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摘 要 当前我国高校竞相在本科和专科开设物联网工程及其相关专业，而相对于物联网相关理论知识的学习，实践操作同样重要，且更加直观、容易理解和掌握。随着物联网技术的高速发展，物联网实验教学仪器与设备产业也得到快速发展。根据调研情况，分析物联网仪器和设备产业链、市场和企业发展状况，找出发展过程中存在的问题，并提出相关对策，以期对物联网实验仪器和设备进行科学选型、设计和生产。
关键词 物联网；实验教学；实验设备；实验仪器
中图分类号：G482 文献标识码：A
文章编号：1671-489X（2015）10-0001-06
Abstract At present， China’s colleges and universities begin to set up engineering of Internet of Things （IoTs） or related professionals on the undergraduate or specialist stage. With respect to theoretical knowledge for learning of IoTs， practical operations are also very important， more intuitive， and easy to understand and grasp. With the rapid development of IoT technology， the experimental teaching instrument and equipment industry of IoTs has been rapidly developed. According to some research data， the instrument and equipment industrial chain， market and enterprises of IoTs are analyzed， some problems in the development process are found， and some solutions are proposed so that the instruments and equipment of IoTs can be scientifically chosen， designed and produced.
Key words internet of things； experimental teaching； experimental equipment； experimental instrument
1 前言
物联网掀起了第三代信息产业浪潮，它突破了传统的互联网，并在互联网的基础上，力求把人和物看成可以连接在网络中的结点，可以随时通信，达到高度智能化的互联时代。2009年8月，在时任总理温家宝“感知中国”的讲话后，物联网产业迅速发展，并在这几年有了长足的进步。中国科学院等科研院所、华为等通信运营商、清华大学等多所大学在无锡建立了物联网研究院。2010年初，教育部下达设置物联网专业申报通知，2010年6月，江南大学开办中国第一所物联网工程学院，引起全国本科、高职院校的普遍关注。物联网工程专业是教育部为适应教育改革和市场经济的需要而重新整合的一个新兴专业，自2010年在31所大学首批开设以来，在2010—2013年期间，教育部陆续批准在262所本科院校开设该专业，物联网技术相关人才成为高校人才培养和市场需求的新热点，在很多未专门开设物联网工程专业的高校也设置了物联网方向。
物联网涉及高频微波、通信工程、电子信息技术、计算机科学与技术、有线和无线网络技术、单片机和嵌入式技术、物流管理等多个领域。鉴于物联网工程专业的学科交叉性，其实验教学的目的是在学生学习抽象的专业理论知识的同时，通过教师演示、学生亲自动手实验，直观地验证和理解组成物联网系统的各类技术的基本原理和工作机制，培养学生在系统应用技能方面的实践创新能力。因此，实验教学在物联网工程专业教学中占据非常重要的位置。在物联网工程专业实验教学中，物联网实验教学仪器和设备是满足实验教学需求的物质基础。目前，各高校对物联网实验教学仪器和设备的需求大大推动了物联网实验教学仪器和设备产业的发展，相关的物联网实验教学仪器产业范围也在逐步扩大。
2 物联网实验教学仪器和设备的种类
物联网实验教学仪器和设备是指在教学活动中用于方便教学的器材，分为硬件设施和软件设施，在教学设备中运用了物联网相关理论和技术。
技术内涵 物联网专业是复合型的专业，其中涵盖了物联网的核心技术，如RFID射频识别、通信和网络传输、嵌入式系统、传感器的感知和识别检测、物联网数据的管理和信息处理等技术[1]。因此，物联网教学仪器技术体系主要由如下几部分组成。
