物联网时代的计算机网络技术教学探究

摘要：物联网将成为今后五年IT行业发展的热点，迅速掌握物联网技术已经成为高校教学改革的一个关键点。文章提出了在计算机网络技术这门课程中的改革的创新思路，以求增加物联网相关知识，推动高校物联网课程的改革，跟上时代发展步伐。
关键词：物联网；IPv6；ZigBee；无线网络

0 引言
    物联网(Internet of Things，IoT)，顾名思义就是指“物物相连的互联网”，就是在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的嵌入式芯片和软件，使之成为“智能物体”，进而通过网络设施实现信息传输、协同和处理，从而实现物与物、物与人之间的通信。
    2009年8月7日，温家宝总理在无锡考察时提出要尽快建立中国的传感信息中心(也称为“感知中国”中心)，标志着我国发展物联网的信心与决心。事实上，物联网的概念是在1999年提出的。根据2005年国际电信联盟(ITU)的定义，物联网主要解决物到物(Thing to Thing，T2T)、人到物(Human to Thing，H2T)、人到人(Human to Human，H2H)之间的互联。这一高度交叉的新兴前沿领域在国际上备受关注，现在，物联网已成为我国经济领域的热词，也将成为我国经济发展的新型发动机。

1 计算机网络技术在物联网时代发展中的作用
    物联网可广泛应用于社会生产和人们生活的各行各业，从而大大提升整个社会的信息化水平，并在提高效率的同时，实现节能减排。物联网的魅力来源于三大关键特征：第一，全面感知，即利用RFID、二维码、传感器等随时随地获取物体的信息；第二，可靠传递，即通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；第三，智能处理，即利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。在业界，物联网大致公认为有三个层次，其中底层是用来感知数据的感知层，中间是数据传输的网络层，最上面则是内容信息的应用层。图1所示是物联网体系的基本架构。

    物联网技术是在互联网技术基础上延伸和扩展的一种网络技术，其核心和基础仍然是互联网技术，其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之问进行信息交换和通讯。物联网的网络层将建立在现有的移动通讯网和互联网基础上。物联网通过各种接入设备与移动通讯网和互联网相连，网络层也包括了信息存储查询、网络管理等功能。网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。现在，越来越多的高校都开设了计算机网络技术的相关课程，包括无线传感网络概论、TCP／IP网络与协议等目前物联网方向专业的主要课程。就不同的行业和应用背景，众多高校同仁在如何改进计算机网络技术教学内容方面，提出了诸多有益的理念。随着信息技术的发展，计算机网络技术教学过程中的诸多环节，仍然需要进一步的探索和改进。

2 计算机网络技术课程的改革
2．1 加入IPv6内容
    尽管物联网的互联对象数不胜数，但却主要分为两类：一类是体积小、能量低、存储容量小、运算能力弱的智能小物体，如传感器节点；另一类是没有上述约束的智能终端，如无线POS机、智能家电、视频监控等。这两类互联对象，从终端侧向通信网络提出了特定的需求，而支持巨大的地址空间、网络可扩展、传递可靠等显然是其共性需求。通信网络不仅要能提供足够多的地址空间来满足互联对象对地址的需求，而且网络容量足够大，能满足大量智能终端、智能小物体之间的通信需求。值得注意的是，智能小物体在尺寸与复杂度等方面的限制决定了其能量、存储、计算速度与带宽也是受限的，因而需要通信网络能够提供轻量级的通信协议、可靠的低速率传输，同时网络还要具备自组织能力。
    基于以上原因，物联网对IP地址产生了前所未有的大量需求。而构成现今互联网技术基石的IPv4，在面临地址资源枯竭等困境的背景下，显然已无法为地球上存在的万事万物都分配一个IP地址，而这又恰恰是实现物联网的关键。
    所以，在现在的计算机网络技术教学中适当引入IPv6的教学内容，有助于学生了解当前网络的状态和物联网时代的要求。
2．2 加大无线网技术的内容
    物联网技术的应用主要以公众无线网络为载体，大多使用2G、3G网络来实现远程通信，同时也有部分应用采用固定光纤接入方式。固定光纤接入具有传输速率高、传输信息量大、可靠稳定、保密性好等特点，因此，应用时需要根据不同的应用场景选择不同的接入方式。
    常用的近距离无线通信技术有802．11b、802．15．4(ZigBee)、Bluetooth、UWB、RFID、IrDA等。其中，ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，完整的协议栈只有32 KB，可以嵌入到各种设备中，同时支持地理定位功能，因而成为构建近距离无线传感网的主流技术。
    鉴于上述情况，在课程内容中加入物联网中的无线通信内容，让学生学习各种无线RF通讯技术与标准，比如ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、GPR S、CDMA、3G、4G、5G等，使学生能够适应未来物联网时代的发展要求。

3 结语
    物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的信息产业的一个新方向。作为培养中、高级应用人才的主力军，高等学校要掌握时代的脉搏，要通过广泛的社会调研来跟踪物联网发展的趋势和前沿技术，以此占领人才培养的制高点，促进高等学校计算机专业的改革和发展，从而使所教知识都能转化为社会生产力。