物联网基本工作原理(6篇)

物联网基本工作原理篇1

【关键词】窄带；物联网技术；市场趋势

一、窄带物联网发展背景

窄带物联网的发展前景，其实试下各种信息传感需求的背景之下发展起来的，对于接入互联网的人与物之间的智能互联，实际上从2000年左右，人们就已经开始了对于其技术飞跃的不懈追求。我国工信部的《关于全面推进移动物联网（NB-IoT）建设发展的通知》，是我国目前对于窄带物联网连接技术的准备基础。NB-IoT的具体应用场景包括：公共事业应用场景、工业领域、农业领域、消费领域等。这种低耗能、广泛连接领域的物联网连接技术，是在目前全国广域范围内的物联网要求能够实现覆盖能力、节能性、安全性、标准性、服务质量、建网方便程度、生态系统和应用范围等方面超越其他技术的前提下发展起来的，NB-IoT势必成为未来广域物联网的主流通信技术。

二、窄带物联网基本原理和关键技术

在外物互联的大趋势之下，物联网和窄带连接技术已经开始了逐渐的普及，其工作和连接原理也逐渐为人们所熟知，目前，物联网技术拥有非常显著的商业价值，因此也得到了很多企业的高度重视。窄带物联网技术的突破性进展进展，是建立在面向长距离、低速率、低功耗和多终端业务的技术基础之上开发研究的，其基础原理是基于窄带技术标准的快速处理协议的接入基础之上进行的。窄带物联网其实是一个基于物联通讯技术的技术，利用高速率的视频监控技术，将中速率的智能数据传输和连接终端，实现至少约物联网连接占三分之二的连接需求。窄带物联网的关键技术，主要是在未来网络的组网中进行彻底的融合，将蕾丝于物体潜入窄带的数据卡，实现集合的通讯模块的功能。比较有难度的就是其协议需要实现速率的合理选择，在基站的建设上需要支持电话和微信的高带宽需求，同时也要支持物联的频谱资源应用。从技术层面看，解决物联网的覆盖深度，也是需要能够借助基站，使用单电池的多年应用，甚至可以达到5-10年的应用，是能够有效解决窄带物联网成本的终端需求。目前我们能够看到的量产规模是有限的，能够解决模组价格的技术成本，可以考虑监控通信终端的设置，并且结合纳入升级和试点的标准。

三、市场趋势

今后做窄带物联网已经可以不再需要复杂的组网过程，可以通过在融合整体的移动通信技术的过程中，建设更加能够适应多元化连接的网络。也就是说，组合一个更加具有广域特点的局域网，就可以有使用基站的覆盖房难喝角度，解决更多的功能性问题。选择巨大基数的来按揭终端喝数量级别，建立使用于多个窄屏的接入终端。在窄带物联网的扇区设置中，我们可以安排十万个物联终端进行连接，最需要解决的就是确实需要并且能够接入数量的问题，这个精确的技术属性确定，是未来物联网技术所需要做到的实际工作内容之一。在进行窄带物联网开发的过程中，最有市场前景的就是产业链的两头，对于设备制造和模块的通信增长，可以带来潜在的经济利润。另外，在平台运营的运营商而言，构建完善的支撑系统来帮助用户进行智能化管理，在对于物联中戴安的爆发式增长的时候，选择合理的计费和统计方式，就可以对网络发展带来更好的商机。

四、结束语

窄带物联网的发展已经开始逐渐接入到了人们的生活之中，这种具有更低成本的网络连接技术，已经潜移默化的增加了流量利用的空间，不仅为客户提供了更多的连接可能，而且还可以为物联网的运营商带来更多的计费模式，窄带物联网是可以未来万物互联时代给人们带来个性化连接服务的基础，而且可以为客户节省不必要的连接成本，从而必然具有更加广阔的市场发展前景。研究窄带物联网的技术基础，实际上就是希望能够结合更多盈利模式，为市场发展和不同客户提供服务、并促进运营商获利的双赢过程。

参考文献

[1]许剑剑,梅杰,ZulfiqarHussainPathan,曾剑秋.物联网发展驱动因素分析与前景初探[J].北京邮电大学学报(社会科学版),2016,(06):52-57.

[2]廖睿祺.思科物联网业务营销策略研究[D].大连理工大学,2016.

[3]苏美文.物联网产业发展的理论分析与对策研究[D].吉林大学,2015.

物联网基本工作原理篇2

关键词：物联网工程；人才培养方案；课程体系设置

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）26-0135-02

物联网利用射频识别、无线传感器网络等技术来感知数据、传输数据并处理数据，它延伸了互联网端系统，扩展了互联网服务功能，是战略性新兴产业。我国政府、科研机构、教育界和产业界高度关注物联网技术的发展：政府提出了基于物联网的“感知中国”的发展战略；科研机构展开了物联网协议标准研究，取得了一定的话语权；教育部在2010年3月，《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》，各高校积极响应，申报物联网相关专业，2010年全国有20多所不同层次的高校获批物联网工程专业或物联网技术专业，随后，不断有高校获批了物联网工程专业。

物联网工程专业是新专业，各高校在建设物联网工程本科专业时，课程体系的设计在国内外无先例可以借鉴，因此各个高校物联网工程人才培养模式有较大区别：有的依托学校优势学科构建人才培养模式；有的人才培养模式与行业相结合；有的是校企合作的卓越工程师人才培养模式。我校于2014年获批物联网工程专业，并于2014年秋季开始招生，如何制定符合我校特色的人才培养方案是个值得探究的问题。

1人才培养目标

1.1培养目标定位

自2010年起至今，获批物联网工程专业的高校层次各不相同，有985、211研究性大

学，也有科研教学并重型大学，还有以职业教育为主的高职高专。不同层次的高校为市场培养不同层次的人才，这些人才大致可以分为三类：研究性、应用型和技能型。研究型人才主要从事物联网协议研究和标准制定，应用型人才主要从事与行业相关的系统集成等工作，技能型人才主要从事系统维护与运营等工作。我校作为地方院校，以培养应用型人才为主，将物联网工程专业定位为工程应用型专业。

