物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)大綱

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)大綱（適用于2013級(jí)應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)） 物理與工程技術(shù)學(xué)院二一五年八月 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)大綱【課程編號(hào)】07112034【課程類別】專業(yè)技能選修課【學(xué)分?jǐn)?shù)】3【適用專業(yè)】應(yīng)用電子技術(shù)【學(xué)時(shí)數(shù)】36【編寫(xiě)日期】2015年08月1、 課程教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與過(guò)程本課程的是應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)技能選修課。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論課程旨在幫助學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)有一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，掌握其體系結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)。通過(guò)對(duì)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFID、傳感技術(shù)、定位系統(tǒng)、智能信息設(shè)備的學(xué)習(xí)，掌握感知識(shí)別層的基本知識(shí)；通過(guò)對(duì)無(wú)線寬帶網(wǎng)、無(wú)限低速網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)的學(xué)習(xí)，掌握網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層的基本知識(shí)；通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)與海

2、量信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全與隱私保護(hù)的學(xué)習(xí)，掌握管理服務(wù)層的基本知識(shí)；通過(guò)對(duì)智能交通、智能物流、智能建筑等系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用；最后還應(yīng)將物聯(lián)網(wǎng)前沿狀況介紹給學(xué)生。在這個(gè)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)掌握物聯(lián)網(wǎng)涉及的基本概念和知識(shí)，提高自身對(duì)不斷變化的物聯(lián)網(wǎng)的適應(yīng)能力。2.技能與方法本課程應(yīng)當(dāng)使學(xué)生掌握一定的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。待有實(shí)驗(yàn)條件的情況下，通過(guò)RFID實(shí)驗(yàn)箱，掌握低頻、高頻、超高頻和2.4G 有源RFID 讀寫(xiě)器、原理機(jī)、標(biāo)簽的原理及應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)箱，掌握低功耗WiFi、ZigBee、Bluetooth 4.0 BLE、IPv6等多種無(wú)線傳感

3、網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)智能交通、智能物流、智能建筑等幾個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例，掌握綜合應(yīng)用層；通過(guò)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)路由、物聯(lián)網(wǎng)管理:調(diào)試與診斷、認(rèn)知無(wú)線電、移動(dòng)計(jì)算中的群智感知，了解物聯(lián)網(wǎng)前沿技術(shù)和應(yīng)用。最終，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)有一個(gè)較清晰和全面的認(rèn)識(shí)，并具備運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)理論分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為將來(lái)從事物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)奠定一定的基礎(chǔ)和實(shí)踐能力。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀伴隨著知識(shí)的學(xué)習(xí)，技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新鮮事物的興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力，養(yǎng)成對(duì)新事物的好奇心和求知欲。特別是一些新技術(shù)，不僅是技術(shù)的更新，更要關(guān)注的是觀念的改變，社會(huì)生活方式的改變。大數(shù)據(jù)不僅是數(shù)據(jù)體量變大，海量、共享、連接是新時(shí)代的人文

4、新觀念。2、 課程重點(diǎn)、難點(diǎn)與解決辦法課程重點(diǎn)：物聯(lián)網(wǎng)的基本概念；物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)；物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)；綜合應(yīng)用，如智能物流；智能交通等。課程難點(diǎn)：物聯(lián)網(wǎng)概論是一門多學(xué)科交叉、高度集成的課程，它涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信工程、控制科學(xué)與工程等多個(gè)學(xué)科，要求學(xué)生具有相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，這是一個(gè)總的難點(diǎn)。具體還涉及：1物聯(lián)網(wǎng)的基本組成，感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層的功能；2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；3無(wú)線通信技術(shù)。解決辦法：首先，要意識(shí)到面對(duì)如此龐大的內(nèi)容，學(xué)生先修課程不足，再加之對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的感性和理性認(rèn)知的缺乏，對(duì)課程內(nèi)容要有所取舍，詳略得當(dāng)才是。在36學(xué)時(shí)教學(xué)中，本著有效完成課程目標(biāo)，重整體知識(shí)框

