物联网实验室建设方案

物联网实验室建设方案由物联网下的电子商务认知、应用、创新三个层次构成。物联网技术和行业应用协调支撑三个层次，贯穿了物联网的整个科研过程，认知层是通过观察、感受物联网的典型行业应用和物联网感知、处理、通讯、控制等各个部分的工作过程完成教学、研究任务的。一、博星卓越物联网实验室建设方案概述物联网是通过信息传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。物联网的主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。物联网技术和产业的发展将引发新一轮信息技术革命和产业革命，是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力。物联网概念是庞大和丰富的，其中涵盖了大量现有的专业门类和技术体系，而在其系统集成和应用端，可以说物联网技术将能够应用于工业、农业、服务业、环保、军事、交通、家居等几乎所有的领域。无线传感网络正是适应于这样背景下的全新网络技术。无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）是当前国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器、RFID技术、嵌入式计算、现代网络及无线通信和分布式信息处理等技术，能够通过各类集成化的微型传感器协同完成对各种环境或监测对象的信息的实时监控、感知和采集，这些信息通过无线方式被发送，并以自组织多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会这三元世界的连通。物联网下的电子商务科研平台是在物联网已经从概念、规划阶段发展成为日新月异地高速发展、基于物联网的应用大量诞生阶段，同时，物联网与互联网高度结合、融合的背景下提出的物联网与互联网的结合。博星卓越物联网实验室建设方案由物联网下的电子商务认知、应用、创新三个层次构成。物联网技术和行业应用协调支撑三个层次，贯穿了物联网的整个科研过程，认知层是通过观察、感受物联网的典型行业应用和物联网感知、处理、通讯、控制等各个部分的工作过程完成教学、研究任务的。应用层是在物联网认知层的基础上，通过对支撑物联网的各种硬件设备、软件资源、开发平台、研究平台和对物联网条件下的典型电子商务应用的使用、开发，进行应用型的研究、探索，从而支撑创新型的研究、开发和应用。创新层是在物联网应用层研究的基础上，进行物联网条件下的电子商务技术、模式等创新研究，科研平台能够提供技术、实现、应用验证，开展创新型的研究，并形成成果，同时，能够对中试阶段的成果进行技术支撑。博星卓越物联网实验室建设方案科研层次图：二、博星卓物联网实验室建设方案建设的项目意义无线传感网络的商用迄今可以划分为三个阶段：2003-2004年，无线传感网络开始被试用，以验证投资回报；2005-2006年，无线传感网络的使用量持续增长，重点关注可靠性和集成度；2007-2010年为无线传感网络的起飞期，新应用不断涌现，出货量高速增长，这一时期为消费者驱动，重点关注成本和尺寸。根据美国多家知名市场公司预测，到2008年，无线传感网络节点全球出货量将超过1亿个，市场销售总额超过20亿美元。专门致力于无线技术研究的美国加利福尼亚圣迭戈（原圣地亚哥）市场调研公司ONWorld近期发布的一份报告，预计到2011年，世界市场无线传感器网络（WSN）系统与服务将飞升至约46亿美元，并呈现爆炸式增长，现阶段国内市场应用正在整体评估和试探阶段，但是相应的研究工作已经开展；近期主要用户为高校、研究机构（包含为交通、环境、农业、能源、国防等政府部门服务的科研院所），企业研发中心；中长期目标用户为海量使用的政府和企业(包括交通、环境、农业、能源、国防等政府部门)以及未来可能使用无线传感器网络的各类企业提供平台和应用案例。到目前为止，国内外己经推出了几十种成型的无线传感器网络节点设备。《国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020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领域。传感器网络标准工作组组长、上海微系统所副所长刘海涛表示，我国的技术研发水平已处于世界前列。中科院早在10年前就启动了传感网研究，先后投入数亿元，目前，中国与德国、美国、英国、韩国等国一起，成为国际标准制定的主要国家之一。目前，我国传感网标准体系已形成初步框架，向国际标准化组织提交的多项标准提案被采纳。2009年8月7日，温家宝总理在无锡考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时曾表示，至少三件事情可以尽快去做，一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信心中心，或者叫“感知中国”。并指出，要早一点谋划未来，早一点攻破传感网核心技术，要依靠科技和人才，占领科技和经济发展制高点，保证我国具有可持续发展的能力和可持续的竞争力。综上所述，物联网条件下的电子商务科研平台建设项目是符合世界技术发展趋势和我国科技发展方向的，同时，对相关学科发展具有重要的战略意义。博星卓越物联网综合实验室涉及重点学科及可支撑的主要学科方向有：电子商务、计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息管理与信息系统。在当今信息技术高速发展的情况下，这些专业都面临物联网条件下的技术升级、改造，物联网应用模式创新的挑战与机遇，综合来看，电子商务是这些技术最为综合应用的部分。所以，博星卓越物联网综合实验室定位于物联网下的电子商务科研平台。三、博星卓物联网实验室建设方案建设的项目目标博星卓越物联网综合实验室建设目标一：建成物联网条件下的电子商务科研实验室要研究物联网条件下的电子商务新技术、新模式，适应这种需要的科研环境和平台是基本保障。博星卓越物联网综合实验室首要目标是建成能够支持科研工作和部分教学任务的实验室。