为了保障城市生命线工程安全运行，我国部分城市相关部门采取了一定的监控措施。以上海为例，为了有效减少爆管或是漏水情况，上海浦东威立雅自来水公司在所辖部分区域水管内安装了流量仪；为了确保用电安全，上海电力建立了远程监控预警系统；为确保生命线工程的安全，上海市由国土资源管理部门和轨道交通企业合作建设了全球首个地面沉降监测网络——上海市轨道交通沉降基准网。由于现有煤气、自来水地下管道、供电和通信线路等部分设施老化，加上违章施工和使用不当及偷盗、人为破坏等问题，造成煤气泄漏燃爆和大口径水管爆裂、通信供电线路中断等事故时有发生。城市生命线工程安全运维管理还存在一些薄弱环节，城市公共安全风险和隐患日益增多，原因主要有：1）城市生命线工程相关的管理部门众多，运行监测信息获取、公共安全风险和隐患监测等无法在一个平台上统一管理；2）各部门独立的管理平台系统往往互不相通、自成体系，形成信息孤岛，导致信息和资源无法共享；3）突发事件应急指挥技术支撑系统的智能分析和辅助决策水平亟需进一步提高。因此，作为智慧城市以及城市公共安全的重要组成部分，城市生命线工程的安全保障要依靠预防加控制，必须采取有效的监控和预警。
2物联网和BIM技术在城市建筑安全生命线运维管理中的适用性
从国内外研究现状来看，城市生命线工程的研究主要集中在地震震害分析、风险评估、应急管理等方面。1991年美国麻省理工的Kevin教授首次提出物联网（TheInternetofThings）的概念，是指将利用RFID等传感技术随时随地获取物体的信息，然后通过各种网络与互联网的融合，将信息实时准确地传递出去，最后利用云计算、模糊识别等智能计算技术，对海量数据信息进行分析和处理，从而对物体实施智能化控制。近年来，国内外陆续开展了物联网在供热、供气和供水等方面的应用研究，并在此基础上将物联网与GIS相结合，提出基于物联网和GIS的基础设施管理系统。目前关于城市生命线工程方面的研究主要存在以下问题：1）将物联网技术单独应用在某一类生命线工程中，尚无建立统一的运维应急管理框架以及各部门间的协同响应机制；2）物联网与三维GIS的融合从一定程度上解决了运维阶段发生事故时管道线路的定位问题，在利用三维动态模拟不同管线之间以及管线与建筑物之间的具体关系和影响问题时，必须将设计施工等信息录入模型，需大量的手动输入，造成数据信息丢失严重。建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）的出现不仅可整合城市生命线工程的图形化及非图形化资料，提供虚拟实境模型，并纳入流程的观念，降低规划、设计、施工、运维各阶段转移工程资料的信息遗漏问题。国际标准组织于2006年提出了CGB（CAD-GIS-BIM）架构，并制定相关技术标准以达到整合宏观与微观空间信息，并进行交换与交互操作，提供城市数字化、救灾等相关应用。事实上，BIM是三维GIS发展的新趋势，是一种应用于工程设计、建造、运行和维护管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目所具有的真实信息，并在项目全生命周期过程中为各方主体提供信息协同、共享和传递，具有可视性、可模拟性等特点。BIM是物联网应用的基础数据模型，而物联网作为互联网的有效延伸，包含并兼容了互联网所有的应用和资源。城市生命线工程运维安全管理以其多领域、多主体、多目标等特征，成为物联网和BIM延伸和应用的最佳平台，是实现智慧城市的重要发展方向，如图1所示。
3基于物联网和BIM的城市建筑安全生命线运维管控平台设计
3.1设计目标
本系统采用以公共安全科技为核心，以物联网、BIM技术为支撑，以建设规划管理、日常运行管理和应急管理流程为主线，软硬件相结合，通过对城市生命线工程的实时动态监控，旨在突发事件应急管理等提供科学决策的技术平台。生命线工程的各个子系统共用基于BIM的生命线工程动态监控数据库，实现统一化管理，最终为城市应急管理提供科学决策基础和依据，技术体系如图1所示。陈兴海，等•基于物联网和BIM的建筑安全运维管理应用研究本系统按照城市生命线工程建设与运行信息的采集、传输、分析和应用（简称“感、传、知、用”）四个环节展开，以标准规范与运行管理、信息安全为保障，分为感知、网络和应用三个层面，确保各单位相关数据互联互通和资源共享，如图2所示。其中，感知层主要利用射频识别等感知设备，即把传感器分别安装到生命线工程及相邻建筑物的关键部位，实时获取位置距离、力学性能、运行参数等感知信息；网络层主要通过各类相关网络，特别是有线宽带和无线宽带专网的建设和应用，对感知信息进行安全可靠传输；应用层主要是运用云计算、云存储等技术，对获取的物联网信息进行共享整合、智能分析和处理控制，通过有效的运行管理模式，服务城市统一应急管理科学决策。
3.2系统主要功能
模块根据生命线工程监测预警与应急管理系统的特征和目标，并结合供水、供气管道、电力、通讯线路，桥梁结构监测等类型分析，城市生命线工程安全运维管控平台系统应包括工程信息共享平台、监测数据管理、三维模拟与漫游、健康诊断与安全评估与应急预警管理的五大功能模块。
3.3技术架构
3.3.1工程信息共享平台通过制订相关标准，在设计施工阶段形成BIM的基础上，开展城市生命线工程相关各单位物联网感知设备和管理对象的编码服务，收录生命线工程的基本信息，包括工程名称、地理位置、项目规模、建造日期、主要设备材料信息、参建单位相关资料，以及动态监测测点布置、传感器类型、参数设定等内容。3.3.2监测数据管理系统能够通过传感器实时采集工程结构健康安全数据信息，利用网络将获取的信息传输到BIM数据库中进行位置定位，然后存储在云计算网络服务器中，用户可以实时共享查询所需信息。3.3.3三维模拟与漫游系统可以根据用户的选择范围生成三维浏览图，从不同角度观察生命线工程的空间位置、相互关系等信息，通过改变参数来模拟生命线工程综合网络的变化情况.3.3.4健康诊断与安全评估针对不同生命线工程的特点，当监控系统发现监测数据有异常情况时，通过预先设置的阀值来判断生命线工程的安全运行状况，超过设置的安全设计值将会触发调用服务器中的历史数据进行健康诊断与安全评估，并整合各单位工程的相关业务信息，实现智能分析研判，同时将分析结果存入数据库中.3.3.5应急预警管理根据健康诊断与安全评估系统模块的研判，应急预警管理系统具有制定生命线工程的维护管理方案、启动城市联动防灾应急预案，以及提供城市防灾指挥数据支持等功能。基于物联网和BIM的城市生命线工程安全运维管控平台通过上述五大系统功能模块，全面对工程结构和管线安全运维状况开展在线动态实时监测，系统维护人员和各相关部门可以通过平台提供的客户端查询各个系统功能模块的工作状态和监测对象的实时工共享信息，协同对工程出现的异常状态做出及时科学决策。
4结语
随着经济社会的快速发展以及城市化进程的不断推进，城市公共安全风险和隐患逐步增多，作为智慧城市的重要组成部分，基于物联网的城市建筑安全生命线工程运维管理平台在城市管理中的地位也日益凸显，它能发挥不断提高城市安全运行和应急管理能力。通过本文研究，主要得到以下成果：
（1）针对城市生命线工程运维安全管理多领域、多主体、多目标等特征，成为物联网和BIM延伸和应用的最佳平台，是实现智慧城市的重要发展方向；
（2）采用以公共安全科技为核心，以物联网、BIM技术为支撑，以建设规划管理、日常运行管理和应急管理流程为主线，软硬件相结合，通过生命线工程的各个子系统共用基于BIM的生命线工程动态监控数据库，实现统一化管理，最终为城市应急管理提供科学决策基础和依据；
引言 1 物联网的应用研究现状
1. 1 物联网的应用研究
物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、体育竞赛与体育训练、教育培训、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域[3]。
1) 物联网在社会经济与生活中的应用 2) 物联网在物流方面的应用 1. 2 我国物联网应用研究现状评述
我国对物联网的发展与应用的研究非常多,这些研究丰富了物联网的理论研究领域,对我国物联网的理论体系完善起到添砖加瓦的作用,满足了当前我国物联网发展的特定需求。
1) 上述文献中提出的主要观点
本文仅对物联网应用方面的文献作梳理,未涉及大量关于物联网技术的文章。上述文献从物联网应用的各个角度展开,形成一些明确的、共识性的观点: ①物联网的广泛应用将是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息革命,或称为信息产业革命的第三次浪潮; ②互联网与物联网的整合,改变了人类的生产和生活,实现全球 “智慧”状态; ③物联网带来了新的产业革命,可利用物联网信息通信技术改变未来产业发展模式和结构; ④作为信息技术与网络技术,物联网可广泛应用于各行各业,实现信息的共享、反馈;⑤物联网将是一个新兴产业,物联网产业是具有万亿元级规模的产业; ⑥当前我国物联网发展的障碍集中于安全、成本、效率、标准化、整体规划等方面。总体而言,文献较客观地描述了我国当前物联网的发展现状,阐述了发展物联网的益处,对我国未来物联网产业的发展前景进行预测,同时探讨了物联网在各行业、各领域的应用方向。此外,关于物联网的应用研究角度非常丰富,研究人员众多,不仅限于高校、企业,还包括政府人员; 同时研究视角奇特,既包括新兴低碳经济与物联网的关联,也包括传统的科学发展观、马克思主义与物联网的关系分析。