5、架的構(gòu)建，輕技術(shù)細(xì)節(jié)深入的基本原則，注重建立學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)這一新興領(lǐng)域的好奇和興趣。在管理服務(wù)中的大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)部分，對(duì)Google數(shù)據(jù)技術(shù)的三寶（即Google File System、MapReduce、BigTable），關(guān)注為學(xué)生建立大數(shù)據(jù)正在變革我們的生活、工作和思維，大數(shù)據(jù)開(kāi)啟了一次重大的時(shí)代轉(zhuǎn)型。比如從傳統(tǒng)思維對(duì)因果關(guān)系的渴求，轉(zhuǎn)為關(guān)注相關(guān)關(guān)系。通過(guò)這樣的觀念碰撞，培養(yǎng)出對(duì)人類的認(rèn)知和和應(yīng)對(duì)世界交流方式全新挑戰(zhàn)的能力。其次，在選用教材的基礎(chǔ)上，適當(dāng)補(bǔ)充一定的基礎(chǔ)知識(shí)，如傳感網(wǎng)技術(shù)等內(nèi)容；最后，利用練習(xí)幫助完成教學(xué)目標(biāo)，在每個(gè)練習(xí)項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)若干需要學(xué)生思考和查證的內(nèi)容，分析解決問(wèn)

6、題，從而幫助理解并建立概念，最終取得事半功倍的效果。3、 整體學(xué)時(shí)分配章節(jié)序號(hào)章節(jié)名稱理論學(xué)時(shí)實(shí)踐學(xué)時(shí)第1章物聯(lián)網(wǎng)概述3“第一篇 概 述”師生共同小結(jié)交流，演講和討論。內(nèi)容參見(jiàn)教案1第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFID4第3章無(wú)線傳感網(wǎng)2第4章定位系統(tǒng)2第5章智能信息設(shè)備2“第二篇 感知識(shí)別”師生共同小結(jié)交流，評(píng)講作業(yè)1第6章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)2第7章無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)2第8章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)4“第三篇 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建”師生共同小結(jié)交流，評(píng)講作業(yè)1第9章大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)3第10章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)2第11章物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全與隱私保護(hù)2“第四篇 管理服務(wù)”師生共同小結(jié)交流，評(píng)講作業(yè)1復(fù)習(xí)、答疑、機(jī)動(dòng)2隨堂考查2合 計(jì)364、 課程

7、內(nèi)容安排（一）第一章 物聯(lián)網(wǎng)概述主要內(nèi)容：物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展、核心技術(shù)、主要特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)、應(yīng)用前景。教學(xué)要求：掌握物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景、定義、特征、安全等概念，以及物聯(lián)網(wǎng)的4層體系結(jié)構(gòu)和功能劃分，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)有一個(gè)全局的認(rèn)識(shí)，激發(fā)出探索物聯(lián)網(wǎng)世界的興趣。重點(diǎn)：建立物聯(lián)網(wǎng)四層的架構(gòu)以及各層的基本功能。（二）第二章 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFID主要內(nèi)容：自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，包含光符號(hào)識(shí)別技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、生物計(jì)量識(shí)別技術(shù)、IC卡技術(shù)、條形碼技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)；RFID的歷史和現(xiàn)狀；RFID技術(shù)分析，包含閱讀器、天線、標(biāo)簽、頻率；RFID和物聯(lián)網(wǎng)。教學(xué)要求：認(rèn)識(shí)讓物品“開(kāi)口說(shuō)話，發(fā)布信息”是物聯(lián)網(wǎng)最獨(dú)特的部分。掌握

