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物联网应用技术导论

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物联网应用技术导论范文第1篇

【关键词】高职;物联网应用技术专业;职业岗位

1.职业院校物联网应用技术专业学生面向的职业岗位群

通过访问企业,了解企业人才基本素质、专业技能及数量需求。调查结果表明,随着经济与产业结构调整步伐的加快,毕业生就业呈现出多元化的趋势。毕业生就业既有国企、三资企业、事业单位,又有民营、建设、管理与服务一线;就业岗位主要是一线的技术、工艺、技能、销售方面的管理与操作人员。对职业院校的毕业生而言,走向基层,走向一线,这应该是一种趋势。

我国目前已逐步实现以下目标:逐步建立完成行业或区域物联网管理中心和公共服务平台,为企业提供溯源、防伪、跟踪等物联网公共服务;建立国家代码解析服务系统(Code Solution Service, CRS);逐步建立完成国家物联网管理中心。

目前,中国已将“物联网”明确列入《国家中长期科学技术发展规划(2006-2020年)》和2050年国家产业路线图。物联网业务是一个产业链长,涉及通信网络、信息系统集成、自动控制多个领域,正是因为如此跨行业所以其带动性强,会带动微电子、软件、信息技术的诸多领域发展。从发展预测上看会带动成千上万亿各行业产业的发展。物联网广阔的发展空间,势必需要相关行业的大量人才。

产业发展,人才先行,人才是科技发展的关键。由于物联网起步伊始,目前,我国从事该行业的人才极其匮乏。为了在这个新兴行业中争得先机,许多企业和地方政府都在纷纷抢占物联网人才资源。

2.企业需求量最大的物联网专业职业岗位

通过调查显示企业需求量最大的物联网专业职业岗位是物联网硬件开发人员,物联网硬件开发人员占65.1%;物联网软件开发45.3%;物联网应用与维护39.6%;物联网嵌入式应用38.3%;物联网技术支持37.3%;数据库处理24.6%;物联网应用开发30%。

3.课程设置力求面向职业岗位

职业院校必须加强对中高职衔接过程中,中、高职不同阶段职业教育内容和教育水平的定位的正确理解,不能走学科型的发展道路。必须改革现有的专业培养方案和课程设置体系,提供保持与产业同步更新的教学内容,按不同的分级标准进行理论课程的整合。

4.将职业资格证书融入物联网课程中

物联网专业的职业证书主要是家认定的职业证书,据不同证书的特点,社会培训机构的课程大多针对特定的职业资格证书设计,注重实践,强调动手能力和解决实际问题的能力,取证率高。缺点是短期速成,缺少系统性,突出专业技能的培训,以通过测试为主要目的,忽视基础知识的学习、淡化职业素质的养成。因此,建议在原有培训教学实践的基础上,吸纳社会培训机构的成功经验,将职业资格证书培训融入物联网技术专业的课程计划中。

5.加强学生英语技能培养,锻炼学生写作和沟通的能力

就企业而言,经常会遇到项目方案和投标文件的编写以及和各方谈判的工作,所以写作和沟通的能力是考察人员能力的重点之一,也是工作中所必须的能力。

6.加强学生实际操作技能训练和综合素质培养

几乎所有的被调查企业和毕业生都希望院校多给学生提供实践的机会,企业希望学生从院校毕业后能直接胜任工作,而不希望企业对学员进行二次培训。建议学校加强在校学生实际操作技能的训练。在教学过程中,遵循实际的工作流程,以增强学生的动手实践能力,解决实际问题的能力为目标。

企业普通认为职业院校的学生应该具备的综合素质包括再学习的能力(即具有自我学习、更新知识技能、适应岗位变化的能力)和文档检索与信息搜寻的能力(即借助字典阅读的一般的专业英文技术资料及技术说明的能力)、积极的工作态度、吃苦耐劳精神和客户服务意识等。所以,学校在要求学生掌握专业知识和专业技能的同时,应高度重视培养学生的职业素质和敬业精神。另外,由于有相当部分学生毕业后继续深造,所以必须注意学生的可持续发展能力的培养。

7.结语

未来十年物联网专业人才的需求将成为热门人才需求,发展物联网不仅是我国当前一项重要的战略任务,也是未来社会发展的必然趋势。可以断定,国家对物联网行业的推动及其本身巨大的市场需求和广阔的发展空间,必将滋生对该行业人才的巨大需求,高职院校要积极加强物联网专业人才的培养工作。

