物联网工程专业实验室建设方案.ppt

无线龙物联网工程专业实验室建设方案 ConstructionoftheIOTlaboratoryAugust2012无线龙科技集团安徽办事处曹先操caoxiancao 纲要 1 物联网实验室建设需求分析 1 物联网技术发展趋势 2 办学条件和实验室现状 3 学生培养目标和就业能力2 无线龙第二代物联网实验室建设方案说明 1 常规物联网实验室建设方案分析 2 无线龙物联网实验室群整体建设架构 3 无线龙物联网实验室建设方案说明3 无线龙物联网实验室建设案例说明 1 公司整体客户群介绍 2 典型实验室建设合作高校 3 大学计划推介 物联网实验室建设需求分析物联网技术发展趋势 物联网技术发展趋势之一越来越小的无线网络节点和功耗 4 ZIGBEE传感器网络节点AA电池X25X3CM20 30微安电流 WIFIGS1010传感器网络节点AA电池X14X3CM电池工作5年 无线监控手表微型电池3X3CM平均电流10微安 有源433MHZ电子标签CR2032钮扣电池直径2 2X3CM电池工作6年 1 2 3 4 5 6 电子药丸特殊微型电池小于直径2 0X2CM 无源EPC电子标签无需电池直径1 6X1 6X0 001CM总量0 002克 物联网传感层 越来越小的无线网络终端节点带来了全新的应用和市场空间 牙刷也上物联网 无线网络节点的微型化和微功耗化 加上SOC芯片大幅度降价 16位单片机MSP430G系列 价格下降到0 25美元 32位M0单片机 价格下降到0 5美元 无线单片机也下降到接近1美元 而且待机功耗下降到1微安以下 这样 物联网技术将以很快的速度 进入家电和消费电子市场 衍生出全新应用 手持 轻薄 网络化 微功耗是主要特点和主要卖点 物联网上的温度计 物联网上血糖仪 物联网上的计步器 越来越小的无线网络路由节点逐步实现微功耗的能量收集运行 6 无线传感器网络路由节点承担路由转发任务 必须要消耗一定功率 一般设计采用外加电源供电 但是随着路由节点功耗和体积下降 使用最新的能量收集技术 作为路由节点供电可能性逐步加大 荒漠 草原 农业环境监测 滴灌 根灌等野外传感器网 物联网应用将逐步实现 太阳能供电路由节点示意图 振动收集供电路由节点示意图 植物收集为无线网络路由器供电 实现能量收集无线传无线感器网络示意图可以监视野外环境火灾报警等 超高频电子标签 节点 微型化 推动UHFEPC技术新应用 1 7 超高频电子标签微型化的主要技术原因是 1 读卡器输出功率增加 2 标签芯片灵敏度提高 标签体积微型化 将带来一系列新应用 目前我们在美国实验室测试 UHFEPC无源标签读写距离已经可以达到30 40米这意味着货物识别将具有更大准确性 快捷性 将有更多的商业应用可以实现 小型药瓶 名酒酒瓶 放心猪肉 UHF标签小型化和微型化 为防伪应用开辟了广阔的天地 很多体积小 价格敏感的商品将也很容易实现跟踪和识别 超高频电子标签 节点 微型化 推动UHFEPC技术新应用 2 8 长距离UHF标签智慧公交系统 UHF微型标签可以在很远的地方被准确读取将大大加快智慧商业应用 长距离标签 物联网技术趋势研究之二无线网络覆盖范围越来越大 9 低轨道卫星数据通讯 有源RFID网络 802 11SWIFI网状网 3G 4G电信网络 低轨道卫星数据通讯 物联网连接更遥远 美国最近发射了第二代低轨道卫星 卫星接收模块实现了微型化 容易实现全球集装箱 交通工具实时跟踪联网和监控 低轨道卫星M2M油管远程监控实例 新一代低轨道卫星系统 长距离有源电子标签和网络 扩展RFID范围和功能 11 读卡器 网络化有源标签 读卡器和唤醒基站 标签具有网络和定位功能 长距离有源电子标签和网络 标签结构性能和软件 12 典型UHF有源标签硬件和协议软件 UHF有源标签工作距离 10 2000m 1 2mi 频率 433MHz速率 28kbps标签容量 数千个标签具有multi hop sensors security IPv6和很多功能 软件协议C语言代码1万行编译后执行代码典型8 16KB 有源标签电路板 长距离有源电子标签和网络广阔的应用范围和全球市场 802 11SWI