8、各類位于感知識(shí)別層的信息生成設(shè)備，重點(diǎn)掌握RFID的體系架構(gòu)、工作原理、標(biāo)準(zhǔn)和它在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用。重點(diǎn)：各類自動(dòng)識(shí)別技術(shù)以及RFID。難點(diǎn)：RFID與其它識(shí)別技術(shù)的區(qū)別。（三）第三章 無(wú)線傳感網(wǎng)主要內(nèi)容：傳感器技術(shù)的發(fā)展歷史；硬件平臺(tái)，包含傳感器、微處理器、通信芯片、供能裝置；傳感器的操作系統(tǒng)，包含TinyOS、Contiki OS；傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)，包含選路指標(biāo)ETX、路由協(xié)議CTP、數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議、路由協(xié)議的新挑戰(zhàn)；無(wú)線傳感網(wǎng)的應(yīng)用，如軍事監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)。教學(xué)要求：繼續(xù)學(xué)習(xí)感知層技術(shù)。掌握傳感器的基本概念以及發(fā)展歷史、傳感器的結(jié)構(gòu)、分類、特點(diǎn)、一般特性；了解傳感

9、器硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)；掌握無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、主要特征、關(guān)鍵技術(shù)和現(xiàn)狀挑戰(zhàn)。重點(diǎn)：無(wú)線網(wǎng)傳感器以及無(wú)線傳網(wǎng)。難點(diǎn)：無(wú)線傳感網(wǎng)與RFID的區(qū)別。（四）第四章 定位系統(tǒng)主要內(nèi)容：基于位置的服務(wù)；定位系統(tǒng)中的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、蜂窩基站定位、室內(nèi)精確定位、WiFi基站定位；定位技術(shù)中基于距離的定位、基于距離差的定位、基于信號(hào)特征的定位；物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下定位技術(shù)的新挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。教學(xué)要求：掌握各種成熟的定位系統(tǒng)和新興的A-GPS、無(wú)線AP定位系統(tǒng)；掌握基于各種定位條件的定位技術(shù)；明確物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的定位技術(shù)的新挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。（五）第五章 智能信息設(shè)備主要內(nèi)容：手持移動(dòng)設(shè)備，從PDA到智能手機(jī)、智能手

10、機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)；其他智能設(shè)備，如車載設(shè)備、數(shù)字標(biāo)牌、醫(yī)療設(shè)備、智能電視；智能設(shè)備運(yùn)行平臺(tái)、情境感知、任務(wù)遷移、智能協(xié)作、多通道交互；智能設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)。教學(xué)要求：掌握各類傳統(tǒng)和現(xiàn)代移動(dòng)設(shè)備的產(chǎn)生背景、功能、特點(diǎn)、應(yīng)用。特別是智能手機(jī)的歷史、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)，其中的操作系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)、基本功能、技術(shù)要求、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展前景，以及智能手機(jī)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用、地位。（六）第六章 無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)主要內(nèi)容：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介，包含基本組成元素、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的類別、無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)的難點(diǎn)；WiFi:無(wú)線局域網(wǎng)，包含IEEE 802.11協(xié)議發(fā)展簡(jiǎn)史、IEEE 802.11架構(gòu)、IEEE 802.11介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議；WiMAX:無(wú)線城

11、域網(wǎng)，包含WiMAX概述及架構(gòu)、WiMAX介質(zhì)訪問(wèn)控制原理簡(jiǎn)介、無(wú)線物聯(lián)世界。教學(xué)要求：掌握與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基本概念；無(wú)線局域網(wǎng)、IEEE 802.11協(xié)議相關(guān)知識(shí)；無(wú)線城域網(wǎng)、WiMAX的相關(guān)知識(shí)。重點(diǎn)：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的種類。難點(diǎn)：掌握802.11即WiMax協(xié)議。（七）第七章 無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)主要內(nèi)容：低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議概述；紅外線通信；藍(lán)牙；8；體域網(wǎng)，包含物理層、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、傳感器、體域網(wǎng)應(yīng)用；容遲網(wǎng)絡(luò)，包含網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、DTN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。教學(xué)要求：理解物聯(lián)網(wǎng)對(duì)低速網(wǎng)絡(luò)的需求，了解紅外線通信、藍(lán)牙通信技術(shù)；掌握802.15.4/ZigBee網(wǎng)路體系結(jié)構(gòu)和相關(guān)協(xié)議；掌握其組網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。（八）第八章

