《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及應(yīng)用（第2版）微課視頻版》教學大綱

第第1頁總共8頁《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及應(yīng)用（第2版）微課視頻版》教學大綱課程編號:課程性質(zhì):專業(yè)必修課課程名稱:物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)學時/學分：40/3.0英文名稱:Internetofthingscommunicationtechnology考核方式：考試選用教材:范立南，蘭麗輝，尹浩.物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及應(yīng)用.北京：清華大學出版社，2023大綱執(zhí)筆人：先修課程:通信原理；模擬電路；C語言程序設(shè)計大綱審核人：適用專業(yè):物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)一、教學目標通過本課程的理論教學和實驗訓練，使學生具備下列能力：1.理解并掌握各種物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的基本概念和原理，以及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)基本設(shè)計方法和開發(fā)實現(xiàn)技術(shù)。并具備運行相關(guān)知識對應(yīng)用系統(tǒng)各單元進行分析的能力。2.掌握與物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)流程、軟硬件的選型和配置方法，具有針種解決方案。3.理解物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的內(nèi)涵、系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜性和多樣性；熟悉與物聯(lián)網(wǎng)問題相關(guān)的Zigbee、藍牙、WiFi、NB-IoT、移動通信技術(shù)典型應(yīng)用領(lǐng)域，具備評價物聯(lián)網(wǎng)工程問題的解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響的能力，并理解應(yīng)承擔的責任。二、課程目標與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標1.工程知識2.3能夠針對物聯(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域的智慧標識、氣象感知、泛在計算等復(fù)雜工程問題的多種可選方案，根據(jù)約束條件進行分析評價，通過文獻研究等方法給出具體指標和有效結(jié)論。（H）課程目標13.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.1能夠針對物聯(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域的智慧標識、氣象感知、泛在計算等復(fù)雜工程問題，根據(jù)設(shè)計目標，確定合適的技術(shù)路線；（H）課程目標26.工程與社會6.2能夠評價物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐和解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承課程目標3擔的責任。（M）三、考核與評價標準課程目標考核與評價標準0<=X<6060<=X<7070<=X<8080<=X<9090<=X<=100課程目標1未能掌握物聯(lián)網(wǎng)各種通信技術(shù)的基本概念和原理，不理解不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)組成及各單元的功能。基本掌握物聯(lián)網(wǎng)各種通信技術(shù)的基本概念和原理，能夠理解不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)組成及各單元的功能，只能對其進行簡單分析。熟練掌握物聯(lián)網(wǎng)各種通信技術(shù)的基本概念、原理和系統(tǒng)設(shè)計方法，對不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)組成及各單元進行初步分析，分析結(jié)果完整性、準確性略有不足。熟練掌握物聯(lián)網(wǎng)各種通信技術(shù)基本概念、原理和系統(tǒng)設(shè)計方法，對不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)組成及各單元進行分析，分析結(jié)果完整性準確，但系統(tǒng)性有不足。熟練掌握物聯(lián)網(wǎng)各種通信技術(shù)的基本概念、原理和系統(tǒng)設(shè)計方法，對不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)組成及各單元進行系統(tǒng)、準確地分析。