基于物联网和移动IPv6的交互式泛在学习模型研究

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摘 要：本文通过对物联网泛在学习环境和移动IPv6技术的分析和研究，提出了基于物联网和移动ipv6的泛在学习的网络模型，并在此基础上给出了基于物联网和移动IPv6的交互式泛在学习模型，该模型可以使泛在学习成为真正意义上的4A学习模式。

关键词：移动IPv6；物联网；泛在学习

中图分类号：TP393.08

泛在学习（U-Learning）是泛在学习是人们在任何时间、任何地点使用任何终端的智能学习环境，通过创造智能化的环境让学生充分获取学习信息。近年来，物联网（The Internet of Things）技术得到了快速发展，通过物联网技术可以将学习情境无缝整合到学习者所处的真实情境中，可以使学习者随时随地都可以获取学习信息与相关支持，可以根据学习者的实际需求提供个性化学习服务，从而根据不同的学习情境提供即时的、连续的、有效的、个性化的学习资源与学习支持。移动IPv6（即Mobile IPv6）技术可以使移动用户在网间切换时能不必脱离其现有连接而实现自由移动。可见，物联网和移动IPv6技术的引入可以使泛在学习成为真正意义上的4A（Anyone，Anytime，Anywhere，Anydevice）学习模式。

1 泛在学习

泛在学习是由“泛在计算”衍生而来，是美国学者马克提出的概念，泛在计算是信息空间与物理空间的融合，在这个融合的空间中人们可以随时随地、透明地获得数字化的服务。由于泛在计算重视人与环境的交互，强调学习的泛在性和普适性，因而使得泛在学习受到了研究者的关注。计算机智能化的同时，互相交换信息的空间就是泛在空间，它就是随时随地使用任何终端机器都可以上网的生活空间，这个网络可以通过物联网将生活中各个角落的智能手机、传感器节点、非接触智能卡、RFID芯片等多样的计算机所内藏事物的通过如移动IPv6技术将他们连接和整合构成，泛在网络空间其实就是支持泛在学习的环境。

2 物联网泛在学习环境

建构主义学习理论强调学习者的先前知识水平和协作学习的重要性，要给学习者提供以学习者为中心的学习环境，并促进个体的知识的积极建构。它倡导提供一种有意义学习的环境，认为学习者在自然环境中理解并学习的某些知识会更为深刻，所获得的信息会更有意义。泛在学习环境能很好的提供有意义学习的情景，并为学习者提供自适应的学习服务和泛在的学习伙伴，使学习者更好的建构知识。

境脉学习理论强调学习者先前的知识结构，经验背景，学习动机、兴趣、习惯等构成的内部世界，当学习者从外部情景中获取新的信息时，这些信息会和学习者的内部世界发生意义，从而产生学习。在泛在学习环境中，学习者知识结构，学习动机，兴趣和习惯等个性化要素很容易作为学习者境脉被记录下来，如学生经常访问的网站，喜欢的书籍，阅读过的内容等，这些个性化要素经过分析和整理之后便可以为学生的学习提供更合适的指导。

可见泛在学习环境应该是一种包括了物理的、社会的、信息的和技术的等多个层面和维度相互整合的学习环境。通过物联网技术平台将多个层面和维度的环境相互连接，实现信息交换和通讯，构建一个高度智能化的物联网泛在学习空间。

3 移动IPv6技术

构建物联网的泛在学习环境的重要的一点是要求环境中的各种网络终端设备要摆脱各种专用通信网络之间的相互隔阂，需要接入互联网，拥有独立的IP地址，但现有的IPv4地址已近耗尽，不能满足要求。IPv6是IPv4的下一个版本，可以满足“可预见未来”的IP地址需求。IETF（Internet Engineering Task Force）给出了Mobile IP的解决方案，使得主机的移动不对IP层的上层通信造成影响。

IPv6主机在离开本地子网后，在任何地点，仍能使用它的本地地址，从而很好地维持原有的通信及连接。这种实现机制对于IP层以上是透明的：通信双方的IP以上各层是感觉不到移动节点的移动和IP地址的变化的。 移动IPv6对于实现通信在网络层移动过程中保持不断的具体工作流程可简单归纳如下：

