《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》教案

《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》課程教案《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》課程教案一、課程基本信息課程名稱：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)英文名稱：TheInternetofThingsTechnology課程編碼：課程學時：48學分：3適用對象：計算機專業(yè)和網(wǎng)絡工程專業(yè)本科學生先修課程：計算機網(wǎng)絡使用教材：李聯(lián)寧主編，《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)教程》，清華大學出版社，2012.6主要參考書：[1]劉云浩，《物聯(lián)網(wǎng)導論》科學出版社出版[2]教案的基本要素為：授課時間、授課章節(jié)（或主題）、教學目的、教學重點及難點、教學內(nèi)容綱要、采用的教學方法、教學手段、實施步驟（板書設(shè)計）、課后作業(yè)、課后小結(jié)。二、課程性質(zhì)與目的、要求課程性質(zhì)《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》是計算機專業(yè)的一門工程性基礎(chǔ)課程，在計算機學科人才培養(yǎng)體系中占有重要的地位。通過本課程的學習，要求學生能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本概念、基本原理、項目的工程化的方法和技術(shù)及在開發(fā)過程中應遵循的流程、準則、標準和規(guī)范等。本課程注重培養(yǎng)學生理論應用于實踐的能力，課堂上教師向?qū)W生講述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的相關(guān)原理和概念，并通過課程設(shè)計，培養(yǎng)學生對整個物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工程過程的能力。本課程對提高學生的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能力和項目管理能力有重要的現(xiàn)實意義。教學基本要求1.本課程主要講述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本概念和基本原理，使學生了解物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)基礎(chǔ)的主要內(nèi)容2.培養(yǎng)學生物聯(lián)網(wǎng)工程的邏輯思維能力以及分析問題和解決問題的能力。三、教學內(nèi)容及學時分配本課程的教學內(nèi)容共分十四章。授課時間：第1周授課章節(jié)：第1章“物聯(lián)網(wǎng)概述”（2課時）學習目的與要求：講述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本知識。通過本章的學習，了解和掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本概念，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本原理等。教學重點及難點：①物聯(lián)網(wǎng)定義及組成②物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系③物聯(lián)網(wǎng)面臨的主要技術(shù)問題教學內(nèi)容綱要：1.1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展1.2物聯(lián)網(wǎng)的定義1.2.1物聯(lián)網(wǎng)概念1.2.2物聯(lián)網(wǎng)定義及組成1.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系1.3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述1.3.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系1.3.3物聯(lián)網(wǎng)面臨的主要技術(shù)問題1.4物聯(lián)網(wǎng)的應用領(lǐng)域授課時間：第1周授課章節(jié)：第2章“物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)”（2課時）學習目的與要求：講述物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；。