物联网相关技术与应用引入商科类实验的构想

2013-08-31赵婉鹛李医群章学拯

实验室研究与探索 2013年6期

赵婉鹛，李医群，章学拯

(上海对外贸易大学国际经贸学院，上海201620)

0 引言

物联网技术与应用是当前信息化发展的主体目标之一，也将是未来信息化社会高度发展的必然结果和必经阶段。自温家宝总理2009年8月在视察中科院无锡物联网产业研究所时提出“感知中国”的口号以来，物联网受到了全社会极大关注，2009年11月，温家宝总理在向首都科技界所做的“让科技引领中国可持续发展”的重要讲话中，再一次将物联网列入国家发展战略性新兴产业的五项内容之一，并写入“政府工作报告”［1］。2011年11月《物联网“十二五”发展规划》发布，在2012年两会的政府工作报告中，物联网再次被提为战略性新兴产业，未来，物联网技术推广、应用及相关试点示范工作将加快步伐，全面展开［2］。

1 必要性与可行性分析

物联网将会以迅猛的态势走入人们的生活，并在社会发展的各个领域产生前所未有的影响。了解与掌握物联网技术，体验其应用优势，参与其运营实践，充分实现对物联网技术的全面感知、了解和应用，应成为当前高等学校信息化教育中的一项必要环节［3］。无论在理工科类专业还是在经管商贸类专业，高校都应适时地将物联网技术与应用充分地向学生进行展示与灌输，从而培养学生的物联网观念，培养适合当前信息化发展需要的人才，因此，将物联网技术与应用引入高校，成为当前高等教育人才培养模式创新进程中一项重要的课题。

截至2011年底，国内已有37所高校创设了物联网(传感网)相关专业，其中有30所高校设置了物联网工程专业，5所高校设置了传感网技术专业，2所高校设置了智能电网信息工程专业。并设置了相应的课程体系及理论与实践教学平台，实现了物联网人才培养的框架和保障机制的构建［4］。

物联网专业主要以培养具备现在信息处理技术，具备物联网系统设计、开发及应用能力的人才为主要方向，培养对象主要针对理工类专业背景的学生，其实验、实践环节的设置也以典型的理工科类实验内容为主，如与网络技术和无线通信技术相关的实验项目、与软件开发和应用相关的实验项目和与电子电器元件配置与使用相关的实验项目等［5］。但从物联网的普及和应用广度而言，物联网应用应不仅局限于理工科领域，在经济管理和商务贸易等各项活动中，物联网都发挥着巨大的应用优势和价值。

当前，物联网技术应用的热门还包括在交通、电力、家居、物流等多个领域的智能化应用与管理［6］。商科院校以开展经济管理和商务贸易学科知识的教学和科研为特色，学科建设和人才培养过程中体现出以培养具备综合素质的经管商贸类高素质人才的宗旨和理念，在信息化主导社会生产生活的背景下，商科类专业的学生同样应了解和掌握物联网的相关知识并体验物联网技术在商科领域的应用，这对培养适应新环境下综合发展的高素质商科人才具有重要的意义。

商科院校应根据自身的学科特色及人才培养要求，配合自身的资源优势，设立符合实际需要的物联网实验项目，培养具备物联网应用意识的商科人才，充分体现物联网技术在商科领域中的重要作用。

2 可行的实验项目

商科专业中物联网实验课程的设置应使学生在对物联网相关技术具备基本认知的情况下，结合自身以商务贸易人才培养为主的特色设定相应的实验内容。在物联网实验项目和实验内容的安排上可以充分考虑商科专业自身的特色，规避对理工科知识和技术操作要求很高的编程、操作系统应用、仪器安装与调试等方面的内容，而主要以“感知性”和“体验式”的实验项目和内容为主。

基于学术界对物联网三层体系——感知(互动)层、网络(传输)层、应用(服务)层架构的认识［7］。可以考虑在物联网三层架构的框架下，选择适合商科专业学生感知和操作的实验项目，构建物联网实验项目和实验内容。

基于感知层的物联网实验主要涉及物联网智能感知和认证标识等相关技术的应用，这类实验主要有EPC电子产品编码实验、GPS定位传感实验、RFID——射频识别感知实验、商业二维码扫描与验证实验、电子货物标签实验等［8］。上述实验内容基本与日常商贸业务往来中的产品鉴定、标识、信息保护等内容紧密相关，引入至商科实验中，将具有一定的效用。

