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

第第1頁(yè)總共8頁(yè)《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及應(yīng)用（第2版）微課視頻版》教學(xué)大綱課程編號(hào):課程性質(zhì):專(zhuān)業(yè)必修課課程名稱(chēng):物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)學(xué)時(shí)/學(xué)分：40/3.0英文名稱(chēng):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(xué)出版社，2023大綱執(zhí)筆人：先修課程:通信原理；模擬電路；C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)大綱審核人：適用專(zhuān)業(yè):物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)一、教學(xué)目標(biāo)通過(guò)本課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，使學(xué)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(jì)方法和開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。并具備運(yùn)行相關(guān)知識(shí)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)各單元進(jìn)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(kāi)發(fā)流程、軟硬件的選型和配置方法，具有針?lè)N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(wèn)題相關(guān)的Zigbee、藍(lán)牙、WiFi、NB-IoT、移動(dòng)通信技術(shù)典型應(yīng)用領(lǐng)域，具備評(píng)價(jià)物聯(lián)網(wǎng)工程問(wèn)題的解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響的能力，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。二、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)1.工程知識(shí)2.3能夠針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域的智慧標(biāo)識(shí)、氣象感知、泛在計(jì)算等復(fù)雜工程問(wèn)題的多種可選方案，根據(jù)約束條件進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，通過(guò)文獻(xiàn)研究等方法給出具體指標(biāo)和有效結(jié)論。（H）課程目標(biāo)13.設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案3.1能夠針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域的智慧標(biāo)識(shí)、氣象感知、泛在計(jì)算等復(fù)雜工程問(wèn)題，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定合適的技術(shù)路線；（H）課程目標(biāo)26.工程與社會(huì)6.2能夠評(píng)價(jià)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐和解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承課程目標(biāo)3擔(dān)的責(zé)任。（M）三、考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)0<=X<6060<=X<7070<=X<8080<=X<9090<=X<=100課程目標(biāo)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(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)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(jì)方法，對(duì)不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)組成及各單元進(jìn)行初步分析，分析結(jié)果完整性、準(zhǔn)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(jì)方法，對(duì)不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)組成及各單元進(jìn)行分析，分析結(jié)果完整性準(zhǔn)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(jì)方法，對(duì)不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)組成及各單元進(jìn)行系統(tǒng)、準(zhǔn)確地分析。課程目標(biāo)2針對(duì)具體的應(yīng)用場(chǎng)景需求，不能選擇合適的通信技術(shù)，給出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的不完整，思路不清晰，功能設(shè)計(jì)存在較大錯(cuò)誤。能夠結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需求，選擇通信技術(shù)、元器件及開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，符合基本的功能需求。能夠結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需求，合理選擇通信技術(shù)、元器件及軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，技術(shù)可行，功能正確。能夠結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需求，合理選擇通信技術(shù)、元器件及軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，功能正確，并能根據(jù)仿真效果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。能夠結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需求，給出合理的應(yīng)用系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，能夠熟練運(yùn)用相關(guān)的原理及技術(shù)對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，具有一定的創(chuàng)新性。課程目標(biāo)3對(duì)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(méi)有較好的認(rèn)識(shí)；不了解不同通信技術(shù)典型應(yīng)用場(chǎng)景。