FI网状网络无线网络覆盖范围越来越大 14 802 11S网络拓扑 802 11S都市无线网络 802 11S车载无线网络 WI FI网状网实际应用举例 智慧医院急诊室无线定位系统 15 802 11S路由器 802 11S路由器 2 输液器标签WIFISOCGS1010 工作人员标签WIFISOCGS1010 病人标签WIFISOCGS1010 1 4 3 2 5 6 物联网技术趋势研究之三无线SOC结构越来越复杂 无线单片机 无线SOC 处理器内核从8位到16位 到32位 再到多处理器 结构越来越复杂 不仅实现了系统在芯片 而且实现了无线网络在芯片 我们从分析GS1010WI FI无线单片机来看这个技术趋势 GS1010WI FI无线单片机结构 无线SOC GS1010单芯片实现WIFI传感器网络节点 17 轻松实现WIFI无线传感器网络 无线SOC GS1010嵌入软件实现WIFI传感器网络在芯片 物联网技术趋势研究之四无线网络协议栈设计越来越难 19 低功耗蓝牙协议栈 802 15 4ZIGBEE协议栈 ZIGBEE协议栈 办学条件和实验室现状 物联网专业办学条件 从2011年起 所有高校所申报的物联网相关专业统一称为 物联网工程专业 从2012年起 所有高校所申报的物联网专业统一依托于计算机专业展开 物联网工程专业 致力于培养从事物联网领域的系统规划 分析 设计 开发 实施以及技术研究方面的工程技术人才 特别是涉及相关网络结构与通信协议 软件体系结构与中间件 计算平台 应用与服务的设计与开发工程技术人员 本专业的毕业生在传感技术 自动识别技术 网络通信 移动计算 系统工程等方面应具备扎实的理论基础和专业知识 在计算机系统平台 海量实时信息处理 应用系统开发与集成等方面有较强的设计能力 并具备良好的技术创新与工程实践能力 国内物联网实验室现状 早在国家2009年提出物联网这一新名词之前 许多学校的通信或计算机专业就已经有了传统的电子实验室 单片机实验室嵌入式实验室等 在2009年第一批物联网专业申报后 无线龙提出了全新的物联网实验箱的概念 并首次推出了多网融合包括RFID一体化的综合实验箱 从2010年至今 物联网实验箱 实验台已经广泛的成为物联网专业实验室必不可少的实验设备 但是实验箱的发展已经遇到了瓶颈 除非新的技术出现 实验箱的形式将很难有改变 物联网专业办学条件 一般物联网工程专业都挂靠计算机专业 通信专业 自动化专业或相应院系 学校只需要在原有的专业基础课的基础上增加物联网方向的专业核心课 一些高职院校在没有申请相关专业的前提下 将在原先的计算机专业 通信专业 自动化专业等的基础上新增物联网方向 例如智能交通 智能楼宇 智慧农业等 因为物联网工程专业强调的是工程能力 也就是一个注重实践的专业 无论学校开设什么样的专业方向 无论偏重于软件还是硬件 都需要一个能支撑整个大学教育体系的专业实验室 国内物联网实验室现状 物联网是一个多学科融合的专业 需要通信 计算机 自动化等多专业知识的融合 目前国内的实验室缺乏一直由于价格昂贵而不被大多数学校接受的高频微波实验室 而这些专业的实验室是物联网工程专业必不可少的实验室组成部分 只有伴随着高频微波分析设备 新的技术才会以清晰的脉络呈现 让学生广泛接受 无线通信和射频识别技术作为物联网最关键的技术也是最核心的技术 当之无愧的进入了高等教育的教学体系之中 并占有相当课时 但是学校拥有专业的无线通信实验室和射频识别实验室的学校却并不多 学生培养目标和就业能力 学生培养目标 我们认为物联网工程专业人才应该具备计算机专业人才的专业基本能力 包括计算思维能力 算法设计与分析能力 程序设计与实现能力 系统能力 我们应该从物联网的特色出发深刻认识这些能力 1 计算思维能力简单地说 计算思维 ComputationalThinKing CTK 的核心是基于计算机考虑问题求解 物联网计算模式的变革就在于物理空间与信息空间的一体化 物理世界与信息世界的整合统一 所以 物联网工程专业人才计算思维的培养应该注意使学生充分理解物理空间与信息空间一体化 并在利用这样的无缝连接方面具有足够的想像力与实现能力 2 算法设计与分析能力算法是系统工作的基础 