1.2人才培养目标

本专业培养德、智、体全面发展，具有良好的科学素养和人文知识背景，较系统地掌握计算机科学与技术、物联网工程的基本理论和基本知识，具有较强的实践应用能力与知识创新能力，能够从事智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业的系统集成与物联网协议开发工作，具有较强实践动手能力的应用型高级工程技术人才。

1.3业务培养要求

根据专业定位和人才培养目标，业务培养要求包括素质、知识和能力三方面：

1）基本素质：具备良好的思想道德修养、健康的心理素质和人文知识素养，具有较强的自信心、进取心、事业心和社会责任感，具备敬业精神、团队精神、创新创业精神。

2）知识结构：具备一定的人文社会科学与自然科学等方面的基本知识，较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，掌握C语言程序设计、数据结构、计算机网络、射频识别技术、嵌入式系统、无线传感器网络、物联网原理与应用、操作系统、传感器与检测技术、密码学基础等基本理论、基础知识和实验技能，具有本专业领域内物联网工程专业知识与技能，了解物联网工程相关学科和技术的理论前沿、应用前景和最新发展动态。

3）能力结构：具有较强的学习能力、沟通协调能力、社会适应能力、语言和文字表达能力，掌握一门外语，具备计算机基础应用能力和使用文献检索工具能力，具有较好的物联网工程系统分析、系统集成、系统设计及系统维护方面的工程能力，具有较强的动手能力、社会实践能力，具有从事本专业业务工作的能力和适应相邻专业业务工作的基本能力。

2课程体系设置

2.1课程体系设置需要考虑的因素

物联网工程专业课程体系设置必须考虑其人才培养目标、其隶属的学科门类、市场对人才的需求和结合本校实际形成的专业特色。

我校物联网工程专业定位为工程应用型专业，则课程体系设置时应紧紧围绕专业人才培养目标，从基本素质、知识结构和能力结构对学生进行业务培养，处理好理论教学与实践教学之间的关系，适度提高实践教学比例，进一步地提高学生的动手能力。

物联网工程隶属计算机学科门类，其课程体系设置要依托计算机类的学科基础。有人认为物联网是涉及计算机技术、通信技术、传感技术、网络技术、电子技术等多项知识的交叉学科，在制定课程设置方案时面面俱到，过于求全，结果导致每门课程学时过少，知识杂乱，课程貌似全面，实则只能蜻蜓点水，这样的课程体系培养出来的学生必定是博而不精，广而不专。也有人认为物联网是新技术，在做课程体系设置时脱离计算机学科门类，弄出一套冠有物联网名字的课程，结果导致在课程体系实施过程中出现师资跟不上，教材不配套，实践课程开设困难等问题。

任何专业培养的人才最终是要面向市场的，物联网工程专业也不例外。这就要求在课程体系设置之前，要深入企业、科研院所、产业部门做调研，充分了解市场需求，根据就业岗位的能力要求，设计出满足市场需求、贴合科研与行业实际的课程体系。

物联网工程专业是新专业，也是与行业契合度很高的专业，课程体系的设置可以根据各高校的实际情况，与高校的优势学科相结合，设置具有本校特点的课程，培养在某一行业更专的物联网人才。

2.2物联网工程课程体系设置

根据课程体系设置需要考虑的几个因素，结合我校的实际情况，我校物联网工程专业课程体系设置以培养工程型应用型人才为主，依托计算机学科门类，厚基础，重实践，紧跟市场，突出特色。

课程体系由通识教育课程、学科基础课程、专业课程及实践教学课程四个模块构成，课程学时学分统计见表1。

通识教育课程主要有高等数学、大学英语、体育、思想道德修养与法律基础、中国近现代史纲要、思想和中国特色社会主义理论体系概论、马克思主义基本原理概论、形势与政策、人文素质教育、心理健康教育、职业发展规划、大学艺术和就业指导等课程。

学科基础课程主要有计算机学科概论、C语言程序设计、大学物理、大学物理实验、线性代数、面向对象可视化编程、离散数学、电子技术基础、电子技术基础实验、概率论与数理统计、算法与数据结构等课程。

专业必须课程有计算机网络、操作系统原理、计算机组成与系统结构、密码学基础、传感器原理及应用、传感器网络、嵌入式系统设计与应用、RFID原理及应用、TCP/IP协议分析、物联网原理与应用等。

另外还开设了12门集中教学实践课程，实践教学环节占总学时比例为36.1%，可以很好地提高学生的实践动手能力。

我校是学科门类齐全的综合性大学，石油和农学是我校的优势学科，为了更好地将物联网工程专业与我校的优势学科相结合，培养出具有我校特色的物联网工程人才，在课程设置中，安排了行业知识讲座，使物联网工程的学生能够了解石油行业和农业的基本知识、为以后从事智慧石油和智能农业打基础。

3结语

物联网工程专业是战略性新兴产业相关专业，人才培养方案地制定是专业建设和发展的依据，科学合理、切实可行的人才培养方案是为行业输送可用人才的保障，探讨物联网工程专业人才培养方案，以期与各兄弟院校互相学习，共同进步。

参考文献：

[1]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010，10（21）：26-28.

