《物联网技术导论》课程教学大纲

《物联网技术导论》课程教学大纲（适用于2013级应用电子技术专业）物理与工程技术学院二〇一五年八月《物联网技术导论》课程教学大纲【课程编号】07112034【课程类别】专业技能选修课【学分数】3【适用专业】应用电子技术【学时数】36【编写日期】2015年08月一、课程教学目标1.知识与过程本课程的是应用电子技术专业的一门专业技能选修课。物联网技术导论课程旨在帮助学生对物联网有一个整体认识，掌握其体系结构和相关技术。通过对自动识别技术与RFID、传感技术、定位系统、智能信息设备的学习，掌握感知识别层的基本知识；通过对无线宽带网、无限低速网、移动通信网的学习，掌握网络构建层的基本知识；通过对大数据与海量信息存储、数据库系统、物联网中的信息安全与隐私保护的学习，掌握管理服务层的基本知识；通过对智能交通、智能物流、智能建筑等系统的学习，了解物联网技术在多个领域中的应用；最后还应将物联网前沿状况介绍给学生。在这个过程中强调掌握物联网涉及的基本概念和知识，提高自身对不断变化的物联网的适应能力。2.技能与方法本课程应当使学生掌握一定的物联网相关技术。待有实验条件的情况下，通过RFID实验箱，掌握低频、高频、超高频和2.4G有源RFID读写器、原理机、标签的原理及应用；物联网综合实验箱，掌握低功耗WiFi、ZigBee、Bluetooth4.0BLE、IPv6等多种无线传感网络。通过智能交通、智能物流、智能建筑等几个实际应用案例，掌握综合应用层；通过无线自组织网络路由、物联网管理:调试与诊断、认知无线电、移动计算中的群智感知，了解物联网前沿技术和应用。最终，对物联网有一个较清晰和全面的认识，并具备运用物联网理论分析解决实际问题的能力，为将来从事物联网及相关领域的技术开发、产品设计与生产奠定一定的基础和实践能力。3.情感态度与价值观伴随着知识的学习，技能的训练，培养学生对新鲜事物的兴趣，激发学习动力，养成对新事物的好奇心和求知欲。特别是一些新技术，不仅是技术的更新，更要关注的是观念的改变，社会生活方式的改变。大数据不仅是数据体量变大，海量、共享、连接是新时代的人文新观念。二、课程重点、难点与解决办法课程重点：物联网的基本概念；物联网体系结构；物联网关键技术；综合应用，如智能物流；智能交通等。课程难点：物联网概论是一门多学科交叉、高度集成的课程，它涉及计算机科学与技术、传感器技术、通信工程、控制科学与工程等多个学科，要求学生具有相关领域的基础知识，这是一个总的难点。具体还涉及：1．物联网的基本组成，感知层、网络层及应用层的功能；2．无线传感器网络技术；3．无线通信技术。解决办法：首先，要意识到面对如此庞大的内容，学生先修课程不足，再加之对物联网领域的感性和理性认知的缺乏，对课程内容要有所取舍，详略得当才是。在36学时教学中，本着有效完成课程目标，重整体知识框架的构建，轻技术细节深入的基本原则，注重建立学生对物联网这一新兴领域的好奇和兴趣。在管理服务中的大数据与海量存储部分，对Google数据技术的三宝（即GoogleFileSystem、MapReduce、BigTable），关注为学生建立大数据正在变革我们的生活、工作和思维，大数据开启了一次重大的时代转型。比如从传统思维对因果关系的渴求，转为关注相关关系。通过这样的观念碰撞，培养出对人类的认知和和应对世界交流方式全新挑战的能力。其次，在选用教材的基础上，适当补充一定的基础知识，如传感网技术等内容；最后，利用练习帮助完成教学目标，在每个练习项目中，设计若干需要学生思考和查证的内容，分析解决问题，从而帮助理解并建立概念，最终取得事半功倍的效果。三、整体学时分配章节序号章节名称理论学时实践学时第1章物联网概述3“第一篇概述”师生共同小结交流，演讲和讨论。