高職院校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)探索

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過多通道通信技術(shù)的信息傳感設(shè)備進(jìn)行信息采集，同時(shí)采用網(wǎng)絡(luò)終端來按約定的協(xié)議實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物的全面互聯(lián)的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其主要特征是通過射頻識(shí)別、傳感器等方式獲取物理世界的各種信息，然后結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息的傳送與交互，最后采用智能計(jì)算技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行分析處理，從而提高對(duì)物質(zhì)世界的感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。為此，文中介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的節(jié)點(diǎn)架構(gòu)和基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)查詢，最后對(duì)高職學(xué)院的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作進(jìn)行了分析和探索。
關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；高職院校；物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室

0 引言
人類社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)，信息技術(shù)已滲透到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)生活的各個(gè)方面，人們的生產(chǎn)、生活以及學(xué)習(xí)方式正在發(fā)生著深刻的變化，全民教育、優(yōu)質(zhì)教育、個(gè)性化學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)已成為信息時(shí)代教育發(fā)展的重要特征。我國教育改革和發(fā)展正面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。以教育信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化，破解制約我國教育發(fā)展的難題，促進(jìn)教育的創(chuàng)新與變革，是加快從教育大國向教育強(qiáng)國邁進(jìn)的重大戰(zhàn)略抉擇。教育信息化要充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，注重信息技術(shù)與教育的全面深度融合，在促進(jìn)教育公平和實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源廣泛共享、提高教育質(zhì)量和建設(shè)學(xué)習(xí)型社會(huì)、推動(dòng)教育理念變革和培養(yǎng)具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型人才等方面具有獨(dú)特而重要作用，是實(shí)現(xiàn)我國教育現(xiàn)代化宏偉目標(biāo)不可或缺的動(dòng)力與支撐。我國教育信息化雖然已經(jīng)取得顯著進(jìn)展，但與人民群眾的需求和世界發(fā)達(dá)國家水平相比還有明顯差距。必須充分認(rèn)識(shí)推進(jìn)教育信息化的重要性和艱巨性，把教育信息化作為國家信息化的戰(zhàn)略重點(diǎn)和優(yōu)先領(lǐng)域全面部署、加快實(shí)施，調(diào)動(dòng)全社會(huì)力量積極支持和參與，用十年左右的時(shí)間初步建成具有中國特色的教育信息化體系，使我國教育信息化在整體上接近國際先進(jìn)水平，推進(jìn)教育事業(yè)的科學(xué)發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的節(jié)點(diǎn)架構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)節(jié)點(diǎn)一般由傳感器模塊、路由協(xié)議管理模塊、系統(tǒng)控制模塊、無線收發(fā)模塊和能量控制模塊等五部分組成。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)節(jié)點(diǎn)終端和路由器雙重功能，除了進(jìn)行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理外，還要對(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合等處理，同時(shí)還需要與其他節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成一些特定任務(wù)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)最為穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)互聯(lián)和信息互通，本文將采用伯克利大學(xué)編寫的Tiny OS操作系統(tǒng)，并把該操作系統(tǒng)移植到目前比較新的SOC芯片上，從而在節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)完整的MAC協(xié)議以及路由協(xié)議，并根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同和實(shí)際的需要將其替換為不同的路由協(xié)議。該系統(tǒng)的主題軟件架構(gòu)框架如圖1所示。

2 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)查詢
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化使用核心技術(shù)之一就是海量數(shù)據(jù)的有效處理，包含存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、查詢以及基于數(shù)據(jù)處理之上的專家對(duì)數(shù)據(jù)的判斷。行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)矛盾之一是行業(yè)數(shù)據(jù)的大規(guī)模和專家的小數(shù)量之間的矛盾，這一問題的解決方式集中于專家的遠(yuǎn)程化準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)處理，而在這種處理方式中，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確查詢和使用是核心中的核心。對(duì)SINK節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理包括采集、分析、存入數(shù)據(jù)庫、查詢等。針對(duì)數(shù)據(jù)查詢，本項(xiàng)目主要研究傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)境下不受節(jié)點(diǎn)失效、通信鏈路失效和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)影響的查詢處理技術(shù)，提出了基于該技術(shù)的聚集查詢、KNN查詢和連接查詢等典型查詢處理算法，研究了能夠在系統(tǒng)部署之后動(dòng)態(tài)且高效地添加新的查詢語言、存儲(chǔ)和索引機(jī)制、查詢處理算法的新型傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了具有自主版權(quán)并滿足實(shí)時(shí)性、魯棒性要求的、具有動(dòng)態(tài)可擴(kuò)充能力的新型傳感器數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的原型系統(tǒng)NHSensor。