物联网基本工作原理篇3

关键词：物联网专业；课程体系；培养方案；实验实践设计

1背景

无锡是国务院批准建立的物联网“感知中国”中心，同时也是国家物联网创新示范区。物联网行业是当前最热门、最具竞争力的产业，社会对该专业技术人才的需求十分旺盛。物联网专业培养的学生知识面广、基础扎实、适应性强，具有广阔的就业前景和良好的发展潜力。

在与物联网相关的行业企业中，从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器以及信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等发展强劲。

物联网产业的发展已经写进了政府工作报告中，物联网人才高校培养工作也得到国家大力支持，但是作为一个发展初见端倪的新兴产业，物联网各个环节的发展尚不成熟，人才领域划分和培养方向尚不明朗。在这样的背景下建设高校物联网及相关专业，给全国的高校带来了巨大的挑战。

江南大学作为首批获建物联网工程专业的学校，于2010年6月成立了全国第一个实体建制的物联网工程学院，成为全国建设物联网工程学院和专业的领头羊。江南大学在已有自动化和计算机国家特色与江苏省品牌专业建设成果的基础上，获得国家特色专业建设点、教育部物联网综合建设示范基地、物联网应用技术教育部工程中心等平台，将依托学校生物工程、食品工程、纺织工程等优势学科，彰显轻工特色，采用国际创新型工程教育模式，按照教育部卓越工程师教育培养计划理念，以学生能力培养为目标，培养物联网工程专业的创新、创业人才，力争把江南大学物联网工程专业建设成在全国同类行业院校中处于领先地位、特色鲜明、示范作用强的本科专业，成为轻工行业的高素质应用型人才的培养基地。

2国内外高校相关专业情况

物联网专业作为一个全新学科，受到教育部和各高校的高度重视。截至2010年3月，全国已有700多所高等院系向教育部提交了增设物联网等相关专业的申请，2010年底包括江南大学在内的34所高校首次获批建设物联网工程专业，2011年更有包括高职大专在内的多所学校开始建立物联网工程专业。

江南大学物联网工程学院是国内建立的第一个实体学院，其物联网工程专业现为国家特色专业建设点，无锡市重点扶持专业。经过两年多的发展，该专业建设思路逐渐清晰，课程体系和实验规划已具雏形，并为众多兄弟院校提供示范。

以物联网为代表的新一代信息产业发展迅猛，无锡领全国之先，最早开始发展物联网信息产业。随着物联网学院的不断壮大，学院改变了原有多学科多专业的划分模式，新成立了自动化系、计算机科学与技术系、信息技术系和传感技术系4个系（见图1），在巩固物联网特色的基础上创新优势，完善了学院内部构架，实现了行政与学术的交融。

目前，物联网相关项目从国家到地方的投入都很大，并配有工信部、发改委等物联网专项，极大推动了政产学研紧密结合，产业化得到大力发展。同时，物联网技术发展很快，涉及多种网络技术，不同网络各有特点，适用于不同的应用环境。所以，教学大纲要求学生掌握多种基础网络技术（3G、GPRS/蓝牙、WIFI、ZIGBEE、专用网络等）和网络问路由与数据处理、无线有线网关设计等新技术，在人才培养上也加大了传感器应用、多网络融合以及云计算方面的培养力度。

3人才培养模式与课程体系设置

按照国际创新型工程教育模式，学院改革现有专业培养方案，并注重工程实践能力的培养，加强学生创新、创业能力的培养。学生培养具有如下特色：有较扎实的通信、控制和计算机（Communication+Control+Computer，3C）专业基础知识和基本技能；具有独立分析、设计物联网系统的工程能力；独立开展物联网相关项目的设计和研发能力；应用性强，直接面向工程，为国家和地方输送专业人才。

本专业培养从事物联网领域的系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的高级工程技术人才，培养的学生德智体全面发展，知识结构合理，具备扎实的电子技术、传感技术、通信网络理论、信息处理技术、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统的分析与设计等专门知识和技能，具有一定的人文社科、经济管理等方面的综合素质，具备在本专业领域跟踪新理论、新知识和新技术的能力以及较强的创新实践能力。

学生在四年的学习中，一二年级打好扎实的基础，三年级结合所学专业课接触专业应用背景，进入创新基地开展小型课题研发，四年级跟随专业导师构思综合课题，并结合毕业设计开展创新性应用课题研发。物联网专业教学大纲分为6个模块：

1）通识教育课程。

根据学校的统一部署，思想政治理论课根据、教育部文件精神进行安排；大学英语实行分级教学，共分四级；数学物理类课程按照机电类专业要求开设高等数学Ⅰ、线性代数Ⅰ、概率论与数理统计Ⅰ、复变函数与积分变换、大学物理Ⅰ和大学物理实验。

2）学科平台课程。

开设了机电类基础课程工程制图1、程序设计基础C；根据建立物联网学院相近专业公用大平台原则，由电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、电子技术实验、微机原理及接口技术、信号与系统、软件技术基础和物联网技术导论几门课程组成全院大平台课程。同时，结合相近的传感网、通信工程和电子信息工程等专业的共性要求，开设了数字信号处理和传感器技术。

3）专业核心课程。

突出体现了物联网专业重点要求的感知层、网络层和应用层3个层次的核心课程，包括传感层的嵌入式系统、无线射频识别技术与应用、检测技术与智能系统、网络层的传感器网络原理及应用、通信原理、控制技术及应用、应用层相关的算法设计以及计算机组成原理等课程。

4）专业选修课程。

在专业核心课程的基础上，确定了几个模块的选修课，要求选修合计不少于28学分，即448学时，整个物联网课程架构以及组织体系见图2。

对于本专业应该了解的计算机技术、通信原理、信号与系统、控制技术和学科前沿进展专题，作为必选课供学生选修，为学生打下较扎实的理论基础，共12学分。

第六学期的计算机网络、面向对象程序设计、移动通信技术和现代物流技术课程组成第一个任选模块，突出物联网专业在网络层的知识的加强，进一步开展网络协议、定位技术和机器学习等知识的教学；第七学期上半学期的物联网体系与标准、物联网中间件技术、M2M技术概论和物品信息制作与识别技术等课程组成第二个任选模块，突出物联网专业在感知层知识的加强，要求任选不少于6学分；第七学期下半学期的工程数据库设计与应用、信息系统集成技术与应用、多网融合系统设计与应用、物联网系统分析与设计等课程为校企共建课程，重点在物联网专业的工程应用方面展开，培养了学生的工程实践能力，要求任选不少于4学分。