内容参见教案1第2章自动识别技术与RFID4第3章无线传感网2第4章定位系统2第5章智能信息设备2“第二篇感知识别”师生共同小结交流，评讲作业1第6章无线宽带网络2第7章无线低速网络2第8章移动通信网络4“第三篇网络构建”师生共同小结交流，评讲作业1第9章大数据与海量存储3第10章数据库系统2第11章物联网中的信息安全与隐私保护2“第四篇管理服务”师生共同小结交流，评讲作业1复习、答疑、机动2随堂考查2合计36四、课程内容安排（一）第一章物联网概述主要内容：物联网的起源与发展、核心技术、主要特点、发展趋势、应用前景。教学要求：掌握物联网的发展背景、定义、特征、安全等概念，以及物联网的4层体系结构和功能划分，对物联网有一个全局的认识，激发出探索物联网世界的兴趣。重点：建立物联网四层的架构以及各层的基本功能。（二）第二章自动识别技术与RFID主要内容：自动识别技术，包含光符号识别技术、语音识别技术、生物计量识别技术、IC卡技术、条形码技术、射频识别技术；RFID的历史和现状；RFID技术分析，包含阅读器、天线、标签、频率；RFID和物联网。教学要求：认识让物品“开口说话，发布信息”是物联网最独特的部分。掌握各类位于感知识别层的信息生成设备，重点掌握RFID的体系架构、工作原理、标准和它在各行各业中的广泛应用。重点：各类自动识别技术以及RFID。难点：RFID与其它识别技术的区别。（三）第三章无线传感网主要内容：传感器技术的发展历史；硬件平台，包含传感器、微处理器、通信芯片、供能装置；传感器的操作系统，包含TinyOS、ContikiOS；传感器网络组网技术，包含选路指标ETX、路由协议CTP、数据分发协议、路由协议的新挑战；无线传感网的应用，如军事监测系统、煤矿监测系统、医疗监控系统。教学要求：继续学习感知层技术。掌握传感器的基本概念以及发展历史、传感器的结构、分类、特点、一般特性；了解传感器硬件平台和操作系统；掌握无线传感网络的体系结构、主要特征、关键技术和现状挑战。重点：无线网传感器以及无线传网。难点：无线传感网与RFID的区别。（四）第四章定位系统主要内容：基于位置的服务；定位系统中的GPS卫星定位系统、蜂窝基站定位、室内精确定位、WiFi基站定位；定位技术中基于距离的定位、基于距离差的定位、基于信号特征的定位；物联网环境下定位技术的新挑战和发展前景。教学要求：掌握各种成熟的定位系统和新兴的A-GPS、无线AP定位系统；掌握基于各种定位条件的定位技术；明确物联网环境下的定位技术的新挑战和发展前景。（五）第五章智能信息设备主要内容：手持移动设备，从PDA到智能手机、智能手机与物联网；其他智能设备，如车载设备、数字标牌、医疗设备、智能电视；智能设备运行平台、情境感知、任务迁移、智能协作、多通道交互；智能设备发展趋势。教学要求：掌握各类传统和现代移动设备的产生背景、功能、特点、应用。特别是智能手机的历史、特点、结构，其中的操作系统和硬件系统、基本功能、技术要求、应用领域、发展前景，以及智能手机在物联网中的作用、地位。（六）第六章无线宽带网络主要内容：无线网络简介，包含基本组成元素、无线网络的类别、无线宽带网络的难点；WiFi:无线局域网，包含IEEE802.11协议发展简史、IEEE802.11架构、IEEE802.11介质访问控制协议；WiMAX:无线城域网，包含WiMAX概述及架构、WiMAX介质访问控制原理简介、无线物联世界。教学要求：掌握与物联网相关的无线网络的基本概念；无线局域网、IEEE802.11协议相关知识；无线城域网、WiMAX的相关知识。重点：无线网络的种类。难点：掌握802.11即WiMax协议。（七）第七章无线低速网络主要内容：低速网络协议概述；红外线通信；蓝牙；802.15.4/ZigBee；体域网，包含物理层、网络架构、传感器、体域网应用；容迟网络，包含网络体系结构、DTN网络应用。教学要求：理解物联网对低速网络的需求，了解红外线通信、蓝牙通信技术；掌握802.15.4/ZigBee网路体系结构和相关协议；掌握其组网与网络互联。