課程目標2針對具體的應(yīng)用場景需求，不能選擇合適的通信技術(shù)，給出的系統(tǒng)設(shè)計方案的不完整，思路不清晰，功能設(shè)計存在較大錯誤。能夠結(jié)合實際應(yīng)用場景的需求，選擇通信技術(shù)、元器件及開發(fā)平臺進行應(yīng)用系統(tǒng)的方案設(shè)計，符合基本的功能需求。能夠結(jié)合實際應(yīng)用場景的需求，合理選擇通信技術(shù)、元器件及軟硬件開發(fā)平臺進行應(yīng)用系統(tǒng)的方案設(shè)計，技術(shù)可行，功能正確。能夠結(jié)合實際應(yīng)用場景的需求，合理選擇通信技術(shù)、元器件及軟硬件開發(fā)平臺進行應(yīng)用系統(tǒng)的方案設(shè)計，功能正確，并能根據(jù)仿真效果對系統(tǒng)進行優(yōu)化。能夠結(jié)合實際應(yīng)用場景的需求，給出合理的應(yīng)用系統(tǒng)方案設(shè)計，能夠熟練運用相關(guān)的原理及技術(shù)對方案進行優(yōu)化，具有一定的創(chuàng)新性。課程目標3對物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的內(nèi)涵，應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜性和多樣性沒有較好的認識；不了解不同通信技術(shù)典型應(yīng)用場景。理解物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的內(nèi)涵；對系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜性和多樣性有較好的認識；對不同通信技術(shù)的典型應(yīng)用場景有一定的了解，能夠?qū)唧w應(yīng)用案例熟悉不同通信技術(shù)的典型應(yīng)用場景，能對具體應(yīng)用場景下的案例進行解析；能夠簡單評估不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方案對社會、文化等的影掌握不同通信技術(shù)的典型應(yīng)用場景；能對具體應(yīng)用場景下的案例進行解析；能夠合理評估不同通信技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計方案對社理解并掌握不同通信技術(shù)的典型應(yīng)用場景，能夠舉一反三合理擴展其應(yīng)用場景，對應(yīng)用案例進行詳細、清晰解析；并且合進行解析。響。會、文化等的影響，并且理解應(yīng)承擔的責任。理充分評估不同通信技術(shù)設(shè)計方案對社會、文化等的影響，并且理解應(yīng)承擔的責任。四、教學基本內(nèi)容1.通信原理的基礎(chǔ)知識(支撐課程目標1)（1）通信的基本概念（2）通信系統(tǒng)的組成（3）信息及其度量（4）通信系統(tǒng)的主要性能指標要求學生：了解通信的基本概念（消息、信息和通信），掌握基本概念間的本質(zhì)聯(lián)系；掌握通信系統(tǒng)的組成、模擬通信系統(tǒng)的一般模型，理解數(shù)字通信系統(tǒng)的模型、數(shù)字通信的優(yōu)點，了解通信系統(tǒng)劃分為不同的通信類別；理解信息的定義，每個二進制碼的信息量表示、度量，掌握信息熵的定義，計算方法，掌握消息的信息熵、信息量計算；掌握數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標（碼元傳輸速率、信息傳輸速率）和數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標（誤碼率、比特率）的計算。2.ZigBee通信技術(shù)(支撐課程目標1、2、3)（1）ZigBee技術(shù)概述與協(xié)議棧（2）ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)（3）ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議（4）ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建要求學生：了解ZigBee技術(shù)的形成、發(fā)展，理解ZigBee技術(shù)的特點、應(yīng)用，理解ZigBee技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域；理解ZigBee體系結(jié)構(gòu)，ZigBee原語，掌握ZigBee協(xié)議棧的4個層次；理解設(shè)備類型，節(jié)點類型，拓撲結(jié)構(gòu)類型；理解物理層地址分配機制，掌握ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，掌握ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由算法，掌握ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由機制；理解ZigBee網(wǎng)絡(luò)的初始化，理解設(shè)備節(jié)點加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，了解智能家居系統(tǒng)的組建。3.