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1、無線龍物聯網工程專業實驗室建設方案ConstructionoftheIOTlaboratoryAugust2012無線龍科技集團安徽辦事處曹先操綱要1、物聯網實驗室建設需求分析（1）、物聯網技術發展趨勢（2）、辦學條件和實驗室現狀（3）、學生培養目標和就業能力2、無線龍第二代物聯網實驗室建設方案說明（1）、常規物聯網實驗室建設方案分析（2）、無線龍物聯網實驗室群整體建設架構（3）、無線龍物聯網實驗室建設方案說明3、無線龍物聯網實驗室建設案例說明（1）、公司整體客戶群介紹（2）、典型實驗室建設合作高校（3）、大學計劃推介物聯網實驗室建設需求分析物聯網技術發展趨勢物聯網技術發展趨勢之一越來越小的無2、線網絡節點和功耗4ZIGBEE傳感器網絡節點 AA電池X25X3CM 20-30微安電流WIFI GS1010傳感器網絡節點 AA電池X14X3CM 電池工作5年無線監控手表 微型電池3X3CM 平均電流10微安有源433MHZ電子標簽 CR2032鈕扣電池直徑2.2X3CM 電池工作6年123456電子藥丸 特殊微型電池小于直徑2.0X2CM 無源EPC電子標簽 無需電池直徑1.6X1.6X0.001 CM總量0.002克 物聯網傳感層越來越小的無線網絡終端節點帶來了全新的應用和市場空間牙刷也上物聯網無線網絡節點的微型化和微功耗化，加上SOC芯片大幅度降價：16位單片機MSP430G系列，價3、格下降到0.25美元，32位M0單片機，價格下降到0.5美元；無線單片機也下降到接近1美元；而且待機功耗下降到1微安以下；這樣，物聯網技術將以很快的速度，進入家電和消費電子市場，衍生出全新應用；手持，輕薄，網絡化，微功耗是主要特點和主要賣點；物聯網上的溫度計物聯網上血糖儀物聯網上的計步器越來越小的無線網絡路由節點逐步實現微功耗的能量收集運行6無線傳感器網絡路由節點承擔路由轉發任務，必須要消耗一定功率，一般設計采用外加電源供電；但是隨著路由節點功耗和體積下降，使用最新的能量收集技術，作為路由節點供電可能性逐步加大；荒漠，草原，農業環境監測，滴灌，根灌等野外傳感器網，物聯網應用將逐步實現；太陽能供4、電路由節點示意圖振動收集供電路由節點示意圖植物收集為無線網絡路由器供電，實現能量收集無線傳無線感器網絡示意圖可以監視野外環境火災報警等超高頻電子標簽（節點）微型化：推動UHFEPC技術新應用17超高頻電子標簽微型化的主要技術原因是：1、讀卡器輸出功率增加；2、標簽芯片靈敏度提高；標簽體積微型化，將帶來一系列新應用目前我們在美國實驗室測試，UHF EPC無源標簽讀寫距離已經可以達到3040米這意味著貨物識別將具有更大準確性，快捷性；將有更多的商業應用可以實現小型藥瓶名酒酒瓶放心豬肉UHF標簽小型化和微型化，為防偽應用開辟了廣闊的天地；很多體積小，價格敏感的商品將也很容易實現跟蹤和識別超高頻電子標5、簽（節點）微型化：推動UHFEPC技術新應用28長距離UHF標簽智慧公交系統UHF微型標簽可以在很遠的地方被準確讀取將大大加快智慧商業應用長距離標簽物聯網技術趨勢研究之二無線網絡覆蓋范圍越來越大9低軌道衛星數據通訊有源RFID網絡802.11SWIFI網狀網3G/4G電信網絡低軌道衛星數據通訊，物聯網連接更遙遠美國最近發射了第二代低軌道衛星；衛星接收模塊實現了微型化，容易實現全球集裝箱，交通工具實時跟蹤聯網和監控；低軌道衛星M2M油管遠程監控實例新一代低軌道衛星系統長距離有源電子標簽和網絡，擴展RFID范圍和功能11讀卡器網絡化有源標簽讀卡器和喚醒基站標簽具有網絡和定位功能長距離有源電子標簽和6、網絡：標簽結構性能和軟件12典型UHF 有源標簽硬件和協議軟件UHF 有源標簽工作距離：10-2000 m(1.2 mi)頻率：433 MHz速率：28 kbps標簽容量：數千個標簽具有 