引言

自從2010年教育部辦公廳發(fā)布關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)申報和審批工作的通知(教高廳函［2010］13號)以來,在全國范圍內(nèi)，至今已有135所高校獲批開辦物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。正是在這一政策背景和形勢下，華南理工大學(xué)廣州學(xué)院作為一所應(yīng)用型本科院校，也從2011年開始就開辦物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)進(jìn)行了探討?？紤]到招生、專業(yè)成熟度、教學(xué)組織、就業(yè)等各方面因素后，學(xué)校最終決定還是在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)下開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向，而不是立刻新開物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。

在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)下開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向，一方面可以為時機(jī)成熟時申報物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)積累辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，另一方面也為將來新開的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在招生和就業(yè)方面奠定一定的基礎(chǔ)。還有一個考量是開設(shè)專業(yè)方向比開設(shè)專業(yè)更具靈活性。正是在上述指導(dǎo)思想下，筆者開展了網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)下開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向的課程設(shè)置研究。研究的重點(diǎn)是在理清物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系和知識體系的前提下，提出一種在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)大背景下，如何兼顧網(wǎng)絡(luò)專業(yè)已有知識體系的同時，又能更加合理有效地開出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向的課程，體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)背景下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方向特色。

1物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)體系分析

從物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)入手開始其技術(shù)體系分析，這一分析手法有利于理解物聯(lián)網(wǎng)各項(xiàng)技術(shù)之間的相互聯(lián)系及不同層次間技術(shù)的依存關(guān)系。

借鑒計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用分層的經(jīng)驗(yàn)，物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)也是分層模型?，F(xiàn)在被大家廣泛接受的看法是將物聯(lián)網(wǎng)分成三個層次，按從下到上的順序分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

感知層由各種形形色色的能夠感知和采集物體信息、識別和定位物體的設(shè)備組成。典型的設(shè)備有各種傳感器、智能測控設(shè)備、RFID、GPS、智能終端、智能家電等。該層的主要任務(wù)是將現(xiàn)實(shí)物理世界的各種物體信息通過上述設(shè)備實(shí)時并自動地轉(zhuǎn)化為虛擬信息世界的數(shù)字化信息或者數(shù)據(jù)。與之相應(yīng)的技術(shù)則包括傳感和控制技術(shù)、RFID技術(shù)、定位技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)等。

網(wǎng)絡(luò)層又可以細(xì)分成接入層、匯聚層和核心交換層，圖1所示是物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)模型。其中，接入層通過各種接入技術(shù)連接最終用戶設(shè)備；匯集層聚合接入層的用戶流量,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)路由、轉(zhuǎn)發(fā)與交換；核心交換層為物聯(lián)網(wǎng)提供一個高速、安全與保證服務(wù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。一般來說，互聯(lián)的廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)與個人區(qū)域網(wǎng)，電信的移動通信網(wǎng)、電話交換網(wǎng)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備與通信線路就是匯聚層與核心交換層所涵蓋的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的典型設(shè)備與網(wǎng)路。

圖1物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型

因網(wǎng)絡(luò)可分為無線和有線兩類，所以與網(wǎng)絡(luò)層相應(yīng)的技術(shù)也可分為無線類的無線個人區(qū)域網(wǎng)技術(shù)（ZigBee、藍(lán)牙、UWB等）、無線局域網(wǎng)技術(shù)（WiFi等）、無線城域網(wǎng)技術(shù)（WiMAX）、移動通信中的機(jī)器到機(jī)器通信（M2M）技術(shù)，有線類的局域網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、電話交換網(wǎng)技術(shù)等。

應(yīng)用層也可細(xì)分成管理服務(wù)層和行業(yè)應(yīng)用層叫管理服務(wù)層位于網(wǎng)絡(luò)層與行業(yè)應(yīng)用層之間，當(dāng)感知層產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)（傳輸）層傳送到應(yīng)用層時，必須由管理服務(wù)層對這些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效地和可靠地匯聚、融合與存儲，之后再經(jīng)過分析處理才能加以利用。不僅如此，管理服務(wù)層還承擔(dān)信息安全、隱私保護(hù)與網(wǎng)絡(luò)管理等項(xiàng)工作。行業(yè)應(yīng)用層就是建構(gòu)在上述各層之上的分行業(yè)的應(yīng)用，如智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居等。

應(yīng)用層涉及技術(shù)眾多，主要有數(shù)據(jù)融合技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、中間件技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)、智能決策、高性能計(jì)算與云計(jì)算平臺等。

除了上述各分層技術(shù)之外，支持物聯(lián)網(wǎng)且涉及感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層的共性技術(shù)還有信息安全、網(wǎng)絡(luò)管理、對象名字服務(wù)與服務(wù)質(zhì)量保證等。

上述物聯(lián)網(wǎng)各層所涉技術(shù)便構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的主體框架。雖然這些技術(shù)處在不同的層次中，但因物聯(lián)網(wǎng)各層次本身既相對獨(dú)立又相互依存，所以這些技術(shù)也是既在各自層次中各司其職，同時又在層間協(xié)同作用。另外，一個真實(shí)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其作用范圍及大小不同，它們所涉及的技術(shù)也有可能不同，換句話說，一個真實(shí)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般是不會用上上述全部這些技術(shù)的。

