1物联网的关键技术
“物联网”是通过装置在各类物体上的信息传感设备，按照一定的通信协议，通过通信网络将物与物、物与人相连，协同工作，从而赋予物体智能化的功能，以实现特定服务的一种网络。物联网打破了地域限制，可以实现全球范围的物物之间、人物之间按需进行的信息获取、传递、存储、融合使用等服务。因此，物联网应具备全面感知、可靠传递、智能处理这三个特点。根据物联网的特点，学界一般将物联网系统划分为以下三个层次:感知层、网络层、应用层。感知层的主要功能是全面感知，即利用RFID标签和读写器、传感器、二维码、GPS、摄像头等数据采集设备随时随地获取物体的信息;感知层主要涉及的技术包括RFID技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术，其中包括芯片研发、通信协议研究、RFID材料、智能节点供电等细分领域。网络层的主要功能是对感知信息和控制信息双向的可靠传递，即融合各种现有的有线和无线网络，将物联网的信息实时准确地传递出去;网络层主要涉及的技术包括网络通信技术、数据通信技术、传感网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术。应用层的主要功能是智能处理来自网络层的海量数据，以满足各种不同的控制要求;应用层主要涉及的技术包括云计算技术、高性能并行计算、数据挖掘技术、模糊识别技术、人工智能。云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台，将是物联网网络层的重要组成部分，也为应用层的众多应用奠定了坚实的基础。
2教学科研相融合的物联网学科建设方案
2．1以工程应用为目的的基础理论教学
物联网是在电子、通信、计算机等技术上发展的一种新的技术，因此该学科的开设需要在学生掌握了一些基础课程以后再进行学习。学生需要先修的专业课程有:通信原理、无线通信、高频电子电路、单片机与嵌入式、计算机网络、高频微波技术、数据通信、信号与系统、高级语言程序设计等。在前期进行基础课程学习的基础上，对应物联网体系框架结构，可将物联网学科的基础理论教学分为三大方向，分别对应于其感知层、网络层和应用层。对于学生的理论学习采取循序渐进的形式，按层次展开教学。首先应对于物联网技术及概念进行全面性的介绍，可开设例如物联网技术导论、物联网系统设计等课程。在学生对所要学习科目有了总体性了解的基础上可以开设有关感知层的课程，例如:物联网识别技术、射频识别技术、物联网M2M、传感和控制技术、短距离无线通信技术等。在学生对于物联网的底层获取有所掌握以后，可以开设有关传输层的课程，例如:传感器网络、下一代互联网技术、无线网络技术原理与应用、TCP/IP网络与协议、数据融合与处理等。最后需要学生的学习领域延伸到物联网的应用层，其包含的课程有物联网与云计算、数据挖掘技术、模糊识别技术、人工智能、物联网安全、物联网技术应用(智能电网、智能家居、智能物流、智能医疗)、物联网经济学等。
2．2以培养创新能力为目的的实验教学
作为信息技术领域第三次革命的物联网技术，是一门建立在综合信息理论基础上的实用性很强的专业，因此对于物联网技术的学习不能仅仅停留在理论基础的学习上，还要对学生进行实践性培养。这样不但可以在实践的过程中加深学生对于物联网理论知识的理解，而且可以使学生提高实践能力，同时挖掘学生的自主创新能力，为将来顺利就业打下基础。根据以往的教学经验和培养体系，可以把以培养创新能力为目的的实验教学分为三个阶段性实验:基础实验、毕业设计和大学生创新实验。三个实验阶段逐层递进、步步深入，最终达到实验教学目的。并且对于授课学生可以选择性的实验，即基础实验是每个学生必修的课程，毕业设计可以根据自己感兴趣的方面选择物联网中某一方面进行深入研究，大学生创新实验针对学习基础好并且有一定探索精神的学生来选修。对于实验室硬件建设可以分为两大部分来进行:一是物联网基础实验部分、二是物联网综合实验部分。
对于基础实验部分是每个建立物联网专业的实验室必须开设的，而对于物联网综合部分可以根据每个学校的不同研究情况有选择的开设。基础实验部分一般包括:RFID综合实验、无线传感器网络实验、嵌入式系统实验、传感器与虚拟仪器实验、云计算技术实验、高级软件无线电实验等;物联网综合实验部分一般包括:智慧校园、智能家居实验室、智能管理和安防系统、智能电网用电系统、智能交通系统、智慧物流系统等。以我校物联网实验室建设为例，介绍实验室建设体系的构成，如图2所示。物联网实验室可开设基础实验和体验实验(即物联网综合实验)两部分内容，基础实验内容包括:RFID射频识别实验和WSN无线传感网络实验。学生通过RFID射频识别实验，掌握RFID读写器、原理机、标签的原理及应用。WSN无线传感网络实验由无线传感器网络与嵌入式网关两部分组成。学生通过网络协议对多个无线传感器网络进行组网并完成节点指定的功能。智能物联网体验实验由六个主要子系统构成:智能家居系统、实验箱管理系统、RFID设备管理系统、智能用电系统、无线视频监控系统以及系统整合的物联网综合体验中心平台。
2．3以利于学科发展为目的的科研平台构建
物联网技术虽然正在以很快的速度向前发展，但是在其发展的过程中还是有许多制约其发展的瓶颈。这就需要在现有的理论基础上进行更深层次的研究，为未来物联网更好的发展打基础。对于研究生培养阶段来说，正是对于目前尚存在问题的技术进行深入探究的学习阶段。对于物联网技术来说，有关感知层的技术和应用研究已经比较广泛和成熟;网络层包括有线和无线网络技术的数据传输和安全性的问题还有待解决;应用层中的海量信息智能处理技术和人工智能技术是存在问题比较多和更有突破点的研究方向。因此，对于物联网专业的研究生阶段，可以针对某个具体的待解决的问题进行立项，由导师带领团队进行研究。针对我校的大电力办学特色，依托智能电网的大力推行，我校的物联网科研平台主要着重从发电、输电、配电、用电四大方面全方位深层次地进行研究，着力打造物联网和智能电网相结合的五大技术体系，即基于物联网感知层的智能电网信息感知能力的基础体系、基于物联网网络层的可靠通信平台支撑体系、基于物联网应用层的智能电网应用体系、电力物联网标准规范体系、建立物联网的边界安全体系。
2．4以产品为目的的研究成果转化
物联网技术是一门实用性很强的学科，在进行基础研究的同时，可以利用社会的资源与高校的研究成果进行资源互补。可以探索企业和高校共同培养的模式，对于学生和社会来说是一种共赢的方式。并且高校还可以根据企业对于目前的需求提出研究方向，这样高校研究出来的科研成果就可以快速地转化为生产力，实现了科研成果的快速转化，并且使科学研究更加贴近社会需要。就我校的办学重点而言，其研究成果转化的主要方向为物联网在智能电网中的应用，依托智能电网和物联网关键技术的发展与成熟，物联网和智能电网相结合的典型应用。
3结语
与以往的基础学科不同，物联网是一种面向未来新兴产业的技术，因此该学科建设在注重理论学习的基础上还要兼顾其实践性和创新性。本文提出的产学研相结合的物联网学科建设方案，充分考虑了学科建设过程中的各个方面，并针对教学、实验、科研和成果转化四个方面进行了分析，最终形成了一种物联网学科建设方案的雏形。但是，由于物联网技术刚刚兴起，并且没有其他先验的教学经验可以借鉴，教师也是在其发展中不断摸索，该体系还有再完善和改进的空间。
作者：车辚辚 孔英会 李保罡 贾惠彬 单位：华北电力大学电气与电子工程学院