当移动节点在家乡网段中时，它与通信节点之间按照传统的路由技术进行通信，不需要移动IPv6的介入。

当移动节点移动到外地链路时，移动节点的家乡地址保持不变，同时获得一个临时的IP地址（即转交地址）。移动节点把家乡地址与转交地址的映射告知家乡。通信节点与移动节点通信仍然使用移动节点的家乡地址，数据包仍然发往移动节点的家乡网段；家乡截获这些数据包，并根据已获得的映射关系通过隧道方式将其转发给移动节点的转交地址。移动节点则可以直接和通信节点进行通信，这个过程也叫做三角路由过程。

移动节点也会将家乡地址与转交地址的映射关系告知通信节点，当通信节点知道了移动节点的转交地址就可以直接将数据包转发到其转交地址所在的外地网段。这样通信节点与移动节点之间就可以直接进行正常通信。这个通信过程也被称作路由优化后的通信过程。

物联网应用中除了需要物物间在任何时间以任何方式进行互联以外，还需要能在任何地点进行互联，包含移动终端在网间切换时能不必脱离其现有连接即可自由移动，这是一种日益重要的网络功能。移动IPv6的移动性是使用内置自动配置获取转交地址，因而无需外地。此外，这种内联机制使通信节点能够与移动节点直接通信，使移动IP结构的效率大为提高。

4 基于物联网和移动IPv6的交互式泛在学习模型

基于物联网和移动IPv6的网络模型中通过无线个人区域网WPAN（Wireless Personal Area Networks），如Zigbee、802.15.4等，获取学习境脉信息，这些信息通过基于IPv6的网络层传送给泛在学习应用系统，学习者使用智能终端通过服务层实现泛在学习，可以在任何时间、任何地点和任何境脉中的事物进行互动。

基于物联网和移动IPv6的交互式泛在学习模型主要是通过任何时候、任何地点为学习者提供丰富的信息，从而为了促进学习者对学习方式的适应能力。在线学习环境模型使得泛在学习应用更为有效，这个模型根据学习原则，通过利用计算能力的发展使得学习者成为学习的催化剂，促使学生在知识形成中成为更主动、更具合作精神的参与者。如图2所示。

知识仓库指包括数学、物理、生物、社会科学和语言等各个学科领域内的各类知识，知识仓库通过与目标分析、任务风行、学习者特征和其他语义规则交互为学习者提供了一个知识展现的设计。

媒体仓库代表了在泛在学习中所支持的各类知识展现的媒体。例如，学习者可以通过多媒体工具创建学习对象（包含学习者学到的新知识），然后将它到网上供其他人共享。

教学设计仓库包含所有的教学设计组件，这是泛在学习模式中学习模块的设计和形式化的基础。

上述泛在学习模式通过一个交互的、信息化的方式展现信息，包含了课程、学生的信息和教师的信息。

学习内容的开发主要基于存储在知识仓库中的教学设计，根据教学设计组件的输入和知识仓库中的领域知识分析，形成了知识的展现方式。各种学习模块被制定来表示确定的知识，同时重用性和共享性规则被应用到教学模块的设计和开发中。和传统设计不同的是，知识的展现使得学习者可以通过多种方式体验到知识的创建，从而促进学习过程能够聚焦于使学习者理解“人们如何知道它”而不是“人们知道什么”。

在线教学项目促进动态知识的掌握和创建，同时提高学习者的在学习过程中的自发性和合作意识。在教学设计中，明确学习者的现状和需求，定义每个教学的目标，学习干预用于帮助学习者掌握新的技能、知识或者增长经验。

5 结束语

自适应的学习环境的优势是通过对泛在学习环境的开发，融合了普适计算的优点和移动设备的灵活性，学习者可以在一个能够适应学习者个人需求和学习风格的环境中学习。基于物联网的泛在学习模型是一种交互的社会学习模型，其主要功能是通过在任何时间任何地点为学习者提供丰富的信息，适应学习者的学习风格，这种模式基于web的模型是E-Learing、M-Learning和物联网技术的结合，泛在的环境满足学习者和教师的教与学的移动性和灵活性。

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作者简介：冯立元（1980-），女，讲师，硕士，研究方向：高校人力资源管理；季云峰（1978-），男，讲师，工程师，硕士研究生，研究方向：物联网技术。

作者单位：江苏信息职业技术学院，江苏无锡 214153