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物联网信息处理实训室调研报告

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2020年4月19日
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物联网信息处理实训室
调研报告

二零一三年八月

目 录
一、 现场调研 - 1 -
1. 基本情况 - 1 -
2. 企业调研 - 1 -
2.1 公司简介 - 1 -
2.2 物联网信息处理技术 - 1 -
2.3 公司产品介绍 - 4 -
二、 非现场调研 - 5 -
1. 调研方式 - 5 -
2. 资料来源 - 5 -
3. 资料分析 - 5 -
三、 调研结论 - 7 -
1. 必要性 - 7 -
2. 岗位技能培养 - 8 -
3. 教育教学需求 - 9 -

一、 现场调研
1. 基本情况
为了解当前物联网最新技术和适用于教学应用的物联网综合平台，建立物联网信息处理实验室做准备。我院领导采用现场调研的方法， 8月在聂明院长带领下，我院10位同事前住北京西普阳光教育科技有限公司，深入物联网企业，了解当前物联网信息处理的最新技术和物联网信息处理平台。
2. 企业调研
2.1 公司简介
北京西普阳光教育科技有限公司作为国内计算机学科实验室解决方案及实训服务提供商，成立十年来先后为上百所高校的网络工程、信息安全及物联网实验室等专业实验教学基地建设提供了网络协议、网络安全、信息安全等多类实验教学设备、实验室整体解决方案及相关人才联合培养计划。当前，全国已有超过500家单位在使用西普科技所提供的产品和服务。西普科技在与各大高校不断探讨的基础上，面向物联网工程专业提出了一套物联网实验室整体解决方案，满足学生专业培养各环节的实践需求，并着力于建设校企联合的师资力量。
2.2 物联网信息处理技术
神经网络软件(Savant)开发技术
Savant负责处理各种不同应用的数据读取和传输。Savant具体实现技术主要包括：
1、事件管理技术
事件管理经过一个事件管理系统(Event Management System简称EMS)来实现。事件管理系统在边界Savant(ES)上采集标签解读事件，并与解读器应用程序通讯，管理解读器发送的事件流。它的职责包括：
(1)允许不同种类的解读器写入适配器；
(2)以标准格式从解读器采集EPC数据；
(3)允许设置过滤器，以平滑或清除EPC数据；
(4)允许写各种记录文件，例如记录EPC 数据存储到数据库中的数据库日志，记录EPC数据广播到远程服务器事件的HTTP/JMS/SOAP网络日志；
(5)对记录器、过滤器和适配器进行事件缓冲，使它们在不相互妨碍的情况下运行。
2、任务管理技术
任务管理经过任务管理系统(Task Management System，简称TMS)实现。Savant软件依据用户定制的任务进行数据管理、数据监控，TMS就负责管理由上级Savant或企业应用程序发送到本级Savant的任务。一般情况下，一个任务能够等价于多任务系统中的进程。Savant的TMS任务管理类似于操作系统进程管理。任务管理系统具有许多一般线程管理器和多进程操作系统不具有的特点。TMS能够完成企业的多种操作，包括：
(1)数据交互。即向其它Savant中发送产品信息或从其它Savant获取产品信息。
(2)PML查询：查询ONS/PML服务器获得产品实例的稳态或动态信息。
(3)删除任务进度。确定和删除其它Savant上的任务。
(4)值班报警。当某些事件发生时，警告值班人员，例如需要向货架补货、怀疑小偷和产品到期。
(5)远程上载。向远处的供应链管理服务器发送产品信息。

对象名解析服(ONS)开发技术
在EPC物联网系统中，读写器识别标签中的EPC编码，而实体对象能够经过自带的EPC标签与网络服务模式相关联。网络服务模式是一种基于Internet或者VPN专线的远程服务模式， 能够提供与存储指定对象的相关信息。典型的网络服务模式能够提供特定对象的产品信息。ONS架构能够帮助识读器或识读器信息处理软件定位这些服务。
当前，ONS服务被用来定位特定EPC对应的PML服务器。ONS服务是联系前台Savant软件和后台PML服务器的网络枢纽， 而且ONS设计与架构都以因特网DNA(Domain Name Service域名解析服务，简称DNS)为基础。因此，能够使整个EPC网络以因特网为依托，迅速架构并顺利延伸到世界各地。因此，ONS实现技术是物联网开发的主要技术之一。ONS开发需求如下：
(1)ONS架构应当允许映射信息的分层管理。
(2)ONS系统架构应允许ONS服务器中的映射信息在其它ONS 缓冲存储器里进行缓存。
(3)ONS架构应当允许相同的映射信息存储在多台ONS服务器里。
(4)ONS架构应当允许相同EPC信息映射到多台PML服务器。
(5)ONS架构应当允许其软硬件组件对不同版本的EPC编码具有兼容性。