理解物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的內(nèi)涵；對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜性和多樣性有較好的認(rèn)識(shí)；對(duì)不同通信技術(shù)的典型應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)景，能對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景下的案例進(jìn)行解析；能夠簡(jiǎn)單評(píng)估不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案對(duì)社會(huì)、文化等的影掌握不同通信技術(shù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景；能對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景下的案例進(jìn)行解析；能夠合理評(píng)估不同通信技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案對(duì)社理解并掌握不同通信技術(shù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景，能夠舉一反三合理擴(kuò)展其應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)應(yīng)用案例進(jìn)行詳細(xì)、清晰解析；并且合進(jìn)行解析。響。會(huì)、文化等的影響，并且理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。理充分評(píng)估不同通信技術(shù)設(shè)計(jì)方案對(duì)社會(huì)、文化等的影響，并且理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。四、教學(xué)基本內(nèi)容1.通信原理的基礎(chǔ)知識(shí)(支撐課程目標(biāo)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(biāo)要求學(xué)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(diǎn)，了解通信系統(tǒng)劃分為不同的通信類(lèi)別；理解信息的定義，每個(gè)二進(jìn)制碼的信息量表示、度量，掌握信息熵的定義，計(jì)算方法，掌握消息的信息熵、信息量計(jì)算；掌握數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)（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(biāo)（誤碼率、比特率）的計(jì)算。2.ZigBee通信技術(shù)(支撐課程目標(biāo)1、2、3)（1）ZigBee技術(shù)概述與協(xié)議棧（2）ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(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(xué)生：了解ZigBee技術(shù)的形成、發(fā)展，理解ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)、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(yǔ)，掌握Z(yǔ)igBee協(xié)議棧的4個(gè)層次；理解設(shè)備類(lèi)型，節(jié)點(diǎn)類(lèi)型，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類(lèi)型；理解物理層地址分配機(jī)制，掌握Z(yǔ)igBee網(wǎng)絡(luò)路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，掌握Z(yǔ)igBee網(wǎng)絡(luò)的路由算法，掌握Z(yǔ)igBee網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制；理解ZigBee網(wǎng)絡(luò)的初始化，理解設(shè)備節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，了解智能家居系統(tǒng)的組建。3.藍(lán)牙通信技術(shù)(支撐課程目標(biāo)1、2、3)（1）藍(lán)牙技術(shù)的概論與協(xié)議體系結(jié)構(gòu)（2）藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接（3）藍(lán)牙通信和應(yīng)用領(lǐng)域要求學(xué)生：了解藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展概況、特點(diǎn)、版本；理解傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議OSI參考模型，掌握藍(lán)牙協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)。理解藍(lán)牙底層模塊中鏈路管理層、基帶層、無(wú)線電鏈路層的作用、特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)；理解主機(jī)控制接口（HCI）的作用和特點(diǎn)；理解藍(lán)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(jìn)制電話控制協(xié)議的作用和特點(diǎn)；了解藍(lán)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(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換；理解藍(lán)牙通信的實(shí)際過(guò)程，了解相關(guān)的藍(lán)牙應(yīng)用產(chǎn)品。4.RFID通信技術(shù)(支撐課程目標(biāo)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(xué)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(lèi)方式和分類(lèi)情況；解RFID不同頻率的工作特點(diǎn)；；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(yàn)碼和CRC碼的規(guī)則和工作原理；掌握Aloha算法、時(shí)隙Aloha算法、二進(jìn)制樹(shù)型搜索算法的基本原理；5.WiFi通信技術(shù)(支撐課程目標(biāo)1、2、3)（1）WiFi技術(shù)簡(jiǎn)介（2）WLAN的物理層（3）WLAN的媒體訪問(wèn)控制層（4）WiFi組網(wǎng)及應(yīng)用要求學(xué)生：了解WiFi的基本概念，無(wú)線局域網(wǎng)簡(jiǎn)介，理解WiFi主要協(xié)議的特點(diǎn)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(diǎn)協(xié)調(diào)功能的信道接入模式。了解無(wú)線局域網(wǎng)的組成，家庭WiFi組網(wǎng)實(shí)例，掌握無(wú)線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)6.NB-IoT和LoRa通信技術(shù)(支撐課程目標(biāo)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(kuò)頻技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（5）LoRa的應(yīng)用場(chǎng)景要求學(xué)生：了解NB-Iot的發(fā)展歷程，應(yīng)用領(lǐng)域，技術(shù)特點(diǎn)，理解與NB-IoT相關(guān)特點(diǎn)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(tái)，理解NB-IoT的無(wú)線接口協(xié)議；理解NB-IoT的注冊(cè)過(guò)程、注銷(xiāo)注冊(cè)過(guò)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(diǎn)，掌握LoRa的擴(kuò)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(chǎng)景。