藍牙通信技術(shù)(支撐課程目標1、2、3)（1）藍牙技術(shù)的概論與協(xié)議體系結(jié)構(gòu)（2）藍牙網(wǎng)絡(luò)連接（3）藍牙通信和應(yīng)用領(lǐng)域要求學生：了解藍牙技術(shù)發(fā)展概況、特點、版本；理解傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議OSI參考模型，掌握藍牙協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)。理解藍牙底層模塊中鏈路管理層、基帶層、無線電鏈路層的作用、特點和關(guān)鍵技術(shù)；理解主機控制接口（HCI）的作用和特點；理解藍牙中間層邏輯鏈路控制與適配協(xié)議、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、線纜替代協(xié)議和二進制電話控制協(xié)議的作用和特點；了解藍牙應(yīng)用層協(xié)議；掌握微微網(wǎng)和散射網(wǎng)的構(gòu)成原理，掌握藍牙網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換；理解藍牙通信的實際過程，了解相關(guān)的藍牙應(yīng)用產(chǎn)品。4.RFID通信技術(shù)(支撐課程目標1、2、3)（1）RFID概述與基本原理（2）RFID天線與射頻前端（3）RFID編碼、調(diào)制、防碰撞技術(shù)（4）RFID技術(shù)的典型應(yīng)用要求學生：掌握RFID系統(tǒng)的基本工作原理，理解電感耦合和電磁反向散射耦合的工作方式；了解RFID系統(tǒng)的分類方式和分類情況；解RFID不同頻率的工作特點；；掌握曼徹斯特碼、密勒碼、修正密勒碼的編碼規(guī)則；了解頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）的工作原理，理解頻移鍵控的調(diào)制方法和解調(diào)原理，理解相移鍵控的調(diào)制原理；掌握奇偶校驗碼和CRC碼的規(guī)則和工作原理；掌握Aloha算法、時隙Aloha算法、二進制樹型搜索算法的基本原理；5.WiFi通信技術(shù)(支撐課程目標1、2、3)（1）WiFi技術(shù)簡介（2）WLAN的物理層（3）WLAN的媒體訪問控制層（4）WiFi組網(wǎng)及應(yīng)用要求學生：了解WiFi的基本概念，無線局域網(wǎng)簡介，理解WiFi主要協(xié)議的特點和區(qū)別；了解WLAN架構(gòu)；了解WLAN物理層的概況，理解物理層所采用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)；了解MAC層的主要功能，MAC幀主體框架結(jié)構(gòu)，MAC管理信息幀結(jié)構(gòu)，掌握MAC控制信息幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)；理解CSMA/CA原理，掌握分布式協(xié)調(diào)功能DCF和點協(xié)調(diào)功能的信道接入模式。了解無線局域網(wǎng)的組成，家庭WiFi組網(wǎng)實例，掌握無線局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)6.NB-IoT和LoRa通信技術(shù)(支撐課程目標1、2、3)（1）NB-IoT和LoRa技術(shù)概述（2）NB-IOT的關(guān)鍵技術(shù)（3）NB-IOT的網(wǎng)絡(luò)體系與應(yīng)用架構(gòu)（4）LoRa的擴頻技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（5）LoRa的應(yīng)用場景要求學生：了解NB-Iot的發(fā)展歷程，應(yīng)用領(lǐng)域，技術(shù)特點，理解與NB-IoT相關(guān)特點相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，掌握與低功耗相關(guān)的兩種PSM和dDRX工作模式；了解NB-IoT系統(tǒng)架構(gòu)相關(guān)的NB-IoT終端、基站、核心網(wǎng)、IoT平臺，理解NB-IoT的無線接口協(xié)議；理解NB-IoT的注冊過程、注銷注冊過程、數(shù)據(jù)傳輸模式，了解NB-Iot的應(yīng)用系統(tǒng)組建；了解LoRa的發(fā)展歷程，技術(shù)特點，掌握LoRa的擴頻原理，理解參數(shù)的意義以及如何調(diào)參；理解LoRaWAN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相關(guān)的MAC層、LoRaWAN架構(gòu)、CLAA網(wǎng)絡(luò)；了解LoRa的不同應(yīng)用場景。7.移動通信技術(shù)(支撐課程目標1)（1）移動通信技術(shù)概述（2）2G、3G、4G移動通信技術(shù)（3）第五代移動通信技術(shù)要求學生：了解移動通信的發(fā)展，掌握移動通信組成，組網(wǎng)覆蓋，理解移動通信的多址方式和雙工方式;了解2G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展歷史，GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及接口，理解GSM系統(tǒng)的號碼;了解3G、4G和5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概況，關(guān)鍵技術(shù)。