实验室分为物联网基础认知科研实验区、物联网应用科研实验区和物联网创新科研实验区。物联网基础认知科研实验区开展物联网的信息采集、处理、通讯、控制等研究实验和物联网相关技术的应用研究，应用科研实验区开展典型应用认识型研究实验和典型物联网应用的应用型研究实验，创新科研实验区开展物联网条件下的电子商务技术、模式等创新研究。博星卓越物联网综合实验室建设目标二：支撑物联网条件下的电子商务科研传感网把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理，是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，是一个全新的技术领域。早在1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”；2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首；2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS），国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。报告指出：无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。博星卓越深入研究电子商务与物联网，经过多年的发展，积累了良好的科研、教学实力，能够积极抓住电子商务的创新特点，形成了注重实践、勇于探索的良好研究氛围，在新一次产业浪潮形成的时候，博星卓越做好了迎接挑战与机遇的准备，组建专门物联网研究团队，积极联系相关物联网企业，目前已经获得了一批社会需要、极具研究价值的物联网条件下的电子商务项目需求，如果能及时建成科研平台，早日投入运行，不但能很好地抓住市场机遇，也会在为博星卓越物联网实验室项目建设、团队培养、研究能力提高创造良好的条件，为我国物联网教学与物联网发展作出更大贡献。博星卓越物联网综合实验室建设目标三：支撑电子商务实践教学物联网技术面向现代信息处理技术，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等工程技术人才。博星卓越物联网综合实验室可以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，并且具备在物联网领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的物联网创新实践能力。根据物联网相关知识模块将物联网科研实验设计到相应的学科课程实验中，具体设计根据以下体系进行设计：1、单片机和嵌入式认知科研实验2、无线片上系统认知科研实验3、无线通讯和无线网络认知科研实验4、RFID认知科研实验5、物联网传输层认知科研实验6、物联网综合应用科研实验7、物联网创新科研实验四、博星物联网实验室建设方案的项目内容（一）建设物联网基础认知科研实验区物联网基础认知科研实验区开展物联网的信息采集、处理、通讯、控制等研究实验和物联网相关技术的应用研究。本实验区开展的物联网认知科研实验涵盖如下专业内容：1、单片机和嵌入式认知知识群本实验群涵盖的实验研究内容：8051单片机、ARM嵌入式技术、微机原理，接口技术、微控制器体系和原理、实时操作系统、C语言编程技术。2、无线片上系统认知知识群本实验群涵盖的实验研究内容：无线单片机通讯接口结构和原理，无线有线收发器结构和原理，通讯结构和原理，嵌入式软件基础等。3、无线通讯和无线网络认知知识群本实验群涵盖的实验研究内容：短距离无线数据通讯基础和原理，无线自组网技术，ZIGBEE无线技术和802.15.4无线标准。网络安全和加密技术，C语言和无线网络算法高级技术原理。4、RFID认知知识群本实验群涵盖的实验研究内容：电磁技术基础，RFID标签算法，EPC通讯协议和原理；大功率RFID读卡器原理和设计，RFID和物联网数据库结构和原理。5、物联网传输层认知知识群本实验群涵盖的实验研究内容：物联网网关原理和结构，GSM/GPRS技术原理，3G技术原理和结构，M2M数据传输和远程通讯，嵌入式和高级实时操作系统在物联网系统设计技术等。本实验区可以支持以下认知型科研实验：1、数据感知检测类图像采集、声音采集、温度采集、湿度采集、气压采集、CO含量采集、振动采集等等常规采集。2、近距离蜂窝通讯类基于2.4G无线的通讯RF2401A、基于433M的通讯、ZigBee、CC1100等的近距离通讯过程。3、远距离无线传输类GPRS无线传输、3G无线传输实验、2KM数传电台数据传输实验。4、有线类数据通信过程SOCKET模式、WEBSERVERS模式、HTTP模式、TCP/UDP模式、RS232模式、485模式、电流环等任意，达到双方的通讯过程。5、数据汇总处理类常规算法实现例如求和、求平均、数据分布与趋势等。6、界面展示类PC界面展示、LED屏幕界面展示、嵌入式平台界面展示。7、输出控制类输出LED灯闪烁报警、继电器动作进行拉闸操作、摇杆动作等，输出声音或者语音提示标识等。（二）建设物联网应用科研实验区物联网应用科研实验区开展典型应用认识型研究实验和典型物联网应用的应用型研究实验。物联网应用实验包含物联网应用场景描述、需求分析、系统集成流程，基于现有产品面向具体应用的监测体系建设和运行。1、智能农业系统博星卓越物联网综合实验室智能农业系统（1）实验研究背景农业物联网是将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器采集信息，以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程检测和控制的生产设备。（2）实验研究内容①、光照、温度、湿度传感器对模拟大棚进行管理和检测，并把相关的数据通过无传输模块传回服务器，服务器上的管理系统对这些数据作出控制算法。研究光照、温度、湿度传感器的工作机理、适应领域以及偏差处理，梳理、优化信息传递过程、路线以及控制信息的智能反馈机制。②、架设超声波、音量和音频传感器，通过模拟老鼠的小动物穿过传感器，系统接收到这些信号后，发