12、 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要內(nèi)容：移動(dòng)通信發(fā)展歷史，包含第一代移動(dòng)通信：模擬語(yǔ)音、第二代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音、第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)；3G通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，包含TD-SCDMA、W-CDMA、CDMA2000；移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，包含視頻電話、手機(jī)電視、基于用戶情境的服務(wù)、移動(dòng)社交網(wǎng)絡(luò)、其他應(yīng)用；4G：下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。教學(xué)要求：了解移動(dòng)通信發(fā)展歷史；掌握TD-SCDMA、W-CDMA、CDMA2000三種3G通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)；全面掌握4G技術(shù)，包括4G技術(shù)(LTE)演進(jìn)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述、LTE高層協(xié)議棧關(guān)鍵技術(shù)、LTE網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、LTE物理層關(guān)鍵技術(shù)及SoC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、LTE核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)、LTE技術(shù)行業(yè)應(yīng)用案

13、例分析。重點(diǎn)：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)，3G、4G網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)協(xié)議。難點(diǎn)：各代多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵技術(shù)。（九）第九章 大數(shù)據(jù)與海量存儲(chǔ)主要內(nèi)容：從網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心建設(shè)，包含選址與布局、纜線系統(tǒng)、可靠性分級(jí)、能源系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)；數(shù)據(jù)中心技術(shù)，包含Google File System、MapReduce、BigTable、Hadoop；典型的數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)中心的研究熱點(diǎn)；數(shù)據(jù)中心與云存儲(chǔ)。教學(xué)要求：理解物聯(lián)網(wǎng)對(duì)海量信息存儲(chǔ)的需求；掌握網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)；通過(guò)對(duì)Google File System等系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，掌握數(shù)據(jù)中心技術(shù)；了解數(shù)據(jù)中心的研究熱點(diǎn)。重點(diǎn)：數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)。難點(diǎn)：與大數(shù)

14、據(jù)相關(guān)的Google File System、MapReduce、BigTable、Hadoop四種技術(shù)。（十）第十章 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要內(nèi)容： 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的起源與發(fā)展，包含早期的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其基本組成、新興數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介；關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，包含關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型、SQL查詢語(yǔ)言、常見(jiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)與物聯(lián)網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)融合。教學(xué)要求：了解 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的起源與發(fā)展；掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念和術(shù)語(yǔ)，以及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理；掌握物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)。（十一）第十一章 物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全與隱私保護(hù)主要內(nèi)容：物聯(lián)網(wǎng)的信息安全與隱私，包含信息安全、物

15、聯(lián)網(wǎng)與隱私、RFID安全與隱私保護(hù)；RFID的安全現(xiàn)狀，包含主要安全和隱私隱患、RFID安全和隱私保護(hù)機(jī)制；位置信息與個(gè)人隱私，包含位置隱私的重要性、位置隱私面臨的威脅、保護(hù)位置隱私的手段；如何面對(duì)安全和隱私挑戰(zhàn)。教學(xué)要求：通過(guò)本章學(xué)習(xí)建立物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全與隱私保護(hù)的概念，并掌握其相關(guān)概念；掌握RFID的安全現(xiàn)狀與保護(hù)機(jī)制。5、 教材與學(xué)習(xí)資源教材：劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論（第二版）M. 科學(xué)出版社，2013-08-28.學(xué)習(xí)資源：1 王汝傳，孫力娟. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論M.北京：清華大學(xué)出版社出，2011-09.2 桂小林 安健 張文東 何欣 王海晟 等. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論M.北京：清華大學(xué)出版社，2012-06.3 彭力. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011-09.4 張翼英 楊巨成 李曉卉 張茜 等. 物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論M.中國(guó)水利水電出版社，2012-08.5 物聯(lián)中國(guó).EB/OL.2015-8-10.6 中國(guó)物聯(lián)網(wǎng).EB/OL.2015-7-19. . 7 中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)第一論壇.EB/OL.2015-8-1.6、 先修課要求及教學(xué)策略與方法建議先修課要求：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感器技術(shù)、通信系統(tǒng)等。教學(xué)策略與方法建議：本課程是帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)大門的基礎(chǔ)課程。涉及多門學(xué)科和多種新技術(shù)，在有