1）感知技术，包括传感技术（如温度传感、湿度传感、烟雾传感等技术）和识别技术（如条形码、二维码和RFID等技术）。
2）控制技术，包括施动技术（如直流电机、步进电机、开关、继电器等技术）。
3）通信技术，包括有线通信和无线通信技术，以无线通信技术（如GSM/GPRS/3G/4G、WiFi、ZigBee、蓝牙等技术）为主。
4）系统开发技术，包括嵌入式应用系统开发平台（如数据库、开发集成环境等）和开发方法等。
产品种类 物联网的实验教学产品主要分为仪器仪表、实验箱、实训平台和创新套件[1]以及体验中心等形式。此外，物联网实验器材还包括钳、剪、镊、钻、烙等工具以及PCB板、面包板、焊锡、线缆等耗材。
1）实验仪器仪表。物联网实验采用的仪器仪表主要有示波器、频谱分析仪、信号发生器、万用表、电源装置等。而在示波器中，有触控式测量仪器平板示波器、液晶数位式示波器、数字示波器ODM和手持彩色液晶数字存储式示波器等示波器。其中比较典型的有上海泰克科技有限公司的数字示波器。该实验设备主要是通过数据采集、A/D转换、软件编程等一系列技术制造出来的高性能示波器，并且可以完整地解决测试、测量和监测解决方案相关技术。信号发生器中包括正弦信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器、函数发生器、脉冲信号发生器、随机信号发生器、噪声信号发生器和伪随机信号发生器。 2）实验箱。在实验箱形式产品中，有物联网综合实训平台箱、RF-USN V10、SP-WSNCE15A物联网教学实验箱、IPV6无线传感网络实验箱、嵌入式3G移动互联网、示波器、物联网综合实验系统和物联网云计算教学系统等设备。其中比较典型的有深圳无线龙科技公司推出的RF-USNV10。该实验设备能够较完整地完成最新一代USN网络相关传感器和射频识别、微功耗网状无线网络、无线互联和将采集数据送往互联网的全过程多种教学实验。另外还有凌阳公司研发的SP-WSNCE15A物联网教学实验箱，这是一款采用传感器、射频识别技术的物联网教学平台，应用范围较广，适用于物联网工程专业、通信、嵌入式、电子信息、计算机、自动化、机电一体化等专业的教学及科研。
3）实训平台和创新套件。在实训类设备中，有智慧交通物联网实训系统、智能电网实训系统、食品智能追溯实训系统、智能家居综合实训系统等设备。如北京新大陆时代教育科技有限公司的物联网智能追溯实训系统、浙江求是科教设备有限公司的QS-iHome-I型物联网—智能家居综合实训系统。
4）体验中心。物联网体验中心是仿照实物系统构建的完整的物联网应用系统。国内已陆续出现一系列物联网体验中心平台，有广东顺德物联网体验馆（中国内地首个物联网新技术体验中心）、郑州物联智能家居体验中心、无锡感知中国博览馆、大连供热物联网体验中心等。广东顺德物联网体验馆于2012年2月16日开馆，由IBM软件集团、软通动力信息技术（集团）有限公司、广东物联天下科技集团三方合作建成，包括智能平台、珠三角产业物联网现状与未来、城域物联网、未来家具城、媒体流、家电产品生命周期管理、智能生活、智能市场、智能仓库及智能会议10个展区。同年，首家供热物联网体验中心在大连市高新区网络产业大厦成立。郑州物联智能家居体验中心，主要有智能照明、电器控制、安放监控、环境调节、健康报告、综合服务等模块。
3 物联网实验教学仪器和设备产业发展状况
物联网实验教学仪器和设备产业链 物联网实验教学系统主要有感知层、网络层、处理和应用层[2]，构成从物体感知到实际应用的完整体系，如图1所示。
目前，在学术界还没有发现针对物联网实验教学仪器和设备产业链的研究成果，通过分析物联网体系结构，结合对物联网专业要求和产业链相关理论的理解，可得出物联网实验教学仪器和设备产业链的内涵、要素和技术等。
物联网教学仪器和设备产业正形成一条包括物体感知、识别、采集、传输、处理、应用等多个环节的多功能产业链，并且包括设备物质、相关技术、资金等链条。该产业链构成要素主要有设备提供商、网络提供商、应用与软件提供商、系统集成商、芯片与技术提供商、运营商及服务提供商等[3]。而物联网教学仪器和设备产业链支撑技术主要满足物联网专业学生的专业要求，由物联网的核心技术决定。由物联网教学仪器和设备产业链要素可知每个环节的关键技术都必须满足。例如，RFID至少应包含电子标签、阅读器、数据处理和存储的设备以及系统软件；传感器主要有温湿度传感器、光电传感器、红外传感器等；无线通信技术至少包括WiFi、Zigbee、蓝牙以及无线传感网络等。