5）集中性实践环节。

主要由4部分组成，对于所有IT类学生必备的金工实习、电子工艺实习、电子设计CAD和电子技术课程设计构成第1部分；培养物联网专业学生专业实践能力的算法分析课程设计、软件编程课程设计、嵌入式系统课程设计和物联网应用课程设计构成第2部分；培养学生工程实践能力的企业认知实习、物联网项目工程设计和多网融合系统设计与应用构成第3部分，这一部分与企业共建；培养本科学生综合实践能力的毕业实习和毕业设计构成第4部分，这一部分为校企共建。

6）素质教育课程。

按照江南大学本科生素质学分管理办法等有关规定，开设军事理论、军训、形势与政策、社会实践等素质教育课程，共计13学分。本专业的培养方案本着“卓越工程师”目标设置，重点突出工程应用背景。在方案设置中，我们引入CDIO理念，以工程教育背景设置教学计划。在第6学期的13-21周，学生将被安排在企业培养，进行物联网项目工程设计，工程设计的进行方式将参考CDIO模式进行。在第7学期，继续加强学生理论与实践的结合能力的培养，课程的设置专门引入了校企共建课程共4个学分的选修课程，且开设了多网融合系统设计与应用实践环节，用于提升学生的工程实践能力。第8学期所有的教学培养将在企业进行，即教学计划学期为2.5（基础学习）+0.5（企业实习）+0.5（专业学习）+0.5（校企项目研发），累计有1学年的培养由校企共同完成，最终实现教育部重点推出的“卓越工程师”计划。

4物联网工程专业本科人才培养新方案的特色

物联网工程专业培养方案以模块化的方式组织，突出了工科本科学生在通识教育和素质教育方面应掌握的知识；学科平台和专业核心课程构成了物联网专业学生最核心基础知识的培养；专业选修和集中性实践环节则突出了物联网专业的应用性能力要求。

结合国际先进教学理念和卓越工程师教学培养精神，引入CDIO理念，在培养方案中突出了工程培养理念。第6学期16-21周的培养在企业进行，由校企联合培养，以企业的实际工程背景进行针对性的物联网项目工程设计；同时，在第7学期所开设的第3个任选模块是校企联合培养方式，根据工程实际安排教学课程内容，由企业副高以上职称的企业老师和高校教师联合授课，形成“理论学习+专业学习+CDIO实践+企业实践”培养模式，打通理论与实践教学培养通道。

4.1专业特色课程设置

1）无线传感器网络技术。

该课程围绕传感器技术原理、数据调制和通信原理、IEEE802.15.4通信协议标准、网络结构和拓扑控制、微功耗节点和网关、时钟同步技术、无线定位技术和算法、网络协议分析、中间件和数据库技术、路由算法和加密安全等技术展开。

2）短距离通信与嵌入式网络。

该课程是物联网的基础，应该包括电磁波理论、无线通信加密理论、短距离无线通信标准、通信质量分析、MAC算法设计、数字调制和解调、嵌入式操作系统、简单网络协议栈结构、网络中继和转发等。

3）无线射频识别技术。

该课程包括高频电路、数据通信基础、频谱资源和管理、协议标准体系、防碰撞技术、标签和读卡器设计、数据库和WebService等技术。

4）物联网系统集成技术。

该课程结合应用背景，从物联网工程角度出发，按照感知、传输和应用3大层次展开物联网系统集成技术的讲述。课程内容包括：硬件系统集成、软件系统集成、软件工程设计方法、接口技术、总线技术、系统优化等技术。

4.2专业特色实践

针对物联网专业面向应用的特点，其实验和实践一般可以按照认知实验、验证实验和综合实践逐级深化规模、不断复杂，最终设计和实现一个有创意的智能系统。

1）应用认知实验。

该实验结合各种物联网典型应用，按照物联网体系架构组织可视化强的特点进行实验。学生从中体验物联网概念和技术，激发学习兴趣。

2）专业实验。

该实验体系分为无线传感网（WSN）实验、无线射频识别（RFID）实验、嵌人式和短距离通信网络实验等。

3）综合应用创新实验。

学生可以根据自己的创意，进行系统设计，提出技术路线和实现手段，利用实验室多种模块组合搭建系统，实现预期功能。

物联网基本工作原理篇4

【项目来源】黑龙江省教育厅高职高专院校科研项目；项目名称：高职高专物联网专业人才培养方案的研究；项目编号：12515157

物联网（InternetofThings，IOT）是指通过射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网概念的引入，把互联网的应用延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。物联网是继计算机互联网与移动通信网络之后的又一次信息产业革命。

物联网概念是1999年由麻省理工学院自动标识中心（MITAutoIDCenter）提出的。2005年，国际电信联盟（ITU）了一份题为《TheInternetofThings》的年度报告，正式将“物联网”命名为“theInternetofThings”。2009年8月，总理考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心，明确要求尽快建立中国的传感信息中心，也就是“感知中国”中心。笔者从微控制器应用到ARM&Linux嵌入式系统，又回归到微控制器的研究教学，亲历近30年国内嵌入式应用的发展历程。下面就物联网工程专业、物联网课程体系和物联网实践3方面介绍国内现阶段的情况，望和大家一起探讨。

在教育部首批战略性新兴产业相关本科新专业中，物联网相关专业就有700多所学校申报，最终28家IOT、5家WSN获批，共33所高校。其中70%设在计算机学院。在2011年3月28日又批了第二批27所高校的物联网专业，这样全国现共有62所高校开设物联网专业。

