季 峰，黃艷華，虞 滄

（武漢職業(yè)技術學院，武漢 430074）

高職物聯(lián)網(wǎng)通信方向技能體系及培訓方案研究

季 峰，黃艷華，虞 滄

（武漢職業(yè)技術學院，武漢 430074）

闡述了物聯(lián)網(wǎng)的含義及其組成架構，分析了高職通信技術專業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的作用，并對物聯(lián)網(wǎng)通信方向的技能構成體系，及體系中各種技能的要求進行了逐個分析，從物聯(lián)網(wǎng)通信方向技能實訓平臺的構建和核心培訓課程的教學設計及實施2個方面，論述了物聯(lián)網(wǎng)通信方向技能培訓方案。

物聯(lián)網(wǎng)；高職通信專業(yè)；培訓體系；技能分析；實訓平臺；核心課程

0 前言

近幾年，世界范圍的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正在興起，物聯(lián)網(wǎng)技術已廣泛應用于智慧交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智慧消防、工業(yè)監(jiān)測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等多個領域。物聯(lián)網(wǎng)使得信息的交換和物品的管理更加智能、便捷，從而節(jié)省了大量的人力資源，提高了管理效率和經(jīng)濟效益［1］。據(jù)東方財富網(wǎng)報道，我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，2010年我國物聯(lián)網(wǎng)的總產(chǎn)值約1 900億，2012年超過了3 600億，年增速接近40%。預計未來10年，全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將達到14億美元［2］，因而，物聯(lián)網(wǎng)已受到世界各國的廣泛關注，并成為最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)之一。毋庸置疑，對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)所需人才的培養(yǎng)將成為高職院校必將關注的重要課題之一。本文正是筆者就高職物聯(lián)網(wǎng)通信方向技能培訓體系所做的研究的含義。

1 物聯(lián)網(wǎng)含義與高職通信技術專業(yè)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的含義

物聯(lián)網(wǎng)是信息技術發(fā)展的結果，它是利用傳感器、RFID實現(xiàn)環(huán)境信息采集與物品識別，并通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸這些信息，從而實現(xiàn)信息共享的技術?？梢哉J為物聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)代信息技術的基礎上發(fā)展起來的，現(xiàn)有信息技術的發(fā)達程度直接影響到物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度［3］。

物聯(lián)網(wǎng)有四層架構組成，分別是感知層、網(wǎng)絡層、服務層和應用層。感知層是由傳感節(jié)點、RFID標簽等組成，主要功能是物品識別和信息采集；網(wǎng)絡層負責數(shù)據(jù)信息的傳輸，包括互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、短距離無線網(wǎng)絡、信息網(wǎng)管中心等；服務層是把底層采集的數(shù)據(jù)信息與業(yè)務需求對應起來，形成實時、動態(tài)的數(shù)據(jù)資源庫，即提供信息檢索源；應用層則是向用戶提供所需要的物品流通信息、環(huán)境信息等，是直接向用戶提供服務的層面?？梢哉J為物聯(lián)網(wǎng)是計算機技術、電子科學技術、通信技術、軟件工程、控制系統(tǒng)、管理工程等多個學科的交織融合，整個知識、技能體系十分龐大，單個人很難掌握所有的技術，因而，物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)應根據(jù)上述四層架構中的某個方向進行。

1.2 高職通信技術專業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的作用

從對物聯(lián)網(wǎng)的論述中可以明顯地認識到，物聯(lián)網(wǎng)離開通信技術可謂寸步難行，當然，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)離不開通信技術人才，而這些人才可通過高職通信技術專業(yè)來培養(yǎng)。高職通信技術專業(yè)是培養(yǎng)生產(chǎn)、建設、管理、服務等第一線的從事通信崗位的高素質技能型人才。所培養(yǎng)的人才可從事通信網(wǎng)施工、通信設備運行維護、通信終端檢修、網(wǎng)絡優(yōu)化等工作。結合物聯(lián)網(wǎng)的組成架構，通信專業(yè)可以為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)網(wǎng)絡項目規(guī)劃、施工管理、設備安裝調試、運行維護等方面的技術技能型人才，即物聯(lián)網(wǎng)通信方向的人才。