7.移動(dòng)通信技術(shù)(支撐課程目標(biāo)1)（1）移動(dòng)通信技術(shù)概述（2）2G、3G、4G移動(dòng)通信技術(shù)（3）第五代移動(dòng)通信技術(shù)要求學(xué)生：了解移動(dòng)通信的發(fā)展，掌握移動(dòng)通信組成，組網(wǎng)覆蓋，理解移動(dòng)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(hào)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(biāo)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(chē)鎖（6）應(yīng)用藍(lán)牙轉(zhuǎn)接技術(shù)的共享單車(chē)鎖要求學(xué)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(chē)技術(shù)方面的應(yīng)用實(shí)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(guò)程。9.課程實(shí)驗(yàn)(支撐課程目標(biāo)實(shí)驗(yàn)1ZigBee組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)(1)IAREmbeddedWorkbenchIDE開(kāi)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(xué)生：了解zigbee節(jié)點(diǎn)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(jiǎn)單組網(wǎng)故障，掌握Z(yǔ)igBee協(xié)議棧的串口通信，掌握利用上位機(jī)軟件獲取傳感器數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)2 藍(lán)牙原理實(shí)驗(yàn)(1)藍(lán)牙組網(wǎng)的模式(2)藍(lán)牙模塊線路連接(3)藍(lán)牙模塊AT指令要求學(xué)生：了解藍(lán)牙協(xié)議棧的架構(gòu)，微微網(wǎng)的工作原理，AT指令的語(yǔ)法和工作原理；掌握藍(lán)牙通信原理。實(shí)驗(yàn)3WiFi模塊實(shí)驗(yàn)(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(xué)生：了解WiFi協(xié)議棧的架構(gòu)，WiFi組網(wǎng)的原理，AT指令的語(yǔ)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(guò)程。實(shí)驗(yàn)4智能家居系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(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(yùn)行在平板上的Zigbee上位機(jī)終端要求學(xué)生：掌握Z(yǔ)-Stack協(xié)議棧的串口通信；掌握Z(yǔ)-Stack協(xié)議棧的組網(wǎng)點(diǎn)播通信；掌握Z(yǔ)-Stack協(xié)議棧程序的移植，進(jìn)一步理解Z-Stack協(xié)議棧的架構(gòu)。了解電視遙控，門(mén)磁，燈光，智能插座硬件電路連接方法，控制信號(hào)發(fā)送對(duì)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(jī)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(xué)進(jìn)度1.通信原理的基礎(chǔ)知識(shí) 學(xué)時(shí)數(shù)62.ZigBee通信技術(shù) 學(xué)時(shí)數(shù)63.藍(lán)牙通信技術(shù) 學(xué)時(shí)數(shù)2WiFi通信技術(shù) 學(xué)時(shí)數(shù)2RFID通信技術(shù) 學(xué)時(shí)數(shù)46.NB-IoT與LoRa通信技術(shù) 學(xué)時(shí)數(shù)47.移動(dòng)通信技術(shù) 學(xué)時(shí)數(shù)48.物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的綜合應(yīng)用 學(xué)時(shí)數(shù)49.課程實(shí)驗(yàn) 學(xué)時(shí)數(shù)8六、教學(xué)方法1.“學(xué)做用”一體化教學(xué)：課程遵循“教中學(xué)—學(xué)中做—做中用”一體化的設(shè)計(jì)思路，突出學(xué)生的主動(dòng)性和能動(dòng)性。通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)、原理和技術(shù)的講解，使學(xué)生在“學(xué)”的過(guò)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(shí)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作講解，使學(xué)生掌握不同通信技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建的實(shí)踐技能，指導(dǎo)學(xué)生如何“做”，在“做”的過(guò)程中，激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)造欲；通過(guò)綜合應(yīng)用案例講解，使學(xué)生掌握如何去“用”基本原理、技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)習(xí)者更加積極地去“做”，形成“學(xué)”和“用”的協(xié)同。2.翻轉(zhuǎn)課堂：根據(jù)課程組織需求，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課前探究，給學(xué)生布置預(yù)習(xí)作業(yè)，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)線上和線下資源進(jìn)行自學(xué)，進(jìn)行獨(dú)立思考，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)；課中組建學(xué)習(xí)小組，依據(jù)學(xué)生自學(xué)情況及課堂小組問(wèn)題回答、翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)容講述等環(huán)節(jié)的具體分析，開(kāi)展精準(zhǔn)化教學(xué)，使學(xué)生成為課堂的中心；課后學(xué)生進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，鞏固知識(shí)，在課堂討論過(guò)程中布置問(wèn)題供學(xué)生個(gè)性拓展學(xué)習(xí)。七、考核方式課堂表現(xiàn)/作業(yè)，實(shí)驗(yàn)，期末考試。八、成績(jī)?cè)u(píng)定方