教學重點及難點：①感知識別層②網(wǎng)絡構(gòu)建層③管理服務層教學內(nèi)容綱要：2.1物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)2.1.1感知識別層2.1.2網(wǎng)絡構(gòu)建層2.1.3管理服務層2.1.4綜合應用層2.2未來的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)授課時間：第2周授課章節(jié)：第3章“標識技術(shù)學習目的與要求：講述各個特定領(lǐng)域的標識與自動識別技術(shù)、不同的標識體系、“物品”的統(tǒng)一標識體系、電子產(chǎn)品EPC編碼；教學重點及難點：①射頻識別技術(shù)②傳感器技術(shù)③EPC體系及其特點④EPC標簽的通用標識符教學內(nèi)容綱要：3.1特定領(lǐng)域的標識與自動識別技術(shù)3.1.1條形碼技術(shù)3.1.2磁卡3.1.3IC智能卡技術(shù)3.1.4射頻識別技術(shù)3.1.5傳感器技術(shù)3.1.6光學字符識別技術(shù)3.1.7語音識別技術(shù)3.1.8生物計量識別技術(shù)3.1.9遙感遙測3.1.10機器人智能感知3.2不同的標識體系3.2.1ISO標識體系3.2.2GS1標識體系3.2.3IEEE標識體系3.2.4IPv6與6LoWPAN標識體系3.3用于物聯(lián)網(wǎng)標識的開放架構(gòu)3.4電子產(chǎn)品編碼（EPC）3.4.1EPC體系及其特點3.4.2物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的“物品”的統(tǒng)一標識體系3.4.3EPC標簽的通用標識符3.4.3序列化全球貿(mào)易標識代碼（SGTIN）3.5未來的物聯(lián)網(wǎng)標識技術(shù)授課時間：第3周授課章節(jié)：第4章“通信技術(shù)”（2課時）學習目的與要求：主要講述無線低速網(wǎng)絡、移動通信網(wǎng)絡、設(shè)備對設(shè)備（M2M）及工業(yè)領(lǐng)域的無線網(wǎng)絡等方面通信技術(shù)基礎(chǔ)；教學重點及難點：①紫蜂技術(shù)（ZigBee）②近距離通信（NFC）技術(shù)③M2M體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)組成④工業(yè)領(lǐng)域的無線網(wǎng)絡教學內(nèi)容綱要：4.1無線低速網(wǎng)絡4.1.1藍牙技術(shù)（Bluetooth）4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）4.1.3紅外通信技術(shù)4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)4.2移動通信網(wǎng)絡4.2.1移動通信系統(tǒng)簡介4.2.2第一代移動通信：模擬語音4.2.3第二代移動通信：數(shù)字語音4.2.4第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù)4.2.5第四代移動通信技術(shù)（4G）4.2.6第五代移動通信技術(shù)（5G）4.3設(shè)備對設(shè)備通信技術(shù)（M2M）4.3.14.3.24.3.34.3.44.4工業(yè)領(lǐng)域的無線網(wǎng)絡4.4.1WirelessHART4.4.26LowPAN4.5未來的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)授課時間：第4周授課章節(jié)：第5章網(wǎng)絡技術(shù)（4課時）學習目的與要求：主要講述RFID非接觸射頻識別系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡、寬帶網(wǎng)絡技術(shù)、無線網(wǎng)格網(wǎng)、云計算網(wǎng)絡等技術(shù)；教學重點及難點：①RFID射頻電子標簽②對象名稱解析服務（ONS）③實體標記語言（PML）④傳感器網(wǎng)絡自組網(wǎng)技術(shù)教學內(nèi)容綱要：5.1非接觸射頻識別系統(tǒng)（RFID）5.1.1RFID分類與基本組成5.1.2RFID射頻電子標簽（RFIDelectricsignature/Tag）5.1.3RFID閱讀器5.1.4閱讀器關(guān)鍵技術(shù)5.1.5SAVANT系統(tǒng)5.1.6RFID標準5.2EPC信息網(wǎng)絡系統(tǒng)5.2.1物聯(lián)網(wǎng)EPC網(wǎng)絡系統(tǒng)構(gòu)成5.2.2系統(tǒng)構(gòu)成5.2.3信息網(wǎng)絡系統(tǒng)5.2.4EPC網(wǎng)絡應用流程5.2.5對象名稱解析服務（ONS）5.2.6實體標記語言（PML）5.2.7EPC信息服務（EPCIS）模塊5.3無線傳感器網(wǎng)絡（Sensornetworks）5.3.1傳感器的組成和結(jié)構(gòu)5.3.2傳感器網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)5.3.3傳感器網(wǎng)絡自組網(wǎng)技術(shù)5.3.4傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議與路由協(xié)議5.3.7IEEE802.15.4標準5.3.8傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理技術(shù)5.4寬帶網(wǎng)絡技術(shù)5.4.1無線局域網(wǎng)（WiFi）5.4.2無線城域網(wǎng)（WiMax）5.4.3超寬帶技術(shù)UWB5.5無線網(wǎng)格網(wǎng)（WMN）5.5.1無線網(wǎng)格網(wǎng)的技術(shù)特點5.5.2無線網(wǎng)格網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)5.5.3無線網(wǎng)格網(wǎng)與其他通信網(wǎng)絡的區(qū)別5.5.4無線網(wǎng)格網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)5.5.5無線網(wǎng)格網(wǎng)的優(yōu)勢5.6云計算網(wǎng)絡5.6.1云計算簡介5.6.2云計算系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)5.6.3云計算服務層次5.6.4云計算技術(shù)層次5.6.5云計算的核心技術(shù)5.6.6典型云計算平臺5.6.7典型的云計算系統(tǒng)及應用5.7窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）技術(shù)5.8未來的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡技術(shù)授課時間：第5周授課章節(jié)：第6章網(wǎng)絡定位和發(fā)現(xiàn)技術(shù)（4課時）學習目的與要求：涉及GPS全球定位系統(tǒng)、蜂窩基站定位、新興定位系統(tǒng)（AGPS）、無線室內(nèi)環(huán)境定位、傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位及時間同步技術(shù)；教學重點及難點：①GPS全球定位系統(tǒng)②TOA/TDOA定位③AGPS定位基本機制④傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位技術(shù)教學內(nèi)容綱要：6.1位置服務6.2GPS全球定位系統(tǒng)6.2.1.GPS構(gòu)成6.2.2.GPS工作過程6.2.3.GPS定位計算6.2.4.全球四大GPS系統(tǒng)6.2.5.GPS的應用6.3蜂窩基站定位6.3.1GSM蜂窩基站的基礎(chǔ)架構(gòu)6.3.2COO（CellofOrigin）定位6.3.3七號信令定位6.3.4TOA/TDOA定位6.3.5AOA定位6.3.6基于場強的定位6.3.7混合定位6.4新興定位系統(tǒng)（AGPS）6.4.1A6.4.2AGPS定位基本流程6.4.3AGPS定位技術(shù)的實際應用情況6.5無線室內(nèi)環(huán)境定位6.5.1室內(nèi)GPS定位技術(shù)6.5.2室內(nèi)無線定位技術(shù)6.6傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位技術(shù)6.6.1傳感器網(wǎng)絡（WSN）定位簡介6.6.2WSN定位技術(shù)基本概念6.6.3基于測距的算法6.6.4節(jié)點坐標計算方法6.6.5基于非測距的算法6.6.6新型WSN定位研究分析6.7傳感器網(wǎng)絡時間同步技術(shù)6.8未來的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡定位和發(fā)現(xiàn)技術(shù)授課時間：第6周授課章節(jié)：第7章軟件、服務和算法技術(shù)（8課時）學習目的與要求：講述環(huán)境感知型中間件、嵌入式軟件、微型操作系統(tǒng)、面向服務架構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲與查詢、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合及路由等技術(shù)；教學重點及難點：①中間件的體系框架與核心模塊②嵌入式系統(tǒng)③面向服務架構(gòu)④物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合及路由教學內(nèi)容綱要：7.1環(huán)境感知型中間件7.1.1中間件概述7.1.2中間件的體系框架與核心模塊7.1.3中間件的分類7.1.4物聯(lián)網(wǎng)中間件的設(shè)計7.2嵌入式軟件7.2.1嵌入式系統(tǒng)7.2.2嵌入式軟件的應用7.2.3嵌入式軟件的分類7.2.4嵌入式軟件發(fā)展趨勢7.3微型操作系統(tǒng)7.3.1傳感器節(jié)點微型操作系統(tǒng)7.3.2其它常見微型操作系統(tǒng)7.4面向服務架構(gòu)7.4.1面向服務架構(gòu)簡介7.4.2面向服務架構(gòu)的特征7.4.3面向服務架構(gòu)的元素7.4.4面向服務的計算環(huán)境7.4.5利用價值7.5物