基于网络层的物联网实验主要涉及无线通信技术和网络协议的应用，基于此层的物联网实验可选取以短距离网络通信实验为主的内容。适合作为商科院校实验操作的项目包括Zigbee网络实验、WIFI实验、BlueTooth实验及RFID高频及超高频无源实验等［9］，通过让学生体验上述技术在信息传输与数据处理中的应用和实现过程，使学生加深对物联网技术强大功能和优势的认识。

基于应用层的物联网实验主要涉及网络接入和智能处理技术展示等方面内容。具体的实验可以选择针对某一实际应用领域的物联网模拟操作进行。学生通过对物联网在该领域具体应用的认识和了解，从感官上体验物联网技术的先进性给日常生产和生活带来的便捷、高效及智能化处理等方面的优势。物联网应用型实验项目可涉及智能物流、智能家居、智能电网、智能安防、智慧校园等多个领域［10］，只要软、硬件实验资源充分具备，实验设施完善，上述大部分的实验项目都可以在商科院校中开设并充分实现。这里以“智能物流”应用实验为例，对基于物联网技术的应用型实验进行内容设置和场景搭建的说明。

智能物流是将RFID、传感器、GPS等传感技术及信息处理和网络通信技术等广泛应用于物流业中的运输、仓储、配送等各个环节的智能化物流服务模式，通过利用物联网相关技术进行智能化处理，实现物流作业中的实时信息采集、传输、任务处理等功能，并在一个集成的环境下对采集的信息进行分析和处理，完成物流环节的自动化运作和高效率优化管理，实现物流管理中降低成本，管理透明、提高服务水平等目的。

图1中的“智能物流集成方案”为智能物流实验系统的体系架构图。智能物流中的物联网应用主要集合了射频识别(RFID)、传感器及全球定位系统(GPS)、移动通信、基于移动通信技术的M2M应用等多项技术，此外，还涉及数据库、数据查询与处理、移动商务、信息安全等其它信息处理技术［11］。实验系统的构建以充分展示物联网技术在物流管理中数据采集、处理和商务流程的设计与应用为主要目的，实验内容可以根据商科专业学生对物联网技术及在物流业中应用情况的理解程度、知识掌握情况进行合理安排。

图1 智能物流集成方案

实现系统主要包括基于无线传感网、RFID及EPC技术的数据采集、管理、可视化与应用系统的集成，以及产品入库、存储、盘点、库存管理与控制、出库、配送、移动采购等内容。具体包括:

(1)功能模拟。原材料的运送、入库、出库和加工，产品入库、出库和传送，产品分拣。

(2)商品贴标模拟。生产商收到EPC IS的货品订单(电子订单)--模拟制造工厂完成生产物品，直接在封装后，贴上EPC电子标签。

(3)基于RFID技术的出入库及盘点管理模拟。采用RFID技术实现物品正常出入库和非正常出入库的智能化管理、库存的快速库存自动盘点。

(4)配送过程模拟。确定配送路线、对象、物品种类数量等信息后，形成对唯一车辆的全程监控，并启动车辆出发后的一系列执行程序;当发现匹配错误时，系统发出警报，自动报告车辆位置等信息。

(5)移动购物模拟。用户在模拟超市(商场)中采购时，通过配置RFID Reader的智能手机读取商品上的RFID标签，通过移动ONS获得远程的EPC商品数据。购买后，可委托物流公司将商品运送至家中。系统将购买信息发送至EPC IS服务器，通过EPC IS服务器将信息发送至生产商和配送中心。顾客完成购物后，通过RFID智能收银台，自助完成购物结算。

(6)物流管理及商务中心服务器管理模拟。模拟物流管理及移动商务中心服务器集成系统，开展信息采集与处理工作，完成对商品贴标、出库、入库、盘点、运输过程、移动购物及移动商务的全程可视化管理。

上述介绍的实验内容可以根据商科专业的特色及教学要求进行合理的设置和调整，目的是通过构建和使用智能物流实验系统，实现学生对信息化物流中的原料运送、出入库、产品分拣、电子标签识别、产品盘点、配送、移动定位等全方位的综合的物流信息化操作与管理的感性认识［12］。学生通过对智能物流实验环境的了解和对实验操作的体验，能够对以物联网技术应用为特征的物流活动有更加深刻的认识和体会。