物联网网络架构由感知层、网络层、应用层组成。计算机学院在物联网技术的网络层和应用层领域具有很好的研究基础，而感知层更多依赖的是软硬件结合的嵌入式系统技术。物联网的传感器接口、RFID读写都涉及嵌入式技术，但实际上新技术含量很少，可看作是一个新袋子。

物联网主要涵盖RFID（>5.5）、无线传感器网络（>8.5）、M2M智能手机（

物联网基本工作原理篇5

（三峡大学计算机与信息学院，湖北宜昌443000）

摘要：根据当前物联网产业人才的需求情况，分析地方本科院校物联网工程专业人才的培养目标，提出一种面向创新的人才培养模式，即通过系统化的实训提高人才培养质量。

关键词：物联网；实训；创新；人才培养模式

基金项目：湖北省教研项目“地方高校IT类专业创新性人才培养实训教学体系的建立与实践”；三峡大学教研项目“基于项目驱动的物联网实训教学模式研究与实践”。

第一作者简介：田卫新，男，副教授，研究方向为物联网应用与大数据挖掘，t_wxin@126.com。

1背景

物联网工程是一门典型的交叉学科，涉及计算机科学、电子信息工程、通信工程等多门专业的核心知识。物联网技术以传感器、射频识别、嵌入式系统、计算机网络、无线通信技术、分布式系统及大数据处理等技术为基础，对监控对象实现声音、图像、环境、位置等信号的采集，进行各种距离上的信息传输，对信息进行处理、实时控制以及对过程中积累的海量数据进行分析挖掘，最终实现对各种受控对象的智能感知和管理。物联网技术是实现智慧地球的基础，和云计算技术一起被认为是未来IT技术的两大发展方向，蕴含着巨大的产业价值。当前，世界上主要发达国家和经济体都制定了物联网发展计划：美国提出了“智慧地球”的概念，奥巴马政府将物联网列为振兴经济的两大重点产业之一，计划投资新一代的智慧型基础设施；欧盟了欧洲物联网行动计划，提出欧盟政府要加强物联网管理，促进物联网发展；日本、韩国分别提出了各自的物联网发展计划U-Japan和U-Korea，建设本国的物联网基础设施，发展物联网产业。中国的物联网经过几年的发展，产业布局已经走在世界前列，物联网被列为国家五大战略新兴产业之一，建立了以“感知中国”为核心的物联网技术研究和应用开发产业链，《信息产业科技发展“十一五”规划和2022年中长期规划纲要》将物物通信（Machine-to-Machine，M2M）相关产业纳入国家重点扶持项目，《国家中长期科学与技术发展规划（2006—2022年）》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将“传感网”列入重点研究项目。据《2014—2018年中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》数据表明，2010年物联网在安防、交通、电力和物流领域的市场规模分别为600亿元、300亿元、280亿元和150亿元，2013年中国物联网产业市场规模达到4000多亿元，而且预计今后几年内每年都会以二位数的百分比增长。

为了适应物联网战略新型产业快速发展的需求，避免形成物联网产业人才瓶颈，国家在2010年批准设立物联网工程专业，至今已有千余所高校开设了该专业。在规模增大的情况下，如何提高物联网专业人才培养质量成为一个迫切问题。由于开设时间较短，当前物联网工程在专业建设方面尚处于探索阶段，教学内容主要由各开设高校根据教育部制定的培养目标自行设计，没有形成统一的标准，在培养模式上没有成熟的经验。

2物联网工程产业人才需求分析

物联网是随着IT技术逐渐发展成熟而出现的继互联网之后又一具有巨大影响的新事物。在各国政府的重视和大力投入下，物联网产业在最近几年得到蓬勃发展。当前国内物联网产业规模已达到数千亿元，相关产业链基本形成，涉及的行业门类日趋广泛，物联网专业的人才需求也随之增大。据统计，全国物联网产业人才需求每年约20万左右，物联网产业发达地区，物联网专业人才需求已经超过传统用人大户。从行业来看，当前物联网人才需求集中在智能交通、环境监测、远程医疗、公共安全、智能家居以及智能农业等方面。从人才需求类型来看，主要分为研究型人才、技术应用型人才以及服务辅助型人才。具体技能要求为：对研究型人才，要求其了解物联网相关政策，有能力制定行业标准、产品规划、系统评测等工作；对技术应用型人才，要求其具备物联网技术设计、产品研发维护等技能；对服务辅助型人才，要求其具备物联网相关产品销售、推广普及、专题讲座以及技术培训等方面的技能。技术应用型人才根据其所处产业链位置不同，在技能要求上又可细分为3类：①感知技术，通过多种传感器、RFID、二维码、定位、地理识别系统、多媒体信息等数据采集技术，实现外部世界信息的感知和识别；②网络技术，通过广泛的互联技术，实现感知信息高可靠性、高安全性传送，要求掌握各种传输技术、交换技术、组网技术、网关技术等；③应用技术，通过应用中间件提供跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同及共享功能，要求掌握数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息呈现、服务体系架构、软件和算法技术等。以上分析可以看出，物联网工程专业人才要求具有知识面广、综合性能力强、创新能力强等特点，高校只有对物联网工程专业人才培养目标有明确的定位，才能更好地为物联网产业发展提供人才保障。

3物联网工程专业平台建设

地方性本科院校由于在教学资源、影响力等方面同985、211高校具有一定的差距，在物联网专业人才培养目标上不能片面追求同国内一流高校看齐，应该结合高校自身在地方和行业领域方面的特色，强化优势，提高人才在专业知识和技能方面同国内一流高校之间的互补性。

基于上述考虑，三峡大学在建设物联网工程专业时将目标定位为培养技术应用型人才，专业建设原则是充分利用原有计算机专业教育资源，发挥自身教学积累和师资优势，具有比较鲜明的计算机特色。人才培养知识结构定位以掌握物联网应用层和网络层相关工程技术为重点，面向物联网产业链中的物联网需求分析、网络规划、系统集成以及应用开发等领域，培养掌握各类传感器接口技术、嵌入式系统、数据传输网络原理及组网技术、信息系统分析设计、移动终端程序设计、Web程序设计等物联网工程核心知识的、具有一定创新能力的复合型人才。