【参考文献】

物联网应用技术导论范文第2篇

关键词 战略性新兴产业 应用型 物联网 培养方案中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2016.06.018

0 引言

湖北省战略性新兴产业是为地方经济科学发展、跨越式发展提供支持的产业。我校物联网工程专业2014年11月获批湖北省战略性新兴(支柱)产业人才培养计划的专业,基于此立项,在本研究中主要针对战略性新兴产业应用型人才的培养模式,培养应用技术型人才以适应社会需要为目标,以培养技术应用能力为主线,分析市场需求,规划培养方案,通过校企合同、项目带动实践等方式落实方案,力争培养物联网专业学生满足社会对工程技术人才的需要。

1 物联网工程人才需求能力分析

在物联网工程专业的人才培养模式中,除了基本的素质教育、人文社科教育等知识结构外,要求掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识和实践操作能力,针对市场需求的RFID工程师、智能物流工程师、物联网嵌入式软件工程师、移动应用开发工程师、Java工程师(物联网web方向)、无线传感网开发应工程师等岗位的专业能力需求,开设对应的理论课程、实验课程、课程设计、项目实训和企业实习,为学生适应社会岗位打下良好的基础。

2 物联网工程人才培养方式具体实施战略

2.1 CDIO工程教育模式引入战略新兴应用技术型本科培养方案

在制定培养方案前对企业的人才需求做大量的调研,人才培养模式以“产业+企业+专业”的产学研用实践人才培养,坚持主动适应经济社会发展需要的原则,坚持知识、技能、能力、素质协调发展原则,坚持以学生为本、因材施教、尊重学生个性的原则,突出“产教融合、校企合作”,强化实践能力培养。CDIO工程教育模式是将CDIO工程教育理念融入课程体系设计,即构思设计、实现和运作。CDIO工程教育模式是将项目引入教学设计,进行“边做边学”和“项目学习”的改革尝试,通过组建一支致力于CDIO工程教育改革的教学团队和建立校企合作办学的长效机制来完善。同时根据课程的相关性,划分出不同的专业课群组,并设计综合性的实验项目,加大实践教学力度,注重实践教学内容更新和教学环节质量标准建设,通过创新学分的设置,加强对学生的社会实践锻炼。

2.2 将就业信息作为反馈完善教学设计的PDCA循环

战略新兴应用技术型大学从入学到毕业,不应该仅仅是一个开环的教育系统,而应该将毕业生的就业情况的有效信息反馈到教学设计当中。PDCA循是全面质量管理所应遵循的科学程序,在教学质量管理上也发挥很大的作用。校企合作人才培养模式下,基于PDCA循环的教学质量保障体系的构建如图1所示:

PLAN指教学计划是教学质量监控保障体系的核心部分; DO指教学执行按照“咨询―计划―决策―实施―检查―评价”六步法实施;C指教学检查评估,A则指根据毕业生就业情况的反馈信息总结改进,完善资源优化配置体系和教学质量监控文件实施体系。

就业反馈的信息包括:就业岗位,就业要求的知识体系,社会需求对人才的专业知识和综合素质等。PDCA也体现在通过CDIO工程教育模式以项目的形式带动理论教学,通过实际的例子来讲解理论,通过验证性的实验理解理论,然后学生通过课程设计综合理论和实验的内容,最后和企业的项目实训提升自己的能力,遇到问题反馈到又一轮的学习中。

2.3 深化校企合作

在合作原则上,坚持互惠共赢、优势互补、资源共享,整合校内外两种资源,提升合作实效。在合作的理念上,学校的专业发展结合企业的产业,企业提供实习基地,和企业进行项目的合作等等方式。把培养应用型人才为服务社会作为首要任务。通过校企合作、产教融合,共同确定专业人才培养目标,通过校企合作对结合企业人才的需求修订人才培养方案,共同制定实验实训课程的教学大纲,把企业的工程师作为企业导师引进教学,做到产教融合。

2.4 以就业为导向的课程设置,实施订单培养

企业可为学校提供实训基地和实训设备,并接受师生见习和实习,服务专业面向产业,也为学校面向社会推行“订单式”教育提供了基础。同时通过校企合作实行订单培养模式,根据企业需求实现订单培养,在企业、学生互选的前提下,签订定向培养协议;在确保通识教育、学科基础课程和学科专业课程教学的前提下,根据企业需求,安排企业急需专业理论课程或实践教学环节;在确保毕业生教学质量的前提下,将毕业实践与企业试用期打通,使学生尽快地融入企业生产。通过校企合作,增强专业建设与地方产业行业发展的契合度和依存度,提高专业对地方经济社会发展的参与度与贡献率。