2) 研究可能存在的不足
物联网毕竟是新兴事物,因此,不可否认当前物联网理论与应用研究的作用与贡献。但是也应看到上述研究的不足,总体表现为研究内容较空、雷同,学术界对此的讨论非常热烈,但是多浮于表面,实践应用不足。部分研究仍然仅着眼于物联网的基本概念和细微的应用点,研究内容也不够深入,仅是对物联网技术的套用。部分文章文不对题,对物联网的分析、应用有些牵强附会。应用研究性的文章“为应用而应用”,缺乏应用的基础分析,提出的措施空泛。物联网应用性文章研究从点着手,但是也仅限于点,而非线、面。例如研究主题为“物联网应用于物流管理”的多数论文仅是对采购、生产、配送、销售、回收 ( 召回) 等供应链过程各个环节的监测,缺少全过程的协作,同时侧重于信息的共享,缺失物联网产业链各主题对实物智能管理的协作。研究物联网技术应用于监测,而无后续支持: 仅是安全防范,未能做到控制处理。多数论文均将物联网作为信息技术和网络技术进行分析,对物联网商业模式与产业运营的研究较少、较浅。关于物联网产业链中物流配套支持的理论研究较少。
关键词：3G；物联网；安全；加密
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)31-0000-0c
Research on the Security Mechanism of Internet of Things Based on 3G Networks
SUN Chang-ming1,3, LI Ya-ping2, ZHOU Jian4
(1.School of Computer Science Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.Dept. of Information Science, Anhui Economic Management Institute, Hefei 230059, China;3. Anhui ZHONG-AO Insititute of Technology, Hefei 230031, China; work Center, Hefei University of Technology, Hefei 230031, China)
Abstrct: Security issue is an important factor in the development of Internet of Things.Internet of things based on 3G networks has its own characteristics. It has significant theoretical and practical significance that building security architecture of Internet of Things based on 3G networks，from security risk analysis, and analyzing the perception layer, transport layer security technology and implementation.
Key words: 3G; internet of things; security; encryption
1998年，“Internet of Things”的概念首次被提出，构想了一种基于射频识别（RFID）的，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信的网络。2005年11月27日，物联网的概念在国际电信联盟（ITU）了《ITU互联网报告2005：物联网》正式被提出了。原有基于RFID的构想，被扩展到通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等数据通信技术。可以看出物联网从某种意义上是互联网、移动通信网和传感网等网络的一种融合，因此，第三代移动通信系统3G通信网络也将是物联网发展的重要支撑平台。
对于网联网安全机制的研究方面，2009年，Leusse P从模块的功能的角度给出了一个物联网服务安全模型[1]。HamadF着重对物联网安全体系中的数据安全及隐私保护进行了研究[2]，2010年，杨庚，许建等从信息安全的机密性、完整性和可用性等三个基本属性出发，分析了物联网安全的特征和面临的安全问题，讨论了物联网安全的系统架构[3]，武传坤，从不同层次分析物联网的安全需求，搭建物联网的安全体系架构 [4]，孙玉砚、刘卓华等提出了一种面向3G接入的物联网安全架构，最后详细介绍了已实现的面向3G接入的物联网安全验证系统[5]。
本文对基于3G平台的物联网安全保护问题进行研究，从网联网区别于传统IT系统的安全风险分析入手，探讨其安全需求和安全技术，形成相应的安全体系结构，并着重探讨分布式认证、无线加密技术。
1 安全风险分析
网联网在体系结构上主要分为：应用层、支撑层、传输层和感知层4个层次，不同的层次面临着不同的安全风险和安全需求，从物联网与传统的IT系统比较看，物联网应用特有的安全问题主要有：在末端设备信息被非法读取；末端设备及其数据的非法冒名；末端阻塞、损坏或无法连接。由此可见，物联网与传统IT系统在安全保护方面，主要的不同之处集中于物联网的末端设备和末端网络。可以说感知层的安全问题是物联网发展应用的首要问题[6]。
因此，本文将研究的重点放在物联网感知层、传输层的安全研究上。对于基于3G平台的物联网感知层、传输层安全风险，本文主要将其分解两个部分，一是3G的接入风险，二是末端无线传感网络的信息安全。
1.1 3G接入风险
3G的接入风险主要集中在物联网的传输层和感知层，这部分的安全机制主要为用户和无线传感器网络的网关节点提供安全的3G移动通信网络服务，因此面临的主要安全风险有：
1）分布式拒绝服务攻击（DDOS）
随着互联网的不断发展，利用一批受控制的机器向另一台机器发起攻击成为可能，DDOS攻击就是通过使网络过载来干扰甚至阻断正常的网络通讯。作为物联网应用的载体3G通信网络，互联网遇到的DOS攻击和分布式拒绝服务攻击（DDOS）也将在3G网络中继续存在。
2）身份仿冒攻击
当物联网把海量的客观物品与信息传输网相连接，从而进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理时，身份仿冒、中间人仿冒等风险将不可避免。同时，由于物联网更加直接地获取、存储、传递、处理个人或组织的信息，因此如何正确、可靠地标识客观物品或主体，抵御仿冒攻击是确保物联网信息安全的重要环节。
1.2 无线传感网络的信息安全风险
物联网是互联网、移动通信网和传感网等网络的融合，因此无线传感网络的信息安全风险主要体现跨异构网络的网络攻击，从信息安全的角度可以将无线传感网络的信息安全风险界定为以下4个方面：1）信息被窃取：非法用户或程序进入网络系统，占用合法用户的资源，非法获取机密信息。2）信息被篡改：对于加密的信息，非法用户的窃取并不能直接损害机密信息，但是非法用户或程序可以通过修改、删除、插入等方式破坏原有信息，从而达到损害他人利益的目的。3）信息被丢失：信息的丢失主要有传输故障、终端设备故障以及非法删除等原因而丢失。4）信息被仿冒：信息仿冒与3G接入风险中仿冒攻击在本质上是相同的，不同之处在于，接入中的仿冒主要体现为身份仿冒。
2 安全体系架构
由于物联网中不同的层次存着这不同的安全风险、安全需求和安全技术，因此物联网的安全体系结构从层次上看也应分为应用、支撑、传输、感知4个层次，同时基于3G网络平台的物联网应用，也将具有3G传输网络的基本特征，基本架构如图1所示。
图1 基于3G网络平台的物联网安全体系架构
考虑到在应用层、支撑层的安全体系与其他承载网络差异不大，因此本文着重探讨传输层和感知层的安全体系架构。感知层安全主要是3G网络平台终端的无线信息采集、交互的安全，主要依靠3G接入认证、无线加密技术、PKI公钥基础设施来保障。其中PKI公钥基础设施，主要是指基于公钥加密技术的一套安全基础平台的技术和规范，包括相应的软件、硬件和策略。传输层主要是保障3G传输网络的信息传输安全，主要以加密技术为基础，以签名技术、摘要算法等保障信息安全的机密性、完整性、可靠性和保密性需求。
3 安全技术研究
3.1 接入认证
按照上述分析，有效控制一个3G智能终端接入相应的物联网系统是感知层安全控制的重要内容，一个典型的接入认证系统如图2所示。
图2 3G终端接入认证系统组成
在此，本文仅讨论3G智能的认证实现。当智能终端需要对特定网关节点内的传感信息进行访问控制时，由于这些信息往往直接与相应主体的隐私相关，因此，对于合法控制端的接入认证显得尤为重要。单纯使用密码验证或是数字证书已经不足以保障对物联网中3G终端的接入认证，借鉴合址认证技术，将密码口令与3G智能终端硬件信息进行捆绑验证，这样可以可以大大提高接入认证的有效性和安全性。主要步骤如下：
