军队院校物联网实验室建设探索与实践

军队院校物联网实验室建设探索与实践
陈修亮;张秀山;史蓓蕾;梁英杰
【摘要】针对军事物联网实验室建设中应解决的主要问题,分析了在军事院校展开物联网实验室建设的必要性,论述了军事物联网实验室建设应遵循的基本原则,提出了军事物联网实验室建设的基本框架,细化了军事物联网实验室主要建设内容.结合本单位实际,在军事物联网基础实验室建设等方面进行了深入实践,为应对信息化战争形势的变化、占领军事信息领域的制高点、培养新型军事人才提供科学的理论指导与借鉴.%Aiming at the main problems in the construction of the military laboratories of Internet of things,the necessity of constructing such laboratories in military academies is analyzed,the essential construction principles are elaborated,the basic framework is proposed and the main construction contents are bined with the actual situation of the academy,the thorough practice on the construction of the military basic laboratories of Internet of things is carried out so as to provide the scientific and theoretical guidance and reference for dealing with the situation changes of the information war,occupying the commanding height of the military information field and training the new type of military talents.
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2017(034)004
【总页数】5页(P247-250,261)
【关键词】军队院校;物联网;实验室建设
【作者】陈修亮;张秀山;史蓓蕾;梁英杰
【作者单位】海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033;海军工程大学电子
工程学院,湖北武汉 430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033;海军
工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033
【正文语种】中文
【中图分类】G642
近年来,随着全球信息技术革命的不断深入和军队信息化建设的逐步拓展,先进信息
技术在军事领域的应用广度与深度持续推进。

物联网技术已成为下一代信息技术发展的重要方向之一,其在军事领域的应用主要体现在军事训练、部队管理、后勤保障、装备管理以及院校教育等方面。

军事物联网的应用能够有效提升我军的作战训练能力和保障效能,加速推进军队信息化建设的进程。

作为一个热门的专业方向,国
家已经批准60余所重点高校建设物联网专业,并配套建设相应的物联网专业实验室。

虽然已有部分军队院校结合自身学科优势,展开军事物联网技术的研究与创新,但物
联网实验室建设相对落后地方。

作为一门新的专业,物联网注重理论与实践的结合,
因此,军事物联网实验室的建设,是关系到军事物联网人才培养、技术创新与推广应
用的迫切问题。

物联网(Internet of things)概念最早是由美国麻省理工学院Auto-ID研究中心于1999年提出的[1]。

2005年,国际电信联盟(ITU)将其扩展为物物相连的网。

2009年,欧盟RFID(radio frequency identification)和物联网研究项目簇将物联网定义为：基于标准的和可互操作的通信协议,且具有自配置能力的动态的全球网络基础
架构[2]。

物联网的主要特点涵盖信息的获取到处理等各方面,主要有全面感知、可靠传输、
智能处理和无处不在等[3],它可以通过传感设备、可靠的信息传输网络以及智能化处理设备实现物物相连、物网相连,从而提高了生产效率和管理水平。

物联网技术
是继计算机技术与互联网技术之后,以信息技术应用为核心的第三次信息技术革命。

世界各国都非常重视物联网的发展与应用,都力争抢占物联网技术的制高点,美国等
西方国家已将物联网技术列入其国家和区域型的信息化战略。

我国最早于1999年由中科院启动传感网研究,并已建立了一些实用的传感网。

2009年被正式列为国家5大新兴战略性产业之一,并写入政府工作报告。

与其他国家相比,我国的物联网技术研发水平处于世界前列,并具有同发优势和重大的影响力[4]。

在军事领域,物联网技术可以与现有的军事传感器网络以及武器系统实现互联互通
和互操作,不同的融合方案涉及不同的物联网技术。

目前来看,军用物联网技术主要
涉及军事标签技术、军事智能卡技术、传感器技术、军事地图GIS技术、网络与
通信技术、信息安全技术、数据采集技术、信息融合技术、智能决策技术以及自动控制技术等[6]。