3 战略新兴人才培养面临转型挑战的对策

3.1 调理管理、更新观点

观念根深蒂固,管理和利益需调整,高校的专业沿袭以往的方式,培养人才与地方人才脱节,存在重学历、重书本理论知识,轻能力,轻实践等问题。没有对高校进行分类管理的体制机制、大学发展及利益受到阻碍。地方高校转型为战略新兴应用技术型大学,教育观念和师资队伍不适应,转型要排除观念上的障碍,更新观点。

3.2 引进、培养具有实践能力的师资队伍

高校要以能追赶、适应、引领产业发展的理念来推进教学改革,师资队伍非常关键。需要高质量、有实践经验、有技术专长、有专业知识的教学团队,到企业挂职锻炼,同时老师自己的科研服务教学,理论的研究带动科研,做到产学研结合,协同创新,提升服务地方经济社会发展能力。

3.3 教学课程资源整合建设

整合课程,编写对应的实验、实训课程大纲和讲义,理论与实践课程合并,解决理论与实践教学的同步性;在课程建设中,调整好网络通信,物联网应用开发,嵌入式技术应用等系列相关课程的整合,调整好各内容的学时学分的分配,理清各课程关键的知识点和对应实验的理论要求,着重点放在对实践操作能力的培养,理论教学为实验服务,力争培养湖北省战略性新兴产业人才培养计划”的要求。

4 小结

战略性新兴产业物联网工程专业人才培养研究,通过社会对物联网工程人才的需求,引进CDIO工程教育模式从制定培养方案开始,开展校企合作模式下以就业为导向的PDCA循环教学质量保障体系、科研与应用相结合、加强师资队伍建设、深化校企合作等几个方面来建设适应现代社会发展,努力培养好战略新兴应用技术型人才。

参考文献

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[2] 吴韶波,文江川.“物联网工程导论”课程教学研究[J].中国电力教育,2014(2).

[3] 张培颖,郑秋梅,宫法明,朱连章.CDIO 工程教育模式在软件工程核心课程教学中的应用.教育探索,2014(12)(总第 282 期):21-22.

[4] Ke Qiao, Jun Yuan, Research on Innovative Talent Training Mode of Civil Engineering Based on CDIO Concept under the Background of “Excellence Program”,Proceedings of 2013 the Fourth International Conference on Information,Communication and Education Application(ICEA 2013) Volume 30.

[5] 秦晓.The Construction of Teaching Quality Assurance System under School-enterprise Cooperation Training Model Based on the Concept of PDCA Cycle Management.课程教育研究,2014.11(31).

[6] 李长友,谭正航.应用型创新性人才培养与地方高校产学研合作教育机制的优化.高等理科教育,2014(2).

[7] Wei Longji. Deepen The Cooperation Between Colleges And Enterprises,And Establish University-Enterprise Cooperation Alliance In Travel Agency Industry To Secure Personnel Support――Take Qingdao As An Example[A]. Proceedings of 2014 2nd International Conference on Education Technology and Information System[C].2014.

[8] 胡天佑.应用技术大学面临的理论与实践问题.高校教育管理,2014.11(第8卷):21-24.

物联网应用技术导论范文第3篇

关键词:联网工程 实践创新 研究

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)09(b)-0241-01

物联网技术是一种十分新型,但工作效果极为强大,短短几十年而已,这种技术就在世界范围内得到了极为广泛的思考和研究。并且还为我国的军事以及医疗,农业等方面做了巨大的贡献,并且,随着科技的不断进步,我国的物联网技术必将得到更大的发展,这就使得物联网工程专业实践创新能力培养更加必要,在国家大力倡导下,我国很多高校都已经开始使用物联网技术,这对于培养学生的实践能力与理论结合实践的能力具有重要的现实意义。

1 物联网工程专业人才培养的基本要求

(1)具有扎实宽广的自然科学基础,扎实的信息科学基础知识。

(2)具有较好的人文社会科学、管理科学知识,综合素质较高,并具有一定的组织协调与管理能力。

(3)熟练掌握一门外语,具有良好的听、说、读、写能力,能顺利阅读本专业外文书籍和文献。

(4)掌握物联网技术与工程专业的基础理论、专业知识和应用技术,主要包括电路理论、模拟与数字电子技术、射频识别、传感器原理、计算机网络、嵌入式系统、传感网络设计、分布式系统、并行计算、多媒体信息融合等。