1）将密码口令信息合法智能终端节点的硬件信息（SIM卡编号或终端网络地址）存放于服务器端；2）智能终端接入时，提供密码口令；3）移动运营商向服务器端提供终端节点的硬件信息；4）服务器端对比验证终端的合法性，并确定移动终端对传感网络的控制权限。
3.2 信息安全的实现
信息安全的基本需求主要包括：保密性、完整性、可靠性和真实性，主要实现的手段包括对称加密、非对称加密、摘要算法等技术。这些加密技术主要应用在图2的无线传感网络和3G网络平台中，一个典型的实现方案如图3所示。
图3 信息加密方案
传感网络采集的信息，需要经过相应的加密方案才能在无线传感网络和3G网络中传输，方案描述如下：
1）采集信息通过预定的HASH函数处理，生成相应的摘要信息；利用传感终端私钥非对称加密摘要，生成签名信息；
2）传感终端，随机生成会话密钥，用于加密采集信息，生成信息密文，以此保障信息的机密性；
3）传感终端通过预定的3G智能终端的公钥，通过非对称加密生成密钥的密文；
4）3G智能终端接收到签名信息、信息密文和密钥密文，通过预定的3G智能终端的私钥，解密密钥密文，生成密钥密文；
5）用密钥明文解密信息密文，生成信息明文；用相同的HASH函数处理信息明文，生成新的信息摘要；
6）利用传感终端公钥解密签名信息，以此验证信息的来源真实性，并得到原信息摘要；
7）将生成的新摘要与接收的原摘要比较，验证信息完整性，相同则信息完整，反之信息不完整。
4 总结
3G网络平台的发展，将进一步推动物联网的广泛应用，目前物联网的实现并不仅仅是技术方面的问题，还涉及到政策、法律、网络基础设施、规划管理等多个方面的问题，就其安全问题而言，也同样涉及技术、非技术的不同方面。本文在探讨基于3G网络的物联网安全风险、安全需求的基础上，构建了相应的安全体系框架，并给出了3G接入认证的基础方案和信息传输中的加密方案。在此基础上，进一步探索具体方案的细化实现以及实际应用是本文的后续工作。
参考文献：
[1] LEUSSE P,PERIORELLIS P,DIMITRAKOS T,et a1.Self ia,_iaged Security Cell,a security model for the Internet of Things and Scrvices[C]//Proc of the 2009 First International Conference on Ad．VSllce8 in Future Intemet.Piscataway:IEEE,2009:47-52.
[2] HAMAD F,SMALOV L,JAMES A.Energy-aware security in M-commerce and the Intemet of Things[J].IETE,TechmeM review,2009,26(5):357-362.
[3] 杨庚,许建,陈伟,等.物联网安全特征与关键技术[J].南京邮电大学学报:自然科学版,2010,30(4):20-29.
[4] 武传坤.物联网安全架构初探[J].战略与决策研究,2010,25(4):411-419.
[5] 孙玉砚,刘卓华,李强,等.种面向3G接入的物联网安全架构[J].计算机研究与发展,2010(47):327-332.
[6] 刘利民,肖德宝,李琳,等.物联网感知层中RFID的信息安全对策研究[J].武汉理工大学学报,2010,32(20):80-87.
收稿日期：2011-09-08
关键词:起重机；检验检测技术；物联网；应用现状
1研究背景
无论是起重机设备安全性能的表现,还是其实际运行的状态,均能够深切地影响到我国物流运输、建筑工程等领域中工作者生命财产的安全状态。基于此,从起重设备实际的运行状态出发,将行之有效的检测检验工作体系构建出来并有效实施,对于起重机检验检测工作的进一步发展而言具有十分重要的意义。社会经济的迅猛发展为物联网技术的进一步发展奠定了良好基础,对其自身所具备的技术特征、运行设备状态的实时监测以及设备故障处理技术等进行分析,能够发现其在危机状况下的应对处理技术、数据测算记录技术等方面有着独一无二的优势,因而人们逐渐引起了对它的重视,并在充分研究分析以后将其广泛应用在多个领域之中。而文章就从起重机设备安全运行的性能控制角度出发,论述物联网技术在起重机检测检验中实际应用的状况,以便能为日后技术人员的相关工作提供一些理论依据。
2关于物联网技术基本的概念
20世纪90年代国际物品编码组织以及美国麻省理工学院共同提出了“物联网”,他们将共同合作的某项技术研究的项目作为开展基点,随后将全新的一个技术性理念体系构建了出来,对其定义的描述为:从现代化技术背景之下所衍生出来的RFID无线射频识别技术,其由激光扫描设备、红外线感知信号组件以及GPS技术系统共同组成,因而其在组件传输、信息资源捕捉以及处理等方面都具有十分明显的优势。根据早已经制定出来的技术运作协议,其将实际存在于现实中的所有实物类型的对象同互联网系统信息之间进行了有效连接,基于这样一个技术背景,其能够实现特定技术应用的对象动态化监测,从而将智能化实践管理的工作目标实现。物联网技术能够实现客观物质存在与互联网对象信息信息系统之间的有机结合,有利于使我国相关领域技术的进一步发展获得保证,因而可以说在物联网技术可持续发展的背景下,能够将有序稳定的发展道路铺垫出来。
3起重机检验检测在物联网技术应用下的模型
为了有针对性地对文章主题进行阐述,文章将以塔式起重机的模型作为实际案例对相关内容进行研究分,并且在该技术的应用上对物联网技术整个的构建体系进行分析,并将相关检测检验的实际情况阐述出来,并且在该技术的应用上对物联网技术整个的构建体系进行分析,将相关检测检验的实际情况阐述出来。构建在物联网这一技术基础之上的塔式起重机实时检验检测技术系统在建设操作实际的应用过程中,能够综合性地将数据采集技术、远程通信技术、传感器技术、无限传感器网络、设备组件嵌入式技术以及数据处理技术等运用起来,并且通过信息捕捉传输组件以及参数测算组件运行两者有效结合,能够在真正意义上使塔吊运行状态有关检测检验系统整体性的构建水平得到提升,从而使整个运行实务的质量水平也能够得到确保。基于这样的一套技术运行的状况分析,在现场作业中负责的起重机技术工作人员能够在运行实施过程中实现对塔吊设备参数控制的目标,并且还能够实现运行操作之中的安全性状态管理,而这就要求现场的工作人员必须具备扎实的知识理论基础以及丰富的实践操作经验,因为只有这样才能够充分地掌握整个设备运行之中的安全性。随后需要在物联网技术相关体系的运用下,将无线数据组件传输的结构安装在必要的环节之中,以此来获取检测过程中实际的动态运行参数,以便能够有效保证塔吊运行这一过程之中安全测算的状态,并实现远程GPS这一可视化检测平台的实时传输操作。即使在运行的过程中有安全隐患出现,也不必担心,因为物联网技术系统在及时的触发之下能够激活信息技术处理当中的实务模块,并以手机短信的形式将其发送到相关的连接设备之中,此时相应技术模块的管理者在接收到短信之后能够及时作出反应,从而将不必要的损失避免掉。通过对现有的起重机设备相关技术端的运用,能够有效完成回转传感器、侧重传感器、高度测算传感器、风速传感器以及幅度控制传感器等一系列设备的安装以及调试应用,并且能够及时捕捉到塔式起重机在实际运行的过程之中可能会产生的技术参数,随后根据事先已经设定完成的系统运行的技术标准及相关的参数信息,及时地在远端技术的综合性检测检验平台中传输相关传感器所测算到以及实时感知到的技术参数,并且在一定程度上还能够确保传输的有效性。为了对塔式起重机的实时承载负荷有效地进行动态控制,就需要确保设备额定的负载数值达到了规定的要求,即当设备自身额定的负载数值达到90%的时候,系统就会及时地将相关的安全性预警装置启动;当有超越额定的荷载数值在特定的一个时点出现时,设备就会接收到特定的指令,并在系统技术的应用下自行将断电功能开启,随后设备便会进入断电状态,有助于在塔式起重机遭遇危险的技术环境时能够及时阻止并停止一切操作,确保起重机设备不会遭受到损害或者尽可能将损害情况降到最低。同以上的情况相似,对于塔式起重机实际的运行情况以及运行环境,有针对性地对相关影响因素进行研究,对于可能会出现的所有不同形式或类型的安全患进行深入研究和分析,以便能够设置出与之相对应的综合性物联网有关的检测检验技术系统,并满足信号自动报警的功能要求。由此可见,只有从物联网技术实际的应用角度出发,才能够使起重机自身检测检验系统的保证和应用效果得到促进,从而实现具有建设性的最佳技术化应用目标。
4结语
综上所述,随着社会经济的迅猛发展和国民生活水平的持续提高,人们有了更加充足的时间和精力投入到各行各业各种技术应用的最新研究之中,这是一个知识经济的时代,也是一场科技翻新的革命,而文章主要是有针对性地对物联网技术应用之下起重机检测检验的工作进行分析,并将塔式起重机作为实际的分析案例对其进行了全方位阐述,其目的就是探讨起重机设备在物联网技术中应用的实际状况,如:对有效实施安全性检测检验工作的途径等进行了探讨,以此将相关有效理论依据整理出来为日后人们的研究和实践提供一些借鉴。
参考文献
[1]高扬.探究物联网技术在起重机检验检测中的应用[J].化工管理,2015(35):170.