2 高職物聯(lián)網(wǎng)通信方向技能體系

2.1 物流通信方向技能體系構成

物聯(lián)網(wǎng)通信方向的人才主要是解決數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的問題［4］，因而高職院校培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)通信方向的應用型人才應掌握網(wǎng)絡和通信知識，能組建、調試、運行和維護有線和無線網(wǎng)絡，了解傳感器知識和RFID識別技術。高職教育是面向崗位群的，其能力培養(yǎng)應以崗位群所要求的技術技能為基礎，物聯(lián)網(wǎng)在通信方向的崗位群所要求的技術技能如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)通信方向崗位群技能體系構成圖Fig.1 Internet of Things communication direction post groups skill system constitute

2.2 物流通信方向技能要求分析

在物聯(lián)網(wǎng)通信方向技能體系中，Zigbee是重要的無線傳輸技術之一，它是一組基于IEEE批準通過的802.15.4無線標準而研制、開發(fā)的有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術標準［5］，主要定義了網(wǎng)絡層、安全層、應用層。是介于標記技術和藍牙技術之間的近距離（10～100m）、低速率（20～250 kbps）、低功耗雙向無線通信技術，在遠程控制、遠端信息采集等領域應用廣泛。

藍牙技術采用的是時分雙工傳輸方案，工作頻段無需許可（我國的頻段為2.4GHz～2.4835GHz），藍牙模塊功耗低，且每個藍牙設備都有一個唯一的地址空間，可向短距離數(shù)據(jù)業(yè)務、語音業(yè)務提供技術方案。

WiFi無線通信會在信號較弱或有干擾的情況下自動調整帶寬，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，傳輸速率最高可達11Mbps，在開闊空間的傳輸距離約為300 m，封閉區(qū)域的通信距離為76～122m［6］，可為手提電腦、便攜式終端等提供無線接入。WiFi技術和嵌入式技術的結合，能夠解決物聯(lián)網(wǎng)手持終端無線接入問題。

物品的實時定位和跟蹤是物聯(lián)網(wǎng)的重要功能之一，因此GPS也是不可缺少的技術。

作為第二代和第三代移動通信的GPRS和3G技術能為物聯(lián)網(wǎng)提供公網(wǎng)無線接入方式，可使遠端無線手持終端（如手機等）通過GPRS或3G實現(xiàn)遠程控制。

除無線公網(wǎng)接入方式外，有線局域網(wǎng)的組建以及互聯(lián)網(wǎng)的使用，能把由各種無線技術收集到的數(shù)據(jù)信息和控制信號經(jīng)有線局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)傳向遠端用戶或處理中心。無線網(wǎng)絡間以及無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡間所使用的通信協(xié)議不同，不能直接進行數(shù)據(jù)傳輸，需要網(wǎng)關對不同的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡進行管理，因而學生需具備嵌入式技術知識。

傳感節(jié)點是在微處理器的控制下工作，對功能簡單的傳感節(jié)點可采用單片機控制，所以增加單片機應用技術也是必要的。物聯(lián)網(wǎng)無論采用自組織方式，還是采用公網(wǎng)接入方式，都需要通過尋址方式進行通信。目前，在互聯(lián)網(wǎng)中使用較廣泛的尋址方式是IPv4尋址體系，但是隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用，IPv4的地址空間將枯竭，擁有更加豐富地址資源的IPv6將成為解決上述問題的有效辦法，因而需要進行有關IPv6的知識培訓。物聯(lián)網(wǎng)通信人才在掌握網(wǎng)絡技能的同時，還應該了解感知層的知識，在技能體系中增加了適當?shù)腞FID和傳感器知識。

3 物聯(lián)網(wǎng)通信方向技能培訓方案

3.1 構建物聯(lián)網(wǎng)通信方向技能實訓平臺

高職物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)需要物聯(lián)網(wǎng)實訓平臺的支持，實訓平臺的建設是改善教學條件、改進教學方法、提高人才培養(yǎng)質量的關鍵。下面以武漢職業(yè)技術學院在這方面的實踐為例，探索物聯(lián)網(wǎng)實訓平臺構建與典型課程教學設計。根據(jù)上述培訓體系中的技能要求，在中央財政專項資金的資助下，武漢職業(yè)技術學院相關專業(yè)教學團隊設計出了物聯(lián)網(wǎng)通信方向實訓平臺的建設方案，并委托專業(yè)公司制備了實訓平臺，該平臺呈現(xiàn)為網(wǎng)絡拓撲結構，如圖2所示。