军事物联网及其新技术的应用,能够在显著提高军队信息技术含量的同时,极大地促进军队的作战支援保障与日常管理迈向智能化和信息化。

新型物
联网技术用于以美军为代表的西方发达国家的军事训练与实战中,作战与训练效果
卓越。

因此,为实现信息化条件下能打仗、打胜仗的根本目标,深入推进新军事变革,实现新形势下的强军目标,必须加速推进军事物联网探索与建设。

物联网技术的发展在地方企业以及高校等单位受到高度重视,特别是在高等教育领域,地方知名高校都纷纷抓住物联网发展的黄金机遇,展开物联网的研究与教学工作,并结合自身实际,建设适用于不同专业方向的物联网实验室。

地方高校的物联网实
验室建设起步较早,从时间上大致分为以下3个阶段[7-8]：起步阶段(2010—2011年),各高校相继展开物联网专业招生工作,物联网实验室的建设主要是参考或借鉴电
子工程实验室建设方案；拓展阶段(2011—2013年),主要是以网络为基础,建设物联网专业实验室并先后投入使用；融合阶段(2013—2015年),物联网实验室主要考虑融合云计算与大数据等技术,建设集数据采集、传输与智能处理于一体的智慧物联网实验室。

在军队院校,由于物联网技术在军内的研究与应用相对起步较晚,导致军队院校物联网实验室建设与地方存在较大差距,这在极大程度上限制了军事物联网专业人才的培养。

因此,适应军事现代化和信息化,以及军事物联网创新人才培养需要,推进军事物联网学术科研创新发展、建设军事物联网实验室,已显得迫在眉睫、十分必要,主要考虑有以下几点。

2.1 适应军事现代化和信息化的现实需要
建设信息化军队,需要从战略高度进行谋划,强化信息主导,推进信息技术应用,充分发挥信息的融合渗透功能,逐步向信息化转型。

当前,以物联网技术为代表的现代信息技术的发展与应用,为我军向信息化转型注入了新的动力,使智能化建设成为军事信息化建设的重要内容。

物联网技术在军事中的应用大致可划分为理论研究、技术实现、实验验证、方案优化和项目实施等五个阶段,实验验证是其中至关重要的环节,直接影响项目建设效果和功能效益发挥；在进行技术应用创新的同时,更需要加大军事物联网相关技术专门人才的培养力度。

2.2 适应军事创新型人才培养的现实需要
现代军事战争,人才是关键。

为适应21世纪全国高等级院校物流专业创新型人才培养的需要,物联网实验室是物联网人才培养的重要的实践和创新基地。

目前,我们必须清醒地认识到,军事物联网的发展和运用还不够成熟,军队院校的学员觉得物联网是新生事物,基本没有接触或只是从理论上认识物联网技术,很难有机会直接体验军用物联网技术,更不用谈物联网技术的创新应用。

通过军事物联网实验室的建设,学员可以切身体会军事物联网信息采集的自动化、信息传输的无线网络化、信息处理
的智能化以及军事装备管理的智慧化等。

这对物联网技术在不同军事领域的应用将起到巨大的推动作用。

2.3 推进军事物联网学术科研创新发展的现实需要
近年来,随着物联网技术的发展与成熟,越来越多的专家开始关注物联网技术在不同
军事领域的应用,但目前的研究成果更多地侧重于探讨物联网技术在军事应用中的
构想,对物联网技术在军事领域的现实应用则显得非常不足,其中非常重要的原因是
缺乏相关实验平台与物联网环境的支撑。

同时,综合分析国内外相关院校的研究情况,基础实验条件建设是进行技术创新的必备条件。

因此,建设军事物联网实验室,是推进军事物联网学术科研创新发展的现实需要。

2.4 提高院校服务部队功能的现实需要
服务部队、服务于战斗力生成是军队院校重要的职能之一。

随着军事物联网技术的逐步推广应用和军民融合的深入推进,军队院校在服务部队军事物联网建设方面却
略显不足,院校教员会感觉经验不足、力不从心。

建设军事物联网实验室,一方面可
以为开展军事物联网技术应用创新研究提供良好的支撑环境；另一方面也可以促进军事物联网方向科研创新团队的建设,提高军队院校军事物联网智慧化建设方面的
科研实力,为更好地服务部队奠定坚实的基础。