[2]冉坚强.探究物联网技术在特种设备检验检测中的应用[J].化工管理,2016(14):172.
[3]徐凯.基于物联网的起重机风险评估系统的研究[D].南京航空航天大学,2013.
[4]杨斌.起重机物联网监管及预警系统研究[D].南京理工大学,2013.
[5]向伟.农产品供应链中物联网应用及采纳影响因素研究[D].华南理工大学,2012.
关键词：物联网；导论；层次结构；教学内容
作者简介：吴治海（1981-），男，安徽亳州人，江南大学物联网工程学院，副教授。（江苏 无锡 214122）
基金项目：本文系江南大学本科教育教学改革研究项目“物联网新专业实验实践性环节设置策略研究”（项目编号：JGB2011057）、“物联网新专业人才培养与产业结合模式研究”（项目编号：JGB2011053）的研究成果。
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0070-02
最近几年，物联网（Internet of Things，IOT）概念的提出及其技术的飞速发展引起了世界各国的广泛关注，被称为继计算机与互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。为了能在这一技术领域占据重要位置，许多国家提出了相应的物联网发展战略。如美国的“智慧地球”、日本的“u-Japan”、韩国的“u-Korea”、欧盟的“欧盟物联网行动计划”、中国的“感知中国”等。发展物联网技术的基础与核心是培养物联网方向的专业人才，为此，国内各大高校相继开设了物联网工程专业并开始招收第一届本科生，如哈尔滨工业大学、华中科技大学、西北工业大学、北京科技大学、江南大学、南京邮电大学等。然而，物联网工程的新专业属性，决定其人才培养方案的制订、课程的设置以及教学方法的实施等，目前仍处于“摸着石头过河”的探索性阶段。但是，国内目前已开设物联网工程专业的大部分高校，都将“物联网技术导论”作为本专业的第一门课程，旨在向学生整体介绍物联网的概念、内涵、关键技术、发展现状以及主要应用等，以激发学生的学习兴趣，并使学生树立学习的信心。因此，“物联网技术导论”课程的讲授成功与否关系到物联网人才培养的质量，进而影响到中国物联网技术发展的进程。
一、物联网的概念及内在层次结构
目前，关于物联网的定义有多种，但是被大多数学者认同的一个定义为：物联网，即通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息的交换与通讯，以实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之，物联网就是“物物相连的互联网”。使用通俗的语言，可以这样表述物联网的内涵：使用传感器获取物理对象的信息、使用网络传输信息、使用计算机处理信息、使用控制器设计反馈控制策略、利用执行器对物理对象进行控制与管理等各类操作。由此可以绘制出物联网中的信息流（如图1所示）。因此，从控制学科的角度来说，物联网是一个典型的网络化控制系统（Networked Control Systems，NCS）。从物联网的定义以及图1中展示的物联网中的信息流向，可以概括出物联网的层次结构：感知层、网络层、处理层与控制层（如图2所示）。其每层的功能分别为信息的获取、信息的传输、信息的处理与信息的反馈。这四层结构的划分是对传统的物联网三层结构，即感知层、网络层与应用层的进一步细分，本质上是一致的。从这四层结构的划分不难看出，物联网技术涉及信息技术领域的四大一级学科，即电子科学与技术、信息与通信工程、计算机科学与技术以及控制科学与工程。因此物联网是一个多学科交叉的技术，这使得物联网的内容极为丰富。但另一方面，这种交叉性也增加了“物联网技术导论”课程的讲课难度，对教师的专业素质提出了更高的要求。因此，如何选择讲课的重点，既让学生感受到物联网技术的重要性，激发他们的学习兴趣，又使他们面对繁杂的内容而不畏惧，树立学好物联网技术的信心，具有重要的意义。
二、“物联网技术导论” 教学内容选择
目前国内已出版发行的“物联网技术导论”教材有十多本。[1-12]通过浏览这些教材的目录，不难发现物联网内容极其庞杂，主要涉及传感器技术、无线传感器网络、射频识别技术、短距离无线通信技术、远程通信技术、无线单片机、嵌入式系统、云计算技术、机器学习、模式识别、数据挖掘、智能信息处理技术、物联网控制技术、物联网安全技术、物联网技术标准、物联网应用等。依据物联网的四层结构，可以将上述内容进行如下层次归类：感知层包括传感器技术、无线传感器网络与射频识别技术；网络层包括短距离无线通信技术与远程通信技术；处理层包括云计算技术、机器学习、模式识别与数据挖掘；控制层包括物联网控制技术；物联网安全技术、物联网技术标准与物联网应用横跨物联网的四层结构。但另一方面，作为一门导论课，一般来说讲课时间会限制在20课时以内。试图在较短的时间内把上述内容完全彻底讲一遍是不现实的，因此需要选择重点内容进行讲解，目标是让学生对物联网的整体架构、关键技术有一个整体上的清晰认识。那么如何选择主要内容呢？以江南大学已经实施两年的“物联网技术导论”课程教学方案为例，结合物联网的四层结构，来分配每讲的主要内容。目前江南大学“物联网技术导论”课为16课时，除去最后一次考核占用的2课时，还有7讲14课时。下面，结合物联网的四层内在结构，详细叙述每讲的主要内容。
第一讲——绪论。介绍物联网的基本定义、内在结构、研究现状、发展动态、主要应用领域。重点讲解物联网的基本定义与内在结构，讲解时应播放一段物联网应用案例的视频，增加学生对物联网内在结构的整体认识。
第二讲——感知层技术一。介绍智能传感器技术，包括传感器技术、微控制器接口、无线单片机、嵌入式系统。重点介绍传感器工作原理、比较CC2430和CC2530功能差异、嵌入式智能传感器的一般结构、标准接口与串行接口。
第三讲——感知层技术二。介绍无线传感器网络。由于无线传感器网络具备了一个简单的物联网系统的架构，对本讲内容的讲解可以大大提高学生对物联网内在结构的认识。主要讲授无线传感器网络的定义、体系结构、特征、协议栈结构、主要支撑技术，如定位技术、时间同步、数据融合、安全技术等。可以结合无线传感器网络在智能农业当中的应用来讲解本部分内容。
第四讲——感知层技术三。介绍射频识别技术。由于射频识别技术也具备了一个简单的物联网系统的架构，所以对本章内容的讲解可以进一步增强学生对物联网内在结构的认识。主要讲解射频识别的组成、分类、工作原理、技术标准、与传统自动识别技术的区别以及安全问题。可以结合射频识别技术在门禁系统当中的应用来讲解本部分内容。
第五讲——网络层技术。介绍短距离无线通信技术和远程通信技术。重点介绍Zigbee技术、WiFi技术、蓝牙技术、超宽带技术和3G无线远程通信技术，简单介绍多路访问技术和多路复用技术。应结合具体的应用来讲解Zigbee技术、WiFi技术和蓝牙技术。
第六讲——处理层技术。主要介绍云计算技术、机器学习、模式识别与数据挖掘。重点介绍它们的含义、基本结构和主要方法。在介绍基本结构时应画出结构方图，使其技术原理清晰明了。
第七讲——控制层技术。重点介绍控制的思想，即反馈。可以结合具体的例子来讲解，如倒立摆的控制，让学生主观感受反馈的作用，但要避免复杂的数学公式。也可以适当介绍控制学科的前言问题，如网络化控制系统与多智能体系统，让学生深刻感受到控制技术在物联网技术当中的地位。