3.1课程体系

围绕物联网工程专业人才培养导向及目标，按照本科课程类别，建立功能明确、主次分明的课程体系是人才培养质量的重要保障。课程按照关联性纵向划分成群，一个课程群一般由1~2门核心课程及多门支撑课程组成，对应物联网工程中一项具体应用技术。同一课程群内的课程分属专业基础课、学位课、选修课等不同类别，根据教学计划，按课程内容的依赖关系安排在不同学年。目前设置的主要课程群有嵌入式技术、传感器及传感网络、物联网应用开发技术等。

3.2一个平台两个培养方向

专业平台开设除大学公共课以外的专业基础课以及相关的必修课程，如计算机网络、操作系统、数据库系统、微机原理等平台必修课。在课程平台上，分设物联网终端技术和物联网信息系统两个专业方向。物联网终端技术方向学习终端设备数据采集、数据传输相关技术，设置的主要平台选修课程有传感器原理及应用、RFID技术、微机接口技术、嵌入式系统设计等。物联网信息系统方向学习物联网规划及组网技术、物联网应用开发相关技术，设置的主要平台选修课程有物联网组网技术、信息系统分析与设计、Windows程序设计、Web程序设计、智能终端程序设计等，具体设计如图1所示。

3.3兴趣驱动的分流模式

平台必修课结束后，学生将转入两个不同的专业方向进行后续学习。选择物联网终端技术方向还是物联网信息系统方向，主要考虑学生自身兴趣，并参考已修相关方向支撑课程的成绩进行引导分流。

3.4实践能力培养

实践能力是创新能力的基础，大学期间提供足够的实践训练有助于学生提高综合素质，毕业后能快速适应工作环境。我们主要从两方面加强物联网工程专业实践能力培养环节，一是实践课时的保障，使专业课程配套实验率达到100%，对于理论性课程，通过针对核心原理设计验证性的实验，加深学生对原理的认识；对于应用技术类课程，按照理论与实验比例1：1以上配设实验，改变以往被动式的学习模式，通过大量实验培养学生积极思考、主动学习，真正将教材的知识消化为自己的知识。二是加强实践条件建设，在条件建设方面采用“硬软”二手同时抓的策略，一手抓实验室硬件条件建设，一手抓以丰富实验内容、提高实验质量为目标的软件建设。我们紧跟当前物联网进展情况，引进较为先进的物联网相关教学设备和模拟系统，以提高课堂实验质量；着力改进实验内容，增大设计性实验比例，引入问题来激发学生的学习兴趣和探索热情；关联课程群结课后，进行集中综合性实验，提高对所学知识的综合运用能力；积极开展同企业合作，通过“引智工程”，让企业骨干工程师到课堂讲授部分综合实训课程，同时通过院级联创平台，让学生有机会参与企业项目。三是采用“3+1”培养模式，大幅提高实训比重，即3年课堂内教学，1年课外实训，将主要课堂教学任务安排在前六个学期完成，后面两个学期除了完成毕业设计外，到企业进行实习。

4实训体系建设

实训体系建设以创新能力培养为目标。创新是企业在市场竞争中的生存基础，科学技术人才是企业开展创新活动的主体。物联网工程作为一个新兴产业，面临专业知识门槛高、行业标准缺乏、市场不成熟等诸多困难因素，更是迫切需要具有创新能力的产业人才。首先，要加强专业基础课程教学，扎实的专业理论是科技人才创新能力的基础，物联网工程专业人才培养，要重视专业基础理论教学质量，抓关键知识点的教学过程管理。我们根据物联网工程专业基础课程特点，采取针对性的教学模式，积极吸收借鉴精品课程、网络公开课等优秀教学资源，探索新的教学手段和方法，让专业基础理论在教学过程中具体化、应用化。其次，要提高学生专业实践能力训练水平，逐步加大应用性课程配套的实验比重，加大设计型实验在配套实验中的比重，合理设计课程实验体系，建立设计驱动型的教学实验模式。第三，建立创新激励机制，鼓励学生组建创新团队，参与本专业全国范围的学科竞赛，同时积极组织相应的校级、院级层次的创新设计比赛，激发学生的学习热情和创新思维。

系统化设计实训内容。围绕专业培养目标，合理规划实训内容，自上而下建立知识结构完整、过程安排合理、层次清晰的实训内容体系。在指导思想上，将原来以理论教学为本，实验服务于理论教学的做法，变为以设计能力为本，理论为设计服务。打破原有按照单一课程安排实验时间、内容的方法，在体系设计时对实训内容统一规划整理，注重内容的衔接，消除不同课程之间的重复实验，建立以课程实验、课程设计、综合设计、创新设计竞赛、企业合作项目以及校外实习为一体，以设计、实践能力驱动的人才实训培养模式。

完善质量评估标准。为切实保证人才培养质量，必须进一步加强人才培养质量监控和评价体系建设。首先我们积极探索同人才培养要求相适应的评价方法，根据物联网工程专业技术应用型人才的培养特点，开设课程中实训内容占有较大比例，课程要求除了掌握基本理论外，更要求具备实际动手设计能力，因而在评价中需要引入“硬”“软”结合的评价方式，除采用卷考等“硬”指标外，积极引入答辩、设计论文等“软”指标进行综合成绩评价。其次加强教学过程监控，加强教学过程管理，落实平时成绩评定，将课程成绩评定分解到各教学环节中，提高教学质量和教学效果的可预见性。最后积极探索推进学分改革，针对性地增加创新设计学分，从评价机制上鼓励参与实践设计项目以激励创新。

5结语

如何提高物联网工程专业人才培养质量，培养物联网产业需要的人才，是当前高校面临的一个亟待解决的问题。将目标定位为培养技术应用型人才，通过较大幅度提高课程实训比重，将创新意识培养贯穿到整个培养环节，系统地建立实训模式，使人才培养过程具有明确的目标导向，可作为地方性本科院校物联网工程专业建设的参考。

参考文献：

[1]吴韶波.李振华.物联网工程专业教学体系建设探讨[J].中国电力教育，2013（31）：51-53.