multi-hop,sensors,security,IPv6和很多功能軟件協議C語言代碼1萬行編譯后執行代碼典型8-16KB有源標簽電路板長距離有源電子標簽和網絡廣闊的應用范圍和全球市場802.11SWIFI網狀網絡無線網絡覆蓋范圍越來越大14802.11S網絡拓撲802.11S都市無線網絡802.11S車載無線網絡WI-FI網狀網實際應用舉例：智慧醫院急診室無線定位系統15802.11S路由器802.117、S路由器2輸液器標簽WIFI SOCGS1010工作人員標簽WIFI SOCGS1010病人標簽WIFI SOCGS1010143256物聯網技術趨勢研究之三無線SOC結構越來越復雜無線單片機（無線SOC）處理器內核從8位到16位，到32位，再到多處理器，結構越來越復雜；不僅實現了系統在芯片，而且實現了無線網絡在芯片；我們從分析GS1010WIFI無線單片機來看這個技術趨勢；GS1010 WI-FI無線單片機結構無線SOCGS1010單芯片實現WIFI傳感器網絡節點17輕松實現WIFI無線傳感器網絡無線SOCGS1010嵌入軟件實現WIFI傳感器網絡在芯片物聯網技術趨勢研究之四無線網絡協議棧設8、計越來越難19低功耗藍牙協議棧802.15.4ZIGBEE協議棧ZIGBEE 協議棧辦學條件和實驗室現狀物聯網專業辦學條件從2011年起，所有高校所申報的物聯網相關專業統一稱為“物聯網工程專業”。從2012年起，所有高校所申報的物聯網專業統一依托于計算機專業展開“物聯網工程專業”致力于培養從事物聯網領域的系統規劃、分析、設計、開發、實施以及技術研究方面的工程技術人才，特別是涉及相關網絡結構與通信協議、軟件體系結構與中間件、計算平臺、應用與服務的設計與開發工程技術人員。本專業的畢業生在傳感技術、自動識別技術、網絡通信、移動計算、系統工程等方面應具備扎實的理論基礎和專業知識；在計算機系統平臺、海量9、實時信息處理、應用系統開發與集成等方面有較強的設計能力，并具備良好的技術創新與工程實踐能力。國內物聯網實驗室現狀早在國家2009年提出物聯網這一新名詞之前，許多學校的通信或計算機專業就已經有了傳統的電子實驗室、單片機實驗室嵌入式實驗室等；在2009年第一批物聯網專業申報后，無線龍提出了全新的物聯網實驗箱的概念，并首次推出了多網融合包括RFID一體化的綜合實驗箱；從2010年至今，物聯網實驗箱/實驗臺已經廣泛的成為物聯網專業實驗室必不可少的實驗設備，但是實驗箱的發展已經遇到了瓶頸，除非新的技術出現，實驗箱的形式將很難有改變；物聯網專業辦學條件一般物聯網工程專業都掛靠計算機專業、通信專業、自動化專10、業或相應院系；學校只需要在原有的專業基礎課的基礎上增加物聯網方向的專業核心課；一些高職院校在沒有申請相關專業的前提下，將在原先的計算機專業，通信專業，自動化專業等的基礎上新增物聯網方向；例如智能交通、智能樓宇、智慧農業等；因為物聯網工程專業強調的是工程能力，也就是一個注重實踐的專業；無論學校開設什么樣的專業方向，無論偏重于軟件還是硬件，都需要一個能支撐整個大學教育體系的專業實驗室；國內物聯網實驗室現狀物聯網是一個多學科融合的專業，需要通信、計算機、自動化等多專業知識的融合，目前國內的實驗室缺乏一直由于價格昂貴而不被大多數學校接受的高頻微波實驗室。而這些專業的實驗室是物聯網工程專業必不可少的實驗11、室組成部分。只有伴隨著高頻微波分析設備，新的技術才會以清晰的脈絡呈現，讓學生廣泛接受。無線通信和射頻識別技術作為物聯網最關鍵的技術也是最核心的技術，當之無愧的進入了高等教育的教學體系之中，并占有相當課時；但是學校擁有專業的無線通信實驗室和射頻識別實驗室的學校卻并不多。學生培養目標和就業能力學生培養目標我們認為物聯網工程專業人才應該具備計算機專業人才的我們認為物聯網工程專業人才應該具備計算機專業人才的專業基本能力，包括計算思維能力、算法設計與分析能力、專業基本能力，包括計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與實現能力、系統能力，我們應該從物聯網的特程序設計與實現能力、系統能力，我們應該從物聯12、網的特色出發深刻認識這些能力。