网络工程专业下物联网技术及应用方向课程设置研究

引言

自从2010年教育部办公厅发布关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知(教高厅函［2010］13号)以来,在全国范围内，至今已有135所高校获批开办物联网专业。正是在这一政策背景和形势下，华南理工大学广州学院作为一所应用型本科院校，也从2011年开始就开办物联网专业进行了探讨。考虑到招生、专业成熟度、教学组织、就业等各方面因素后，学校最终决定还是在现有计算机工程学院网络工程专业下开设物联网技术及应用方向，而不是立刻新开物联网工程专业。

在网络工程专业下开设物联网技术及应用方向，一方面可以为时机成熟时申报物联网工程专业积累办学经验，另一方面也为将来新开的物联网工程专业在招生和就业方面奠定一定的基础。还有一个考量是开设专业方向比开设专业更具灵活性。正是在上述指导思想下，笔者开展了网络工程专业下开设物联网技术及应用方向的课程设置研究。研究的重点是在理清物联网技术体系和知识体系的前提下，提出一种在网络工程专业大背景下，如何兼顾网络专业已有知识体系的同时，又能更加合理有效地开出物联网技术及应用方向的课程，体现网络专业背景下的物联网技术方向特色。

1物联网的体系结构与技术体系分析

从物联网的体系结构入手开始其技术体系分析，这一分析手法有利于理解物联网各项技术之间的相互联系及不同层次间技术的依存关系。

借鉴计算机网络体系结构采用分层的经验，物联网的体系结构也是分层模型。现在被大家广泛接受的看法是将物联网分成三个层次，按从下到上的顺序分别是感知层、网络层和应用层。

感知层由各种形形色色的能够感知和采集物体信息、识别和定位物体的设备组成。典型的设备有各种传感器、智能测控设备、RFID、GPS、智能终端、智能家电等。该层的主要任务是将现实物理世界的各种物体信息通过上述设备实时并自动地转化为虚拟信息世界的数字化信息或者数据。与之相应的技术则包括传感和控制技术、RFID技术、定位技术、短距离无线通信技术等。

网络层又可以细分成接入层、汇聚层和核心交换层，图1所示是物联网的层次结构模型。其中，接入层通过各种接入技术连接最终用户设备；汇集层聚合接入层的用户流量,实现数据路由、转发与交换；核心交换层为物联网提供一个高速、安全与保证服务质量的数据传输环境。一般来说，互联的广域网、城域网、局域网与个人区域网，电信的移动通信网、电话交换网的相关网络通信设备与通信线路就是汇聚层与核心交换层所涵盖的物联网网络层的典型设备与网路。

图1物联网层次结构模型

因网络可分为无线和有线两类，所以与网络层相应的技术也可分为无线类的无线个人区域网技术（ZigBee、蓝牙、UWB等）、无线局域网技术（WiFi等）、无线城域网技术（WiMAX）、移动通信中的机器到机器通信（M2M）技术，有线类的局域网技术、工业现场总线网标准、电话交换网技术等。

应用层也可细分成管理服务层和行业应用层叫管理服务层位于网络层与行业应用层之间，当感知层产生的大量数据经过网络（传输）层传送到应用层时，必须由管理服务层对这些海量数据进行高效地和可靠地汇聚、融合与存储，之后再经过分析处理才能加以利用。不仅如此，管理服务层还承担信息安全、隐私保护与网络管理等项工作。行业应用层就是建构在上述各层之上的分行业的应用，如智能电网、智能交通、智能家居等。

应用层涉及技术众多，主要有数据融合技术、海量数据存储技术、中间件技术、数据挖掘与智能数据处理技术、智能决策、高性能计算与云计算平台等。

除了上述各分层技术之外，支持物联网且涉及感知层、网络层与应用层的共性技术还有信息安全、网络管理、对象名字服务与服务质量保证等。

上述物联网各层所涉技术便构成了物联网技术体系的主体框架。虽然这些技术处在不同的层次中，但因物联网各层次本身既相对独立又相互依存，所以这些技术也是既在各自层次中各司其职，同时又在层间协同作用。另外，一个真实的物联网系统，其作用范围及大小不同，它们所涉及的技术也有可能不同，换句话说，一个真实的物联网系统一般是不会用上上述全部这些技术的。