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲與查詢7.57.57.6物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合及路由7.67.67.67.67.67.67.67.7未來的物聯(lián)網(wǎng)軟件、服務和算法技術(shù)授課時間：第7周授課章節(jié)：第8章硬件技術(shù)（2課時）學習目的與要求：講述微電子機械系統(tǒng)（MEMS）、移動設(shè)備內(nèi)置傳感器硬件平臺、數(shù)字化傳感器及網(wǎng)絡接口技術(shù)等教學重點及難點：①微電子機械系統(tǒng)技術(shù)②移動設(shè)備內(nèi)置傳感器硬件平臺③數(shù)字化傳感器及網(wǎng)絡接口技術(shù)④未來的物聯(lián)網(wǎng)硬件技術(shù)教學內(nèi)容綱要：8.1微電子機械系統(tǒng)（MEMS）8.1.1MEMS簡介8.1.2發(fā)展概述8.1.3微電子機械系統(tǒng)的應用領(lǐng)域8.1.4微電子機械系統(tǒng)技術(shù)8.1.5產(chǎn)品應用實例8.2移動設(shè)備內(nèi)置傳感器硬件平臺8.2.1內(nèi)置傳感器8.2.2微處理器8.2.3通信芯片8.3數(shù)字化傳感器及網(wǎng)絡接口技術(shù)8.3.1數(shù)字傳感器8.3.2傳感器的網(wǎng)絡化8.4未來的物聯(lián)網(wǎng)硬件技術(shù)授課時間：第8周授課章節(jié)：第9章數(shù)據(jù)和信號處理技術(shù)（2課時，選講）學習目的與要求：講述可擴展標記語言、高性能計算、海量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、語義網(wǎng)、智能決策算法、人工智能技術(shù)、人機交互技術(shù)；教學重點及難點：①可擴展標記語言（XML）②海量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)③語義網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)④人機交互技術(shù)教學內(nèi)容綱要：9.1可擴展標記語言9.1.1可擴展標記語言（XML）簡介9.1.2可擴展標記語言特性9.1.3可擴展標記語言文檔結(jié)構(gòu)9.1.4XML的優(yōu)勢9.2高性能計算9.2.1高性能計算概述9.2.2高性能計算機的應用9.2.3高性能計算分類9.2.4分布式計算9.2.5網(wǎng)格計算9.2.6網(wǎng)格類型9.2.7高性能計算集群(HPCCLUSTER)9.3海量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)9.3.1傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫面臨更大的挑戰(zhàn)9.3.2支撐物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)9.3.3關(guān)系型數(shù)據(jù)庫9.3.4非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（NoSQL）9.3.5實時數(shù)據(jù)庫9.3.6分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)9.4邊緣計算9.5大數(shù)據(jù)處理9.6人工智能技術(shù)9.7人機交互技術(shù)9.7.1人機交互技術(shù)概況9.7.2人機交互技術(shù)的發(fā)展9.7.3多媒體與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的交互特點9.7.4多通道人機交互技術(shù)9.7.5人機界面9.8未來的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和信號處理技術(shù)授課時間：第9周授課章節(jié)：第10章發(fā)現(xiàn)與搜索引擎技術(shù)（4課時，選講）學習目的與要求：講述物聯(lián)網(wǎng)搜索引擎和服務發(fā)現(xiàn)技術(shù)；教學重點及難點：①WEB搜索引擎工作原理②物聯(lián)網(wǎng)搜索引擎③Web服務發(fā)現(xiàn)④傳感數(shù)據(jù)的語義發(fā)現(xiàn)技術(shù)教學內(nèi)容綱要：10.1搜索引擎技術(shù)概述10.1.1搜索引擎的發(fā)展10.1.2搜索引擎分類10.2WEB搜索引擎工作原理10.2.1Web搜索引擎的組成10.2.2Web搜索引擎的工作模式10.2.3搜索引擎的技術(shù)設(shè)計與算法10.3物聯(lián)網(wǎng)搜索引擎10.3.1基于物品的搜索引擎技術(shù)10.3.2基于簡單標識的對象查找技術(shù)10.4服務發(fā)現(xiàn)技術(shù)10.4.1Web服務發(fā)現(xiàn)10.4.2傳感數(shù)據(jù)的語義發(fā)現(xiàn)技術(shù)10.4.3數(shù)據(jù)挖掘10.4.5物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘10.5未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)與搜索引擎技術(shù)10.6應用案例：語境感知技術(shù)授課時間：第10周授課章節(jié)：第11章關(guān)系網(wǎng)絡管理技術(shù)（4課時，選講）學習目的與要求：講述網(wǎng)絡管理的熱點技術(shù)、分布式網(wǎng)絡管理技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫/資料集合的管理。