《物联网原理与应用》课程教学大纲.docx
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《物联网原理与应用》课程教学大纲
经贸大学课程水平认定
《物联网原理与应用》课程大纲
课程名称
物联网原理与应用
课程类型
必修课
总学时
32学时
学分
2学分
适用专业
计算机
开课单位
信息技术学院
一、课程性质
物联网是当今信息技术发展的前沿，《物联网原理与应用》这门课程是计算机专业在职研究生教育的核心课程，也是相关专业学生拓展学科视野，跟踪专业发展的重要课程。
二、学习目的
《物联网原理与应用》的学习目的是使学生在理清物联网的基本概念，掌握物联网的体系结构和各环节的关键技术，明确物联网的知识结构的基础上，掌握物联网应用系统实施的方法论，能够运用这些技术和方法构建物联网应用系统。
三、学习要求
课程依据学习大纲的要求，以学生为中心，通过教材学习，网络教育资源共享，学生之间互助协作，并结合社会调研与案例分析来实现本门课程的自助学习，掌握物联网系统的知识构建。
在学习过程中学生要进行大量的文献资料阅读，相关课题的调研、实验、实践，培养学生的独立学习能力、思考能力和研究能力。
四、学习容及学时分配
课程容与学时分配
课程容
学时分配
自学
自学研讨调研
第一讲物联网概述
2
第二讲物联网架构体系
1
1
第三讲物联网技术体系
1
1
第四讲射频识别（RFID）技术及系统
2
2
第五讲传感技术及系统
2
2
第六讲定位技术及系统
2
2
第七讲嵌入式系统技术
2
2
第八讲
无线传感器网络与无线通信网络
2
1
第九讲物联网的管理服务
2
1
第十讲物联网中的信息安全
1
1
第十一讲物联网的综合应用
2
2
五、课程考核及成绩评定
课程考核形式为闭卷考试，考试成绩实行百分制，物联网基本理论和技术的测试题占40%左右，利用物联网理论和技术解决实际问题的能力的考核占60%左右。
学生60分为及格。
六、推荐教材和学习参考书
推荐教程
作者
及出版时间
《物联网技术与应用》
吴功宜
机械工业，2013
学习参考书
作者
及出版时间
《物联网导论》
云浩
科学，2010
《物联网原理与应用技术》
幺和
机械工业，2013
《射频识别技术理论与实践》
智文
中国科学技术，2008
《智能无线传感器网络系统》
于海斌
，科学，2006
《无线局域网设计与实现》
M.Ciampa
科学，2003
《嵌入式系统技术》
培仁
中国科学技术大学，2009
七、学习具体容和要求
第一讲物联网概述
一、基本要求
了解物联网的起源和发展，澄清物联网的相关概念；掌握物联网的理论基础，掌握物联网的体系结构和主要特点；了解物联网的核心技术和体系标准；了解物联网的应用前景。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一）引言
由国家将物联网列为战略新兴产业的背景介绍物联网技术和产业在国外发展的概况。
（二）物联网概念
介绍物联网的涵和外延，剖析物联网与Internet、传感网、泛在计算、智能空间等概念的关系。
1、物联网的起源和发展
2、物联网的理论基础
3、核心技术
4、物联网的体系标准
（三）物联网应用
介绍物流与供应链领域、生产制造领域、食品药品安全防伪领域、人员与资产管理领域等领域的应用。
四、重点难点
物联网的涵和外延，物联网和其他信息技术之间的关系。
五、思考与讨论
1、物联网的发展推动力
2、物联网的现实应用
第二讲物联网架构体系
一、基本要求
物联网体系结构是设计与实现物联网系统的首要基础，本讲介绍国外学术界和产业界提出的物联网架构体系，从水平性、可扩展性、环境感知性、环境交互性和自适应性等方面对目前己经提出的“后端集中式”和“前端分布式”的物联网体系结构进行介绍、分析并比较。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一）体系结构的概念
1、体系结构的定义
2、体系结构的意义
3、体系结构与物联网实现之间的关系
（二）国外主要的物联网的体系结构
1、美国麻省理工学院和英国剑桥大学等7个高校组成的Auto-ID实验室提出的网络化自动标识系统（NetworkedAuto-ID）体系结构
2、日本东京大学发起成立的uID中心提出的基于uID的物联网体系结构
3、国电子与通信技术研究所（ETRI）提出的泛在传感器网络（UbiquitousSensorNetwork,USN）体系结构
4、美国弗吉尼亚大学提出的Physical-net结构
5、欧洲电信标准组织（ETSI）正在制订的M2M体系结构
6、法国巴黎第六大学提出的自主体系结构（AutonomicOrientedArchitecture,AOA）
7、航空航天大学和大学基于类人体神经网（ManlikeNeutralNetwork,MNN）
8、社会组织架构（SocialOrganizationFramework,SOF）提出的体系结构（MNNB-SOF）}
（三）各种物联网体系结构的分析比较
1、水平性（Horizontality）.
2、可扩展性（Scalability）.
3、环境感知性（Contextawareness）.
4、环境交互性（Interactivity）.
5、自适应性（Adaptability）.
6、安全性（Security）.
7、抗毁性（Resilience）.
8、互操作性（Interoperability）.
四、重点难点
体系结构的重要性和意义
五、思考与讨论
物联网的体系结构在进行物联网建设时的必要性
第三讲物联网技术体系
一、基本要求
介绍识别技术、通信技术、数据和信号处理技术、嵌入式系统及硬件技术、发现和搜索引擎技术、数据挖掘技术、安全和隐私技术、标准化技术等。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一）感知层关键技术
感知层所需要的关键技术包括检测技术、中低速无线或有线短距离传输技术等。
具体来说，感知层综合了传感器技术、嵌入式计算技术、智能组网技术、无线通信技术、分布式信息处理技术等。
（二）网络层关键技术
物联网网络层是建立在Internet和移动通信网等现有网络基础上，除具有目前已经比较成熟的如远距离有线、无线通信技术和网络技术外，还融入了IPv6、3G/4G、Wi-Fi等新兴通信技术。
（三）应用层关键技术
物联网应用层主要包括M2M技术、云计算技术等关键技术。
四、重点难点
物联网中各种关键技术的特点与作用
五、思考与讨论
如何看待物联网是信息技术发展的大融合
第四讲射频识别（RFID）技术及系统
一、基本要求
掌握目前常用的自动识别技术，了解RFID的历史和现状；掌握RFID的工作原理，RFID系统的构成和工作过程；掌握RFID的技术特点和解决标签冲突的常用方案；理解RFID在物联网中的地位。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一）自动识别技术和物品编码体系
（二）RFID基本工作原理
（三）RFID应用系统的组成和分类
（四）RFID标签和读写器设计
（五）RFID应用工程技术
1、RFID标签编码方法
2、RFID标签选型技术与系统
3、RFID标签空间部署技术与系统
4、RFID读写器配置技术
5、RFID读写器空间部署技术与系统
6、可重构RFID中间件技术与系统
7、RFID业务流程仿真技术与系统等。
（六）RFID应用系统实施方法论及案例分析
四、重点难点
重点是常用的自动识别技术，RFID的工作原理、系统构成、工作过程、技术特点。
难点是RFID系统构成和工作过程。
五、思考与讨论
收集并分析研究在生活中利用RFID技术实现的系统
第五讲传感技术及系统
一、基本要求
了解传感器的概念、作用，掌握传感器组成、分类和基本特性；了解常用传感器，如温度传感器、湿度传感器、超声波传感器和气敏传感器。
掌握智能传感器和传感器接口技术，掌握传感器的设计需求和开发平台；了解传感器的应用。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一）传感器基础知识
（二）常用传感器介绍
（三）智能传感器
（四）传感器接口技术
（五）传感器的设计需求、硬件平台和开发平台
（六）传感器的应用
四、重点难点
重点是传感器的基础知识、接口技术和开发平台。
难点是传感器的接口技术和开发技术。
五、思考与讨论
智能传感器的发展和应用
第六讲定位技术及系统
一、基本要求
了解和掌握定位系统基本知识和常见的定位系统和定位技术；掌握基于距离的定位技术、基于距离差的定位技术和基于信号特征的定位技术；理解物联网环境下定位技术的挑战和发展。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一）位置信息
（二）定位系统
（三）定位技术
1、基于RFID的定位技术
2、基于WiFi的定位技术
3、基于UWB的定位技术
4、卫星定位技术
（四）物联网环境下定位技术的新挑战和发展前景
四、重点难点
重点是定位系统的基本知识和常用的定位技术。
难点是常用的定位技术。
五、思考与讨论
如何实现gps的快速定位
第七讲嵌入式系统技术
一、基本要求
介绍嵌入式系统定义，系统特点，系统组成，硬件组成，软件组成；理解ARM系列处理器结构。
掌握嵌入式系统的基础知识；熟练掌握基于ARM处理器结构、编程模型、指令系统、汇编语言程序设计、片外设及应用、中断系统，掌握嵌入式系统的设计及软硬件调试。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一） 嵌入式系统概论
1、什么是嵌入式系统。