以上七讲基本包含了物联网技术的主要内容。通过这七讲的学习，学生基本上对物联网架构和关键技术有了一个整体上的认识。由于不同高校开设物联网工程专业的院系有所不同，教师的专业背景也有所不同。但是，确保学生正确认识物联网技术的一个基本要求是教师向学生完整地介绍物联网的四层结构。任何一层的缺失都将导致学生对物联网概念和内涵认识的不准确，影响其以后的学习效果。
三、结语
本文在阐述物联网内在层次结构的基础上，结合“物联网技术导论”课程课时短、内容多的特点，详细介绍了如何在有限的课时内分配主要的物联网技术的知识点。由于“物联网技术导论”是一门新的课程，目前还没有成熟的课程教学方案，因此，本专业的高校教师要善于结合自己的专业知识和教学经验，编写符合中国国情的“物联网技术导论”教材，探寻一条符合中国学生的“物联网技术导论”课程教学方法，进而培养出基础扎实、技术熟练的物联网专业人才，推动“感知中国”战略的进程。
参考文献：
[1]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2010.
[2]曾园园.物联网导论[M].北京：中国铁道出版社，2012.
[3]张凯，张雯婷.物联网导论[M].北京：清华大学版社，2012.
[4]张翼英，杨巨成，李晓卉.物联网导论[M].北京：中国水利水电出版社，2012.
[5]张飞舟.物联网技术导论[M].北京：电子工业出版社，2010.
[6]王汝传，孙力娟.物联网技术导论[M].北京：清华大学出版社，
2011.
[7]桂小林.物联网技术导论[M].北京：清华大学出版社，2012.
[8]黄东军.物联网技术导论[M].北京：电子工业出版社，2012.
[9]王志良，石志国.物联网工程导论[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.
[10]吴功宜，吴英.物联网工程导论[M].北京：机械工业出版社，
2012.
[11]暴建民.物联网技术与应用导论[M].北京：人民邮电出版社，
国内外普遍公认的物联网的概念是麻省理工Ashton 教授于 1999 年在研究 RFID 时提出来的:All things are connected to the Internet via sensingdevices such as radio frequency identification( RFID) to achieve intelligent identification and man-agement[1],即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。在 2005 年国际电信联盟 ( ITU) 的报告 《ITU 互联网报告 2005: 物联网》 中,物联网的定义和范围已经发生了变化,覆盖范围有了较大的拓展,不再只是指基于 RFID 技术的物联网[2]。从 “智慧地球”的理念到 “感知中国”的提出,从 “唐芯一号”的研制成功到无锡 “物联网产业基地”的确立,物联网技术与应用在政府、企业得到广泛的认同与重视。在我国物联网已从概念的炒作,上升到产业规划与发展高度,在各行业获得了一定的理论与应用研究。本文在物联网应用研究文献综述的基础上,辨析物联网与物流管理的关系,从而为探讨物联网环境下现代物流发展的思路提供参考。
1 物联网的应用研究现状
1. 1 物联网的应用研究
物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、体育竞赛与体育训练、教育培训、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域[3]。
1) 物联网在社会经济与生活中的应用
杨子江 ( 2010) 提出物联网对环境保护的推动作用,认为借助物联网技术可对生产的节能减排进行全程监控。王粉花等 ( 2010) 研究以物联网中无线通信技术为基础的人体运动状态监测系统的设计方案,以满足老龄人护理需求。朱小妹( 2010) 设计了基于物联网技术的农业生产智能管理系统,通过在各农作物领域应用传感器,实现各种数据的自动采集。李卢一 ( 2010) 基于对物联网研究现状的把握,探讨物联网在构建智能化教学环境、丰富实验教学、辅助教学管理、拓展课外教学活动方面的作用。李胜广 ( 2010) 提出将物联网技术应用于城市应急预警系统中,实现感知城市的功能。王建冬 ( 2010) 提出物联网的出现催生了第四代生产性服务业,提出生产性服务业发展的 4 阶段模型,其技术维度依次为数字计算机、微机、互联网与物联网。物联网在企业方面的应用研究: 贾凯 ( 2005)搭建了物联网在医药流通中的应用框架。刘建生( 2007) 分析了基于物联网的药品流通流程再造措施。温平 ( 2010) 设计了基于物联网技术的新型干法水泥生产设备运行状态监测系统,监测设备的温度、振幅,实现信息的及时上报与报警。梁正平 ( 2010) 提出基于三维编码的全流程食品追溯系统,结合物联网技术,实现信息的采集与查询和追溯。朱帅 ( 2010) 在 “物联网对未来零售业的影响”一文中提出 “技术催生革命”、 “信息分析是增值点”、“机遇和挑战并存”。此外,不少学者也从不同角度就物联网自身发展进行了研究。焦泉 ( 2010) 阐明物联网与知识产权的关系,提出加快我国物联网知识产权保护创新的思路。宁焕生 ( 2010) 提出中国物联网网络管理协议结构 ( RFID - MP) ,为中国物联网的架构、信息服务系统和网络管理协议的发展和研究提供了参考。顾晶晶 ( 2010) 设计了基于无线传感器网络拓扑结构的物联网定位模型。杨斌( 2010) 提出基于面向服务架构 ( SOA) 的物联网企业应用基础框架,该框架利用射频标识构建的物联网对企业产品全流程进行监控,通过 SOA 实现海量数据资源共享和高效利用,为企业资源整合提供一种可行的解决方案。张云霞 ( 2010) 对物联网领域现有商业模式进行分析,指出适合电信运营商的物联网商业模式。这些研究都为我国当前物联网产业的发展提供了探索的思路。
2) 物联网在物流方面的应用
物联网在物流方面的应用主要集中在物联网对物流的影响以及物联网在物流操作、物流信息及供应链物流管理等方面的应用。关于物联网对物流的影响,赵昱 ( 2010) 展望了物联网对物流活动的影响。王继祥 ( 2010) 提出物联网在物流业中的应用,包括: 产品的智能可追溯网络系统、物流过程的可视化智能管理网络系统、智能化的企业物流配送中心、企业的智慧供应链。沈旭明( 2010) 提出物流属于物联网带动产业,提出智能物流的概念。左斌 ( 2010) 提出物联网时代物流企业的转型升级为供应链网络管理组织的主导企业,物联网催生新的物流运作模式———专业化“物联网服务商”。戴定一 ( 2010) 认为物联网时代的 “智能”是基于网络的,或者说是依托 “基于网络的集中式数据处理和服务中心的”; 物联网促进物流智能化; “数据中心”是网络经济社会的一个创新的经济主体,存在 “商务模式”运作等困惑。关于物联网技术在物流操作中的应用,潘金生 ( 2007) 提出基于物联网的物流信息增值服务。朱文和 ( 2010) 提出基于物联网技术实现供应链全过程的智能化物流配送服务。李霞 ( 2010) 分析了物流信息技术与物联网的关系。薛飞 ( 2010)提出把物联网融入物流园区的建设中,利用物联网在不同物流园区间搭建一个互通互利的网络结构。王晓亮 ( 2010) 提出物联网可用于我国铁路运输的客票防伪与识别、站车信息共享、集装箱追踪管理与监控及仓库管理。物联网在物流信息系统中的应用,一方面表现为 RFID 技术在物流中的应用,另一方面为基于物联网的物流信息系统的设计。