(5)较好地掌握物联网系统设计、工业过程监控、自助服务管理及信息处理等方面的知识,了解本专业学科的前沿发展趋势。

2 物联网工程专业人才创新能力培养方式

任何技术的顺利实施和普及,归根结底是以人为主体进行的活动,因此,物联网专业技术的普及和应用,也要以学生的主体情况为前提和基础,对于不同的学生,所采用的方式方法也会有所不同,因此,我们也需要根据学生的实际情况,采取不同的方式进行培养,我们要通过以下方式进行。

2.1 物联网工程专业知识学习

在进行互联网工程专业人才创新能力培养的过程中,我们也要注意一些重点,并且,还要注意理论与实际相结合,我们可以将教育的重点问题放在硬件与理论知识的研究上面,并且我们还不能够只限于一个行业的研究。在进行物联网创新能力培养的过程中,我们要了解到它与计算机专业的区别所在,切不可完全按照计算机专业的教学方式进行,物联网工程的重点在于培养学生的主观实践能力,同时还要将计算机操作的各种基础知识,如:数据结构,语言编程等进行综合的运用,学生能够在算法与理论的基础上,对物联网理论及其有关的科目进行学习,进而实现其创新思维的培养。

2.2 以工程应用需求作为创新性培养方向

对于物联网学生的培养的,是建立在工程应用这个基础之上的,这就要求学生们必须要具有敏锐的洞察力与适应各种复杂环境的能力,同时还要具有创新精神与冒险精神。学生们要懂得将自身的专业特点与现阶段物联网工程最为需求的方面相结合,继而准确找到两者之间的衔接点,可以合理的将物联网理论与实践相融合,进而解决掉很多实际问题,比如,交通智能化,这样就可以促进创新理论的科学发展,如果将计算机技术,物联网理论与工程实践相结合,那么物联网的实践创新就有了一个新的发展目标。现阶段,我国的大部分的计算机学院已经具备了智能化的教学训练平台。并且随着工程应用需求量的不断增加,我们对于实践教学的内容也会有一个更加科学合理的改善,而对于学生的培养和训练也要更加专业,强度也需要更大。

2.3 以学生为中心的自主创新

在实现学生创新能力的过程中,我们所要注意的是学生的自主性,加强学生自主能力的培养,能够有效的提高学生学习的兴趣与主观能动性,使其能够对学生产生兴趣,进而实现专业知识与实践方向的有机结合,要以学生的兴趣与思维为主,教师发挥其引导和监督的作用,使学生们能够将自身所贮备的知识与其爱好进行统一,从而实现其对研究领域的选择。我们还要为学生提供一个完善的开发平台,这样学生们才能够从中获取有用的资源,并能够促使学生对物联网实际结构有所研究和了解,并可以做到具体问题具体分析,对于不同的物联网技术进行不同方向的研究和分析。在这样的基础之上,教师要能够帮助学生从计算机技术的方向出发,去思考物联网技术的问题,引导学生对于新技术的开发和创新,进而促进学生的全面发展。

2.4 物联网工程专业人才自主科研能力培养方式

移动终端有CPU、GPU、管线等硬件性能差异,传统的虚拟现实系统平台软件无法高效运行,单一地从GIS算法方面进行创新改进,不能从根本上改善这一现状。我们引导对嵌入式开发感兴趣的物联网工程专业学生,结合已有的计算机硬件理论知识,从嵌入式设备软件设计原则的角度出发,设计针对移动终端的三维虚拟地球软件框架,改善传统GIS算法性能。

综上所述,成功将移动三维立体虚拟地球软件向试验平台转化,不但有利于学生学习积极性的提高,还能够有效的提高学生研究与创新的能力。我们一定要明白一个道理,那就是科研与教学两个方面,是相互促进,相辅相成的关系,如果能够将科研成果与教学进行有机的结合,那么一定会对实践教学产生巨大的推动作用,进而能够培养一批具有高度创新能力的人才。

3 结语

物联网技术在我国的研究和发展,近些年来取得了一些成就,但是这还远远不能满足人们的实际需求,因此,我们就要从培养学生的学习能力与创新能力入手,提高学生自主学习的能力,使其能够对所掌握的知识进行有效的巩固,同时还要加强学生独自分析和解决问题的能力,使其能够建立自主学习的意识。每一个学生都是一个独立的个体,因此其学生状况与爱好都不尽相同,我们要根据学生自身的爱好对其进行引导,使其能够结合物联网理论,找到最为适合自己的研发领域,只有培养出一批又一批高素质的物联网技术创新人才,才能够实现我国的物联网技术的进一步发展。