市场发展状况 作为国家战略性新兴产业之一，物联网是近几年的热点话题，是当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一，是全球各发达国家信息化社会建设的重要内容。物联网实验教学仪器和设备产业也同样迅速发展。国内大学紧跟产业发展，国家战略体系将物联网专业引入高校，而这些高校的发展也将进一步影响并促进物联网教学仪器和设备产业的发展，通过对开设物联网的高校地区分布，可分析物联网实验教学仪器和设备的产业市场发展情况。物联网工程本科专业开设情况如图2所示。
可见，江苏为我国开设物联网专业学校第一大省，占总数的10%；其次是河南、陕西、湖北和四川，各占约6%。也可以看到几乎在全国各省、市、区都有学校开设物联网专业，普及范围较为广泛。经济越发达的地区开设的物联网专业的院校基本越多，且主要集中在江苏、广东、辽宁、北京、山东、福建、浙江等东部沿海经济区以及河南、安徽、重庆、湖南、四川、陕西等中西部地区。而且，也可以发现，物联网发展不平衡，具有明显的层次特征，开设物联网专业院校多且发展较好的地区都集中在东部沿海，即长三角和珠三角省域分布较为集中。
企业发展状况 目前市场上生产物联网实验教学设备和仪器的企业众多，从中国教育装备采购网（http：//www.caigou.com.cn/z/wulianwang.shtml）获得的数据显示，具有代表性且成就显著的有北京联创中控、新大陆公司旗下的新大陆教育、杰创科技和深圳市海天雄电子有限公司等近300家企业，各企业发展及产业分布领域如图3所示。
图3（a）显示，绝大多数企业自产自销，随着市场和企业的成熟，也有近20%的企业专门从事营销，在生产企业和学校之间架起桥梁。图3（b）显示，企业相对集中于设置物联网专业较多、研发力量较为雄厚的京、沪、深、穗、宁、杭、苏、锡等城市。图3（c）显示，物联网实验教学设备和仪器主要分布在实验箱、通信与网络、单片机与嵌入式系统、传感与RFID等10多个种类中，较多的企业提供物联网实验箱，也有一些企业在实训设备和体验中心推出产品。
4 物联网教学仪器和设备产业发展中遇到的问题
调查显示，目前国内有很多大中型物联网企业已具有较为完善的技术，也有很多掌握核心技术的人才，但是由于物联网教学仪器和设备利润低、风险大、投入多、批量小，所以物联网实验教学设备多为不完善的设备[4]，还存在一些问题亟待解决。
实验设备技术简单且重复 物联网是一个综合性很强的学科，涉及知识面非常广，应用领域也非常多。不同层次的学生对掌握物联网知识和技能的要求不一样。而目前市面上的物联网实验教学仪器和设备针对性不强，大都是依照原有学科理论培养体系而设计的，各实验项目主要完成对教材中相应知识点的验证演示，往往是含有一种或几种物联网技术的设备，很难通过对这种设备的运用达到物联网核心技术的掌握，这种模式对于学生能力的培养效果有待商榷。另外，产业出现大量的技术重入现象，导致市场价格偏低。面对物联网实验教学仪器和设备与物联网专业发展脱节等现象，市场亟需一种能全面、系统涵盖相关技术，满足物联网专业教学需要的实验设备[6-7]。
关键词 物联网；实验教学；实验设备；实验仪器
中图分类号：G482 文献标识码：A
文章编号：1671-489X（2015）10-0001-06
Abstract At present， China’s colleges and universities begin to set up engineering of Internet of Things （IoTs） or related professionals on the undergraduate or specialist stage. With respect to theoretical knowledge for learning of IoTs， practical operations are also very important， more intuitive， and easy to understand and grasp. With the rapid development of IoT technology， the experimental teaching instrument and equipment industry of IoTs has been rapidly developed. According to some research data， the instrument and equipment industrial chain， market and enterprises of IoTs are analyzed， some problems in the development process are found， and some solutions are proposed so that the instruments and equipment of IoTs can be scientifically chosen， designed and produced.
