魏文紅

基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺研究

魏文紅

（東莞理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東東莞 523808）

物聯(lián)網(wǎng)是最近幾年計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的產(chǎn)物，本文以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的需求，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，分析了該平臺的優(yōu)勢和特點(diǎn)，最后以智能交通燈為實(shí)驗(yàn)案例，介紹了基于該平臺實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。

物聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)案例；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到一個新階段的產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮［1］。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供了基礎(chǔ)，特別是對于網(wǎng)絡(luò)案例的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革帶來了新的希望［2-3］。

基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺以嵌入式終端設(shè)備（包括傳感器、射頻識別和其它嵌入式器件）、WiFi無線網(wǎng)絡(luò)、光載無線交換系統(tǒng)以及智能化人機(jī)界面（智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦和臺式電腦等）為核心、以具體的工程案例實(shí)踐為背景、體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)三個層面（應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層）、開放、標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)工程綜合實(shí)訓(xùn)平臺［4］。

該平臺融合了物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層、傳感層的關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)，同時配合臺式電腦、筆記本電腦、WiFi移動終端以及通用的軟件開發(fā)平臺，可以開展網(wǎng)絡(luò)三個層次的課程實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，覆蓋網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)中網(wǎng)絡(luò)工程導(dǎo)論、嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)傳輸與網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與綜合實(shí)訓(xùn)、無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、跨平臺程序設(shè)計(jì)、Linux操作系統(tǒng)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和綜合實(shí)訓(xùn)。師生實(shí)踐開發(fā)的其它感知模塊，通過與標(biāo)準(zhǔn)的WiFi設(shè)備服務(wù)器連接，也能輕易接入實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，在大平臺下測試、驗(yàn)證。更進(jìn)一步，學(xué)生也可以在安卓操作系統(tǒng)的環(huán)境下、自主開發(fā)能夠應(yīng)用于智能手機(jī)和平板電腦的上層應(yīng)用客戶端軟件，以便親身體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)際中的應(yīng)用。

1 網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

1.1 網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的總體結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)案例教學(xué)平臺以光載無線交換機(jī)和上層應(yīng)用程序?yàn)楹诵?，?gòu)建WiFi無線局域網(wǎng)，覆蓋計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)訓(xùn)室及其周邊區(qū)域，配合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)路由器，建立融合有線網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵部分——網(wǎng)絡(luò)層。

網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺是整個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室（實(shí)訓(xùn)室）的核心和基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上配合解決方案中的其他實(shí)驗(yàn)箱和系統(tǒng)套件可以實(shí)現(xiàn)諸多網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)，如交通燈控制、燈光控制、空調(diào)控制、窗簾控制、電源控制、智能物資管理、數(shù)字安防等功能，學(xué)生可通過智能手機(jī)，平板電腦等移動終端親身體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來的改變。圖1為網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的總體結(jié)構(gòu)圖。

圖1 網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺結(jié)構(gòu)圖

1.2 網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺優(yōu)勢與特點(diǎn)

1）網(wǎng)絡(luò)案例教學(xué)平臺以光載無線交換機(jī)為核心，構(gòu)建適用于遠(yuǎn)距離大范圍尤其是環(huán)境多變的室外條件下的無線WiFi局域網(wǎng)絡(luò)信息平臺，它為各種傳感器、RFID讀卡器及工控設(shè)備提供了高速穩(wěn)定可靠的教學(xué)平臺；

2）提供應(yīng)用程序的部分源碼以及API接口，供老師和學(xué)生進(jìn)行二次開發(fā)；

3）國內(nèi)首創(chuàng)，國際領(lǐng)先的光載無線技術(shù)，為老師和學(xué)生提供了廣闊的科研平臺。

2 網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)過程

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1）了解交通燈控制平臺工作流程。

2）了解PLC控制交通燈程序。

3）學(xué)習(xí)PLC交通燈控制平臺軟件。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1）理解分析PLC交通燈控制原理。

2）觀察記錄紅、綠、黃亮燈時間，試修改程序改變亮燈時間。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1）配置好WiFi設(shè)備服務(wù)器；（波特率：57600、8、E、1，具體配置方法見WiFi設(shè)備服務(wù)器配置步驟。）