实体标记语言(PML)开发技术
1、PML与其它语言的关系
PML语言采用的方法是首先使用现有标准来规范语法和数据传输，比如可扩展标识语言(XML)，超文本传输协议(HTTP)以及传输控制协议和因特网协议(TCP/IP)。这就提供了一个功能集， 而且可利用现有工具来设计和编制PML应用程序。
比那些需要借助共享注册中心才能进行转换的标准优越的是，PML将提供一种简单的规范。经过一种通用、默认的方案———比如超文本标记语言(HTML)———从而使两个方案之间没必要进行转换，而是采用可靠的传输和翻译。另外，一种专一的规范会促使阅读器、编辑工具和其它应用程序等第三方软件的发展。物理标记语言将力争为所有的数据元素提供一种单一的表示方法。换句话说，如果有多个对数据类型编码的方法，PML将会选择其中一种。举例来说，在对日期进行编码的种种方法之中，PML将只会选择其中的一种。它的思路是当编码或查看事件进行时，数据传输才发生，而不是发生在数据交换时。
2、数据存储和管理
尽管我们经常提到PM“L文件”，可是并非必须就用此种数据格式来实际地存储数据。因为PML只是一种用在信息发送时对信息区分的方法，实际的内容能够任意格式存放在服务器中(比如，一个SQL数据库、数据表、或一个平面文件)。换句话说，一个企业不必以PML格式来存储信息的方式来使用PML语言。企业将以现有的格式和现有的程序来维护数据。举例来说，一个applet(Java 小程序)能够从Internet上经过对象名称解析服务(ONS)来选取必须的数据，为了便于传输，这些数据将按PML规范重新格式化。这个过程与动态HTML语言(DHTML)相似，它也是按照用户的输入将一个HTML页面重定格式。另外，一个PM“L文件”能够根本不是一个文件，但能够是来自不同来源的多个文件和传送过程的集合。因为物理环境所固有的分布式特点，PM“L文件”能够在实际使用中从不同的位置整合多个PML小片断。因此，一个PM“L文件”可能只存在于传送过程中。它所承载的数据可能是短暂的———仅存在于一个很短的时间内并在使用完毕后丢弃。
2.3 公司产品介绍
西普科技物联网实验室参照《高等学校物联网工程专业实践教学体系与规范》等行业标准，从物联网体系架构的感知层、传输层、处理层及应用层等多个层次来搭建，并经过典型的物联网综合应用场景及项目来对学生进行综合提高，从而实现专业实验教学的由点及面、理论到应用、涵盖原理验证/综合应用/自主设计及创新的多层次实验体系。
基于实验资源中心的统一规划、模块化建设思路可满足学校的分期建设及个性化培养方案定制，工业级设备及真实项目案例；同时，可开展各类校企合作的人才培养、师资建设及课题开发。

