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(tái)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(tái)，分析了該平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)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(tái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)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(gè)新階段的產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，被稱(chēng)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(duì)于網(wǎng)絡(luò)案例的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革帶來(lái)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(tái)以嵌入式終端設(shè)備（包括傳感器、射頻識(shí)別和其它嵌入式器件）、WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、光載無(wú)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(tái)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(gè)層面（應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層）、開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)工程綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)［4］。

該平臺(tái)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(shí)配合臺(tái)式電腦、筆記本電腦、WiFi移動(dòng)終端以及通用的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)三個(gè)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(zhuān)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(wú)線通信和無(wú)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(tái)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(kāi)發(fā)的其它感知模塊，通過(guò)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(tái)，在大平臺(tái)下測(cè)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(kāi)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(tái)

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

網(wǎng)絡(luò)案例教學(xué)平臺(tái)以光載無(wú)線交換機(jī)和上層應(yīng)用程序?yàn)楹诵?，?gòu)建WiFi無(wú)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(wú)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(tái)是整個(gè)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(guò)智能手機(jī)，平板電腦等移動(dòng)終端親身體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)的改變。圖1為網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)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(tái)結(jié)構(gòu)圖

1.2 網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

1）網(wǎng)絡(luò)案例教學(xué)平臺(tái)以光載無(wú)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(wú)線WiFi局域網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)，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(tái)；

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(kāi)發(fā)；

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

2 網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1）了解交通燈控制平臺(tái)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(tái)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(shí)間，試修改程序改變亮燈時(shí)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(jiàn)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(kāi)“PLC交通燈控制平臺(tái)應(yīng)用軟件”，在“PLC IP號(hào)”和“端口號(hào)”處輸入WiFi設(shè)備服務(wù)器IP和端口號(hào)，如圖2示：

①情況一：要使交通燈正常運(yùn)行，請(qǐng)點(diǎn)擊“正常循環(huán)運(yùn)行”按鈕，然后“m0關(guān)閉”會(huì)變成“m0開(kāi)啟”，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)向PLC發(fā)送一段十六進(jìn)制的指令，最后通過(guò)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(huà)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(qǐng)點(diǎn)擊“臨時(shí)南北通行”按鈕，然后“m1關(guān)閉”會(huì)變成“m1開(kāi)啟”，同時(shí)軟件會(huì)向PLC發(fā)送一段十六進(jìn)制的指令，再通過(guò)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(huà)面。

圖3 交通燈正常循環(huán)運(yùn)行界面

圖4 交通燈臨時(shí)南北通行界面

若再次點(diǎn)擊“臨時(shí)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(qǐng)點(diǎn)擊“臨時(shí)東西通行”按鈕，然后“m2關(guān)閉”會(huì)變成“m2開(kāi)啟”，同時(shí)軟件會(huì)向PLC發(fā)送一段十六進(jìn)制的指令，再通過(guò)PLC控制交通燈呈東西通行狀態(tài)。交通燈臨時(shí)東西通行界面與圖4相似，這里就不再畫(huà)出。

若再次點(diǎn)擊“臨時(shí)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(duì)硬件的控制，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，能夠很好地控制交通燈的各種情況。

3 結(jié)語(yǔ)

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(tái)，該平臺(tái)具有界面友好、操作簡(jiǎn)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(tái)詳細(xì)介紹了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，充分體現(xiàn)了該教學(xué)平臺(tái)的易用性。

［1］ 錢(qián)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(bào)，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(pán)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(chǎng)需求的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)改革［J］.中國(guó)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(guó)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。