物联网概论 教案全套 彭聪 1-14物联网初探 - 物联网典型应用

第2页共2页教学单元物联网初探周次1周时数4授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求了解物联网的起源三事件；理解物联网的多种定义：国际电信联盟、ITU、维基百科；掌握物联网的三层和五层架构，联系与区别；了解物联网的五大关键要素及涉及技术示例。教学重点：物联网初探（背景、概念、架构、要素）教学难点：物联网的概念解读物联网三层和五层架构的区别和联系实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注一、教学导入1、课程介绍介绍课程性质、参考书目、课程考核、主要内容，阐述本课程的定位和目的，简单介绍课程考核、主要内容。2、学生讨论（1）是否听说过物联网？（2）生活中接触了哪些物联网产品和应用场景？3、教师总结（1）总结学生讨论内容（2）课程引入：物联网的起源——神奇的咖啡壶二、主要内容（详见ppt文档）1、关于物联网起源的往事3、对物联网多种定义的理解4、物联网的体系架构：三层架构vs五层架构5、物联网的关键要素三、本节小结四、提问解答课后作业：教学单元第一代物联网解决方案：物品标签化周次0.5周时数2授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求RFID互联技术：掌握EPCGlobal网络架构以及RFID系统构成M2M技术：了解M2M的提出背景、掌握M2M通信架构集成RFID技术及无线传感器网络：掌握对象级集成和系统级集成的主要思想、主要方式和各自特点与优点。教学重点：RFID技术、无线传感器网络教学难点：EPCglobal网络架构RFID系统的构成实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注一、教学导入1、学生讨论（1）你所认为的典型物联网是什么样的，它具有什么特点？（2）物联网和互联网是一回事吗？2、教师总结（1）总结学生讨论内容（2）课程引入：第一代物联网解决方案的特点二、主要内容（详见ppt文档）1、EPCGlobal网络的提出；2、EPC码及EPCGlobal网络架构；3、RFID系统的构成；4、M2M技术：提出背景、M2M通信高层架构；5、将RFID标签和无线传感器节点集成：对象级集成和系统级集成的区别与联系。三、本节小结四、提问解答课后作业：教学单元第二代物联网：物体互联构成网络周次0.5周时数2授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求了解第二代物联网兴起的三大背景；掌握6LoWPAN的提出动机以及6LoWPAN的特点；掌握设备被视作Web服务的内涵：需求、实现、效果；了解社交网络概念与物联网的结合点和未来可能方向。教学重点：受限设备如何集成到IP网络教学难点：社交组网与IoT的结合实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注一、教学导入1、学生讨论（1）回顾第一代物联网解决方案的主要特征？（2）如何使物品标签化？2、教师总结（1）总结学生讨论内容（2）课程引入：第二代物联网兴起的三大背景二、主要内容（详见ppt文档）第二代物联网兴起的三大背景；6LoWPAN的提出动机以及6LoWPAN的特点；设备被视作Web服务的内涵：需求、实现、效果；社交网络概念与物联网的结合点和未来可能方向。三、本节小结四、提问解答课后作业：教学单元第三代物联网：社交物联网、云计算、下一代因特网周次0.5周时数2授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求了解第三代物联网兴起背景；掌握第三代物联网的四大特征；理解社交物联网的概念和特性表现；理解在IoT引入云计算的必要性；掌握开源物联网云平台的特征；了解演进的RFID物联网解决方案。教学重点：第三代物联网的主要特征，未来物联网畅想教学难点：在IoT引入云计算的必要性实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注一、教学导入1、学生讨论（1）回顾第二代物联网解决方案的主要特征？（2）对社交网络的理解？