物联网工程专业实验室建设方案.ppt
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1、无线龙物联网工程专业实验室建设方案,Construction of the IOT laboratoryAugust 2012无线龙科技集团安徽办事处曹先操,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
2、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X25X3CM 20-30微安电流,WIFI GS1010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1.6X1.6X0.001 CM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SO
3、C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
4、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UHF EPC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,UHF EPC无源标签读写距离已经可以达到3040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,
5、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UHF EPC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
6、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:10-2000 m(1.2 mi)频率:433 MHz速率:28 kbps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,802.11S WIFI网状网络 无线网络覆盖范围越来越大,14,80
7、2.11S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WIFI SOCGS1010,工作人员标签WIFI SOCGS1010,病人标签WIFI SOCGS1010,1,4,3,2,5,6,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GS1010 WIFI 无线单片机来看这个技术趋势;,GS1010 W
8、I-FI无线单片机结构,无线SOCGS1010 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SOCGS1010 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,802.15.4 ZIGBEE 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
9、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
10、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
11、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
12、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(Computational ThinKing,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
13、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(Algorithm Design and Analysis,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
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