2、嵌入式系统的特点及分类。
3、嵌入式系统的应用。
4、常用嵌入式微处理器及其特点。
5、常用嵌入式操作系统及其特点。
6、ARM处理器基本原理、应用及特点。
7、ARM体系结构及分类
（二）ARM处理器的体系结构和指令集
1、ARM体系结构的版本及系列。
2、ARM处理器的结构。
3、 ARM存储器的组织。
4、ARM处理器的片上总线标准。
5、ARM处理器的典型例。
6、ARM处理器的寻址方式和指令。
7、ARM的异常中断处理。
（三）嵌入式操作系统
1、实时系统。
2、嵌入式操作系统的特点和分类。
3、RTOS常用的调度算法。
4、启动程序bootloader。
5、嵌入式操作系统uC/OS-II。
四、重点难点
嵌入式系统的设计思想，ARMCPU的部结构，嵌入式操作系统
五、思考与讨论
嵌入式计算机系统与普通计算机系统的异同
第八讲无线传感器网络与无线通信网络
一、基本要求
了解无线传感器网络的基本知识，体系结构和发展；掌握无线传感器网络的技术体系，如自组网技术、节点定位技术、时间同步技术和安全技术；掌握无线传感器网络的路由协议和MAC协议；掌握无线传感器网络的技术标准，IEEE802.15.4标准和ZigBee协议规；掌握无线传感器网络数据融合的常用技术。
掌握3G通信技术和标准，TD-SCDMA，W-CDMA，CDMA2000；了解4G网络的基本知识。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一）无线传感网络（WSN）技术及系统
1、WSNN概述
2、WSN通信组网技术
3、WSN的典型开发环境与仿真平台
4、WSN的应用
（二）无线通信网络
1、无线通信发展历史
2、无线通信技术和标准
3、移动互联网
四、重点难点
重点是无线传感器网络的技术体系、技术标准和数据融合技术；3G通信技术和标准，难点是无线传感器网络技术体系、标准和融合技术。
五、思考与讨论
梳理身边所使用的无线通信技术
第九讲物联网的管理服务
一、基本要求
掌握物联网中数据库系统技术和海量信息存储技术；了解物联网中的搜索引擎技术；掌握数据挖掘技术在物联网的智能决策应用；了解云计算的基本概念和特点；掌握云计算工作原理、体系结构、服务层次和关键技术。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一）数据库系统
（二）海量信息存储
（三）搜索引擎
（四）物联网的智能决策
（五）云计算技术物联网概念
四、重点难点
重点是海量信息存储技术、智能决策技术和云计算技术。
难点是智能决策技术和云计算技术。
五、思考与讨论
梳理云计算的发展历程，思考云计算的驱动力
第十讲物联网中的信息安全
一、基本要求
了解物联网常用的身份识别技术，掌握物联网中的密钥管理技术和密钥管理系统和密钥产生技术；了解信息隐藏技术的基本知识，掌握信息隐藏技术的基本原理；了解RFID的安全现状，掌握RFID的安全和隐私保护机制；掌握物联网中位置信息技术和位置信息保护机制。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一）物联网安全性概述
（二）物联网身份识别技术
（三）基于零知识证明的识别技术
（四）物联网密钥技术
（五）物联网中的消息鉴别和数字签名
（六）信息隐藏技术
（七）RFID安全和隐私保护机制
（八）物联网中位置信息和隐私保护机制物联网概念
四、重点难点
重点是物联网身份识别技术、密钥技术、信息隐藏技术、RFID安全和隐私保护机制和位置信息保护机制。
难点是密钥技术和隐私保护技术。
五、思考与讨论
如何保障在物联网中的信息安全。
第十一讲物联网的综合应用
一、基本要求
综合前面讲的物联网的原理和技术，对典型的物联网应用进行简要介绍，让学生理解如何将物联网和社会生产、生活联系在一起并广泛应用。
二、授课方法
自学。
三、学习容
（一）环境监测：
掌握环境监测的概念及需求，环境监测网络的系统组成、工作模式及特征。
（二）智慧矿山：
掌握矿山通信的环境特点、构建矿山物联网的感知技术、监测、调度与信息处理技术等。
（三）智能物流：
掌握现代物流发展需求、物流系统的的系统组成、应用特点。
（四）智能交通：
掌握智能交通中的感知、定位、计算、信息处理技术，理解不停车收费系统、智能交通管理的系统特点及应用。
物联网概念
四、重点难点
物联网在生产生活中的创新应用。
五、思考与讨论
调研一个身边的物联网典型案例，讨论如何进行系统设计与实现。
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