2）用公-母直連串口線將WiFi設(shè)備服務(wù)器和PLC相連；

3）WiFi設(shè)備服務(wù)器（DC5V）和PLC（DC24V）上電；

4）雙擊打開“PLC交通燈控制平臺應(yīng)用軟件”，在“PLC IP號”和“端口號”處輸入WiFi設(shè)備服務(wù)器IP和端口號，如圖2示：

①情況一：要使交通燈正常運(yùn)行，請點(diǎn)擊“正常循環(huán)運(yùn)行”按鈕，然后“m0關(guān)閉”會變成“m0開啟”，同時系統(tǒng)會向PLC發(fā)送一段十六進(jìn)制的指令，最后通過PLC控制交通燈正常循環(huán)運(yùn)行，圖3是實(shí)際操作后的畫面。

若再次點(diǎn)擊“正常循環(huán)運(yùn)行”按鈕，系統(tǒng)向PLC發(fā)送一段十六進(jìn)制的停止指令，使交通燈和其軟件回復(fù)初始狀態(tài)。

圖2 交通燈案例實(shí)驗(yàn)界面

②情況二：要使交通燈南北通行，請點(diǎn)擊“臨時南北通行”按鈕，然后“m1關(guān)閉”會變成“m1開啟”，同時軟件會向PLC發(fā)送一段十六進(jìn)制的指令，再通過PLC控制交通燈呈南北通行狀態(tài)，圖4是實(shí)際操作后的畫面。

圖3 交通燈正常循環(huán)運(yùn)行界面

圖4 交通燈臨時南北通行界面

若再次點(diǎn)擊“臨時南北通行”按鈕，系統(tǒng)向PLC發(fā)送十六進(jìn)制的停止指令，使交通燈和其軟件回復(fù)初始狀態(tài)。

④情況三：要使交通燈東西通行，請點(diǎn)擊“臨時東西通行”按鈕，然后“m2關(guān)閉”會變成“m2開啟”，同時軟件會向PLC發(fā)送一段十六進(jìn)制的指令，再通過PLC控制交通燈呈東西通行狀態(tài)。交通燈臨時東西通行界面與圖4相似，這里就不再畫出。

若再次點(diǎn)擊“臨時東西通行”按鈕，系統(tǒng)向PLC發(fā)送十六進(jìn)制的停止指令，使交通燈和其軟件回復(fù)初始狀態(tài)。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

該實(shí)驗(yàn)利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)與PLC技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了軟件對硬件的控制，實(shí)驗(yàn)過程中，能夠很好地控制交通燈的各種情況。

3 結(jié)語

本文以物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，該平臺具有界面友好、操作簡單等點(diǎn)，并以智能交通燈的網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)為例，利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺詳細(xì)介紹了整個實(shí)驗(yàn)的過程，分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，充分體現(xiàn)了該教學(xué)平臺的易用性。

［1］ 錢志鴻，王義君.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用研究［J］.電子學(xué)報，2012，40（5）：1023-1029.

［2］ 盛豐.基于就業(yè)導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)改革探討［J］.計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012（4）：232-233.

［3］ 于坤，單勁松.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)案例分析［J］.計(jì)算機(jī)教育，2012（3）：47-49.

［4］ 楊冰，鄧曙光，肖衛(wèi)初，等.基于物聯(lián)網(wǎng)市場需求的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)改革［J］.中國電力教育，2013（1）：83-84.

Research on Network Case Experimental Teaching Platform Based on Internet of Things

WEIWen-hong

（Computer College，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China）

Internet of Things are products along with the rapid development of computer network in recent years.Based on Internet of Things technology，combined with the demand for experiment teaching innovation of computer networks，this paper introduces network cases of experimental teaching platform based on Internet of Things，analyzing the advantages and features of the platform.Finally，it describes the experimental teaching process based on intelligent traffic lights experimental case.

internet of things；Network case；experimental teaching

G42

A

1009—0312（2014）03—0102—04

2013-10-17

國家青年自然科學(xué)基金（61103037）；廣東省自然科學(xué)基金（S2013010011858）；廣東高校優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才培育項(xiàng)目（2012LYM-0125）；東莞市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2012108102007）；東莞理工學(xué)院教研教改資助項(xiàng)目。

魏文紅（1977—），男，江西南昌人，副教授，博士，主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究。