物联网应用技术导论范文第4篇

关键词:国际贸易专业;产教融合;人才培养模式

中图分类号:F24文献标识码:Adoi:10.19311/ki.16723198.2017.04.038

在当前普通本科院校向应用技术类院校转型背景下,“产教融合”的培养模式与应用技术大学教育理念相吻合。因此,西安思源学院国际贸易专业要以产业为依据培养用技术型国贸人才,也应该以“产教融合”为切入点,制定人才培养方案、优化课程内容、改进教学方法、改革考核方式、加强实践教学、开发应用技术型教材,培养真正符合区域经济发展和企业需求的国贸人才。

1产教融合制定人才培养方案

人才培养方案是一个专业人才培养的依据,也是人才培养的总体规划。人才培养方案的制定需要做到两个对接,即做到专业与产业对接,教学内容与商贸实践、职业标准对接。因此,人才培养方案的制定不能是学校单方面的“闭门造车”,而应由校企双方共同完成,制定主体为校企双方专家。在制定人才培养方案的过程中,校方专家主要关注学生四年学完所有课程后走向工作岗位理论是否够用;企业专家则主要关注所开设的课程是否能培养未来岗位需要的能力和素质。人才培养方案制定的具体步骤为:校内专业团队前期进行人才需求调研、撰写草案――专业指导委员会校内外专家论证讨论、提出修改意见――校内专业团队修订完善方案、定稿。之后,人才培养方案在具体实施过程中还需定期总结、评估和修正。

2以市场需求为导向优化课程内容

构建科学合理的国贸专业课程内容需以市场需求为导向,知识结构应以外贸业务为核心。因此,可以让企业专家参与实务类课程的开发,对于新生的专业导论课和毕业生的就业指导课也可以让企业人士参与课程大纲的制定与讲授,使学生对未来工作环境提前有所认知。此外,在学科拓展课中,为了顺应互联网经济的发展,跨境电子商务平台实操类课程也应加强。

3改进教学方法

3.1采用仿真模拟教学法

采用仿真模拟教学法,就是让师生在仿真的教学环境中教与学。这种教学方法可以使讲理论和做实操同时进行,更加注重学生的参与性,能有效提高学生学习的主动性。具体到国贸专业,就是通过依托国贸模拟仿真实验室,利用外贸仿真模拟软件,让学生在仿真的工作环境下从事外贸业务的操作,让学生了解如何与进出口公司、商检局、海关、货代、保险公司等机构打交道。通过仿真模拟教学法,可以使学生对自己将要从事的岗位有更为直观的认识,为学生将来的工作打下坚实的基础。

3.2采用理实一体化教学法

理实一体教学法体现理论教学和实践教学融通合一,专业学习和工作实践学做合一,能力培养和工作岗位对接合一的特征。在教学内容上采用项目教学、案例教学或情景模拟方式,由“双师型”教师,在专业的外贸综合实验室或校企合作基地,一边讲授理论,一边现场实践操作,将原来教学生知识、技能转变为学生学习、工作。

4采取灵活多样的考核评价方式

课程考评方式有多种,如笔试、面试与机试,开卷与闭卷,课堂考试与现场考核,理论考评与实践考评,过程考评与结果考评等。对于多数学生来说,一门课程的考评应根据课程内容和性质采用灵活多样的考核评价方式。理论性强的课程,如《国际贸易理论》和《国际金融》可采用闭卷笔试的考核方式;实践性强的课程,如《Simtrade外贸实训》、《外贸单证制作实训》可以采用机考,更加注重过程考评。目前,西安思源学院国贸专业的实务类课程正在尝试采用“3-5-2”结构性考核方式,结合学生平时课堂表现(占总成绩20%)、技能考核成绩(占总成绩50%)、期末成绩(占总成绩30%)综合评定学生成绩。而对学生毕业水平的评定主要还是以企业评价为核心,如可以让企业专家参与学生毕业论文答辩,并把毕业实习企业导师评定的成绩纳入毕业考核中去,真正做到学校评价和社会评价相结合。

对于选择创业的少数学生,创业业绩可以作为其成绩考核的一部分,甚至可以替代部分理论课成绩,从而保障创业实践的进行。此外,还可以将全国外贸单证员、阿里巴巴跨境电商人才等级证书等考证纳入到考核体系中,使毕业证和职业资格证相结合。