2物联网工程专业的知识体系分析

按照顶层设计的思路，借鉴一般理工科本科专业教育内容和知识体系的设计方法，物联网专业的教育内容和知识体系应由通识教育、专业教育和综合教育三部分构成。

通识教育包括人文社会科学、自然科学、经济管理、外语、体育、实践训练等知识体系;专业教育包括相关学科基础、物联网工程学科专业、专业实践训练等知识体系;综合教育则包括思想教育、学术与科技活动、文艺活动、体育活动、自选活动等知识体系。

明确了物联网在各层次中可能采用的技术以及由这些技术构成的物联网技术体系后，就可以从技术体系转化为物联网专业知识体系过程。技术体系是与专业教育这部分知识体系相对应的，对这部分的研究是本节的重点。

物联网工程专业的专业知识体系应该涵盖物联网技术体系中各项技术所要求的知识，除此之外，还应包括物联网应用系统整体架构设计与优化的知识。具体来说，可以列举如下：

第一类是感知识别与测量控制技术所要求的知识，它们是智能测控、条形码、RFID、卫星定位、传感器与传感网等方面的知识。

第二类是网络与通信技术所要求的知识，它们是通信传输、通信标准与协议、网络与组网等方面的知识。

第三类是数据处理与决策技术所要求的知识，它们是数据融合、海量数据存储、数据库与数据仓库、中间件、数据挖掘与智能数据处理、智能决策、高性能计算与云计算等方面的知识。

第四类是物联网共性技术所要求的知识，它们是信息安全、网络管理、对象名字服务与服务质量保证等方面的知识。

第五类是物联网应用系统整体架构设计与优化所要求的知识，它们是物联网工程规划与设计、物联网应用系统设计、智能交通系统、智能电网系统、智能家居系统等方面的知识。

3物联网技术及应用方向课程设置

上节对物联网工程专业知识体系的分析结果，如何转化成网络工程专业物联网技术及应用方向的课程设置是一个需要进一步探讨的问题，因为开设方向毕竟不是开办专业，它需要在网络工程专业的框架背景下进行设计。一个切合华南理工大学广州学院办学实际的指导思想是，在谋划物联网技术及应用方向的课程设置时需做如下几点考虑：第一，专业主干课程要尽量涵盖物联网有代表性的关键技术对专业知识的需求；第二，兼顾网络工程专业网络管理方向的学科基础和可以交叉共享的部分专业课程；第三，突出体现物联网的应用；第四，保证整个专业对学时学分的限制要求。表1正是在上述四点考虑下提出的一套物联网技术及应用方向的课程设置方案。

表1所列的课程设置方案是在网络工程专业下作为一个专业方向施行的，所以，具备如下一些特点：第一，在同一专业下，与之相伴的还有一个网络管理方向，所以方案设计中,两个方向的学科基础课是相同的，而部分专业领域课是交叉的；第二，在具体选课操作上，不限制物联网方向的学生选择网络管理方向未交叉的专业课程，譬如通信与信息安全、网络互联技术等课程，使课程覆盖面更广；第三，规划了智能电网与智能家居等课程，一方面突出应用，另一方面与学校的办学专业（电气工程学院电气工程及其自动化专业）和科研成果（工程研究院智能家居项目）有效地结合起来；第四，个人拓展计划为学生拓展本专业以外的知识提供了一种可选择的方案。

4结语

物联网工程专业作为配合国家战略性新兴产业发展需要而开办的新专业，目前有大量需要探讨的问题，但专业的开办又不能等这些问题都解决后才来进行，所以，必须通过开设实践并在其开办进程中去逐步解决。结合华南理工大学广州学院的办学实际，选择在网络工程专业下通过开设物联网技术及应用方向来积累经验，在过程中去发现和解决问题，为开办物联网工程专业奠定课程、师资、教材、实践等多方面的办学基础。经过学院近两年的实践表明，这是一个有序渐进并符合学院办学实际的方案。希望这一方案能给在目前阶段与华南理工大学广州学院采取同样办学思路的高校院系提供一个参考。

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