图1实验室总体设计

二、 非现场调研
1. 调研方式
主要经过百度文库、下载参考文献和查阅相关资料。
2. 资料来源
万方和中国知网以及相关白皮书、Kantar Worldpanel Comtech发布的 第一季度最新数据。
3. 资料分析
物联网实验让学生深层次的接触物联网，学习物联网，研究物联网，让学生将理论与实践相结合，提高学生的创新能力，而且给予学生创新项目上技术和资料的支持。能够培养学生合理的知识结构、具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术、物联网相关高频和微波技术，有线和无线网络通信理论、信息处理、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统的传感层，传输层与应用层关键设计等专门知识和技能，而且具备在本专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力。
物联网不是一个小产品，也不是只是一个小企业能够做出来，做起来，它不但需要技术，它更是牵涉到各个行业，各个产业，需要多种力量的整合。这就需要国家的产业政策和立法上要走在前面，要制定出适合这个行业发展的政策和法规，保证行业的正常发展。业内专家认为，物联网一方面能够提高经济效益，大大节约成本；另一方面能够为全球经济的复苏提供技术动力。
当前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。中国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。另外，在“物联网”普及以后，用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照当前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。而物联网实验室的建设就是一个开始，为整个社会人才的培养，从而为整个社会的发展与繁荣建立良好的人才储备。
当前物联网技术还属于一个新兴技术，正在快速发展，学习与掌握物联网的技术理论，发展方向及其行业应用是当前高等教育的核心目标。
国内研究机构在理论研究方面，如对无线传感器网络网络协议、算法、体系结构等方面，提出了许多具有创新性的想法与理论。在这方面，国内的南京邮电大学、哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学、北京邮电大学等都取得了一些相关的理论研究成果。
当前国内比较成功的无线传感器网络软件产品包括：
南京邮电大学的无线传感器网络中间件软件DisWare。DisWare是基于移动代理的无线传感器网络中间件平台，它实现了对MantisOS和TinyOS多操作系统的支持，同时扩大了硬件节点的选择范围。
中国科学院宁波计算所的无线传感器网络分析与管理平台。它是针对无线传感器网络的协议、功耗、数据处理和分布式计算等诸多方面，开展定量的分析和管理，并提供图形化界面。
三、 调研结论
1. 必要性
教育部已将物联网、传感网作为战略性新兴产业相关专业的重点，开始鼓励各高校申报相关专业。由于专业的发展，高校对物联网实验设备的需求也日趋高涨，高校对物联网实验设备的需求也在提高，实验实训室也渐渐成为高职院校的一个重要组成部分，它的质量高低直接影响着教学质量与科研质量，实验实训室水平是反映一个学校教学水平、科学技术水平和管理水平的重要标志之一。时代在发展，科技在进步，新时代的科学研究就要具备高新技术实验室。这就要求我们高校的实验室建设要有超前意识。高校要想担当起新形势下物联网人才的培养，建设一个设施齐全、技术先进、质量可靠的物联网实验实训室迫在眉睫。
南京信息职业技术学院计算机与软件学院移动互联网技术专业的教学都处于起步摸索阶段，基于高职教育培养技能型应用人才这一总体目标要求，需根据经济、社会的发展需要和就业状况以及本校的实际来确定教学目的和任务，并按照国家职业资格标准的要求，围绕培养移动互联网技术人才对教学内容和教学计划作相应调整。作为以培养生产第一线的技术应用型人才为办学宗旨的高等职业院校，要适应经济建设和社会发展要求，培养有一定的理论基础、较强的创新能力和扎实的实践动手能力的应用型人才，建立以基本素质和技术应用能力培养为特征的教学新体系。
2. 岗位技能培养
高职教育人才培养的基本特点是以学生为主体，以就业为导向，以能力为本位，以能力培养为中心，以职业岗位工作过程为依据，实现知识传授与职业能力训练相结合、学历教育与职业资格证书相结合，重视对学生专业技能、工作能力和人文素质等综合职业能力的培养，使学生成为面向生产、建设、服务和管理第一线需要的高素质技能型人才。经过本实验室的建设，能够满足社会以下专业人才的岗位技能培养需求：
（1）物联网感知设备开发及组装类人才
经过物联网实验室中RFID、传感器等多种感知技术的实验教学，加强学生对物联网感知设备硬件结构、常见传感设备、数据采集方式及应用方式的技能训练，培养出具有感知设备知识、嵌入式开发知识及组装的物联网感知层专业领域人才。
（2）物联网网络实施及运维类人才
基于实验室传输层多种网络形式及处理层信息安全、云计算等多个平台的实验实训，培养学生对物联网中的数据传输、信息安全及大数据处理平台的了解，掌握计算机网络和通讯相关知识，可满足具有物联网传输设备及数据处理平台的安装、调试和故障排除能力的物联网网络工程师及运维管理工程师岗位需求。
（3）物联网系统设计与集成类人才
物联网实验室提供多个物联网实训项目，项目以真实需求为背景，涉及项目的设计、研发、部署管理等多个环节，每个项目实施前都需要经过详细的规划和设计。经过物联网实训项目的实践，可培养具物联网系统解决方案设计及系统工程集成能力的实用型物联网人才。
（4）物联网系统管理和服务类人才
经过物联网实验室对物联网感知层、传输层、处理层和应用层四个层次的学习，能够培养掌握物联网工程与技术基本理论、构建运行维护物联网的基本能力及对融合物联网后的信息系统进行管理能力的综合型物联网人才。
3. 教育教学需求
（1）利用物联网构建智能化教学环境
教学环境的特性直接影响着教学绩效。传统课堂教学的物理环境所包含的教学资源比较有限，虚拟学习环境又缺乏与现实世界的交互，而物理教学环境与虚拟学习环境的整合也容易停留在表层。经过物联网，不但使得现实世界的物品互为连通，而且实现了现实世界（物理空间）与虚拟世界（数字化信息空间）的互联，能够有效地支持人机交互、人与物品之间的交互、人与人之间的社会性交互。为师生提供智能化的教学环境与教学资源。
（2）利用物联网丰富实验教学
实验教学是培养学生动手能力和创新思维能力的重要教学手段，但传统的实验教学有其局限性，比如，因为存在安全性问题或者缺乏实验器材，许多实验无法让学生亲自动手做。物联网的介入能够为实验教学提供一个安全的、共享的、智能化的实验教学环境，比如，每一种实验器材都有数字化属性与使用帮助信息，当实验器材使用不当时会自动启动报警系统；实验者能够远程控制异地纳入物联网的实验器材；实验过程数据能够被实时采集并以适当的方式提供给实验者，实现实验教学的数字化、网络化与智能化。
（3）利用物联网支持教学管理
物联网能够用于学校考勤管理、学校图书管理、教学仪器设备管理、学校教育安全管理。
（4）利用物联网拓展课外教学活动
经过实地参观、观摩、实践，学生能够获得直观的体验与真实的感受。课外教学活动一直以来是激发学生学习兴趣、拓展学生知识空间与视野、培养学生科学探究能力的重要手段。