大學(xué)教育物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析

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1引言

物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings，IOT)的概念最早于1999年由美國麻省理工學(xué)院提出，［1］近年來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展，其內(nèi)涵已經(jīng)發(fā)生了變化。［2，3，4］目前，物聯(lián)網(wǎng)得到全球各個(gè)領(lǐng)域的重視，被美國列為振興經(jīng)濟(jì)的兩大武器之一，被歐盟定位成使歐洲領(lǐng)先全球的基礎(chǔ)戰(zhàn)略，被中國納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，被稱為繼計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)的概念目前沒有統(tǒng)一的定義。一般來說，物聯(lián)網(wǎng)是指以感知為中心、實(shí)現(xiàn)信息空間和物理空間交融的綜合信息系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)通過大量部署具有標(biāo)識(shí)、感知和執(zhí)行等能力的多種信息設(shè)備，與各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的信息采集、傳輸、處理、和決策反饋等，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的互動(dòng)和知識(shí)共享，提升對(duì)綜合感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和反饋控制，為人類社會(huì)提供智慧的服務(wù)。［5，6，7］物聯(lián)網(wǎng)在電力、交通、醫(yī)療、家居、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流、軍事、環(huán)境、節(jié)能減排、公共安全等不同的行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域整合信息領(lǐng)域的服務(wù)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)從信息化向智能化的提升。作為信息技術(shù)前沿領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)將革命性的改變未來人們的生活和工作方式。從人到人通信的移動(dòng)通信網(wǎng)，機(jī)器到機(jī)器連接的互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)展到物與物、人與物互動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)國家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、安全和科學(xué)技術(shù)自身的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。在大學(xué)教育領(lǐng)域中，需要充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，倡導(dǎo)學(xué)生自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，改變教師教學(xué)方式，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具。［8］與此同時(shí)，Web3．0、移動(dòng)設(shè)備、IPV6、云計(jì)算、3G通信、無線傳感網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，表明物聯(lián)網(wǎng)在教育領(lǐng)域巨大的應(yīng)用潛力，尤其是在大學(xué)教育中，它能改善學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)方式，更好地促進(jìn)教育的跨越式發(fā)展。同時(shí)，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行校園管理，適合校園安全、儀器設(shè)備、教務(wù)管理的需要，提高管理效率和質(zhì)量。

2物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)

2．1基本特征

2．1．1物聯(lián)網(wǎng)是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的傳感器，每個(gè)傳感器是一個(gè)信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性，同時(shí)其周期性的采集信息，更新數(shù)據(jù)。

2．1．2物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去。由于采集的信息其數(shù)量極其龐大，在傳輸海量信息過程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時(shí)性，必須采用適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議。

2．1．3物聯(lián)網(wǎng)具有智能處理的能力

物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種智能技術(shù)，從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。

2．2關(guān)鍵領(lǐng)域

2．2．1RFID

RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，由一個(gè)詢問器(或閱讀器)和多個(gè)應(yīng)答器(或標(biāo)簽)組成，用于控制、檢測和跟蹤物體。

2．2．2傳感網(wǎng)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)是由許許多多功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成，每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器)、數(shù)據(jù)處理和控制模塊(微處理器、存儲(chǔ)器)、通信模塊(無線收發(fā)器)和供電模塊(電池、DC/AC能量轉(zhuǎn)換器)等組成。

2．2．3M2M

M2M是機(jī)器對(duì)機(jī)器(machine－to－machine)通信的簡稱。目前，M2M重點(diǎn)在于機(jī)器對(duì)機(jī)器的無線通信，存在以下三種方式:機(jī)器對(duì)機(jī)器，機(jī)器對(duì)移動(dòng)電話(如用戶遠(yuǎn)程監(jiān)視)，移動(dòng)電話對(duì)機(jī)器(如用戶遠(yuǎn)程控制)。

2．2．4兩化融合

兩化融合是信息化和工業(yè)化的高層次的深度結(jié)合，是指以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走新型工業(yè)化道路;兩化融合的核心就是信息化支撐，追求可持續(xù)發(fā)展模式。

3大學(xué)教育中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)的研究主要集中在智能物流、智能電網(wǎng)、綠色建筑、智能交通及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，在教育中的應(yīng)用將越來越廣泛。本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的一般結(jié)構(gòu)建立了在大學(xué)教育中的物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)。

(1)智能化教學(xué)