（八）第八章移动通信网络主要内容：移动通信发展历史，包含第一代移动通信：模拟语音、第二代移动通信：数字语音、第三代移动通信：数字语音与数据；3G通信技术和标准，包含TD-SCDMA、W-CDMA、CDMA2000；移动互联网，包含视频电话、手机电视、基于用户情境的服务、移动社交网络、其他应用；4G：下一代移动网络。教学要求：了解移动通信发展历史；掌握TD-SCDMA、W-CDMA、CDMA2000三种3G通信技术和标准；全面掌握4G技术，包括4G技术(LTE)演进与产业发展概述、LTE高层协议栈关键技术、LTE网络安全技术、LTE物理层关键技术及SoC设计实现、LTE核心网关键技术、LTE技术行业应用案例分析。重点：移动网络的基本知识，3G、4G网络的相关协议。难点：各代多种网络标准和关键技术。（九）第九章大数据与海量存储主要内容：从网络化存储到数据中心；数据中心建设，包含选址与布局、缆线系统、可靠性分级、能源系统、降温系统；数据中心技术，包含GoogleFileSystem、MapReduce、BigTable、Hadoop；典型的数据中心；数据中心的研究热点；数据中心与云存储。教学要求：理解物联网对海量信息存储的需求；掌握网络存储体系结构；通过对GoogleFileSystem等系统的学习，掌握数据中心技术；了解数据中心的研究热点。重点：数据中心、云计算的关键技术。难点：与大数据相关的GoogleFileSystem、MapReduce、BigTable、Hadoop四种技术。（十）第十章数据库系统主要内容：数据库系统的起源与发展，包含早期的数据库系统、关系数据库系统及其基本组成、新兴数据库简介；关系数据库，包含关系数据库模型、SQL查询语言、常见关系数据库系统；数据库与物联网；物联网数据的特点，包含数据存储、数据查询、数据融合。教学要求：了解数据库系统的起源与发展；掌握关系数据库的基本概念和术语，以及对数据库的管理；掌握物联网数据库的特点。（十一）第十一章物联网中的信息安全与隐私保护主要内容：物联网的信息安全与隐私，包含信息安全、物联网与隐私、RFID安全与隐私保护；RFID的安全现状，包含主要安全和隐私隐患、RFID安全和隐私保护机制；位置信息与个人隐私，包含位置隐私的重要性、位置隐私面临的威胁、保护位置隐私的手段；如何面对安全和隐私挑战。教学要求：通过本章学习建立物联网中的信息安全与隐私保护的概念，并掌握其相关概念；掌握RFID的安全现状与保护机制。五、教材与学习资源教材：刘云浩.物联网导论（第二版）［M］.科学出版社，2013-08-28.学习资源：[1]王汝传，孙力娟.物联网技术导论［M］.北京：清华大学出版社出，2011-09.[2]桂小林安健张文东何欣王海晟等.物联网技术导论［M］.北京：清华大学出版社，2012-06.[3]彭力.物联网技术概论［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2011-09.[4]张翼英杨巨成李晓卉张茜等.物联网导论［M］.中国水利水电出版社，2012-08.[5]物联中国.［EB/OL］.[2015-8-10].[6]中国物联网.［EB/OL］.[2015-7-19].[7]中国物联网第一论坛.［EB/OL］.[2015-8-1].六、先修课要求及教学策略与方法建议先修课要求：计算机基础、计算机网络、传感器技术、通信系统等。教学策略与方法建议：本课程是带领学生进入物联网大门的基础课程。涉及多门学科和多种新技术，在有限的学时内，必须借助现代教育手段，如网络、多媒体等方式，快速将学生的感性兴趣转化为理性兴趣，并取得一定的成就。引导学生对现代科技的发展好奇、有探究和掌握的欲望。七、考核方式考核方式：闭卷笔试。成绩评定：由期末成绩和平时成绩两部分组成，其具体构成：总评成绩＝平时成绩[平时考勤（10%）+课后作业（40%）+课堂交流发言（40%）+课堂答问（10%）]（50%）+期末考试