物聯網相關技術與應用引入商科類實驗的構想

趙婉鹛， 李醫群， 章學拯

(上海對外貿易大學國際經貿學院，上海201620)

0 引言

物聯網技術與應用是當前信息化發展的主體目標之一，也將是未來信息化社會高度發展的必然結果和必經階段。自溫家寶總理2009年8月在視察中科院無錫物聯網產業研究所時提出“感知中國”的口號以來，物聯網受到了全社會極大關注，2009年11月，溫家寶總理在向首都科技界所做的“讓科技引領中國可持續發展”的重要講話中，再一次將物聯網列入國家發展戰略性新興產業的五項內容之一，并寫入“政府工作報告”［1］。2011年11月《物聯網“十二五”發展規劃》發布，在2012年兩會的政府工作報告中，物聯網再次被提為戰略性新興產業，未來，物聯網技術推廣、應用及相關試點示范工作將加快步伐，全面展開［2］。

1 必要性與可行性分析

物聯網將會以迅猛的態勢走入人們的生活，并在社會發展的各個領域產生前所未有的影響。了解與掌握物聯網技術，體驗其應用優勢，參與其運營實踐，充分實現對物聯網技術的全面感知、了解和應用，應成為當前高等學校信息化教育中的一項必要環節［3］。無論在理工科類專業還是在經管商貿類專業，高校都應適時地將物聯網技術與應用充分地向學生進行展示與灌輸，從而培養學生的物聯網觀念，培養適合當前信息化發展需要的人才，因此，將物聯網技術與應用引入高校，成為當前高等教育人才培養模式創新進程中一項重要的課題。

截至2011年底，國內已有37所高校創設了物聯網(傳感網)相關專業，其中有30所高校設置了物聯網工程專業，5所高校設置了傳感網技術專業，2所高校設置了智能電網信息工程專業。并設置了相應的課程體系及理論與實踐教學平臺，實現了物聯網人才培養的框架和保障機制的構建［4］。

物聯網專業主要以培養具備現在信息處理技術，具備物聯網系統設計、開發及應用能力的人才為主要方向，培養對象主要針對理工類專業背景的學生，其實驗、實踐環節的設置也以典型的理工科類實驗內容為主，如與網絡技術和無線通信技術相關的實驗項目、與軟件開發和應用相關的實驗項目和與電子電器元件配置與使用相關的實驗項目等［5］。但從物聯網的普及和應用廣度而言，物聯網應用應不僅局限于理工科領域，在經濟管理和商務貿易等各項活動中，物聯網都發揮著巨大的應用優勢和價值。

當前，物聯網技術應用的熱門還包括在交通、電力、家居、物流等多個領域的智能化應用與管理［6］。商科院校以開展經濟管理和商務貿易學科知識的教學和科研為特色，學科建設和人才培養過程中體現出以培養具備綜合素質的經管商貿類高素質人才的宗旨和理念，在信息化主導社會生產生活的背景下，商科類專業的學生同樣應了解和掌握物聯網的相關知識并體驗物聯網技術在商科領域的應用，這對培養適應新環境下綜合發展的高素質商科人才具有重要的意義。

商科院校應根據自身的學科特色及人才培養要求，配合自身的資源優勢，設立符合實際需要的物聯網實驗項目，培養具備物聯網應用意識的商科人才，充分體現物聯網技術在商科領域中的重要作用。

2 可行的實驗項目

商科專業中物聯網實驗課程的設置應使學生在對物聯網相關技術具備基本認知的情況下，結合自身以商務貿易人才培養為主的特色設定相應的實驗內容。在物聯網實驗項目和實驗內容的安排上可以充分考慮商科專業自身的特色，規避對理工科知識和技術操作要求很高的編程、操作系統應用、儀器安裝與調試等方面的內容，而主要以“感知性”和“體驗式”的實驗項目和內容為主。

基于學術界對物聯網三層體系——感知(互動)層、網絡(傳輸)層、應用(服務)層架構的認識［7］。可以考慮在物聯網三層架構的框架下，選擇適合商科專業學生感知和操作的實驗項目，構建物聯網實驗項目和實驗內容。

基于感知層的物聯網實驗主要涉及物聯網智能感知和認證標識等相關技術的應用，這類實驗主要有EPC電子產品編碼實驗、GPS定位傳感實驗、RFID——射頻識別感知實驗、商業二維碼掃描與驗證實驗、電子貨物標簽實驗等［8］。上述實驗內容基本與日常商貿業務往來中的產品鑒定、標識、信息保護等內容緊密相關，引入至商科實驗中，將具有一定的效用。

基于網絡層的物聯網實驗主要涉及無線通信技術和網絡協議的應用，基于此層的物聯網實驗可選取以短距離網絡通信實驗為主的內容。適合作為商科院校實驗操作的項目包括Zigbee網絡實驗、WIFI實驗、BlueTooth實驗及RFID高頻及超高頻無源實驗等［9］，通過讓學生體驗上述技術在信息傳輸與數據處理中的應用和實現過程，使學生加深對物聯網技術強大功能和優勢的認識。