2、教师总结（1）总结学生讨论内容（2）课程引入：第三代物联网兴起的背景二、主要内容（详见ppt文档）社交物联网第三代物联网的四大特征社交物联网的概念和特性表现为什么在IoT引入云计算开源物联网云平台的特征演进的RFID物联网解决方案：举例说明三、本节小结四、提问解答课后作业：教学单元物联网设备识别周次1.5周时数6授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求掌握EPC系统构成：EPC编码体系、射频识别系统、EPC信息网络系统掌握EPC系统工作流程掌握uCode编码体系、工作流程，了解uCode应用了解EPC体系和uCode体系的联系和区别掌握寻址的概念、IPv4和IPv6的联系和区别掌握6LoWPAN的提出背景及特点教学重点：EPC系统构成和工作流程、6LoWPAN的提出背景和协议特点教学难点：RFID系统构成、EPC系统工作流程、uCodeVSuCode对象之属性和含义、6LoWPAN的特点实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注教学导入教师引导：回顾物联网关键要素及涉及的技术示例教师引导：什么是物联网设备识别？学生讨论：你觉得应该如何识别物联网中的设备？教师总结：识别可以利用命名或寻址来实现。主要内容（详见ppt文档）EPC码现行条形码技术及其局限性（应用场景举例）EPC系统构成：EPC编码体系EPC系统构成：射频识别系统EPC系统构成：EPC信息网络系统EPC系统工作流程泛在码uCode是什么：是标识号，是识别数字系统uCode编码体系：结构、码长、属性和含义、特征uCode的解析过程uCode应用举例EPC和uCode对比寻址为什么要寻址？（学生讨论）物联网对象的寻址方法IPv4和IPv6的联系和区别6LoWPAN的提出背景及特点本节小结提问解答课后作业：查阅网络资料，列举二维码的应用场景。教学单元物联网信息感知周次1周时数4授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求理解物联网的感知过程；掌握身份感知的基本概念；了解主流身份感知技术，掌握商品条形码结构、二维码分类、QR码特性和优点、RFID电子标签工作原理，了解电子标签的标准化体系；掌握位置感知的基本概念；了解主流位置感知技术，了解全球卫星定位系统及其构成，掌握移动通信基站定位、WiFi定位以及RFID定位技术的基本原理和分类；掌握状态感知的基本概念；了解传感器基本结构、分类、发展历程和命名规则；理解MEMS的工作原理，了解MEMS传感器分类；了解状态感知技术的应用；了解过程感知的基本概念和应用领域，了解机器视觉系统的工作过程。教学重点：身份感知、位置感知、状态感知，MEMS传感器应用教学难点：电子标签的三大标准体系，位置感知技术的基本原理，传感器基本结构实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注教学导入学生讨论：你在生活中接触过哪些产品标签？学生讨论：你所知道的射频识别应用学生讨论：用到定位功能的应用场景？教师总结主要内容（详见ppt文档）身份感知技术：条形码二维码电子标签电子标签的三大标准体系位置感知技术：卫星定位系统基站定位技术WiFi定位RFID定位无线传感网定位状态感知技术：传感器基本结构传感器分类发展历程和命名MEMS传感器状态感知技术的应用过程感知技术：机器视觉系统的应用本节小结提问解答课后作业：查阅网络资料，举例说明MEMS传感器的应用。教学单元物联网的通信（短距离通信技术及长距离通信技术）周次1周时数4授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求了解短距离通信技术的分类，各类技术（WiFi/蓝牙/ZigBee/UWB/LiFi/NFC等）的特征和应用。重点包括：蓝牙5.0的功能增强以及在物联网的应用；ZigBee的技术特征及其在物联网中的应用；LiFi的技术特征及其在物联网中的应用；NFC的技术特征及其在物联网中的应用；了解长距离通信技术的分类，各类技术的特征和应用。重点掌握5G通信技术的典型特征、八大关键能力指标）。教学重点：蓝牙5.0的功能增强；ZigBee的技术特征及其在物联网中的应用；LiFi的技术原理和技术特征；NFC的操作模式；5G的典型特征，八大关键能力指标；教学难点：各种短距离通信技术的适用场景，如何为不同的物联网应用场景选择合适的短距离通信技术；5G适用于物联网应用场景的关键性能特征。实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注教学导入学生讨论：你在生活中接触过哪些短距离通信技术？