罗秋科 ( 2007)提出 EPC ( Electronic Product Code,产品电子代码) 系统及其在现代物流中的应用。余雷 ( 2006)提出基于 RFID 电子标签的物联网物流管理系统。王德玉 ( 2007) 提出 RFID 技术在军事物流领域的应用研究。Christian Decker ( 2008) 设计了 SmartItems ( 智能物料项目) 应用于供应链管理。Vin-cent ( 2009) 研究了 RFID 与物联网的关系,提出二者有助于救市。金鑫 ( 2010) 提出 RFID 发挥优势物联网助力春运,实现车票实名制管理。王烨( 2010) 提出基于 RFID 技术的物联网在物流安全领域的应用。荆心 ( 2010) 研究基于物联网的物流信息系统体系结构。俞灵 ( 2010) 提出港口口岸物联网体系结构规划设想。Antonio J 设计了基于物联网的医院智能信息系统,用于检测过敏及副作用。Reiner Jedermann 提出基于智能嵌入式标签物流中泛在计算的应用。在供应链物流管理方面,樊世清 ( 2010) 讨论物联网对供应链管理的影响。李旸 ( 2010) 提出物联网对商业银行供应链金融产品的影响。毕明光 ( 2010) 提出基于物联网技术的物流供应链研究。张佶 ( 2010) 提出物联网提升纺织供应链管理水平。周受钦 ( 2010) 提出 “物流装备物联网”的概念,即物流装备智能化加上传输网络及管理系统与运营系统。
1. 2 我国物联网应用研究现状评述
我国对物联网的发展与应用的研究非常多,这些研究丰富了物联网的理论研究领域,对我国物联网的理论体系完善起到添砖加瓦的作用,满足了当前我国物联网发展的特定需求。
1) 上述文献中提出的主要观点
本文仅对物联网应用方面的文献作梳理,未涉及大量关于物联网技术的文章。上述文献从物联网应用的各个角度展开,形成一些明确的、共识性的观点: ①物联网的广泛应用将是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息革命,或称为信息产业革命的第三次浪潮; ②互联网与物联网的整合,改变了人类的生产和生活,实现全球 “智慧”状态; ③物联网带来了新的产业革命,可利用物联网信息通信技术改变未来产业发展模式和结构; ④作为信息技术与网络技术,物联网可广泛应用于各行各业,实现信息的共享、反馈;⑤物联网将是一个新兴产业,物联网产业是具有万亿元级规模的产业; ⑥当前我国物联网发展的障碍集中于安全、成本、效率、标准化、整体规划等方面。总体而言,文献较客观地描述了我国当前物联网的发展现状,阐述了发展物联网的益处,对我国未来物联网产业的发展前景进行预测,同时探讨了物联网在各行业、各领域的应用方向。此外,关于物联网的应用研究角度非常丰富,研究人员众多,不仅限于高校、企业,还包括政府人员; 同时研究视角奇特,既包括新兴低碳经济与物联网的关联,也包括传统的科学发展观、马克思主义与物联网的关系分析。
2) 研究可能存在的不足
物联网毕竟是新兴事物,因此,不可否认当前物联网理论与应用研究的作用与贡献。但是也应看到上述研究的不足,总体表现为研究内容较空、雷同,学术界对此的讨论非常热烈,但是多浮于表面,实践应用不足。部分研究仍然仅着眼于物联网的基本概念和细微的应用点,研究内容也不够深入,仅是对物联网技术的套用。部分文章文不对题,对物联网的分析、应用有些牵强附会。应用研究性的文章“为应用而应用”,缺乏应用的基础分析,提出的措施空泛。物联网应用性文章研究从点着手,但是也仅限于点,而非线、面。例如研究主题为“物联网应用于物流管理”的多数论文仅是对采购、生产、配送、销售、回收 ( 召回) 等供应链过程各个环节的监测,缺少全过程的协作,同时侧重于信息的共享,缺失物联网产业链各主题对实物智能管理的协作。研究物联网技术应用于监测,而无后续支持: 仅是安全防范,未能做到控制处理。多数论文均将物联网作为信息技术和网络技术进行分析,对物联网商业模式与产业运营的研究较少、较浅。关于物联网产业链中物流配套支持的理论研究较少。
关键词：物联网；一体化教学方法
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）13-0139-02
Abstract：The paper gives a detailed analysis of the characteristics of the teaching method in the course of internet of things. The study is suitable for the teaching mode of the course of internet of things， which is supposed to improve the students' comprehensive skills， hence to realize the teaching goal of application-oriented colleges and universities.
Key words： Internet of Things； the integrated teaching method
物联网是目前国家重点发展的战略性新兴产业，是在嵌入式系统、无线传感器网络、通信网络、分布式计算、移动计算等技术的基础上，把任何物体与互联网联接起来，通过无线网络采集实时动态的信息进行汇总分析和处理，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网产业涉及面广，产业链长，应用范围覆盖面广，人才需求旺盛。应用型高校物联网专业的培养目标是以培养高素质的物联网方面的应用技术型人才为核心，强化系统设计和软硬件编程能力，使学生具备专业核心竞争力。
1 物联网专业课程特点
物联网专业包括了物联网传感技术、物联网接入技术、物联网网络技术、物联网安全技术和物联网应用技术，专业基础课程包括：C语言程序设计、数据结构、操作系统、数据库原理与应用、计算机网络、计算机组成原理、模拟与数字电子技术、信号与系统、数字信号处理、面向对象程序设计、单片机与接口技术等[1]。专业核心课程包括：嵌入式系统原理与应用、RFID原理及应用、传感器技术、高级嵌入式技术（A8+linux应用开发）、ZIGBEE技术应用及无线网络、物联网信息安全、Linux系统开发、云计算、嵌入式Linux系统应用开发、物联网应用系统设计与开发等[1]。
物联网专业核心课程涵盖了嵌入式技术、通信技术、计算机技术等多方面的软硬件课程。这些课程涉及面广、实操性强，培养应用型人才的教学目标决定通过教学必须使学生具有扎实的理论知识和熟练的实际操作能力。传统的教学方法重理论轻实践 ，不利于培养学生的创新思维和实践能力，抑制了学生的发展。“教学做一体化”教学模式符合应用型本科培养技术型人才的要求，是培养应用技术型人才的有效手段。
2 物联网专业课教学现状分析
物联网是新兴产业，物联网专业的创建时间短，涉及多个学科，物联网专业教学也处于摸索阶段，对本院物联网专业教学现状进行分析，还存在以下几方面的问题：
1） 教学目标模糊，教学内容偏重理论
应用型高校的人才培养目标是为地方经济建设和社会发展输送具有一定理论基础的高级应用型人才。但是，很多老师并没有充分理解这一培养目标，没有围绕这一目标开展教学活动，同时由于惯性思维和自身能力的限制，仍然按照过去传统的教学方法安排教学计划和教学内容。传统的教学方法中教师以讲授理论知识为主，而不重视学生实际动手操作，学生也习惯于死记硬背而不善于应用，在这种教学方式下培养的学生，只注重对知识被动机械地记忆存储，不注重实践能力和创新能力的培养，实际操作能力差，走出校门也只是“半成品”。