基于應用層的物聯網實驗主要涉及網絡接入和智能處理技術展示等方面內容。具體的實驗可以選擇針對某一實際應用領域的物聯網模擬操作進行。學生通過對物聯網在該領域具體應用的認識和了解，從感官上體驗物聯網技術的先進性給日常生產和生活帶來的便捷、高效及智能化處理等方面的優勢。物聯網應用型實驗項目可涉及智能物流、智能家居、智能電網、智能安防、智慧校園等多個領域［10］，只要軟、硬件實驗資源充分具備，實驗設施完善，上述大部分的實驗項目都可以在商科院校中開設并充分實現。這里以“智能物流”應用實驗為例，對基于物聯網技術的應用型實驗進行內容設置和場景搭建的說明。

智能物流是將RFID、傳感器、GPS等傳感技術及信息處理和網絡通信技術等廣泛應用于物流業中的運輸、倉儲、配送等各個環節的智能化物流服務模式，通過利用物聯網相關技術進行智能化處理，實現物流作業中的實時信息采集、傳輸、任務處理等功能，并在一個集成的環境下對采集的信息進行分析和處理，完成物流環節的自動化運作和高效率優化管理，實現物流管理中降低成本，管理透明、提高服務水平等目的。

圖1中的“智能物流集成方案”為智能物流實驗系統的體系架構圖。智能物流中的物聯網應用主要集合了射頻識別(RFID)、傳感器及全球定位系統(GPS)、移動通信、基于移動通信技術的M2M應用等多項技術，此外，還涉及數據庫、數據查詢與處理、移動商務、信息安全等其它信息處理技術［11］。實驗系統的構建以充分展示物聯網技術在物流管理中數據采集、處理和商務流程的設計與應用為主要目的，實驗內容可以根據商科專業學生對物聯網技術及在物流業中應用情況的理解程度、知識掌握情況進行合理安排。

圖1 智能物流集成方案

實現系統主要包括基于無線傳感網、RFID及EPC技術的數據采集、管理、可視化與應用系統的集成，以及產品入庫、存儲、盤點、庫存管理與控制、出庫、配送、移動采購等內容。具體包括:

(1)功能模擬。原材料的運送、入庫、出庫和加工，產品入庫、出庫和傳送，產品分揀。

(2)商品貼標模擬。生產商收到EPC IS的貨品訂單(電子訂單)--模擬制造工廠完成生產物品，直接在封裝后，貼上EPC電子標簽。

(3)基于RFID技術的出入庫及盤點管理模擬。采用RFID技術實現物品正常出入庫和非正常出入庫的智能化管理、庫存的快速庫存自動盤點。

(4)配送過程模擬。確定配送路線、對象、物品種類數量等信息后，形成對唯一車輛的全程監控，并啟動車輛出發后的一系列執行程序;當發現匹配錯誤時，系統發出警報，自動報告車輛位置等信息。

(5)移動購物模擬。用戶在模擬超市(商場)中采購時，通過配置RFID Reader的智能手機讀取商品上的RFID標簽，通過移動ONS獲得遠程的EPC商品數據。購買后，可委托物流公司將商品運送至家中。系統將購買信息發送至EPC IS服務器，通過EPC IS服務器將信息發送至生產商和配送中心。顧客完成購物后，通過RFID智能收銀臺，自助完成購物結算。

(6)物流管理及商務中心服務器管理模擬。模擬物流管理及移動商務中心服務器集成系統，開展信息采集與處理工作，完成對商品貼標、出庫、入庫、盤點、運輸過程、移動購物及移動商務的全程可視化管理。

上述介紹的實驗內容可以根據商科專業的特色及教學要求進行合理的設置和調整，目的是通過構建和使用智能物流實驗系統，實現學生對信息化物流中的原料運送、出入庫、產品分揀、電子標簽識別、產品盤點、配送、移動定位等全方位的綜合的物流信息化操作與管理的感性認識［12］。學生通過對智能物流實驗環境的了解和對實驗操作的體驗，能夠對以物聯網技術應用為特征的物流活動有更加深刻的認識和體會。

與“智能物流實驗”項目類似，智能交通、智能家居、智慧校園等物聯網應用實驗項目分別從社會生產、生活的各個方面反映了物聯網技術在當前信息化社會中起到的重要作用，同樣能夠實現學生對物聯網技術深入了解、全面把握的目的。

3 保障機制

物聯網是一項嶄新的技術和應用，將物聯網應用引入到商科類實驗中是一項具有創新意義的構想，同時也是一項具有挑戰性的工作。物聯網實驗與商科專業知識的結合需要根據物聯網的應用領域與商科專業人才培養的要求進行，需要合理地配置實驗教學資源和實驗教學內容。需要在對原有的商科實驗教學資源進行重新整合的基礎上對實驗環境和實驗平臺進行全新的布置。