5产教融合加强实践教学

5.1与企业建立产教基地

如与苏州国际科技园、西安港务区、陕西省物联网产业示范园、阿里巴巴(中国)教育科技有限公司建立产教基地,进行外贸、跨境电子商务人才联合培养。目前,西安思源学院国贸专业针对毕业生组建了阿里巴巴跨境电商特色班。由企业人士为学生讲授有关跨境电商的实战型知识,并带领学生参观陕西跨境电商、外贸龙头企业。特色班同学通过此项目不仅成功考取“阿里巴巴跨境电商人才等级证书”和“互联网+人才证书”,还被成功推荐到西安、上海、义乌等地对口实习及就业。

5.2建立双导师制度,指导学生创业实践

创业实践可以激发学生从事外贸岗位的热情,提升学习课程的兴趣和积极性。因此,国贸专业可以建立双导师制度,指导学生创业。首先,由校外外贸专业导师进行创业指导和交流,激发学生的创业热情。通过组织校级外贸技能大赛和电子商务三创大赛,积累创业经验。其次,校内外导师团队在调研的基础上,利用学生创业的各种扶持政策,指导学生选择合适的创业项目。再次,可以设立创业基金,解决学生创业资金紧缺及周转问题。最后,校外导师团队还可以帮助学生联系货源。

5.3尝试建立“外贸工作室”

可以利用西安国际港务区电商产业园和物联网产业园中对于大学生创业的支持政策,如房租、税收减免等,由校企导师带领学生成立“外贸工作室”,在跨境平台上开设店铺,联系供货企业,从事跨境电商及外贸业务,进行实际的运营。这不仅能让校内教师和学生在“国贸工作室”里学到实战型知识,又可能产生一定的经济效益,孵化成为一个创业项目。

6产教融合开发应用技术型教材

目前,国贸专业的教材内容较为落后且多以理论为主,实践性、技能性及国贸领域前沿知识较为滞后,不符合应用型人才培养的要求,因此应用型教材建设迫在眉睫。而要以产教融合为切入点开发国贸专业应用技术型教材,就不能单靠校内实践经验欠缺的教师,需由校内理论知识深厚的教师和校外实践经验丰富的企业人士合作组建应用型教材开发团队,在教材建设选题、编写、评估反馈等方面深度融合,使应用型教材与用人单位实际岗位需求无缝对接。

参考文献

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[2]沈国强.地方院校培养应用型人才对策研究――以湖南科技学院为个案[D].长沙:中南大学,2008.

[3]方春龙.产教融合强化校外实训基地建设[J].中国高等教育,2014,(14):1820.

物联网应用技术导论范文第5篇

关键词:无线物联;电磁环境;干扰成因;抗干扰技术;干扰评估

中图分类号:TN972 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2013)01-0046-03

0 引 言

依据物联网的定义,从信息传输的角度而言,物联网可以理解为“利用一切通信手段构成智能信息传输的网络”。而从大规模应用技术层面去考量,则多种通信手段的融合就带来了电磁兼容性问题,特别是在无线环境下,通信干扰问题将更加突出。

所谓电磁兼容性(EMC),是指电子系统或通信设备工作在指定的环境中,不至于由于无意的电磁辐射而引起性能下降或发生故障的能力;同样,这一系统或设备的工作也不影响其他系统或设备的正常运行。电磁兼容性的反面即电磁干扰(EMI),两者相互依存。

无线物联网作为一个复杂的通信网络,在通信抗干扰方面,虽然通信技术体制已给出规范并采取相应措施,但是,由于物联网的广泛性和基于无线环境,特别是目前尚无统一的协调机制,迫切需要进行研究并提出具体的综合解决方案。

对于任何一个电子系统或者是信息网络,最佳的EMC应该是从其设计开始就注意EMI问题;如果在原始的设计中没有对EMC引起足够的重视,则必须在投入使用以后采取更多的抗干扰措施,才能使多个系统和设备共存。

1 无线物联频谱特征概述

从通信层面去理解,物联网实质是要利用多种通信手段来构成“网”。从这个意义上讲,无论是有线或者是无线,甚至是光网络都存在兼容性问题。而对于无线网络,抗干扰将是永恒的课题。以目前物联网应用最多的短距离无线通信技术为例,如蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、无线USB (WirelessUSB)、无线局域网Wi-Fi(IEEE 802.11b/g)等,其频谱的拥挤情况就可见一斑。由于这些技术均选择了2.4 GHz(2.4~2.483 GHz)ISM 频段,再加上无绳电话和微波炉等干扰源,就使得该频段日益拥挤。图1所示是该频段的信号带宽和频谱分布。