2） 教学过程单向
由于传统教学方法的影响，很多教师授课时只注重理论的讲解，比如程序设计类课程，大多数教师都是按照程序设计语言的语法体系来开展教学，重点讲解语法、概念、规则，这些内容多抽象，难以理解，多数学生不能及时消化，而教师为了赶进度，只能按部就班的继续讲解新的知识，学生累积的问题越来越多，却得不到解决，久而久之，学生对学习自然失去了兴趣。
3） 理论与实践错位
目前很多院校理论课和实践课是分开的，在授课过程中基本都是先讲理论，后安排实践，且由于实验设备不足，实践课时远低于理论课时，理论讲解与实践操作间隔时间也比较长，学生上实践课的时候，很多知识都已经模糊甚至遗忘了，教学效果当然差。
4） 实践环节相对薄弱
理论课堂上教师主要对基本理论知识进行讲解，很少注重理论与实践的结合，学生理论课没有动手操作的时间和机会，比如嵌入式类课程中，多数要用到单片机、开发板之类的硬件设备，很多教师讲解的时候都是纯讲理论，而不会现场实物演示，学生听得一知半解，更别提动手操作了。
3 “教学做一体化”教学模式构思
1） “教学做一体化”教学模式实质
“教学做一体化”教学模式是由我国教育家陶行知提出的，他指出“教、学、做”在教学过程中是一体的，“做”是核心，教学都要围绕“做”来开展[2]。简单地说就是理论与实践相结合，将理论教学与实践教学融合在一起，提高课程教学质量。其实质就是改变传统的教学模式，以培养应用型人才为目标，以增强学生实践动手能力和综合能力为重点，整合教学资源，使用多种教学方法和教学手段，使教师的“教”与学生的“学”能够有机地结合起来，实现真正的理论教学与实践训练紧密结合，从而提高教学质量。
“教学做一体化”教学模式可以激发学生的学习兴趣，提高课堂教学质量，充分调动学生的积极性，有效地解决理论教学与实践教学脱节的问题，有利于应用技术型人才的培养。
2） “教学做一体化”教学模式构建
要很好的实施“教学做一体化”，需要以下几个条件：配套的教学场所、高技能的教师队伍和比较详实的教学实施计划[3]。“教学做一体化”教学模式的构建要打破原有教学模式的束缚，保证新的教学模式能够使学生获得职业所需必要技能[2]。
① 建立适合于应用型人才培养目标的课程体系
应用型大学以服务地方为宗旨，为社会培养高素质应用型技术人才，它的教学指导思想是通过产教融合、校企合作、工学结合各种教学手段，培养生产服务于一线的高素质技术人才，这就要求应用型大学的课程体系必须以社会需求为导向，重视实践教学，重点培养学生的实际操作能力。
结合物联网的知识体系和学院人才培养方案，物联网专业核心能力培养目标应该是培养具有设计、开发、维护物联网应用系统的能力，包括物联网节点能力、网关能力、传输网络能力和数据中心能力，在课程设置方面集中体现在培养这些核心能力，可以分为三个模块：专业基础课程、专业核心课程和实践实训课程。专业基础课程为：C语言程序设计、单片机应用、电路基础、数据库管理，专业核心课程包括：物联网概论、传感器技术、物联网网络技术（无线通讯）、物联网上位机开发、RFID技术应用、物联网中间件技术、智能设备应用开发（基于Android平台）、物联网产品管理与维护，实践实训课程包括：物联网认知实习、感知层组建综合实训、物联网上位机开发实训、智能设备应用开发实训、无线传感网组建实训、物联网项目综合布线、物联网技术综合实训、毕业设计、顶岗实习等。
其中，专业核心课程的学习需要专业基础课程知识作为支撑，因此，依据专业核心课程来设置专业基础课程，专业核心课程包括了物联网应用层、通信层和感知层三个层次，关键技术涵盖传感技术、接入技术、网络技术、应用技术和安全技术的主干课程，结合实践实训课程可以有效地使学生掌握物联网工程项目的核心技能，比如专业核心课程中传感器技术、物联网网络技术（无线通讯）、RFID技术应用等课程的学习，以及实践实训课程感知层组建综合实训，能使学生初步掌握物联网工程项目中数据采集层（感知层）设备的使用和调试；通过物联网网络技术（无线通讯）与物联网项目综合布线课程的学习，能使学生初步掌握物联网工程项目中数据传输层设备的使用和调试。实践实训课程模块是根据物联网技术发展方向和特点，以“岗位驱动”的模式建立相关的核心课程、实训项目，以项目实训入手，让学生们快速地进入角色，在校企合作的实践中可以直接进入实践岗位。
② 提高教师队伍专业实践能力
教师的理论与实践能力直接决定了课堂教学的质量。在“教学做一体化”教学模式中，理论课和实践课的分界线逐渐淡化，课堂教学既包含理论，又融合了实践操作，对教师的实际操作能力要求较高，培养或引进理论与实践双结合的教师是“教学做一体化”教学模式中一个重要的环节。
物联网专业建立时间晚，对口的专业教师少，尤其需要重视教师队伍的建设。因此，应用型高校应该完善教师培训制度，增加教师培训渠道，如：（1）校内培训，对缺乏物联网专业知识的对口教师进行集中培训；（2）国培省培，委派教师参加全国全省各地物联网专业教师集体培训，了解物联网技术发展趋势，交流物联网专业建设中存在的主要问题；（3）校企合作培训，专业教师定期到企业进行交流学习，了解企业的实时需求、运作模式和新兴技术，参与企业研发，提高自身业务能力。这一系列的措施，可以提高专任教师专业素质，使他们既具有扎实的理论基础知识和教学功底，又有过硬的专业实践操作能力。
③ 安排理论实践结合的教学活动
“教学做一体化”模式强调理论教育以实用和够用为原则，重点在于培养学生动手实操的能力，在教学形式和内容上都需要有所转变，首先教学内容应该有的放矢，将理论与实践有机结合起来，理论不能脱离实践，理论知识的安排必须围绕实践技能展开，突出专业技能培养的重点，强化实践操作能力的训练。其次教学形式应该从理论课偏多转变为理论实践结合，打破理论课、实验课的界限，将理论教学和实践教学融合在一起，教师可以边讲边演示，学生也可以边听边操作，用实际操作强化所学到的理论知识[4]。
“教学做一体化”模式改变了过去理论与实践分离的状态，使理论教学和实践教学能够连贯、自然地衔接起来，教学、演示和训练同步进行，教学方式灵活，课堂生动，突出了学生的教学主体地位，使学生能够在实践中领会消化理论知识，教学效果事半功倍。同时，开放性的教学环境，更有利于提高学生的学习兴趣，并帮助教师了解学生的学习情况，以便及时调整教学计划，因材施教。
④ 设计多层次的实训教学体系
“教学做一体化”模式中的做还体现在安排与课程配套的实训环节。分析物联网专业的课程特点，优化整合其实验实践教学环节，确立多层次的实践教学体系，包括：基础实验实践、综合实训实践和创新设计实践，每个实践层次都有各自的实践环节，如：课内实验、课程设计、实习实训、大学生创新项目、物联网设计大赛和毕业设计等操作。
⑤ 创建灵活适宜的考核方式
考核方式是检测教学成果的重要手段，一体化教学模式的考核强调对教学实施的全过程的考核。对每个学生在教学做过程中的学习态度、学习状态和学习效果进行实时跟踪，突出技能训练的过程控制。同时，不拘泥于传统笔试的考试形式，增加考试内容和方法的灵活性，考核以实际动手操作方式为主，更客观、更全面地衡量每个同学的综合技能及学习效果。
4 总结
通过对物联网专业教学特点进行分析，以培养学生实际动手操作能力为准则，研究适合于物联网专业的打破传统教学观念的“教学做”一体化教学模式，理论结合实践，可以提高学生综合技能，从而实现应用型高校培养应用型人才的培养目标。
参考文献：
[1] 廖丽嵘.应用型高校物联网专业实践教学模式研究[J].现代计算机，2015（9）：67-71.