Key words internet of things； experimental teaching； experimental equipment； experimental instrument
1 前言
物联网掀起了第三代信息产业浪潮，它突破了传统的互联网，并在互联网的基础上，力求把人和物看成可以连接在网络中的结点，可以随时通信，达到高度智能化的互联时代。2009年8月，在时任总理温家宝“感知中国”的讲话后，物联网产业迅速发展，并在这几年有了长足的进步。中国科学院等科研院所、华为等通信运营商、清华大学等多所大学在无锡建立了物联网研究院。2010年初，教育部下达设置物联网专业申报通知，2010年6月，江南大学开办中国第一所物联网工程学院，引起全国本科、高职院校的普遍关注。物联网工程专业是教育部为适应教育改革和市场经济的需要而重新整合的一个新兴专业，自2010年在31所大学首批开设以来，在2010—2013年期间，教育部陆续批准在262所本科院校开设该专业，物联网技术相关人才成为高校人才培养和市场需求的新热点，在很多未专门开设物联网工程专业的高校也设置了物联网方向。
物联网涉及高频微波、通信工程、电子信息技术、计算机科学与技术、有线和无线网络技术、单片机和嵌入式技术、物流管理等多个领域。鉴于物联网工程专业的学科交叉性，其实验教学的目的是在学生学习抽象的专业理论知识的同时，通过教师演示、学生亲自动手实验，直观地验证和理解组成物联网系统的各类技术的基本原理和工作机制，培养学生在系统应用技能方面的实践创新能力。因此，实验教学在物联网工程专业教学中占据非常重要的位置。在物联网工程专业实验教学中，物联网实验教学仪器和设备是满足实验教学需求的物质基础。目前，各高校对物联网实验教学仪器和设备的需求大大推动了物联网实验教学仪器和设备产业的发展，相关的物联网实验教学仪器产业范围也在逐步扩大。
2 物联网实验教学仪器和设备的种类
物联网实验教学仪器和设备是指在教学活动中用于方便教学的器材，分为硬件设施和软件设施，在教学设备中运用了物联网相关理论和技术。
技术内涵 物联网专业是复合型的专业，其中涵盖了物联网的核心技术，如RFID射频识别、通信和网络传输、嵌入式系统、传感器的感知和识别检测、物联网数据的管理和信息处理等技术[1]。因此，物联网教学仪器技术体系主要由如下几部分组成。
1）感知技术，包括传感技术（如温度传感、湿度传感、烟雾传感等技术）和识别技术（如条形码、二维码和RFID等技术）。
2）控制技术，包括施动技术（如直流电机、步进电机、开关、继电器等技术）。
3）通信技术，包括有线通信和无线通信技术，以无线通信技术（如GSM/GPRS/3G/4G、WiFi、ZigBee、蓝牙等技术）为主。
4）系统开发技术，包括嵌入式应用系统开发平台（如数据库、开发集成环境等）和开发方法等。
产品种类 物联网的实验教学产品主要分为仪器仪表、实验箱、实训平台和创新套件[1]以及体验中心等形式。此外，物联网实验器材还包括钳、剪、镊、钻、烙等工具以及PCB板、面包板、焊锡、线缆等耗材。
1）实验仪器仪表。物联网实验采用的仪器仪表主要有示波器、频谱分析仪、信号发生器、万用表、电源装置等。而在示波器中，有触控式测量仪器平板示波器、液晶数位式示波器、数字示波器ODM和手持彩色液晶数字存储式示波器等示波器。其中比较典型的有上海泰克科技有限公司的数字示波器。该实验设备主要是通过数据采集、A/D转换、软件编程等一系列技术制造出来的高性能示波器，并且可以完整地解决测试、测量和监测解决方案相关技术。信号发生器中包括正弦信号发生器、低频信号发生器、高频信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器、函数发生器、脉冲信号发生器、随机信号发生器、噪声信号发生器和伪随机信号发生器。 2）实验箱。在实验箱形式产品中，有物联网综合实训平台箱、RF-USN V10、SP-WSNCE15A物联网教学实验箱、IPV6无线传感网络实验箱、嵌入式3G移动互联网、示波器、物联网综合实验系统和物联网云计算教学系统等设备。其中比较典型的有深圳无线龙科技公司推出的RF-USNV10。该实验设备能够较完整地完成最新一代USN网络相关传感器和射频识别、微功耗网状无线网络、无线互联和将采集数据送往互联网的全过程多种教学实验。另外还有凌阳公司研发的SP-WSNCE15A物联网教学实验箱，这是一款采用传感器、射频识别技术的物联网教学平台，应用范围较广，适用于物联网工程专业、通信、嵌入式、电子信息、计算机、自动化、机电一体化等专业的教学及科研。
3）实训平台和创新套件。在实训类设备中，有智慧交通物联网实训系统、智能电网实训系统、食品智能追溯实训系统、智能家居综合实训系统等设备。如北京新大陆时代教育科技有限公司的物联网智能追溯实训系统、浙江求是科教设备有限公司的QS-iHome-I型物联网—智能家居综合实训系统。
