物联网工程专业课程体系与实践探讨-第2页-北极星电力软件网

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2.2计算机学院物联网专业课程

物联网专业核心课程按软件和硬件分为：硬件方面的电子电路基础、物联网硬件基础、计算机网络和无线传感网，软件方面的程序设计基础、操作系统系统编程、数据库和数据挖掘。

下面的课程是笔者所在学院一个对嵌入式方向感兴趣的学生所学课程的基础上加了几门物联网专业必需的课，用黑体加重给出，要加其他的课就需要替换现有的课。一个学生要求的学分是固定的，学太多课没有太多的意义，关键是引导他们进行工程实践。这个学生毕设采用32位微控制器完成了传感器数据采集、无线传感网协议栈的移植，将采集数据通过串口和USB口传送给微机。由此看来，该学生所学的知识可以应对物联网应用项目开发。

专业基础课：物联网技术导论、计算机科学导论、程序设计基础(C语言)、离散数学、数字电子技术基础、电路分析基础、模拟电子技术基础、数值分析。

专业必修课：无线传感器网络、数据结构与算法设计、面向对象程序设计、计算理论与算法分析设计、数据库原理与设计、计算机组成原理、汇编语言程序设计、操作系统、编译原理与设计、软件工程基础、计算机体系结构、计算机网络、微机接口技术、信号与系统、自动控制原理。

专业选修课：微控制器接口技术、计算机图形学、人工智能基础、嵌入式系统、多媒体技术、网络信息安全、软件体系结构、分布式计算原理与应用、Web软件技术、硬件描述语言与计算机硬件模块设计。

专业实践课：数字电子技术实验、模拟电子技术实验、操作系统课程设计、程序设计方法与实践、Web开发基础、软件基础实习、数据库系统开发、汇编与接口课程设计、计算机组成原理硬件实验、软件工程综合训练、Visual C++数据通信编程实践。

学院的老师还打算开设微电子与传感器技术、无线自组网理论及应用、无线网络技术及应用、普适计算、服务计算与云计算、异构网络互联技术、传感器网数据融合技术、物联网信息处理技术和海量信息处理。

2.3专业及特色课程

按物联网层次：

① 感知层——射频识别技术、传感器技术基础、嵌入式系统接口技术。最好在电路分析基础、模拟电子技术基础、数字电子技术基础等课程基础上开设。

② 网络层——计算机网络、无线传感器网络、通信原理。

其他基本上是应用层的课，可多可少，看学校偏重哪方面应用。专业入门课物联网技术导论是必需的，而想开设物联网技术与应用或物联网原理与应用这样广而全的课，在有限的学时内是不太现实的。

其他学校、学院不同于计算机学院的专业课及特色课有：密码学基础、信号处理基础、图像处理技术、射频识别技术、传感器技术基础、Linux操作系统编程、Android操作系统编程、无线传感网与自组织网络、电子商务、数据挖掘、移动通信、传感器与检测技术、Web系统开发与集成、下一代互联网、模式识别、网络管理、物流管理概论、智能交通概论和环境工程概论。

3物联网实践

3.1实验设备

物联网实践可以采用实验套件、开发板等，对于电子爱好者很实用。但是，对高校来说还是实验箱比较实用，便于管理和保存。笔者曾跟实验箱设计公司探讨实验箱的核心板插电可以独立工作，这样学生入门时可以拿回去自己学习做部分内容，而实验箱主板上的丰富外设是为了完成综合实验和系统实验的需要，实验验收时再到实验室来。

物联网实验箱中主要的还是无线传感器网络部分。实际有微控制器就够了，现在的微控制器集成网口和USB口的很多，采集的数据很容易就传送给微机。而现在有的实验箱厂商就是把原来的嵌入式系统实验箱加上无线传感网络部分，号称带嵌入式操作系统的微处理器板子是网关，无形中增加了实验箱的价格。涉及多种体系结构的处理器，带操作系统，也增加了教学的难度。

无线传感网络部分主要涉及网络协议栈，然而工程实际应用的技术并不一定适用于教学。有的网络协议栈完全固化在无线传感网络模块中，甚至都不知道模块用的是何种芯片。若学校侧重工程应用，可以选择固化协议栈教学方案。要做无线传感网络教学，又是研究型大学，当然希望网络协议栈开放源码。下面介绍固化和开源两类常用协议栈。

3.2固化协议栈

(1) XBee系列

美国DIGI公司的ZigBee模块XBee，是一种远距离低功耗的数据透传模块，包含2.4 GHz、900 MHz和868 MHz 3种频段，同时可兼容IEEE 802.15.4相关协议。每个模块都可以作为路由节点、协调器以及终端节点，可组建无线mesh网络。XBee模块是内置协议栈，包含AP和ATI两种配置命令，可通过XCTU以及ZigBee Operator这两款软件进行调试。模块可以通过普通串口(UART)与其他设备进行连接，通过控制命令来进行控制。

(2) Jennic系列

JN5121无线模块是英国Jennic公司(现被NXP公司收购)的第一款ZigBee模块(后续包括JN5139、JN5148等)。JN5121也是第一款真正意义上兼容于IEEE 802.15.4的低功耗、低成本无线模块。该模块内置一款32位的RISC处理器，配置有2.4 GHz频段的IEEE 802.15.4标准的无线收发器，64 KB的ROM，96 KB的RAM，21路GPIO。JN5121内置的ROM存储器，集成了点对点通信与网状网通信的完整协议栈。

(3) SNAP系列

SNAP网络是由CEL公司与Synapse Wireless公司合作开发的面向无线传感网应用的无线mesh协议。SNAP为复杂的ZigBee网络提供一个简单、可靠、智能的完整组网方案，同时，因为使用“对等网络”概念，功耗优化明显，冗余性能优异。SNAP具有很多特点，包括无组网过程、无需预先构架网络拓扑、对等网络、布网简单、内置Python虚拟机、编程以脚本方式编程、空中升级以及可在运行时调用所有功能等。

(4) Ember系列

Ember公司创立于2001年，其开发技术源自麻省理工学院。Ember公司在无线传感网领域推出的具有代表性的EM250是单片解决方案，它集成了2.4 GHz、兼容IEEE 802.15.4的收发器以及一个16位XAP2b微处理器，同时还集成包括闪存和SRAM存储器与基于ZigBee应用的外设。EmberNet栈在系统模式下运行时可以连通到芯片的任意区域;在应用模式下，应用代码连通到EM250设备的通路则相对受限。

(5) STM32W系列

意法半导体(ST)公司于2009年底推出的STM32W系列无线传感网射频集成单片机，采用32位ARM CortexM3内核，片上整合2.4 GHz IEEE 802.15.4收发器和低功耗MAC、AES128硬件加密引擎，STM32W108内置128 KB Flash和8 KB SRAM，具有高性能、低功耗的特点。STM32W108CBU61芯片固化了由Ember公司提供的、经过ZigBee Alliance认证的ZigBee2007 Pro协议栈，具有优异的性能和良好的兼容性，可以和其他经过ZigBee Alliance认证的第三方产品互联互通。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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