[2]彭力，谢林柏，吴治海，等.物联网工程新专业本科人才培养方案研讨[J].计算机教育，2013（15）：77-81.

[3]徐小龙，鲁蔚锋，杨庚.物联网专业人才培养策略研究[J].南京邮电大学学报，2012（1）：119-124.

[4]顾卫杰，王云良.对不同层次教育的物联网专业定位的思考[J].中国电力教育，2011（27）：182-183.

物联网基本工作原理篇6

关键词：物联网专业；控制理论与技术；课程内容；课程设置

1、背景

随着自动控制理论的发展和计算机技术的兴起，在工程实践中采用计算机并行、分布式处理设备来控制各类系统正常工作的生产方式已经越来越普遍。根据物联网专业的课程设置和培养目标，控制理论与技术是其重要的专业基础课，通过学习该课程，学生应掌握控制理论与技术的基本概念、原理和方法，并具备一定的工程应用能力。

由于物联网专业的课程设置和培养目标与自动化等专业不同，因此不能开设大量控制类课程。如何在有限的学时内使学生掌握较全面、实用的控制理论与技术，是物联网专业控制理论与技术课程设置中亟待解决的问题。

自动控制原理是自动化等专业的重要基础课程，该课程理论性强，需要学生具有较好的数学基础，而物联网专业的培养目标偏重实践能力，若采用原有自动控制原理的教学内容，无法使学生真正领会该课程的实际应用价值。随着计算机技术的发展，自动化等专业普遍开设了计算机控制系统和分布式控制技术等应用性较强的课程，但如果对物联网专业的学生仅讲授计算机控制系统或者分布式控制技术的内容，则缺乏基本控制理论的支撑，基础知识单薄，难以达到好的人才培养效果。

针对这一问题，笔者提出把自动控制原理、计算机控制系统、分布式控制技术等内容结合起来作为教学内容，并把理论教学、实验、实训结合起来，使学生既具有一定的理论基础，也具备一定的工程实践能力。

2、课程结合形式和授课方式

物联网专业控制理论与技术课程所涵盖的基础内容包含物联网控制技术概述、自动控制原理、计算机控制系统和分布式控制技术4部分（见图1）。

物联网控制技术概述部分简要介绍控制理论与技术的主要内容、基本概念、发展简史、基本控制方式、控制系统的组成及分类、控制系统的性能要求、控制研究的课题与发展方向等，使学生初步了解课程内容，理解控制理论与技术和物联网专业之间的关系，掌握该课程的特点和学习方法。

2.1自动控制原理内容

物联网专业控制理论与技术中的自动控制原理部分理论性强，对学生的数学要求较高，不易理解，需要学生具备工程数学、电工电子技术等课程基础，同时还要开设计算机控制系统、过程控制工程、运动控制系统等后继课程，使学生充分理解整个课程体系。

然而，对于物联网专业的学生来说，由于培养目标的不同，该专业多数没有开设工程数学作为先修课程，也没有开设相应的后继课程，这增加了自动控制原理部分的教学难度。结合物联网专业的实际情况，可以适当降低该课程的理论难度和深度，简化复杂的知识点讲解，增加实例，同时根据教学需要辅以相应数学知识的讲解。

自动控制原理部分可以分为5大模块：控制系统的数学模型、时域分析法、复域分析法、频域分析法和自动控制系统的设计与校正。

1）控制系统的数学模型。

该模块介绍自动控制原理的基础知识，主要讲解拉氏变换、传递函数、动态结构图及其等效变换、典型环节的传递函数和自动控制系统的传递函数等内容，使学生对自动控制原理的学习内容具有整体的把握，同时了解相应的课程重点、难点和学习方法。

2）时域分析法。

该模块主要讲解典型输入信号及性能指标、一阶系统分析、二阶系统分析、高阶系统分析、系统稳定性分析、系统稳态精度分析等知识点，同时，辅以相关例题，作为课堂和课后作业，加深学生的理解。

3）复域分析法。

该模块主要讲解根轨迹法，包括根轨迹的基本概念、绘制根轨迹图的基本法则、利用根轨迹分析系统的动态性能和广义根轨迹等。在讲解的同时，以课堂讲解例题和课后作业的形式，使学生切实掌握根轨迹法。

4）频域分析法。

该模块主要讲解频率法，包括频率特性、典型环节的频率特性、控制系统开环频率特性、稳定判据及稳定裕度、闭环频域性能指标及时域性能指标的估算和系统开环频率特性三频段概念等。在讲解的同时，通过大量的实例，培养学生对基础知识的应用能力。

5）自动控制系统的设计与校正。

该部分的知识点较多，主要讲解控制系统的设计步骤、性能指标与系统设计的基本思路、基本控制规律、常用串联校正网络、常用的串联校正方法、反馈校正、复合校正和控制系统设计实例等内容。在讲解的同时与实际系统相结合，加深学生的理解。

在这5个模块中，第1模块是学习的基础；第2、3、4模块是核心内容，是授课的重点内容，也是难点，需要详细讲解每个知识点，并辅以实例；第5模块起到承上启下的作用，既要对前面几个模块向应用的层面进行扩展，也要为后面计算机控制系统和分布式控制技术的内容做好铺垫。

2.2计算机控制系统内容

随着计算机技术的普及，现代工、农业生产中的大多数控制是在计算机的辅助下实现的。在学生日后的实际生产应用中，要想充分发挥所学的控制理论与技术相关知识，计算机控制系统的学习是必不可少的。