傳統(tǒng)課堂教學(xué)的物理環(huán)境所包含的教學(xué)資源比較有限，而信息時(shí)代網(wǎng)絡(luò)資源極大地豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，有利于提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的素質(zhì)。物聯(lián)網(wǎng)的引入使教學(xué)環(huán)境的每個(gè)物件都具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化特性，充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)點(diǎn)，即時(shí)捕捉、分析教與學(xué)的需求信息，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，為師生提供智能化的教學(xué)環(huán)境與教學(xué)資源。物聯(lián)網(wǎng)的介入可以為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一個(gè)安全的、共享的、智能化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。每一種實(shí)驗(yàn)器材都有數(shù)字化屬性與使用幫助信息，當(dāng)實(shí)驗(yàn)器材使用錯(cuò)誤時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)者可以遠(yuǎn)程控制納入物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)器材;實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)可以被實(shí)時(shí)采集并以適當(dāng)?shù)姆绞教峁┙o實(shí)驗(yàn)者，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化。通過物聯(lián)網(wǎng)不但使得現(xiàn)實(shí)世界的物品互為連通，而且有效地支持人與人、物與物以及人與物的交互。

(2)智能化管理

物聯(lián)網(wǎng)可以用于學(xué)?？记诠芾?、學(xué)校圖書管理、教學(xué)儀器設(shè)備管理、學(xué)校教育安全管理。例如在校行蹤通知;學(xué)生健康;課外教學(xué)管理;危險(xiǎn)區(qū)域管理;校園訪客管理;教育設(shè)備管理;學(xué)校大型會(huì)議人員管理;運(yùn)動(dòng)設(shè)施使用人員管理等。設(shè)置RFID讀卡器在學(xué)生流動(dòng)較大的場所(教室、走廊、大樓入口等)，每個(gè)學(xué)生攜帶RFID標(biāo)簽(如一卡通等)。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測RFID信息，統(tǒng)計(jì)學(xué)生考勤情況，老師可通過網(wǎng)絡(luò)查詢學(xué)生考勤情況，同時(shí)可以獲得學(xué)生所在位置及行動(dòng)軌跡。圖書及儀器設(shè)備的管理也可以通過RFID標(biāo)簽進(jìn)行定位和跟蹤，確保教育資源的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及合理使用。為了保證學(xué)生的健康，攜帶自測生理指標(biāo)RFID標(biāo)簽的學(xué)生，當(dāng)學(xué)生健康異常時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)信息通知相關(guān)人員，做即時(shí)健康管理及處置措施。當(dāng)學(xué)生到了具有不安全因素的環(huán)境時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出語音作現(xiàn)場警示，同時(shí)發(fā)出警報(bào)信息通知相關(guān)人員做即時(shí)處理，并配合校方監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視現(xiàn)場狀況使得管理人員易于指揮調(diào)度。當(dāng)訪客進(jìn)入校園有RFID的檢測范圍的管制區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出語音警示同時(shí)通知學(xué)校相關(guān)人員進(jìn)行適當(dāng)處理。

(3)智能化服務(wù)

物聯(lián)網(wǎng)的目的是服務(wù)于教師和學(xué)生，智能化地獲得想要得到的資源，提高教學(xué)水平，豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)教育資源的日益增長為老師和學(xué)生提供豐富的教學(xué)內(nèi)容，不但可以提高學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量，還可以拓展學(xué)生的視野。更為重要的是學(xué)生在課外很容易獲得與自己興趣相關(guān)的資源服務(wù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的提供，解決了傳統(tǒng)課堂教學(xué)資源有限的問題，針對(duì)學(xué)生不能親自做實(shí)驗(yàn)的情況，學(xué)生可以獲得安裝在實(shí)驗(yàn)器材上的各類傳感器采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行加工和分析，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。生活中的傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)真實(shí)地反映了學(xué)生的實(shí)時(shí)狀態(tài)，及時(shí)地提供健康方面的服務(wù)等。

4總結(jié)

繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后，物聯(lián)網(wǎng)將引領(lǐng)信息產(chǎn)業(yè)革命的新一次浪潮，勢(shì)必將改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞?。隨著在不同的行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用，在大學(xué)教育中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能更好的發(fā)揮高等教育的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建合理的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用，提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具，提高管理效率和質(zhì)量，更好地促進(jìn)教育的跨越式發(fā)展。