教學重點及難點：①基于CORBA的分布式管理②基于WEB的分布式網(wǎng)絡管理③基于移動代理的分布式網(wǎng)絡管理④分布式數(shù)據(jù)庫/資料集合的管理教學內(nèi)容綱要：11.1網(wǎng)絡管理的熱點技術(shù)11.2分布式網(wǎng)絡管理技術(shù)11.2.1分布式網(wǎng)絡管理體系結(jié)構(gòu)11.2.2基于CORBA的分布式管理11.2.3基于WEB的分布式網(wǎng)絡管理11.2.4基于移動代理的分布式網(wǎng)絡管理11.2.5基于主動網(wǎng)絡技術(shù)的網(wǎng)絡管理11.2.6未來的網(wǎng)管系統(tǒng)11.3分布式數(shù)據(jù)庫/資料集合的管理11.3.1分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的組成11.3.2分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的分類授課時間：第11周授課章節(jié)：第12章電源和能量儲存技術(shù)（2課時，選講）學習目的與要求：講述能源采集轉(zhuǎn)換技術(shù)、能量儲存（電池）技術(shù)、無線供電技術(shù)；教學重點及難點：①能源采集轉(zhuǎn)換技術(shù)②鋰離子電池③光電池④短距離無線供電方案教學內(nèi)容綱要：12.1能源采集轉(zhuǎn)換技術(shù)12.1.1能源采集轉(zhuǎn)換技術(shù)概述12.1.2光伏技術(shù)12.1.3生物發(fā)電12.1.4壓電技術(shù)12.1.5能量轉(zhuǎn)換裝置12.2能量儲存（電池）技術(shù)12.2.1薄膜電池12.2.2鋰離子電池12.2.3印刷電池12.2.4光電池12.3無線充電技術(shù)12.3.1無線充電技術(shù)的發(fā)展12.3.2無線充電原理及實現(xiàn)方法12.33無線充電技術(shù)標準12.4未來的電源與能量儲存技術(shù)授課時間：第12周授課章節(jié)：第13章安全與隱私技術(shù)（2課時，選講）學習目的與要求：講述物聯(lián)網(wǎng)安全性、RFID標簽安全機制、無線傳感器網(wǎng)絡安全機制、物聯(lián)網(wǎng)身份識別技術(shù)、信息隱藏。教學重點及難點：①物聯(lián)網(wǎng)安全的層次②RFID標簽安全機制③傳感器網(wǎng)絡的安全機制④基于零知識證明的識別技術(shù)教學內(nèi)容綱要：13.1物聯(lián)網(wǎng)安全性概述13.1.1.物聯(lián)網(wǎng)安全的必要性13.1.2物聯(lián)網(wǎng)安全的層次13.1.3感知層的安全需求和安全框架13.1.4傳輸層的安全需求和安全框架13.1.5處理層的安全需求和安全框架13.1.6應用層的安全需求和安全框架13.1.7

影響信息安全的非技術(shù)因素和存在的問題13.2RFID標簽安全機制13.2.1RFID電子標簽的安全設(shè)置13.2.2RFID電子標簽在應用中的安全機制13.3無線傳感器網(wǎng)絡安全機制13.3.1WSN安全問題13.3.2傳感器網(wǎng)絡的安全機制13.3.3傳感器網(wǎng)絡的安全分析13.3.4

WSN安全研究重點13.4物聯(lián)網(wǎng)身份識別技術(shù)13.4.1電子ID身份識別技術(shù)13.4.2個人特征的身份證明13.4.3基于零知識證明的識別技術(shù)13.5信息隱藏13.5.1信息隱藏概述13.5.2信息隱藏技術(shù)13.6未來的物聯(lián)網(wǎng)安全與隱私技術(shù)四、教學方法教師在課堂上采用多媒體教學手段授課，上課時強調(diào)理論與實踐的同等重要性，不斷積累教學素材指導課堂討論和實踐，以提高學生的學習興趣。針對《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》的課程特點，主講教師根據(jù)多年的教學經(jīng)驗總結(jié)出了切實可行的教學方法：案例教學法和項目實踐法，以提高教學質(zhì)量。案例教學法：在教學中創(chuàng)造條件引入實例，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論知識給學生講解實例、介紹具體的開發(fā)過程和方法，并提出實際問題，啟發(fā)學生思考解決的方法及比較方案的優(yōu)劣。項目實踐法：為加強實踐環(huán)節(jié)，提高學生學習的主動性，可將學生分組進行項目實踐，提高學生的團