典型的军事物联网实验室建设,应从人才培养的实际出发,建立一个先进的、能够满
足教学、实训和科研要求的综合性实验室[9]。

军事物联网实验室应该包括综合信
息平台、基础实验平台、专业实训平台、云服务平台和智慧实验室管理系统5个
重要组成部分。

军事物联网实验室组成结构如图1所示。

3.1 军事物联网综合信息平台
军事物联网综合信息平台是物联网系统正常运行和开展军用物联网有关实验的基本支撑平台,该平台应按照物联网的感知层、网络层和应用层3层架构体系进行构建。

平台可实现对物联网实验室中现有实验设施设备的无缝接入、现有系统的集成融合,
以及实验室资产的智能管理,最终做到资源一体、功能一体、网络一体、权责一体。

同时,平台还应提供TinyOS、KeiLC、ZigBee、Java和Android等多种开发环境,并能够进行局域网接入实验、网络安全通信实验、定时定位实验、数据索引及搜索实验等,重点使学员理解物联网的体系架构及关键技术,掌握物联网环境下相关开发
环境的安装、配置与使用。

3.2 军事物联网基础实验平台
军事物联网基础实验平台覆盖物联网3个层面的主要技术,包括条码、RFID、传感器等信息采集技术,无线传感网络、蓝牙、Wi-Fi、GPRS等信息传输技术,以及云计算等信息处理技术[10]。

使当前热门的物联网技术,既可用于物联网基础理论学习
验证的实验教学,还可用于物联网应用系统综合布线及二次开发的实训教学,为教员
和学员接触和研究当前先进技术搭建桥梁。

让学员在学科实践中不仅能接触到硬件、编写代码,还能体会实际产品开发过程中相关专业知识的交叉应用,并积累开发经验、培养创新思维、提高技术技能。

基础实验平台建设,主要根据实际需要,采购现有的RFID综合实验箱以及物联网综合实验箱等实验设备,使学员能够完成必要的物联网基础实验,其中包括典型传感器感知实验、条形码与RFID标志实验、短距离无线通信实验、无线自组网实验、IEEE802通信实验、ZigBee网络实验、无线传感网应
用实验以及RFID应用实验等,使学员掌握物联网技术下的信息采集、信息传输和信息处理技术等,加深学员对基础知识的掌握。

3.3 军事物联网云服务平台
真正的物联网系统,其数据是海量的,并通过大数据技术进行存储与分析。

系统控制、数据展示也是基于云端的,可全球范围内随时访问和操作。

因此,必须建立物联网云
服务平台,该平台主要应用于物联网的海量数据服务和应用快速开发,使各传感器数
据的接入、存储和展现变得轻松简单,通过几步简单操作就可以完成物联网应用的
快速开发。

军事物联网云服务平台能够为学员提供在线、支持团体合作的实验及项
目设计平台。

3.4 军事物联网专业实训平台
该实训平台主要是根据物联网在军事中的实际应用,结合军队院校自身硬件条件和
专业人才培养需求,配套建设适应不同专业背景下军事人才培养实际的有关实验软
硬件[11],为军事物联网专业实训平台建设提供了很好的借鉴和技术指导。

以军事
物流专业为例,根据军事物流的各个阶段,可将该实训平台划分为智
能仓储、智能配送以及运输途中的运输监督和监控等3个功能区,针对建设的实际
需求,配置相应的实验设备,并在此基础上设计相应的实验项目,使学员能够掌握军事物流的整个流程,为学员毕业后尽快适应工作打下良好的基础。

