有一定的程序设计与实现能力后必须提 高系统能力
802.11S WIFI网状网
有源RFID网络
10
低轨道卫星数据通讯 物联网连接更遥远
• 美国最近发射了第二代 低轨道卫星；
• 卫星接收模块实现了微 型化容易实现全球集装 箱交通工具实时跟踪联 网和监控；
新一代低轨道卫星系统
低轨道卫星M2M油管远程监控实例
长距离有源电子标签和网络 扩展RFID范围和功能
• 从2012年起所有高校所申报的物联网专业统一依托于计算 机专业展开
• 物联网工程专业致力于培养从事物联网领域的系统规划、 分析、设计、开发、实施以及技术研究方面的工程技术人 才特别是涉及相关网络结构与通信协议、软件体系结构与 中间件、计算平台、应用与服务的设计与开发工程技术人 员本专业的毕业生在传感技术、自动识别技术、网络通信 、移动计算、系统工程等方面应具备扎实的理论基础和专 业知识；在计算机系统平台、海量实时信息处理、应用系 统开发与集成等方面有较强的设计能力并具备良好的技术 创新与工程实践能力
有源标签电路板
软件协议C语言 代码1万行
编译后执行代码 典型8 - 16KB
典型UHF 有源标签硬件和协议软件
13
长距离有源电子标签和网络 广阔的应用范围和全球市场
802.11S WI－FI网状网络 无线网络覆盖范围越来越大
802.11S网络拓扑
802.11S都市无线网络
802.11S车载无线网络
• 因为物联网工程专业强调的是工程能力也就是一个注重实 践的专业；无论学校开设什么样的专业方向无论偏重于软 件还是硬件都需要一个能支撑整个大学教育体系的专业实 验室；
国内物联网实验室现状
• 物联网是一个多学科融合的专业需要通信、计算机、自动 化等多专业知识的融合目前国内的实验室缺乏一直由于价 格昂贵而不被大多数学校接受的高频微波实验室而这些专 业的实验室是物联网工程专业必不可少的实验室组成部分 只有伴随着高频微波分析设备新的技术才会以清晰的脉络 呈现让学生广泛接受