学生讨论：长距离通信技术的发展演进。教师总结：强调要在物联网场景和需求分析的基础上，进行网络通信技术选型。主要内容（详见ppt文档）短距离通信技术：WiFi的技术特点和优势；蓝牙的技术特点和优势，蓝牙5.0的改善特性；应用案例分析：基于iBeacon的信息推送；ZigBee的技术特点和优势；应用案例分析：ZigBee智能照明；UWB的技术特点和优势；UWB在物联网中的应用：高精度定位；LiFi的基本原理和技术优势；LiFi的缺陷和不足；LiFi应用于物联网；NFC的技术特点及物联网应用。长距离通信技术：从1G到4G；5G通信技术的八大指标；5Gvs4G关键性能对比。本节小结提问解答课后作业：查阅网络资料，对比ZigBee和Z-Wave的技术特征的相同和差异之处，对比它们在智能家居领域的应用广泛度，谈一谈为什么普及或者相对没那么普及。教学单元物联网的通信（低功耗广域网LPWAN技术）周次2周时数8授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求掌握LPWAN通信技术的分类；掌握LoRa技术特征和网络架构；了解LoRa适用场景；LoRa案例分析；掌握Sigfox技术特征和网络架构；了解Sigfox适用场景；掌握NB-IoT技术特征和网络架构；了解NB-IoT适用场景；从技术参数以及和物联网服务有关的多项因素掌握LPWAN技术分析对比。教学重点：LoRaSigfoxNB-IOT三大LPWAN技术的特征和性能对比教学难点：为不同的物联网应用场景选择合适的LPWAN通信技术实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注教学导入学生讨论：短距离通信技术的优缺点？学生讨论：物联网对网络连接性的需求有什么特征？教师总结主要内容（详见ppt文档）LPWAN技术出现的背景已有无线技术的优缺点物联网典型应用场景对网络性能的具体需求LPWAN的出现低功耗广域物联网技术LPWAN：LoRaSigFoxNB-IoTLPWAN技术对比为IoT选择合适的LPWAN技术本节小结提问解答课后作业：查阅网络资料，举例说明LPWAN技术的应用。教学单元物联网的计算1~3周次1.5周时数6授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求了解物联网硬件平台了解物联网操作系统理解中间件技术教学重点：常用的物联网硬件平台、IOT操作系统，中间件技术的重要性教学难点：物联网中间件技术实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注教学导入学生讨论：你认为物联网的“大脑”需要拥有什么能力？学生讨论：“计算”技术要素应该涉及的内容？教师总结主要内容（详见ppt文档）物联网硬件平台Arduino树莓派RaspberryPIMediaTekLinkItONE物联网操作系统ContikiTinyOSLiteOSRIOTAndroidThings其他IoT操作系统从应用的角度看操作系统的重要性中间件技术IoT为什么需要中间件IoT中间件的架构分类典型的IoT中间件IoT中间件所面临的挑战本节小结提问解答课后作业：教学单元物联网的计算4周次1周时数4授课班级21物联网3-121物联网3-2教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求了解华为OceanConnect、阿里云IoT、谷歌云（GoogleCloud）、亚马逊云（AWS）；了解亚马逊云的组件构成以及行业应用案例。理解雾计算和边缘计算的概念；理解云计算、雾计算、边缘计算的联系和区别。教学重点：主流物联网云平台产品的流派。亚马逊云的组件构成以及行业应用案例。云计算、雾计算、边缘计算的联系和区别。教学难点：云计算、雾计算、边缘计算的联系和区别。实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注教学导入学生讨论：分享你所知道的云平台服务学生讨论：云计算和雾计算是一回事吗教师总结主要内容（详见ppt文档）华为OceanConnect阿里云IoT谷歌云（GoogleCloud）亚马逊云（AWS）AWSIoT服务组件AWSIoT行业应用（重点介绍）雾计算和边缘计算物联网服务交付中云资源和雾资源的角色以智能吸尘器为例说明雾计算和边缘计算的区别云计算、雾计算、边缘计算的联系和区别本节小结提问解答课后作业：教学单元物联网的服务周次0.5周时数2授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求理解物联网赋能生产生活的三个阶段理解物联网服务的分类和相互关系理解标准化、模块化、层次化物联网服务的重要性教学重点：物联网服务的分类和相互关系教学难点：标准化、模块化、层次化物联网服务的重要性实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注教学导入学生讨论：物联网如何赋能人类生产生活？