3.5 军事物联网智慧实验室管理平台
智慧实验室管理系统主要是将物联网技术应用到物联网实验室的教学与设备管理等,在提供一个智能化教学环境的同时,能够直观地展现物联网在学员考勤、课堂互动
以及课堂测试等方面的实际应用。

此外,学员还可以利用已有环境自主设计系统的
主要功能并实现,从而达到提高学员学习兴趣,增强学员学习积极性的目的。

根据实
验室管理对象的不同,可将该系统细分为学员终端、智能资产管理系统、智能教学
资源管理系统、显示系统、系统软件、云计算后台系统等。

根据军队院校物联网实验室建设总体框架,我校从军事物联网基础实验平台建设等
方面,对军事物联网实验室建设进行了初步探索,建设了与本校教学实际相适应的物
联网实验室。

该实验室的主要目的是为学员提供物联网数据采集、数据集成以及后台信息处理等实验环境和物联网创新环境,为教员提供物联网工程项目实践环境。

实验环境整体以光纤环网的网络连接方式,为实现不同网络传输协议间的数据匹配
与转换,设置过程监控操作站(OS/IPC),还可以通过光纤环网实现与多个子站的通信。

各子站利用西门子200系列PLC,通过转换器转换为以太网后接入环网。

采集环境温湿度、红外报警视频以及电量、水流量设备等信息；再通过PLC以太网接入环
网；经过中央服务器处理后,由开发人员(教员或学员)进行相应的前端开发与实践。

物联网实验室的基本组成及网络架构如图2所示。

基于建成的物联网实验室,可开展的实验项目主要包括：PLC编程实验、RFID读写实验、FameView组态软件实验、Zigbee配置实验等4大类20余项。

同时,为实现对实验室的智能管理,我校正在加紧建设基于物联网的智慧实验室管理平台,为提
升学员的军事物联网应用开发水平、锻炼学员的自主创新能力、提升教员的物联网教学和科研水平奠定坚实的基础。

物联网技术的不断发展及其在军事领域的推广应用,已经对世界各国的军队现代化
建设、武器装备发展产生了重大影响,它也将影响和改变未来战争的作战形式、推
动新的军事变革。

为了应对未来的新军事变革,我们更应抢先一步规划设计,结合我
国的国情、军情,在军队院校开展军用物联网专业教育与科研,建设具有军队特色的
军用物联网实验室,能够让教员和学员深层次地接触、学习并研究物联网,并将理论
与实践相结合,切实提高学员的实际动手能力和创新能力、提高教员的科研创新能力,以应对信息化战争形势的变化,占领军事信息领域的制高点,增强保卫国家安全的实力。

[1] Ashton K. That “Internet of Things” thing[J].RFID Journal,2009(22):97-114.
[2] 孙伟峰,王喆,马海燕,等.物联网关键技术及典型军事应用[J].物联网技术,2012(4)：80-83.
[3] 朱洪波,杨龙祥,朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报(自然科学版),2011,31(1)：1-9.
[4] 李坡,吴彤,匡兴华.物联网技术及其应用[J].国防科技,2011(1)：19-22.
[5] 马国胜,杨鹭怡.基于物联网技术的军队院校实验室管理探究[J].实验室研究与探索,2015,34(3)：251-254.
[6] 肖二永,杨斌,戴浩.物联网技术在军事领域中的应用[J].物联网技术,2012(4)：
82-85.
[7] 黄峥,古鹏.物联网实验室建设研究与探讨[J].实验技术与管理,2012,29(2)：191-195.
[8] 陈景贤,陈志生.高校物联网实验室建设与应用[J].实验室研究与探索,2013,32(8)：451-453.
[9] 李佳音,李小慧.高校物联网实验中心规划方案[J].电子测试,2016(6)：82-83.
[10] 冀松,南晓青.应用型本科院校物联网实验室建设研究：以中国地质大学长城学院为例[J].电脑知识,2016,12(11)：110-111,120.
[11] 杜伟略,潘健.物联网综合实训平台设计[J].实验技术与管理,2012,29(2)：63-67. E-mail：**********************。