[2] 朱大虎，王晓平.高职高专计算机应用技术专业“教、学、做”一体化教学模式的探索[J].理论观察，2011（3）：11-132.
关键词：物联网；安全层次；技术
中图分类号：F253.9 文献标识码：A
Abstract： This paper introduced the security hierarchy structure and common security issues of the internet of things based on its characters， discussed common threats during the internet of things' entity and communication， analyzed and elaborated the key technologies such as key management， security about information acquisition and transmission， personal privacy protection and so on， in order to provide theoretical basis for realizing all levels of technology security's seamless joint.
Key words： the internet of thing； security hierarchy； technology
物联网是将互联网、移动通信网络和传感网络等融合在一起，在互联网的基础上延伸和扩展出来的一种网络。物联网的用户可扩展延伸到任何物品与物品之间，可以进行通信信息的交换。它利用RFID、传感器等设备可以随时随地获取物体的信息，获得全面感知能力，并通过融合网络将物体的现状、属性等特征实时准确传递出去；利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，实现对大量数据和信息的分析与处理，对物品实施智能化控制；可以根据各个行业、各种业务的具体特点形成独特的业务应用，或者给整个行业或系统的建成提供解决方案。
1 物联网安全层次结构
物联网的底层是用来进行信息采集的感知层，中间层是用来数据传输的网络层，顶层则是应用/中间件层[1]。
物联网信息安全的总体需求就是实现物理安全、信息采集安全、信息传输安全和个人隐私的保护，最终能够确保信息的机密性、完整性、真实性和数据实时性。结合物联网的以上特性，本文给出物联网的系统模型，如图1所示，并对每一层的关键技术进行阐述。
2 物联网信息安全问题
从物联网对信息处理的过程来看，从感知信息到采集、汇聚、融合、传输、决策与控制都体现了物联网的安全特征和对安全的要求。与传统网络相比物联网的感知节点大都部署在无人监控的环境，能力脆弱、资源受限，并且由于物联网是在现有网络基础上扩展出来的感知网络和应用平台，传统网络的安全措施不足以为物联网提供可靠的安全保障，这就使得物联网的安全问题具有特殊性。表1统计了物联网中实体和通信遇到的主要威胁。因此，须根据自身特点来设计物联网的相关安全机制[2]。
2.1 感知层
物联网的信息层感知节点趋于多样化，无线链路相对脆弱，网络拓扑呈动态变化，节点的计算能力、存储能力和能源均有限，无线通讯过程中易受到外界干扰，这使得它们无法拥有复杂的自我安全保护能力。RFID标签本身存在访问缺陷，而且标签的可重写性使得标签中数据的安全性、有效性和完整性都不能得到有效保证。另外，从道路导航到温度监测感知网络也是多种多样，对于数据传输和属性并没有特定的规定和标准，因此系统无法提供统一、全面的安全保护体系。
2.2 网络层
信息的转发和传送主要由物联网的网络层来实现。作为数据在远端进行智能处理和分析决策的基础，网络层负责将采集获取的信息快速安全的传送到远端。各种设备在接入物联网时使用了多种无线技术，鉴于接入层的异构性，保证在异构网络间节点间漫游和无缝移动服务来为终端提供移动性管理是研究的重点对象。而无线接口多为开放式，任何使用无线设备的个体都可以通过监听无线信道而截获通道中传输的信息，更有甚者还可以私自修改、插入、删除或重传无线接口中传输的消息，假冒用户身份欺骗网络端。
在进行数据传输时面临最大的问题是网络地址空间的空缺，正在推进的IPv6技术采纳IPsec协议，虽然在IP层上对数据包进行了高强度安全处理，但风险依旧存在，并且替换IPv4协议向IPv6协议过渡需要一个过程，这个过程只能逐步推进，而在解决两者互通问题上所采取的各种过渡措施也有可能给网络带来新的风险。
2.3 应用层
应用层的安全问题主要包括数据库的访问管理认证机制、隐私保护和中间件等。物联网信息处理业务和控制策略涉及到的范围广、数据种类多，安全需求各不相同，面对同一安全信息服务，如果只提供一种精度的信息，将会增加信息泄露的风险。针对不同需求来提供适宜的精度信息，是应用层安全面临的一个重要问题。
中间件一般存在于物联网的集成服务器端、感知层以及传输层的嵌入式设备中。集成服务器端的中间件称为物联网业务基础中间件，不同通信协议的模块和运行环境则是由嵌入式中间件提供支持。一般情况下，某种中间件的内部已经固化了某些特定通用功能，但如需在具体应用中实现个性化的业务需求还需进行二次开发，为此物联网中间件都提供了快速开发（RAD）工具。
3 物联网安全关键技术
3.1 密钥管理安全
密钥系统是网络安全的基础，是实现信息隐私保护的主要手段之一。互联网面临的安全隐患主要来源于其开放式管理模式，没有严格管理中心的网络。移动通信网络是相对集中管理的一种网络，由于计算资源的限制，使得无线传感器网络和感知节点对密钥系统提出了更多的要求。因此物联网密钥管理系统的安全主要在两个方面存在问题，一是构建一个贯穿多个网络并与物联网的体系结构相适应的统一密钥管理系统，二是如何对传感器网络密钥进行管理问题，如密钥的分配、更新、组播等问题。可以采用以互联网为中心的集中式管理方式和以各自网络为中心的分布式管理方式来实现统一的密钥管理系统安全。有线网络和传统的资源不受无线网络的限制，这使得无线传感器网络的密钥管理安全系统的设计，要充分考虑到无线传感器网络传感节点的限制和网络组网与路由的特征[3]。
3.2 信息采集安全
在物联网中，传感器、RFID、短距离无线通信等负责感知物体的信息，识别和捕获物体的动态属性。信息采集安全问题主要表现为数据信息在采集过程中的机密性、完整性、可用性等方面的要求。
在传感器网络中存在很多相对简单的路由协议，使其系统更容易受到攻击。可以在路由中加入容侵策略来提高物联网的安全性；也可采用多径路由选择的方法减少非法用户控制数据流的计划，以起到保护的作用；还可在路由设计中加入广播半径，每个节点都只能在限制内的半径区域发送数据。基于RFID标签本身的访问缺陷，任何用户都可利用合法阅读器直接对标签信息进行读取、篡改设置删除操作。还可以利用植入到标签中的读写芯片来假冒合法读写器的身份，如果没有足够的安全策略保护，标签中的数据的机密性、完整性、安全性和可用性都得不到保证。可以使用物理方法、密码机制和将两者有机结合的方法来保证RFID标签安全。
3.3 信息传输安全
物联网系统的功能是实现高层对网络末梢实体的实时感知和精确控制，可以使用双向认证技术来建立二者之间的互信机制。但在物联网网络环境下，网络层的最大问题是现有的地址空间短缺，认证过程中末梢网络资源有限，因此认证机制的计算和通信开销应尽可能小。对外部网络而言，其连接的末梢网络数量巨大，结构不尽相同，须建立一个高效的识别机制以区分这些网络及其内部节点，并赋予其唯一的身份标识。认证可采用分段加密口令来保证网络的运行效率和可扩展性。
3.4 个体隐私保护
基于位置服务中的隐私内容涉及两个方面，一是基于位置隐私，二是在查询信息处理过程中的隐私保护问题。位置隐私是指用户过去或现在位置的隐私，而查询隐私是指在数据处理过程中对敏感信息的查询与挖掘。想要系统在能够提供尽可能精确的位置服务的同时，又希望个人的隐私得到保护，这就需要提供足够的技术保证。目前常见的隐私保护方法主要有时空匿名、位置伪装和空间加密等。
4 结 论
物联网安全是一个新兴的领域，作为一个整体，各层安全机制的简单相加并不能实现系统的深度防御，保障系统安全。因此构建控制与信息相结合的安全体系，并实现各层次简单与技术安全的无缝衔接，是物联网安全研究发展的重要方向。
参考文献：
[1] 沈苏彬，范曲立，宗平，等. 物联网的体系结构与相关技术研究[J]. 南京邮电大学学报（自然科学版），2009，29（6）：1-11.