4）体验中心。物联网体验中心是仿照实物系统构建的完整的物联网应用系统。国内已陆续出现一系列物联网体验中心平台，有广东顺德物联网体验馆（中国内地首个物联网新技术体验中心）、郑州物联智能家居体验中心、无锡感知中国博览馆、大连供热物联网体验中心等。广东顺德物联网体验馆于2012年2月16日开馆，由IBM软件集团、软通动力信息技术（集团）有限公司、广东物联天下科技集团三方合作建成，包括智能平台、珠三角产业物联网现状与未来、城域物联网、未来家具城、媒体流、家电产品生命周期管理、智能生活、智能市场、智能仓库及智能会议10个展区。同年，首家供热物联网体验中心在大连市高新区网络产业大厦成立。郑州物联智能家居体验中心，主要有智能照明、电器控制、安放监控、环境调节、健康报告、综合服务等模块。
3 物联网实验教学仪器和设备产业发展状况
物联网实验教学仪器和设备产业链 物联网实验教学系统主要有感知层、网络层、处理和应用层[2]，构成从物体感知到实际应用的完整体系，如图1所示。
目前，在学术界还没有发现针对物联网实验教学仪器和设备产业链的研究成果，通过分析物联网体系结构，结合对物联网专业要求和产业链相关理论的理解，可得出物联网实验教学仪器和设备产业链的内涵、要素和技术等。
物联网教学仪器和设备产业正形成一条包括物体感知、识别、采集、传输、处理、应用等多个环节的多功能产业链，并且包括设备物质、相关技术、资金等链条。该产业链构成要素主要有设备提供商、网络提供商、应用与软件提供商、系统集成商、芯片与技术提供商、运营商及服务提供商等[3]。而物联网教学仪器和设备产业链支撑技术主要满足物联网专业学生的专业要求，由物联网的核心技术决定。由物联网教学仪器和设备产业链要素可知每个环节的关键技术都必须满足。例如，RFID至少应包含电子标签、阅读器、数据处理和存储的设备以及系统软件；传感器主要有温湿度传感器、光电传感器、红外传感器等；无线通信技术至少包括WiFi、Zigbee、蓝牙以及无线传感网络等。
市场发展状况 作为国家战略性新兴产业之一，物联网是近几年的热点话题，是当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一，是全球各发达国家信息化社会建设的重要内容。物联网实验教学仪器和设备产业也同样迅速发展。国内大学紧跟产业发展，国家战略体系将物联网专业引入高校，而这些高校的发展也将进一步影响并促进物联网教学仪器和设备产业的发展，通过对开设物联网的高校地区分布，可分析物联网实验教学仪器和设备的产业市场发展情况。物联网工程本科专业开设情况如图2所示。
可见，江苏为我国开设物联网专业学校第一大省，占总数的10%；其次是河南、陕西、湖北和四川，各占约6%。也可以看到几乎在全国各省、市、区都有学校开设物联网专业，普及范围较为广泛。经济越发达的地区开设的物联网专业的院校基本越多，且主要集中在江苏、广东、辽宁、北京、山东、福建、浙江等东部沿海经济区以及河南、安徽、重庆、湖南、四川、陕西等中西部地区。而且，也可以发现，物联网发展不平衡，具有明显的层次特征，开设物联网专业院校多且发展较好的地区都集中在东部沿海，即长三角和珠三角省域分布较为集中。
企业发展状况 目前市场上生产物联网实验教学设备和仪器的企业众多，从中国教育装备采购网（http：//www.caigou.com.cn/z/wulianwang.shtml）获得的数据显示，具有代表性且成就显著的有北京联创中控、新大陆公司旗下的新大陆教育、杰创科技和深圳市海天雄电子有限公司等近300家企业，各企业发展及产业分布领域如图3所示。
图3（a）显示，绝大多数企业自产自销，随着市场和企业的成熟，也有近20%的企业专门从事营销，在生产企业和学校之间架起桥梁。图3（b）显示，企业相对集中于设置物联网专业较多、研发力量较为雄厚的京、沪、深、穗、宁、杭、苏、锡等城市。图3（c）显示，物联网实验教学设备和仪器主要分布在实验箱、通信与网络、单片机与嵌入式系统、传感与RFID等10多个种类中，较多的企业提供物联网实验箱，也有一些企业在实训设备和体验中心推出产品。
4 物联网教学仪器和设备产业发展中遇到的问题
调查显示，目前国内有很多大中型物联网企业已具有较为完善的技术，也有很多掌握核心技术的人才，但是由于物联网教学仪器和设备利润低、风险大、投入多、批量小，所以物联网实验教学设备多为不完善的设备[4]，还存在一些问题亟待解决。
实验设备技术简单且重复 物联网是一个综合性很强的学科，涉及知识面非常广，应用领域也非常多。不同层次的学生对掌握物联网知识和技能的要求不一样。而目前市面上的物联网实验教学仪器和设备针对性不强，大都是依照原有学科理论培养体系而设计的，各实验项目主要完成对教材中相应知识点的验证演示，往往是含有一种或几种物联网技术的设备，很难通过对这种设备的运用达到物联网核心技术的掌握，这种模式对于学生能力的培养效果有待商榷。另外，产业出现大量的技术重入现象，导致市场价格偏低。面对物联网实验教学仪器和设备与物联网专业发展脱节等现象，市场亟需一种能全面、系统涵盖相关技术，满足物联网专业教学需要的实验设备[6-7]。