基于物联网的网络案例实验教学平台研究

魏文红

基于物联网的网络案例实验教学平台研究

魏文红

（东莞理工学院 计算机学院，广东东莞 523808）

物联网是最近几年计算机网络快速发展的产物，本文以物联网技术为基础，结合计算机网络实验教学改革的需求，构建了基于物联网的网络案例实验教学平台，分析了该平台的优势和特点，最后以智能交通灯为实验案例，介绍了基于该平台实验教学过程。

物联网；网络案例；实验教学

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是计算机网络技术发展到一个新阶段的产物。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮［1］。物联网的发展为计算机网络教学提供了基础，特别是对于网络案例的实验教学改革带来了新的希望［2-3］。

基于物联网的网络案例实验教学平台以嵌入式终端设备（包括传感器、射频识别和其它嵌入式器件）、WiFi无线网络、光载无线交换系统以及智能化人机界面（智能手机、平板电脑、笔记本电脑和台式电脑等）为核心、以具体的工程案例实践为背景、体现物联网三个层面（应用层、网络层、感知层）、开放、标准化的网络工程综合实训平台［4］。

该平台融合了物联网的网络层、传感层的关键设备和技术，同时配合台式电脑、笔记本电脑、WiFi移动终端以及通用的软件开发平台，可以开展网络三个层次的课程实验和综合实验教学，覆盖网络工程专业中网络工程导论、嵌入式系统与单片机、物联网技术及应用、物联网传输与网络、物联网体系结构与综合实训、无线通信和无线网络基础、计算机编程基础、网络编程技术、跨平台程序设计、Linux操作系统等课程的实验教学和综合实训。师生实践开发的其它感知模块，通过与标准的WiFi设备服务器连接，也能轻易接入实验教学平台，在大平台下测试、验证。更进一步，学生也可以在安卓操作系统的环境下、自主开发能够应用于智能手机和平板电脑的上层应用客户端软件，以便亲身体验物联网在实际中的应用。

1 网络案例实验教学平台

1.1 网络案例实验教学平台的总体结构

网络案例教学平台以光载无线交换机和上层应用程序为核心，构建WiFi无线局域网，覆盖计算机网络综合实训室及其周边区域，配合实验室现有的有线网络交换机、网络路由器，建立融合有线网络、无线局域网络的物联网关键部分——网络层。

网络案例实验教学平台是整个计算机网络工程实验室（实训室）的核心和基础，在此基础上配合解决方案中的其他实验箱和系统套件可以实现诸多网络案例实验，如交通灯控制、灯光控制、空调控制、窗帘控制、电源控制、智能物资管理、数字安防等功能，学生可通过智能手机，平板电脑等移动终端亲身体验物联网技术带来的改变。图1为网络案例实验教学平台的总体结构图。

图1 网络案例实验教学平台结构图

1.2 网络案例实验教学平台优势与特点

1）网络案例教学平台以光载无线交换机为核心，构建适用于远距离大范围尤其是环境多变的室外条件下的无线WiFi局域网络信息平台，它为各种传感器、RFID读卡器及工控设备提供了高速稳定可靠的教学平台；

2）提供应用程序的部分源码以及API接口，供老师和学生进行二次开发；

3）国内首创，国际领先的光载无线技术，为老师和学生提供了广阔的科研平台。

2 网络案例实验过程

2.1 实验目的

1）了解交通灯控制平台工作流程。

2）了解PLC控制交通灯程序。

3）学习PLC交通灯控制平台软件。

2.2 实验内容

1）理解分析PLC交通灯控制原理。

2）观察记录红、绿、黄亮灯时间，试修改程序改变亮灯时间。

2.3 实验步骤

1）配置好WiFi设备服务器；（波特率：57600、8、E、1，具体配置方法见WiFi设备服务器配置步骤。）

2）用公-母直连串口线将WiFi设备服务器和PLC相连；

3）WiFi设备服务器（DC5V）和PLC（DC24V）上电；

4）双击打开“PLC交通灯控制平台应用软件”，在“PLC IP号”和“端口号”处输入WiFi设备服务器IP和端口号，如图2示：

①情况一：要使交通灯正常运行，请点击“正常循环运行”按钮，然后“m0关闭”会变成“m0开启”，同时系统会向PLC发送一段十六进制的指令，最后通过PLC控制交通灯正常循环运行，图3是实际操作后的画面。

若再次点击“正常循环运行”按钮，系统向PLC发送一段十六进制的停止指令，使交通灯和其软件回复初始状态。

图2 交通灯案例实验界面

②情况二：要使交通灯南北通行，请点击“临时南北通行”按钮，然后“m1关闭”会变成“m1开启”，同时软件会向PLC发送一段十六进制的指令，再通过PLC控制交通灯呈南北通行状态，图4是实际操作后的画面。

图3 交通灯正常循环运行界面

图4 交通灯临时南北通行界面

若再次点击“临时南北通行”按钮，系统向PLC发送十六进制的停止指令，使交通灯和其软件回复初始状态。

④情况三：要使交通灯东西通行，请点击“临时东西通行”按钮，然后“m2关闭”会变成“m2开启”，同时软件会向PLC发送一段十六进制的指令，再通过PLC控制交通灯呈东西通行状态。交通灯临时东西通行界面与图4相似，这里就不再画出。

若再次点击“临时东西通行”按钮，系统向PLC发送十六进制的停止指令，使交通灯和其软件回复初始状态。

2.4 实验结果讨论

该实验利用网络通讯技术与PLC技术相结合，实现了软件对硬件的控制，实验过程中，能够很好地控制交通灯的各种情况。

3 结语

本文以物联网基础，构建了网络案例实验教学平台，该平台具有界面友好、操作简单等点，并以智能交通灯的网络案例实验为例，利用实验教学平台详细介绍了整个实验的过程，分析了实验结果，充分体现了该教学平台的易用性。

［1］ 钱志鸿，王义君.物联网技术与应用研究［J］.电子学报，2012，40（5）：1023-1029.

［2］ 盛丰.基于就业导向的计算机网络教学改革探讨［J］.计算机光盘软件与应用，2012（4）：232-233.

［3］ 于坤，单劲松.计算机网络课程教学案例分析［J］.计算机教育，2012（3）：47-49.

［4］ 杨冰，邓曙光，肖卫初，等.基于物联网市场需求的“计算机网络”教学改革［J］.中国电力教育，2013（1）：83-84.

Research on Network Case Experimental Teaching Platform Based on Internet of Things

WEIWen-hong

（Computer College，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China）

Internet of Things are products along with the rapid development of computer network in recent years.Based on Internet of Things technology，combined with the demand for experiment teaching innovation of computer networks，this paper introduces network cases of experimental teaching platform based on Internet of Things，analyzing the advantages and features of the platform.Finally，it describes the experimental teaching process based on intelligent traffic lights experimental case.

internet of things；Network case；experimental teaching

G42

A

1009—0312（2014）03—0102—04

2013-10-17

国家青年自然科学基金（61103037）；广东省自然科学基金（S2013010011858）；广东高校优秀青年创新人才培育项目（2012LYM-0125）；东莞市科技计划项目（2012108102007）；东莞理工学院教研教改资助项目。

魏文红（1977—），男，江西南昌人，副教授，博士，主要从事计算机网络研究。