由图1可以看出,在开放的工业频段,其频带的隔离度已非常窄,仅仅由于功率的远近效应和带外辐射及谐波干扰,就足以影响目前基于无线技术的物联网性能。因此,必须认真分析干扰因素和特征,并有针对性地采用抗干扰技术和措施[1]。

2 无线物联干扰因素和特征分析

物联网提出的时间并不长,同时需要利用多种通信手段,具有相当的复杂性。因此,本课题立足物联网中目前应用较多的无线技术,研究其相互依存和相互影响,借助像IEEE 802.15.4 标准中的抗干扰协调机制,对完善物联网的开发与应用具有非常重要的意义。就国内而言,物联网的研究与应用已成为业界的热门话题,但这些应用研究仅仅是局部的,或者是单一的,如桥梁健康监测与远程监控、人类健康监测、环境卫生监测、智能交通系统等。目前,无线方式用到的仅仅有RFID、Wi-Fi、蓝牙、无线传感网等,但未来大规模物联网应用,必然带来电磁兼容和抗干扰协调问题。

无线环境下,干扰和噪声主要分两类:一类是周期性干扰,如电台干扰;另一类是非周期性干扰,如脉冲干扰和平滑干扰。按噪声和干扰来源分,又有接收机内部噪声、天电噪声、宇宙噪声、人为噪声、无线电干扰等。一般而言,将天电噪声、宇宙噪声、人为噪声称为外部噪声,而将无线电干扰称为干扰[2]。

物联网中RFID、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等遇到的电磁干扰除了自身同频相互干扰以外,还来源于广播、电视、雷达、导航、工业等及无线通信系统,如微波中继通信、移动通信、各种无线网络等。总体来说,具体干扰成因有同信道干扰、邻道干扰、多径干扰、发信机的带外杂散干扰、接收机的寄生响应、阻塞干扰(含固定和动态)、互调干扰、工业干扰和自然干扰等。

3 抗干扰方法与措施

3.1 通信抗干扰技术与体制

现代通信抗干扰技术主要从时间域、频率域、功率域、空间域等几个方面着手,大多独立使用,但更多的时候为了提高抗干扰效果而综合运用。抗干扰技术的选择当然必须和通信系统的体制紧密结合起来,这样才能取得更好的效果。通信抗干扰技术是指实现某种抗干扰技术体制所采用的具体途径和技巧。从抗干扰技术层面而言,主要分成两大类,即扩谱通信抗干扰技术和非扩谱通信抗干扰技术。抗干扰的效能与通信干扰技术体制、通信设备用途、通信频率、数据速率和器件水平等密切相关[3]。

针对不同的通信体制,特别是无线技术,电磁兼容问题都有过相应研究和规范,并提供一些技术方案。以IEEE 802.15.4 标准为例,其内部就提供了三种机制来保证ZigBee在2.4 GHz频段和其他无线技术标准的共存能力。一是空闲信道评估(Clear Channel Assessment,CCA)技术。IEEE 802.15.4 物理层在碰撞避免机制(CSMACA)中提供CCA的能力,即如果信道被其他设备占用,允许传输退出而不必考虑采用的通信协议。二是动态信道选择技术。ZigBee 个人区域网(PAN)中的协调器首先要扫描所有的信道,然后再确认并加入一个合适的PAN,而不是自己去创建一个新的PAN,这样就减少了同频段PAN的数量,降低了潜在的干扰。如果干扰源出现在重叠的信道上, 协调器上层的软件要应用信道算法选择一个新的信道。三是选择信道算法技术。对比IEEE 802.11b 和IEEE 802.15.4 信道算法,有4 个IEEE 802.15.4 信道(n=15,16,21,22)落在3 个IEEE 802.11b 信道的频带间距上,这些间距上的能量不为零,但是会比信道内的能量低,将这些信道作为IEEE 802.15.4网络的工作信道可以将系统间干扰降至最小。

以上描述的只是通信链路层次抗干扰所涉及的基础技术和技术体制,即通信信道抗干扰问题。显然,未来的无线物联网不可能仅仅停留在通信链路上面,必然上升到通信网络层面,即通信网络的抗干扰。所谓通信网络,是指在一定范围内,通过某种协议,将同类通信设备或通信系统、通信链路、接口设备等互连而成的网络。相应的,通信网络抗干扰将更加趋于复杂。