与“智能物流实验”项目类似，智能交通、智能家居、智慧校园等物联网应用实验项目分别从社会生产、生活的各个方面反映了物联网技术在当前信息化社会中起到的重要作用，同样能够实现学生对物联网技术深入了解、全面把握的目的。

3 保障机制

物联网是一项崭新的技术和应用，将物联网应用引入到商科类实验中是一项具有创新意义的构想，同时也是一项具有挑战性的工作。物联网实验与商科专业知识的结合需要根据物联网的应用领域与商科专业人才培养的要求进行，需要合理地配置实验教学资源和实验教学内容。需要在对原有的商科实验教学资源进行重新整合的基础上对实验环境和实验平台进行全新的布置。

在物联网实验系统硬件资源的配置上，商科院校需设定符合一定标准的基于物联网环境基础要求的实验场地、设备和器材。与物联网实验相关的硬件设备包括各种微型无线传感器、RFID、GPS、TD-SCDMA等配套设备。参照物联网技术体系架构的构成特点，除基本的实验用PC机外，还需配置具备各种感知功能的无线传感器网络节点、RFID标签、条形码、电子扫描仪器、感应器、嵌入式网关模块、低功耗WiFi设备以及用于数据测量与转换功能的智能芯片等多种设备［13］，对硬件配置的要求对商科院校实验教学资源的投入提出了较高的要求，能否满足基本设备的配置要求决定了物联网实验开设的效果。相信随着物联网硬件设备的不断普及化和量产化，经济实用的物联网教学用器件和设备能够不断进入高校实验场所，充分满足商科物联网实验教学的要求。

与物联网实验相关的软件资源包括系统网络软件，嵌入式网关软件，PC数据管理与分析软件以及保障物联网实验顺利进行的其他配套软件［14］，商科院校需在原有的软件资源(如网络软件资源和系统环境资源)的基础上，需配置满足物联网实验开展所需的各项应用型软件及有效的实验管理系统。同时，考虑自身教学资源的有机整合，往往要求对物联网实验内容和软件环境进行重新的调整和配置，这种情况下还需要院校与软件开发商或提供商之间进行合作，完成对实验软件的二次开发。上述开发与维护内容的完善是保障物联网实验教学软件(系统)有效运行的基础。

4 结语

构建满足商科专业实验教学用的物联网实验系统需要多方面的投入。包括课程内容的设置、实验平台的搭建、实验后台管理系统、学生考核机制以及实验师资的配置等;在实验教学开展的过程中，还需要思考并解决诸多问题，如为增强实验感知的真实性，能否保证实验工具的真实性和可靠性，实验过程的可视化展示［15］;在实验课程的安排上，需要考虑商科专业学生对物联网相关知识应掌握程度的把握，考虑对有代表性的物联网实验项目的选择等［16］。上述的诸多问题有待于在将物联网引入商科类实验的过程中不断地探索、思考和完善。

［1］温家宝.让科技引领中国可持续发展.首都科技界大会讲话［R］.中华人民共和国中央人民政府网站:http://www.gov.cn/ldhd/2009-11/23/content_1471208.htm.2009年11月3日.

［2］ 2012年两会:物联网再次被提为战略性新兴产业［EB/OL］.网易新闻中心.http://news.163.com/12/0306/13/7RTQN0HV00014AEE.html.2012 年3月6日.

［3］崔艳荣，陈勇.物联网工程专业课程体系设置探究［J］.长江大学学报(自然科学版)，2010(6):373-375.

［4］张光会，余晃晶.试论物联网工程专业的人才素质和培养目标［J］.科技信息，2011(11):216-217.

［5］徐勇军.物联网实验教程［M］.北京:机械工业出版社.2011.

［6］李朱峰.高校物联网专业课程及实验室建设初探［R］.嵌入式高峰论坛， http://202. 103. 212. 155/down/2011-06/11060220026710.pdf.2010 年7 月24 日.

［7］杨倩.物联网关键技术及应用［J］.电信科学，2010(8A):139-141.

［8］物联网实验室建设方案［EB/OL］.亿道电子.www.emdoor.com.

［9］魏晓宁.物联网实验教学初探［J］.计算机时代，2011(10):50-53.

［10］石亚萍.基于物联网的智慧物流［J］.物流技术，2011(9):43-45.

［11］刘海涛.物联网技术应用［M］.北京:机械工业出版社.2011.

［12］陈丰照，姜代红.基于物联网的智能物流配送系统设计与实现［J］.微电子学与计算机，2011(8):20-22.