在物聯網實驗系統硬件資源的配置上，商科院校需設定符合一定標準的基于物聯網環境基礎要求的實驗場地、設備和器材。與物聯網實驗相關的硬件設備包括各種微型無線傳感器、RFID、GPS、TD-SCDMA等配套設備。參照物聯網技術體系架構的構成特點，除基本的實驗用PC機外，還需配置具備各種感知功能的無線傳感器網絡節點、RFID標簽、條形碼、電子掃描儀器、感應器、嵌入式網關模塊、低功耗WiFi設備以及用于數據測量與轉換功能的智能芯片等多種設備［13］，對硬件配置的要求對商科院校實驗教學資源的投入提出了較高的要求，能否滿足基本設備的配置要求決定了物聯網實驗開設的效果。相信隨著物聯網硬件設備的不斷普及化和量產化，經濟實用的物聯網教學用器件和設備能夠不斷進入高校實驗場所，充分滿足商科物聯網實驗教學的要求。

與物聯網實驗相關的軟件資源包括系統網絡軟件，嵌入式網關軟件，PC數據管理與分析軟件以及保障物聯網實驗順利進行的其他配套軟件［14］，商科院校需在原有的軟件資源(如網絡軟件資源和系統環境資源)的基礎上，需配置滿足物聯網實驗開展所需的各項應用型軟件及有效的實驗管理系統。同時，考慮自身教學資源的有機整合，往往要求對物聯網實驗內容和軟件環境進行重新的調整和配置，這種情況下還需要院校與軟件開發商或提供商之間進行合作，完成對實驗軟件的二次開發。上述開發與維護內容的完善是保障物聯網實驗教學軟件(系統)有效運行的基礎。

4 結語

構建滿足商科專業實驗教學用的物聯網實驗系統需要多方面的投入。包括課程內容的設置、實驗平臺的搭建、實驗后臺管理系統、學生考核機制以及實驗師資的配置等;在實驗教學開展的過程中，還需要思考并解決諸多問題，如為增強實驗感知的真實性，能否保證實驗工具的真實性和可靠性，實驗過程的可視化展示［15］;在實驗課程的安排上，需要考慮商科專業學生對物聯網相關知識應掌握程度的把握，考慮對有代表性的物聯網實驗項目的選擇等［16］。上述的諸多問題有待于在將物聯網引入商科類實驗的過程中不斷地探索、思考和完善。

［1］ 溫家寶.讓科技引領中國可持續發展.首都科技界大會講話［R］.中華人民共和國中央人民政府網站:http://www.gov.cn/ldhd/2009-11/23/content_1471208.htm.2009年11月3日.

［2］ 2012年兩會:物聯網再次被提為戰略性新興產業［EB/OL］.網易 新 聞 中 心.http://news.163.com/12/0306/13/7RTQN0HV00014AEE.html.2012 年3月6日.

［3］ 崔艷榮，陳 勇.物聯網工程專業課程體系設置探究［J］.長江大學學報(自然科學版)，2010(6):373-375.

［4］ 張光會，余晃晶.試論物聯網工程專業的人才素質和培養目標［J］.科技信息，2011(11):216-217.

［5］ 徐勇軍.物聯網實驗教程［M］.北京:機械工業出版社.2011.

［6］ 李朱峰.高校物聯網專業課程及實驗室建設初探［R］.嵌入式高峰 論 壇， http://202. 103. 212. 155/down/2011-06/11060220026710.pdf.2010 年7 月24 日.

［7］ 楊 倩.物聯網關鍵技術及應用［J］.電信科學，2010(8A):139-141.

［8］ 物聯網實驗室建設方案［EB/OL］.億道電子.www.emdoor.com.

［9］ 魏曉寧.物聯網實驗教學初探［J］.計算機時代，2011(10):50-53.

［10］ 石亞萍.基于物聯網的智慧物流［J］.物流技術，2011(9):43-45.

［11］ 劉海濤.物聯網技術應用［M］.北京:機械工業出版社.2011.

［12］ 陳豐照，姜代紅.基于物聯網的智能物流配送系統設計與實現［J］.微電子學與計算機，2011(8):20-22.

［13］ 安中健(北京)科技有限公司.智能物流實驗室解決方案［EB/OL］.http://azjtech.com/page/default.asp?pageID=32.

［14］ 肖克輝.物聯網背景下的計算機實驗中心管理［J］.實驗室研究與探索，2011(8):89-90.

［15］ 王 群.物聯網體系結構研究及模擬實驗平臺的組建［J］.實驗技術與管理，2010(10):160-162.

［16］ 趙婉鹛.移動商務的應用引入電子商務類實驗的構想［J］.實驗室研究與探索，2009(9):111-113.