它对计算机专业人员是非常重要的 要想成为一名优秀的计算机专业人才 其关键之一就是建立算法的概念 具备算法设计与分析能力 算法设计与分析能力主要指对具有相当规模 较复杂问题的求解算法的设计与分析 研究算法的可行性和效率 算法设计与分析能力 AlgorithmDesignandAnalysis ADA 主要包括 简单算法的设计 复杂算法的设计 简单算法的分析 复杂算法的分析 证明理论结果 开发程序设计问题的解 概念验证性程序开发 确定是否有更优的解等 3 程序设计与实现能力程序设计与实现包括软件实现和硬件上的实现 特别是当我们将问题的求解看成表示和处理过程的时候 硬件系统相关的实现也可以部分地含在程序设计与实现能力中 其他部分则含在算法设计与分析 系统分析与开发中 程序设计与实现能力 ProgramDesignandImplementation PDI 主要包括 小型程序设计 大型程序设计 系统程序设计等 4 系统能力系统能力 SystemUnderstandingandMastery SUM 要求研究人员站在系统的全局去看问题 分析问题和解决问题 并实现系统优化 对计算机专业人员来说 无论程序是用硬件实现还是用软件实现 其设计与实现是基础 最终是要组成一个可以运行的系统 所以 具有一定的程序设计与实现能力后 必须提高系统能力 系统能力可以细化为认知 SUMl 设计 SUM2 开发 SUM3 与应用 SUM4 等方面的能力 系统认知能力主要包括 基本系统软件使用 系统软件构成 基本的计算机硬件系统构成 网络系统的构成 硬件系统的性能 软件系统的性能等 就业能力 物联网工程专业就业方向 物联网的应用将深刻的改变我们的生活方式 实现在任何时刻 任何地点方便地获得需要的任何服务 物联网技术发展与应用拓展将会催生一大批专门从事物联网基础装备生产 物联网系统支撑平台与中间件开发 应用开发以及服务提供企业 形成一个新兴产业 本专业毕业生主要就业领域应该是从事物联网系统支撑平台与中间件开发 应用开发以及服务提供企业 部分人将通过继续深造进入相关研究领域 大量物联网应用的出现势必伴随着应用服务产业的产生 专科院校往往围绕系统维护 项目工程设计 应用层软件设计等开展教学 毕业生也将成为应用工程型人才 进入物联网应用服务产业领域 无线龙第二代物联网实验室建设方案 常规物联网实验室建设方案分析 所谓常规的物联网实验室建设方案也就是目前学校广为采用的物联网建设方案 我们总结为 嵌入式 无线 以此为代表的实验室建设方案的特点 1 嵌入式随着嵌入式技术的不断完善 核心嵌入式芯片性能的不断提升 实验箱 实验台也随之升级换代 由STM32 S3C2440到S3C6410 Cortex A8技术在不断更新 随之而来的实验内容和资源也越来越丰富2 无线技术无线技术的更新也是日新月异 其发展的速度可以说只有想不到没有做不到 许多的新技术正成为老技术 许多的老技术又发展成为新技术 随着蓝牙4 0 ZigBeePro IEEE802 1 2012无线技术无线的功能越来越智能化 覆盖范围也越来越广 所以常规的实验室建设方案仍是以实验箱为主 只是不断的更新技术 升级换代 无线龙是这个解决方案的创始者无线龙也一直是这个解决方案的佼佼者 我们所采用的多种无线通信方式融合的概念至今仍在业界领先 右图为此方案的主要设备 感知RF 2多网融合实验平台 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热门的S3C6410 Cortex A8技术 采用多种操作系统 感知RF 2SensorRF 2 无线龙物联网实验室群整体建设架构 根据物联网工程专业高度集成 学科复杂交叉 综合应用范围广的技术特征和宽口径 厚基础 重实践 求创新的培养模式 我们把新一代的实验室建设方案称为 物联网实验室群我们把这个方案称为我们第二代实验室解决方案theIOTlabconstructionsolutiongeneration2 无线龙物联网实验室群整体建设架构 第二代实验室群解决方案更人性化的贴近教学 以教学体系结构合理的设置实验室 让各实验室设备能更好支撑教学 