3.2 通信干扰强度的评价

通信干扰总是有强有弱的。对于一个通信系统而言,最强的干扰发生在干扰信号的体积大于通信信号的体积。所谓信号的体积,即信号的功率、频率和存在时间之积。所以,要保证通信不中断,通信信号体积必须大于干扰信号体积[4]。

4 几种通信抗干扰技术性能分析

为对抗干扰信号,降低误码率,跳频技术在目前的无线物联网络中广泛使用。经过大量的试验和实测,现以无线环境下经常遇到的主要干扰,即固定阻塞干扰、动态阻塞干扰、多径干扰、白噪声干扰、网间电磁兼容为目标进行比较。表1所列是其常用的技术和效能对比[5]。

由表1可见,不同的抗干扰技术对于不同的干扰成因,其效果大不一样。其中,高效的调制方式可以对抗多种通信干扰,从通信链路抗干扰角度而言,这种方法应当是最有效的一种技术。

同样,采用直扩通信抗干扰体制,其抗干扰技术也有多种方式,其中最有效的是多进制直扩和交织与纠错技术,这里不再赘述。

通信抗干扰一直是通信领域的研究课题,特别是在军事领域,干扰和抗干扰往往是决定“制通信权”的法宝。但是,随着现代社会的信息化程度越来越高,特别是物联网概念的提出,未来无线网络将无处不在。因此,通信网络抗干扰是非常值得研究的内容。显然,通信网络抗干扰应以通信链路为研究对象,并进一步上升到网络层面,除了比较成熟的技术应用以外,更涉及到系统论、信息论,其复杂程度也越来越高。

5 通信抗干扰评估方法

为了应对干扰,一个通信网络必然要采取相应技术措施。其综合抗干扰方法产生的效果更需要有一个评估方法。通信抗干扰评估通常从三个方面进行,其一是根据评估对象的特点和评估用途,选择合理的综合评估方法;其二是根据一定的规则,确定所需要的指标体系;第三是根据相应的算法,进行多项指标的综合评估,得出最终的结果[6]。评估方法通常有解析法、统计法、计算机仿真法等。主要技术指标通常有工作频段、业务种类、工作方式、信息速率、发射功率、信号处理时延、天线性能、组网方式等。图2所示是基于层次分析法的抗干扰评估指标体系[7]。

6 结 语

从本文的研究可以看出,基于无线环境下的物联网应用,特别是大规模应用,其总体EMC和协调是非常复杂的。通信设备和链路组网以后,其抗干扰性能除了进行大量的实际测试以外,通常需要进行系统性能仿真,这样才能得到比较真实的数据,但是,首先要建立可靠性模型。例如,可以类似正五边形设定模型,其中每边为一条通信链路的可靠度,顶点为节点。显然,通信网络的可靠度建立在链路和节点可靠度之上,此外还与网络的拓扑结构有关[8]。概括来说,通信网络抗干扰仿真主要应当从以下几个方面入手:

(1) 明确通信网络的地理布局和应用场景,掌握链路采用的抗干扰技术;

(2) 提取电波传播、抗干扰技术参数以及干扰信号参数;

(3) 由误码率到可靠度的映射得到各条通信链路的可靠度;

(4) 建立可靠性数学模型,画出加权图。

本课题研究的是一个较具体且烦杂的内容,需要进行大量的测试和仿真以及后期数据处理,本文只进行了初步研究,后续可通过子课题进行专项研究和总结,以便为将来物联网大规模应用提供抗干扰解决方案。

参 考 文 献

[1] 丁龙刚.基于RFID、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee的物联网电磁兼容和干扰协调研究[J].物联网技术,2011,1(4):59-61.

[2] POISEL Richard A.通信电子战导论[M].吴汉平,译.北京:电子工业出版社,2003.

[3] 姚富强.网络抗干扰技术探讨[J].现代军事通信,1999,7(3):56-58.

[4] DIXON R C.扩展频谱系统[M].王守仁,译.北京:国防工业出版社,2002.

[5] STINE John A, PORTIGAL David L. An introduction to spectrum management [R]. Washington DC: MITRE Corporation, 2004.

[6] 姚富强.通信抗干扰工程与实践[M].北京:电子工业出版社,2008.

[7] 付卫红.基于盲源分离的“干扰免疫”军事通信抗干扰技术研究[J].现代军事通信,2007,15(4):5-7.

[8] 杨田,徐志军,王华力,等.基于HLA的空间信息对抗分布式仿真系统[J].军事通信技术,2007(4):89-92.

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