教师总结：物联网服务的演变是伴随着关键技术和应用需求的迭代的，可以分为三个层次的服务。主要内容（详见ppt文档）身份相关服务：最基本的物联网服务例如RFID标签：主动身份服务vs被动身份服务身份相关服务的作用信息聚合服务：建立在身份服务之上基于传感器网络理解信息聚合服务的流程基于RFID网络理解信息聚合服务的流程信息聚合服务在哪些物联网应用中常见协作感知服务：在信息聚合服务基础上运行标准化、模块化、层次化物联网服务的重要性本节小结提问解答课后作业：教学单元物联网的典型应用8.1智能可穿戴8.2智能家居周次1.5周时数3授课班级教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求了解智能可穿戴领域的新应用和典型实例了解智能家居领域的新应用和典型实例教学重点：物联网在智能可穿戴及智能家居两大垂直应用领域的创新产品和服务。教学难点：智能家居的系统架构和各部分协同工作流程。智能家居解决方案的三类方案的联系，与关键技术迭代演进的关系。实验仪器及教具：多媒体教学平台、职教云平台教学过程备注教学导入教师引导：如何寻找物联网应用场景，打造商业机会？学生讨论：分享在可穿戴领域及智能家居领域你所知道的较新颖的物联网应用实例。学生讨论：对可穿戴及智能家居类物联网应用的理解？主要内容（详见ppt文档及线上视频资源）智能可穿戴领域的新应用和典型实例衣服类可穿戴解决方案和产品腰背部类可穿戴解决方案和产品手腕类可穿戴解决方案和产品手臂类可穿戴解决方案和产品眼部可穿戴解决方案和产品头部可穿戴解决方案和产品手部可穿戴解决方案和产品腿脚部位可穿戴解决方案和产品体内植入类可穿戴解决方案和产品综合类可穿戴解决方案和产品智能家居领域的新应用和典型实例基于一个典型智能家居系统理解家居设备和云端计算及远程用户如何协同工作，理解智能家居的系统架构。智能家居能解决的问题1：家居设备管理（强调人机交互和信息流分析）智能家居能解决的问题2：家居能源管理（强调内外部环境互动和信息流分析）智能家居能解决的问题3：家居活动管理（强调人机交互和信息流分析）课堂讨论具体来说，可以依托某一个应用场景，从用户角度想象痛点所在，如果是你来设计某一个物联网应用，它应拥有什么功能和特性以解决问题？讨论中，可视课堂时间资源情况选择播放线上资源有关新奇可穿戴应用的若干案例，鼓励学生发散思维，讨论和讲述智慧家居是否可以和可穿戴应用更好的结合，以实现家居医疗保健的解决方案。本节小结本部分内容接近课程尾声。物联网应用的发展和演化伴随着物联网技术的发展和演化。可从多个角度梳理回顾，配合促进课程目标的达成。第一，接触最新的物联网行业应用。带领学生密切接触可穿戴及智能家居领域的物联网新应用。课件以及视频资源的所有案例均取自真实科技企业或研究所。第二，可穿戴类产品和解决方案较多，可按照身体佩戴部位进行归纳，强调不同部位产品的定位以及功能描述对比。第三，再次回顾智能家居类应用能解决的三类问题。引导学生理解这三类问题是逐步复杂和深入的，这背后正是物联网关键技术的迭代演进的必然结果。第四，授课中着重启发创新思考，鼓励发散思维。比如，对智慧家居三类解决方案的理解，教师鼓励学生要提出个人想法，不必拘泥于书本、课堂以及媒体五花八门的解读，应从繁杂海量信息中提出个人见解，从微观的某一个小应用、到系统的思考和看法。课后作业：画出一个典型智能家居系统的架构，简要阐述各功能组件协同工作的流程。教学单元物联网典型应用与实例8.3智能建筑8.4智慧环境周次1.5周时数3授课班级21物联网3-121物联网3-2教学目的及要求：素质目标增强学生的科技自信和民族自信，激发学生扎根中国土壤结合中国市场特点开展技术应用实践的热情，鼓励学生抓住时代机遇投身产业、实现职业道路的良性发展。深刻理解技术路线和用户需求，增强有效衔接技术和市场的能力，增强灵活利用大数据、云计算、社交网络等新兴技术构建满足用户需求的解决方案的创新意识。能力目标及教学要求了解智能建筑领域的新应用和典型实例了解智慧环境领域的新应用和典型实例教学重点：