該平臺建設的出發(fā)點是為了促進學生職業(yè)能力的形成，立足點是知識、技能的實踐運用，即借助該平臺把所學技術知識、崗位技能、工作場景呈現(xiàn)出來，為崗位實訓、工學結合［7-8］、任務驅動［9］、工作情景等教學方法的實踐提供硬件基礎。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)通信方向的崗位需求和教學安排，該實訓平臺包含了Zigbee、WiFi、IPV6、藍牙等無線網(wǎng)絡模塊，能夠實現(xiàn)同構網(wǎng)的組建。網(wǎng)關是物聯(lián)網(wǎng)中的重要設備，因而在實訓平臺中應包含網(wǎng)關設備，并要求網(wǎng)關具有廣泛的接入能力、管理能力和協(xié)議轉換能力，能夠實現(xiàn)不同類型傳感網(wǎng)、傳感網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡圖、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結構圖（互聯(lián)網(wǎng)、3G、GPRS等網(wǎng)絡）之間的互聯(lián)互通?？梢钥闯鼍W(wǎng)關是網(wǎng)絡組建的紐帶，是實現(xiàn)信息遠程傳輸和控制的關鍵，該平臺網(wǎng)關的控制硬件采用了性能強大的ARM Cortex A8微處理器，操作系統(tǒng)選擇應用廣泛的Linux系統(tǒng)。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結構圖Fig.2 Internet of Things network Topology

3.2 核心培訓課程的教學設計與實施

實訓平臺的建設除了硬件設備和相應的開發(fā)、學習軟件外，合理地安排教學內容，把這些設備投入到教學實踐中，充分發(fā)揮實訓平臺在人才培養(yǎng)過程中的作用是實訓平臺建設的關鍵，也是實訓平臺建設的最終目的。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的重要組成部分，通常采用嵌入式技術，因而圖1中的《嵌入式網(wǎng)關技術》應該是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向的核心課程。由于在不同層次的教育中（如研究生、本科生、?？粕┚小扒度胧健闭n程，且把握好高職層面物聯(lián)網(wǎng)方向該課程的教學內容、教學深度和教學方法是一個值得探討的問題，所以該課程的教學具有一定的代表性。在高職教育中，《嵌入式網(wǎng)關技術》的學習是為了培養(yǎng)技術技能型人才，不需要所培養(yǎng)的人才具備較強的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關研發(fā)能力，但應了解網(wǎng)關的基本結構，了解嵌入式系統(tǒng)的通信過程，能夠利用嵌入式開發(fā)工具修改程序中的一些參數(shù)和代碼，從而順利完成組網(wǎng)、故障排查、程序與網(wǎng)絡升級等任務?；谝陨戏治?，該課程的主要內容有：（1）嵌入式開發(fā)環(huán)境的搭建。知識點：會在Windows系統(tǒng)下安裝VM虛擬機，并在虛擬機上安裝Ubuntu系統(tǒng)，了解物理機和虛擬機的區(qū)別。（2）Linux操作系統(tǒng)。知識點：了解Linux操作系統(tǒng)的特點和結構，會使用Linux操作系統(tǒng)的常用命令，逐步培養(yǎng)起采用命令使用操作系統(tǒng)的習慣。（3）Linux下基本程序開發(fā)工具的使用。知識點：掌握vi編輯器、gcc命令、arm-linux-gcc命令、makefile文件的使用方法，能夠采用vi編輯器編寫一個簡短的c語言程序，了解交叉編譯的概念，能夠編譯編寫的程序，并分別在虛擬機和ARM嵌入式系統(tǒng)上運行編譯后的可執(zhí)行程序。（4）Linux基本應用程序。知識點：了解Linux中進程、線程的概念和在程序中的作用，知道進程和線程的創(chuàng)建方法；掌握Contex A8定時器的使用方法。（5）嵌入式網(wǎng)關的通信。知識點：掌握Socket套接字的使用方法，以及TCP／UDP的通信過程；Contex A8串口通信；Contex A8與低功耗WiFi的通信；Contex A8與Zigbee協(xié)調器的通信；Contex A8與藍牙模塊的通信。（6）圖像化界面。知識點：掌握Linux下Qt的使用方法和開發(fā)過程，了解Qt下串口通信、Qt下Zigbee節(jié)點使用、Qt下藍牙模塊使用的方法。其中第（1）、（2）、（3）部分適合采用“演示教學法”，第（4）、（5）、（6）部分適合采用“教、學、做一體化教學法”，在所有內容的學習過程中，可把“任務驅動”作為一種練習方式，即在知識點學習完成后，安排適當?shù)娜蝿?，通過任務的完成，加深學生對知識的理解和技能的掌握。