无线龙物联网实验室建设方案说明 和第一代教学方案不同 第二代教学方案不仅仅将物联网技术课程和电子信息 通信 自动化 计算机 传感器 高频微波电路等基础课程进行了垂直知识融合和交叉 实现了这些基础课程和物联网专业课程的有机整合 融会贯通 而且将物联网基础课程 主干课程 专业课程 实训实践进行了垂直组合和完整的交互融合 第2代教学和实验方案全面实现的仪器化教学 无论是涉及模拟电路 数字电路 还是高频电路 无线网络技术 从时域到频域 从波形到频谱 从信号到空中协议包装 全部采用物联网分析仪实现直观化和可视化教学 信号和频率范围覆盖到高达2 7GHZ的广阔频谱空间和覆盖ZigBee RF4CE 6LoWPAN多种主流无线传感器网络协议 第二代教学方案的核心 物联网综合分析仪 由于采用了无线龙科技集团分别在美国和中国注册专利技术 物联网分析仪不仅仅实现了过去需要配备昂贵高频微波通用测试仪器才能实现的物联网技术教学和开发需要和过去需要配备大量通用电子仪器才能完成的相关教学实验功能 而且配置需要的价格大幅度降低 使任何高校和职业学校可以实现批量配置和装备 建议每个教学班配备15台 可以供30个学生同时进行各种物联网课程实验和实践实训 嵌入式电脑化设计 多点电容触摸屏幕操作 12英寸彩色高分辨率屏幕 专业仪器键盘和滚轮 容易操作和使用 内置固态硬盘SSD 软件方便升级更新 内置RF频谱分析仪 RF信号发生仪 无线传感器网络空中协议多通道专业分析仪等功能 具有基本型 增强型和专业型不同配置 并可以灵活升级扩展 同时集成专业微功耗分析仪四大教学实验功能模块 物联网综合分析仪 IOTA 1100 SG 为什么要采用物联网综合分析仪 以实验箱为主的常规 第一代 实验室建设方案有一个普遍的特点 学生做实验只能简单的完成实验现象 并不能理解实验的本质 这就需要一个可视化的仪器来解释每个实验的原理 老师在实验 理论教学中也需要用一些数据来表现教学内容 同样可以用物联网综合分析仪直观的将枯燥的理论 变为生动的可视化图形展示给学生 物联网综合分析仪能贯穿于整个四年的大学教育中 无缝的结合现有实验室解决方案 它能使教学和实验的层次更深入更透彻 物联网综合分析仪同样能帮助教师和学生在物联网工程项目设计中全面突破 助力物联网工程技术创新 无线龙应用实训实验室 智能家居实训室 可视对讲智能家居智能安防家庭影音 综合控制 手机 电话 控制终端远程控制所有的灯和电器 智能家电控制 家电总动员 智能升级 智能照明 让灯光成为艺术 梦幻灯光 随心创造 无线遥控 使用一个遥控器 实现遥控所有的灯和电器 轻按场景按钮 实现 会客 就餐 影院 等灯光和电器的组合场景 场景控制 梦幻场景 一触而就 轻触演示厅门口的 回家 键 预设开启的灯和电器就自动开启 轻触 就餐 键 就餐的灯光和电器组合场景即刻出现 轻触 影院 键 灯光和电器组合场景随之出现 能耗管理 厅内所有电器 水 燃气通过数据采集终端 无线网络 实现无线抄表 管理功能 并通过控制台 PDA可视化管理 门窗控制 智能多一点 生活更通透智能安防 放心工作 安心生活 忠诚管家 时刻守护 智能物流实训室 实训室设置简介 对于智能物流实验教学的内容 我们认为 因为物流自动化技术是现代信息工程学科 自动控制学科的一个分支 是物流工程学科的一个重要研究方向 而物流自动化系统又是现代物流系统的重要组成部分 是现代物流装备 计算机及其网络信息系统 信息识别和信息管理系统 智能控制系统的有机集成 它以自动化 信息化技术为基础 以机电一体化设备为核心 其目的是为了扩大物流作业能力 提高劳动生产率 减少物流作业差错 从而使企业能够获取更大的利润 增强其核心竞争力 基于现代物流网技术的物流自动化实验教学系统的教学内容拟将以系统论 信息论和控制论为理论基础 以第三方物流为核心的供应链物流系统为主要教学 研究对象 以计算机 网络通信 自动控制和机电一体化等集成技术为工具 以提高供应链物流系统运行效率和可靠性为目标 对物流系统的分析 集成 设计 控制 调试和优化等内容进行教学和研究 立体而动态地展示和反映物流自动化系统的基本架构 集成原理 关键技术及其设计 调试的方法等 系统平面示意图如下图所