色出發深刻認識這些能力。1）計算思維能力簡單地說，計算思維(ComputationalThinKing，CTK)的核心是基于計算機考慮問題求解。物聯網計算模式的變革就在于物理空間與信息空間的一體化，物理世界與信息世界的整合統一。所以，物聯網工程專業人才計算思維的培養應該注意使學生充分理解物理空間與信息空間一體化，并在利用這樣的無縫連接方面具有足夠的想像力與實現能力。2）算法設計與分析能力算法是系統工作的基礎，它對計算機專業人員是非常重要的。要想成為一名優秀的計算機專業人才，其關鍵之一就是建立算法的概念，具備算法設計與分析能力。算法設計與分析能力主要指對具有相當規模13、較復雜問題的求解算法的設計與分析，研究算法的可行性和效率。算法設計與分析能力(AlgorithmDesignandAnalysis，ADA)主要包括：簡單算法的設計、復雜算法的設計、簡單算法的分析、復雜算法的分析、證明理論結果、開發程序設計問題的解、概念驗證性程序開發、確定是否有更優的解等。3）程序設計與實現能力程序設計與實現包括軟件實現和硬件上的實現,特別是當我們將問題的求解看成表示和處理過程的時候，硬件系統相關的實現也可以部分地含在程序設計與實現能力中(其他部分則含在算法設計與分析、系統分析與開發中)。程序設計與實現能力(ProgramDesignandImplementation，PD14、I)主要包括：小型程序設計、大型程序設計、系統程序設計等。4）系統能力系統能力(SystemUnderstandingandMastery，SUM)要求研究人員站在系統的全局去看問題、分析問題和解決問題，并實現系統優化。對計算機專業人員來說，無論程序是用硬件實現還是用軟件實現，其設計與實現是基礎，最終是要組成一個可以運行的系統。所以，具有一定的程序設計與實現能力后，必須提高系統能力。系統能力可以細化為認知(SUMl)、設計(SUM2)、開發(SUM3)與應用(SUM4)等方面的能力。系統認知能力主要包括：基本系統軟件使用、系統軟件構成、基本的計算機硬件系統構成、網絡系統的構成、硬件系統的性能、15、軟件系統的性能等。就業能力-物聯網工程專業就業方向物聯網的應用將深刻的改變我們的生活方式，實現在任何時刻、任何地點方便地獲得需要的任何服務。物聯網技術發展與應用拓展將會催生一大批專門從事物聯網基礎裝備生產、物聯網系統支撐平臺與中間件開發、應用開發以及服務提供企業，形成一個新興產業。本專業畢業生主要就業領域應該是從事物聯網系統支撐平臺與中間件開發、應用開發以及服務提供企業。部分人將通過繼續深造進入相關研究領域。大量物聯網應用的出現勢必伴隨著應用服務產業的產生，專科院校往往圍繞系統維護，項目工程設計、應用層軟件設計等開展教學；畢業生也將成為應用工程型人才，進入物聯網應用服務產業領域。無線龍第二代物16、聯網實驗室建設方案常規物聯網實驗室建設方案分析所謂常規的物聯網實驗室建設方案也就是目前學校廣為采用的物聯網建設方案。我們總結為：嵌入式無線以此為代表的實驗室建設方案的特點：1）嵌入式隨著嵌入式技術的不斷完善，核心嵌入式芯片性能的不斷提升，實驗箱/實驗臺也隨之升級換代。由STM32，S3C2440到S3C6410，Cortex-A8技術在不斷更新，隨之而來的實驗內容和資源也越來越豐富2）無線技術無線技術的更新也是日新月異，其發展的速度可以說只有想不到沒有做不到。許多的新技術正成為老技術，許多的老技術又發展成為新技術。