2物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識體系分析

按照頂層設(shè)計(jì)的思路，借鑒一般理工科本科專業(yè)教育內(nèi)容和知識體系的設(shè)計(jì)方法，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教育內(nèi)容和知識體系應(yīng)由通識教育、專業(yè)教育和綜合教育三部分構(gòu)成。

通識教育包括人文社會科學(xué)、自然科學(xué)、經(jīng)濟(jì)管理、外語、體育、實(shí)踐訓(xùn)練等知識體系;專業(yè)教育包括相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)科專業(yè)、專業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練等知識體系;綜合教育則包括思想教育、學(xué)術(shù)與科技活動、文藝活動、體育活動、自選活動等知識體系。

明確了物聯(lián)網(wǎng)在各層次中可能采用的技術(shù)以及由這些技術(shù)構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系后，就可以從技術(shù)體系轉(zhuǎn)化為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)知識體系過程。技術(shù)體系是與專業(yè)教育這部分知識體系相對應(yīng)的，對這部分的研究是本節(jié)的重點(diǎn)。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)知識體系應(yīng)該涵蓋物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系中各項(xiàng)技術(shù)所要求的知識，除此之外，還應(yīng)包括物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的知識。具體來說，可以列舉如下：

第一類是感知識別與測量控制技術(shù)所要求的知識，它們是智能測控、條形碼、RFID、衛(wèi)星定位、傳感器與傳感網(wǎng)等方面的知識。

第二類是網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)所要求的知識，它們是通信傳輸、通信標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)與組網(wǎng)等方面的知識。

第三類是數(shù)據(jù)處理與決策技術(shù)所要求的知識，它們是數(shù)據(jù)融合、海量數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫、中間件、數(shù)據(jù)挖掘與智能數(shù)據(jù)處理、智能決策、高性能計(jì)算與云計(jì)算等方面的知識。

第四類是物聯(lián)網(wǎng)共性技術(shù)所要求的知識，它們是信息安全、網(wǎng)絡(luò)管理、對象名字服務(wù)與服務(wù)質(zhì)量保證等方面的知識。

第五類是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化所要求的知識，它們是物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能交通系統(tǒng)、智能電網(wǎng)系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)等方面的知識。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向課程設(shè)置

上節(jié)對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識體系的分析結(jié)果，如何轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向的課程設(shè)置是一個需要進(jìn)一步探討的問題，因?yàn)殚_設(shè)方向畢竟不是開辦專業(yè)，它需要在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的框架背景下進(jìn)行設(shè)計(jì)。一個切合華南理工大學(xué)廣州學(xué)院辦學(xué)實(shí)際的指導(dǎo)思想是，在謀劃物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向的課程設(shè)置時需做如下幾點(diǎn)考慮：第一，專業(yè)主干課程要盡量涵蓋物聯(lián)網(wǎng)有代表性的關(guān)鍵技術(shù)對專業(yè)知識的需求；第二，兼顧網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理方向的學(xué)科基礎(chǔ)和可以交叉共享的部分專業(yè)課程；第三，突出體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用；第四，保證整個專業(yè)對學(xué)時學(xué)分的限制要求。表1正是在上述四點(diǎn)考慮下提出的一套物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向的課程設(shè)置方案。

表1所列的課程設(shè)置方案是在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)下作為一個專業(yè)方向施行的，所以，具備如下一些特點(diǎn)：第一，在同一專業(yè)下，與之相伴的還有一個網(wǎng)絡(luò)管理方向，所以方案設(shè)計(jì)中,兩個方向的學(xué)科基礎(chǔ)課是相同的，而部分專業(yè)領(lǐng)域課是交叉的；第二，在具體選課操作上，不限制物聯(lián)網(wǎng)方向的學(xué)生選擇網(wǎng)絡(luò)管理方向未交叉的專業(yè)課程，譬如通信與信息安全、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)等課程，使課程覆蓋面更廣；第三，規(guī)劃了智能電網(wǎng)與智能家居等課程，一方面突出應(yīng)用，另一方面與學(xué)校的辦學(xué)專業(yè)（電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)）和科研成果（工程研究院智能家居項(xiàng)目）有效地結(jié)合起來；第四，個人拓展計(jì)劃為學(xué)生拓展本專業(yè)以外的知識提供了一種可選擇的方案。

4結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為配合國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要而開辦的新專業(yè)，目前有大量需要探討的問題，但專業(yè)的開辦又不能等這些問題都解決后才來進(jìn)行，所以，必須通過開設(shè)實(shí)踐并在其開辦進(jìn)程中去逐步解決。結(jié)合華南理工大學(xué)廣州學(xué)院的辦學(xué)實(shí)際，選擇在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)下通過開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向來積累經(jīng)驗(yàn)，在過程中去發(fā)現(xiàn)和解決問題，為開辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)奠定課程、師資、教材、實(shí)踐等多方面的辦學(xué)基礎(chǔ)。經(jīng)過學(xué)院近兩年的實(shí)踐表明，這是一個有序漸進(jìn)并符合學(xué)院辦學(xué)實(shí)際的方案。希望這一方案能給在目前階段與華南理工大學(xué)廣州學(xué)院采取同樣辦學(xué)思路的高校院系提供一個參考。

20211112_618e5672b422a__網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用方向課程設(shè)置研究