8.物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的綜合應(yīng)用(支撐課程目標1、2、3)（1）智慧農(nóng)業(yè)（2）智能家居（3）智能電網(wǎng)（4）智能交通（5）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的共享單車鎖（6）應(yīng)用藍牙轉(zhuǎn)接技術(shù)的共享單車鎖要求學生：了解物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)、智能家居、智能電網(wǎng)、智能交通、共享單車技術(shù)方面的應(yīng)用實例，理解物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，軟件硬件協(xié)同工作的過程。9.課程實驗(支撐課程目標實驗1ZigBee組網(wǎng)實驗(1)IAREmbeddedWorkbenchIDE開發(fā)環(huán)境(2)ZigBee協(xié)議棧的源文件(3)ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建要求學生：了解zigbee節(jié)點的組網(wǎng)方式，硬件線路連接方式，協(xié)議棧程序的燒錄；掌握IEEE地址修改方法；掌握搭建zigbee網(wǎng)絡(luò)的基本方法，并且能夠排除簡單組網(wǎng)故障，掌握ZigBee協(xié)議棧的串口通信，掌握利用上位機軟件獲取傳感器數(shù)據(jù)。實驗2 藍牙原理實驗(1)藍牙組網(wǎng)的模式(2)藍牙模塊線路連接(3)藍牙模塊AT指令要求學生：了解藍牙協(xié)議棧的架構(gòu)，微微網(wǎng)的工作原理，AT指令的語法和工作原理；掌握藍牙通信原理。實驗3WiFi模塊實驗(1)WiFi技術(shù)的組網(wǎng)模式(2)WiFi模塊線路連接(3)WiFi模塊AT指令要求學生：了解WiFi協(xié)議棧的架構(gòu)，WiFi組網(wǎng)的原理，AT指令的語法和工作原理；掌握WiFi模塊在組網(wǎng)中的不同模式以及不同模式下WiFi模塊的通信過程。實驗4智能家居系統(tǒng)實驗(1)智能家居相關(guān)的ZigBee協(xié)議棧源文件(2)硬件連接電路圖(3)運行在平板上的Zigbee上位機終端要求學生：掌握Z-Stack協(xié)議棧的串口通信；掌握Z-Stack協(xié)議棧的組網(wǎng)點播通信；掌握Z-Stack協(xié)議棧程序的移植，進一步理解Z-Stack協(xié)議棧的架構(gòu)。了解電視遙控，門磁，燈光，智能插座硬件電路連接方法，控制信號發(fā)送對應(yīng)的電路指示；掌握搭建智能家居zigbee網(wǎng)絡(luò)的基本方法，掌握利用上位機軟件獲取傳感器數(shù)據(jù)，并且控制相應(yīng)的執(zhí)行器。五、建議教學進度1.通信原理的基礎(chǔ)知識 學時數(shù)62.ZigBee通信技術(shù) 學時數(shù)63.藍牙通信技術(shù) 學時數(shù)2WiFi通信技術(shù) 學時數(shù)2RFID通信技術(shù) 學時數(shù)46.NB-IoT與LoRa通信技術(shù) 學時數(shù)47.移動通信技術(shù) 學時數(shù)48.物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的綜合應(yīng)用 學時數(shù)49.課程實驗 學時數(shù)8六、教學方法1.“學做用”一體化教學：課程遵循“教中學—學中做—做中用”一體化的設(shè)計思路，突出學生的主動性和能動性。通過基礎(chǔ)知識、原理和技術(shù)的講解，使學生在“學”的過程中掌握物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的必備知識；通過實驗操作講解，使學生掌握不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建的實踐技能，指導學生如何“做”，在“做”的過程中，激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)造欲；通過綜合應(yīng)用案例講解，使學生掌握如何去“用”基本原理、技術(shù)解決實際應(yīng)用場景中的問題，促進學習者更加積極地去“做”，形成“學”和“用”的協(xié)同。2.翻轉(zhuǎn)課堂：根據(jù)課程組織需求，引導學生進行課前探究，給學生布置預(yù)習作業(yè)，鼓勵學生通過線上和線下資源進行自學，進行獨立思考，增強學生自主學習的意識；課中組建學習小組，依據(jù)學生自學情況及課堂小組問題回答、翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)容講述等環(huán)節(jié)的具體分析，開展精準化教學，使學生成為課堂的中心；課后學生進行查漏補缺，鞏固知識，在課堂討論過程中布置問題供學生個性拓展學習。七、考核方式課堂表現(xiàn)/作業(yè)，實驗，期末考試。八、成績評定方