隨著藍牙4.0，ZigBee Pro，IEEE802.1-2012無線技術無線的17、功能越來越智能化，覆蓋范圍也越來越廣；所以常規的實驗室建設方案仍是以實驗箱為主，只是不斷的更新技術，升級換代無線龍是這個解決方案的創始者無線龍也一直是這個解決方案的佼佼者,我們所采用的多種無線通信方式融合的概念至今仍在業界領先；右圖為此方案的主要設備：感知RF-2多網融合實驗平臺；它采用了最新的CC2530(ZigBee）、CC2540(BLE)、GS101x（Wi-Fi）、WCDMA、RFID（HF、UHF)嵌入式方面也采用了目前熱門的S3C6410，Cortex-A8技術，采用多種操作系統感知RF-2 SensorRF-2無線龍物聯網實驗室群整體建設架構根據物聯網工程專業高度集成、學科復雜18、交叉、綜合應用范圍廣的技術特征和寬口徑、厚基礎、重實踐、求創新的培養模式，我們把新一代的實驗室建設方案稱為：物聯網實驗室群物聯網實驗室群我們把這個方案稱為我們第二代實驗室解決方案我們把這個方案稱為我們第二代實驗室解決方案the IOT lab construction solution generation 2無線龍物聯網實驗室群整體建設架構第二代實驗室群解決方案更人性化的貼近教學，以教學體系結構合理的設置實驗室，讓各實驗室設備能更好支撐教學無線龍物聯網實驗室建設方案說明和和第一代教學方案不同，第二代教學方案不僅僅將物聯網技術課程和電子信息，通信，自動化，計算機，傳感器，高頻微波電路等基礎課程19、進行了垂直知識融合和交叉，實現了這些基礎課程和物聯網專業課程的有機整合，融會貫通，而且將物聯網基礎課程，主干課程，專業課程，實訓實踐進行了垂直組合和完整的交互融合。第第2代教學和實驗方案全面實現的儀器化教學，無論是涉及模擬電路，數字電路，還是高頻電路，無線網絡技術，從時域到頻域，從波形到頻譜，從信號到空中協議包裝，全部采用物聯網分析儀實現直觀化和可視化教學，信號和頻率范圍覆蓋到高達2.7GHZ的廣闊頻譜空間和覆蓋ZigBee，RF4CE,6LoWPAN多種主流無線傳感器網絡協議。第二代教學方案的核心-物聯網綜合分析儀由于采用了無線龍科技集團分別在美國和中國注冊專利技術，物聯網分析儀不僅僅實現了20、過去需要配備昂貴高頻微波通用測試儀器才能實現的物聯網技術教學和開發需要和過去需要配備大量通用電子儀器才能完成的相關教學實驗功能，而且配置需要的價格大幅度降低，使任何高校和職業學校可以實現批量配置和裝備（建議每個教學班配備15臺，可以供30個學生同時進行各種物聯網課程實驗和實踐實訓）。嵌入式電腦化設計，多點電容觸摸屏幕操作，12英寸彩色高分辨率屏幕，專業儀器鍵盤和滾輪，容易操作和使用，內置固態硬盤SSD，軟件方便升級更新。內置RF頻譜分析儀/RF信號發生儀/無線傳感器網絡空中協議多通道專業分析儀等功能，具有基本型、增強型和專業型不同配置，并可以靈活升級擴展。同時集成專業微功耗分析儀四大教學實驗功21、能模塊。物聯網綜合分析儀物聯網綜合分析儀-IOTA-1100-SG為什么要采用物聯網綜合分析儀以實驗箱為主的常規（第一代）實驗室建設方案有一個普遍的特點：學生做實驗只能簡單的完成實驗現象，并不能理解實驗的本質。這就需要一個可視化的儀器來解釋每個實驗的原理。老師在實驗/理論教學中也需要用一些數據來表現教學內容，同樣可以用物聯網綜合分析儀直觀的將枯燥的理論，變為生動的可視化圖形展示給學生。物聯網綜合分析儀能貫穿于整個四年的大學教育中，無縫的結合現有實驗室解決方案，它能使教學和實驗的層次更深入更透徹。物聯網綜合分析儀同樣能幫助教師和學生在物聯網工程項目設計中全面突破，助力物聯網工程技術創新。無線龍應22、用實訓實驗室智能家居實訓室可視對講智能家居智能安防家庭影音綜合控制手機、電話，控制終端遠程控制所有的燈和電器；智能家電控制家電總動員，智能升級！智能照明讓燈光成為藝術，夢幻燈光，隨心創造！無線遙控使用一個遙控器，實現遙控所有的燈和電器；輕按場景按鈕，實現“會客”、“就餐”、“影院”等燈光和電器的組合場景。場景控制夢幻場景，一觸而就。