物联网专业控制理论与技术中的计算机控制系统部分的学习，可以安排在自动控制原理部分之后。通过自动控制原理部分的学习，学生能掌握自动控制原理的基础知识和分析方法。计算机控制系统部分的内容更加贴近实际，具有较强的实践性和较高的实用价值。计算机控制系统部分主要包括以下内容：检测设备和执行机构、总线技术、过程通道与人机接口、数据处理与控制策略和抗干扰技术。

检测设备和执行机构部分主要讲解常用的传感器、变送器以及执行机构；计算机总线技术部分重点讲解总线的基本概念、内部和外部总线等知识点；过程通道与人机接口部分重点介绍数字量输入输出通道、模拟量输出输入通道以及人机接口的相关内容。这些内容是计算机控制系统的基础知识，教师一般以讲解为主，并辅以实例，使学生把常用的设备、元件和计算机控制系统联系起来。

数据处理与控制策略是授课的重点内容，通过这部分的学习，学生能掌握数字控制器的设计技术，包括数字滤波和数据处理的方法，以及数字PID控制算法、常规控制方案、先进控制方案等基本的控制策略。抗干扰技术是计算机控制系统设计中不可缺少的内容，通过讲解和举例可以使学生明白干扰的传播途径与作用方式，并掌握硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。

计算机控制系统的内容与实际联系较为紧密，如果与实验、实训相结合，则容易调动学生的学习积极性，进一步培养学生的动手能力，可以达到较好的教学效果。

2.3分布式控制技术内容

分布式控制技术的应用日益广泛，在物联网专业控制理论与技术课程中增加对分布式控制技术的讲授，不仅可以使学生掌握较为先进的控制方法，也可以为后面云计算等与分布式计算相关的课程打下基础。基于物联网专业控制理论与技术课程的培养目标和课时，分布式控制技术的内容不易涉及过多，可以作为计算机控制系统部分--的有益补充。这部分的学习主要使学生了解分布式系统，掌握最常用的客户服务器端架构方式。

在对分布式系统定义的讲解过程中，可以对比介绍分布式与集中式的区别，以及分布式与计算机网络的关系，详细分析分布式系统层次结构、分类以及分布系统的主要特征（容错性、安全性等），并进一步介绍分布式系统中的软硬件设备。

客户一服务器端架构是最常用的分布式控制方式，在介绍客户一服务器模式的基本概念和优点后，可详细讲解两部分内容：一部分是客户一服务器端架构和体系结构，包括面向连接服务与无连接服务、应用程序的层次结构和客户一服务器模型体系结构等；另—部分是客户-服务器模型的进程通信，包括进程通信中客户—服务器模型的实现方法和客户_服务器模型的进程通信协议。

由于云计算等后继课程的开设，分布式控制技术讲授的内容不易过多，使学生能初步掌握分布式系统的概念、特点和典型应用即可。

3、课时安排

物联网专业控制理论与技术课程的学时安排要结合学生的具体情况。如果是本科生专业，可以适当增加自动控制原理的内容，这部分内容的理论性较强，能够使学生深入理解基本的控制理论。如果是专科专业，可以适当增加计算机控制系统和分布式控制技术的内容，这部分内容的理论相对简单，对学生的数学基础要求不高，以结合实践的具体应用为主，能充分调动学生的学习积极性，培养学生的工程实践能力。

以48～64学时的课程设置为例，物联网专业控制理论与技术课程内容安排见表1。在自动控制原理、计算机控制系统和分布式控制技术这3部分中，以自动控制原理为主，占31～3时，这部分包含最基本的控制理论，是学习的重点与难点。计算机控制系统和分布式控制技术占17～25学时，这部分与生产实践结合紧密，是基

同时，还应设置8～16个学时的实验，培养学生的动手能力，并辅以1～2次的专业实训课程，让学生进入生产第一线，进一步理解控制原理和技术在现代化工业生产中的应用。

4、实验与实训设置

实验有助于加深学生对基本概念、理论和算法的理解。由于控制理论与技术课程涉及较多的教学内容，针对每个教学内容都采购专门的实验仪器设备，会给新开设的物联网专业实验室建设带来较大的压力，因此，课程开设初期可以采用仿真试验的方式，既可以涵盖理论教学内容，也能够降低实验室建设成本，以后再逐步增加实验设备及相应的实验。

Matlab软件功能强大，可以直观地显示并分析复杂的结果。很多高校都采用Matlab软件完成自动控制原理和计算机控制系统等课程的实验教学。物联网专业的控制理论与技术课程也可采用Matlab仿真软件，并辅以C或者C++等学生较为熟悉的高级编程语言联合编程，以满足相应的控制需求。

控制理论与技术课程共设置8个实验，每个实验2学时，实验内容为控制系统的Matlab数学建模、控制系统的时域分析、控制系统的频域分析、控制系统稳定性和稳态性能分析、控制系统串联校正、采样系统设计与实现、PID调节器设计与实现和电机控制系统综合设计。其中，前5个实验类型为验证性实验，后3个为综合设计性实验，以学生操作为主，每人一机，辅以计算机多媒体演示。在实际教学中，可根据实际情况调整验证性实验和综合设计性实验的比例，使学生充分理解理论教学内容、灵活运用所学知识，培养学生的综合能力。

实训可以使学生进一步理解控制理论与技术在实际工程中的应用，激发学生研究探索的兴趣，促使学生更快地把所学知识应用到工作中去。以青岛科技大学为例，物联网专业开设了“轮胎智能生产流程实训”。通过实训，学生了解了橡胶轮胎企业生产中的各个环节、各个流程，全面掌握橡胶轮胎企业中的控制原理与技术以及物联网相关的技术环节、技术装置和技术性能等，全面提高了学生综合知识的应用能力。