該教學設計實施中應注意的事項。（1）在上述教學中，側重實踐教學，理論教學與實踐教學的學時分配比例為3∶5，總課時為80。（2）在通信網(wǎng)絡中，除上述幾種通信網(wǎng)拓撲關系外，還有網(wǎng)狀通信網(wǎng)，考慮到網(wǎng)狀通信網(wǎng)較復雜，可安排有能力的學生作為拓展部分學習。（3）考核原則：強調目標評價和理論與實踐一體化評價，突出實訓過程評價；結合實訓現(xiàn)場及課后技術文檔的整理，對學習效果進行綜合評估，并據(jù)此改進教學。

武漢職業(yè)技術學院已將該技能培訓體系通過兩屆學生進行了教學實踐，實踐證明，該體系所含的知識和技術適合于培養(yǎng)高職物聯(lián)網(wǎng)通信技術方向的人才。教師在教學中可根據(jù)教學需要，把理論教學和實踐教學有效地結合起來，采用一些更有利于學生理解知識和掌握技能的教學方法。這些措施的實施有利于調動學生學習的積極性、思維的活躍性，有利于學生掌握本專業(yè)方向所應具備的知識和技能。

4 總結

物聯(lián)網(wǎng)將影響到生產(chǎn)、生活的方方面面，使信息的交流更加便捷，節(jié)約了人力資源，提高了管理效率和經(jīng)濟效益，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展將對高技能應用型人才提出更大的需求。本文結合物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡構成和高職通信專業(yè)的特點，分析了通信專業(yè)所培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)方面的人才應具備的技能，給出了物聯(lián)網(wǎng)通信方向的知識結構和實訓平臺的建設方案，由此形成了技能培訓體系，并付諸實踐。

［1］肖劍.物聯(lián)網(wǎng)應用與發(fā)展前景淺析［J］.電信網(wǎng)技術，2011（9）：45-48.

［2］張厚培.物聯(lián)網(wǎng)夢想照進現(xiàn)實 14萬億美元前景誘人［DB/OL］.［2013-03-22］.http://fomamce.eastmoney. com/news/1353,20130322280565441.htm l.

［3］皮碧媛，劉芳.高職高專物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)淺析［J］.今日財富，2011（9）：104-104.

［4］季峰，王碧芳.基于“校企合作”高職通信專業(yè)教學標準研究與實踐［J］.職教論壇，2014（6）：49-51.

［5］李浩.基于Zigbee的無線網(wǎng)絡技術及應用［J］.信息技術，2008（1）：12-14.

［6］王娟，郭家奇，劉薇.W iFi技術的深入探討與研究［J］.價值工程，2011（6）：91-92.

［7］賴曉樺.工學結合模式下的高職課程教學改革初探［J］.中國職業(yè)技術教育，2012（5）：75-80.

［8］劉曉歡.對高等職業(yè)教育“工學結合”內涵的再認識［J］.教育與職業(yè)，2012（14）：9-11.

［9］季峰.高職單片機原理與接口技術課程任務驅動式教學探析［J］.黃河水利職業(yè)技術學院學報，2010，22（3）：55-57.

[責任編輯 樊建科]

Research on High Vocational Internet of Things Communication Direction Skill System and Training Scheme

JI Feng,HUANG Yanhua,YU Cang
（Wuhan Polytechnic,Wuhan 430074,Hubei,China）

It states the implication and constitute of Internet of Things,analyzes the function of higher vocational communication specialty to Internet of Things industry,the constitute system of Internet of Things communication direction skill,the requirement of every skill.From the establishment of Things communication direction skill training platform and the design and implement of core curriculum,it also discusses the Things communication direction skill training scheme.

Internet of Things;higher vocational communication specialty;training system;skill analysis; training platform;core curriculum

TP393

A

1008-486X(2014)04-0059-03

2014-05-06

湖北省教育科學“十二五”規(guī)劃課題：通訊專業(yè)“物聯(lián)網(wǎng)應用實訓平臺”建設與工學結合人才培養(yǎng)模式探索（2013B356）。

季 峰（1975-），男，河南滎陽人，副教授，博士，主要從事電信專業(yè)的教學與研究工作，研究方向：微電子器件、電子電路設計、高職教育教學 。