輕觸演示廳門口的“回家”鍵，預設開啟的燈和電器就自動開啟；輕觸“就餐”鍵，就餐的燈光和電器組合場景即刻出現；輕觸“影院”鍵，燈光和電器組合場景隨之出現；能耗管理廳內所有電器、水、燃氣通過數據采集終端，無線網絡，實現無線抄表、管理功能，并通過控制臺、PDA可視化管理；23、門窗控制：智能多一點，生活更通透智能安防：放心工作，安心生活，忠誠管家，時刻守護！智能物流實訓室實訓室設置簡介對于智能物流實驗教學的內容，我們認為，因為物流自動化技術是現代信息工程學科、自動控制學科的一個分支，是物流工程學科的一個重要研究方向；而物流自動化系統又是現代物流系統的重要組成部分，是現代物流裝備、計算機及其網絡信息系統、信息識別和信息管理系統、智能控制系統的有機集成。它以自動化、信息化技術為基礎，以機電一體化設備為核心，其目的是為了擴大物流作業能力、提高勞動生產率、減少物流作業差錯，從而使企業能夠獲取更大的利潤、增強其核心競爭力。基于現代物流網技術的物流自動化實驗教學系統的教學內容擬24、將以系統論、信息論和控制論為理論基礎，以第三方物流為核心的供應鏈物流系統為主要教學、研究對象，以計算機、網絡通信、自動控制和機電一體化等集成技術為工具，以提高供應鏈物流系統運行效率和可靠性為目標，對物流系統的分析、集成、設計、控制、調試和優化等內容進行教學和研究。立體而動態地展示和反映物流自動化系統的基本架構、集成原理、關鍵技術及其設計、調試的方法等。系統平面示意圖如下圖所示：智能農業實訓室軟件界面無線龍物聯網實驗室建設案例說明無線龍集團整體客戶群介紹無線龍集團自2003年成立9年來以孜孜不倦的對新技術的探求，始終保持著技術的領先和對行業的清晰認識。我們在教育行業的市場占有率達到70%，很多學25、校都用過我們的產品，小到模塊，大到物聯網應用項目的合作，我們和高校的合作無處不在。在本科段：2009年，我們和承擔了擁有國內第一所物聯網工程學院的江南大學的實驗室建設項目，并且將合作狀態一直保持至今2010年，我們和首批物聯網工程專業獲批學校合肥工業大學結成戰略合作關系，將校企合作的方式一直保持至今2011年，我們和安徽大學結成戰略合作關系，公司良好的信譽讓我們和各個重點高校的合作親密無間在專科段：2009年，我們與全國示范高職：無錫職業技術學院結成校企合作關系，與學校共同完成了實驗實訓臺的研發；2010年，我們主導了福建省示范高職福州職業技術學院的實驗室建設項目2011年，我們主導了嘉興職業26、技術學院物聯網實驗室和實訓室建設項目2012年，我們主導了浙江經濟職業技術學院物聯網實驗室和實訓室建設項目自2009年起，我們全國各個分公司已經和全國200多所高職院校達成合作，我們提供的個性化定制服務廣受用戶好評典型實驗室建設合作高校案例江南大學物聯網實驗室案例主要配置：設備設備數量數量IOTA-11005SensorRF-230SensorRF-91230DreamRF-MC1322430DreamRF-CC253030物流檢點系統1創新RF-105精確定位系統2TRF796030江南大學物聯網工程學院實驗室合肥工業大學實驗室配置：設備設備數量數量BasicRF-15BasicRF-25S27、ensorRF-9B9610DA10020CC253010CCdebugger5無線龍-合肥工業大學聯合掛牌實驗室嘉興職業技術學院實訓室設備設備數量數量智能家居實訓平臺25RFID讀寫設備25泰州畜牧職業技術學院設備設備數量數量智能家居實訓中心1RFID讀寫設備25大學計劃TI-無線龍大學計劃的合作伙伴有：合肥工業大學、西南交通大學等；大學計劃的內容多種多樣，例如我們和合肥工業大學的大學計劃合作包括了實驗設備的贈送，校企項目合作項目的開展，校外實訓基地的建立等；我們和西南交通大學的合作包括了實驗設備的贈送，教材聯合編寫和項目合作等；大學計劃大學計劃贈送的設備包括：基礎基礎RF-1實驗箱實驗箱基礎基礎RF-2實驗箱實驗箱C51RF-CC2430-PKC51RF-CC2530-PKCC430-PKCC2540-PKTRF7960感知RF-9B96