《物联网中间件技术》教学大纲

《物联网中间件技术》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：08150111课程性质：专业选修课学分：3学分学时：48学时（理论32学时，实验16学时）先修课程：传感器原理及应用、RFID技术后续课程：无适用专业：物联网工程开课单位：计算机科学与技术学院一、课程说明本课程是物联网工程专业的专业选修课程之一，也是物联网应用方面的重要课程。从物联网技术架构来看，其属于应用与硬件间承上启下的重要技术基础。本课程要求具备对物联网基本结构的了解，是一门基于物联网框架，侧重于物联网应用开发的课程。通过课程学习可以使学生掌握物联网中间件的原理及作用，掌握物联网中间件接口的使用，掌握在物联网体系下的软件开发基础，使学生初步具备物联网项目开发能力。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握物联网中间件的基本概念及常用通信协议的基本原理。课程目标2：具备使用各种开发工具，结合物联网通信协议及物联网中间件进行物联网应用设计开发的能力课程目标3：具备持续学习的习惯，良好的团队合作意识与沟通能力，具有应对计算机领域知识快速变迁的能力，能够及时掌握物联网领域的新技术，具备在该领域进行工作的劳动能力。通过对于国内中间件领域的发展，了解我国在物联网领域的进展，培养正确的人生观与价值观。三、课程目标与毕业要求《物联网中间件技术》课程教学目标对物联网工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度3.设计/开发解决方案3.2能针对物联网领域各个层次复杂工程问题的特定需求，进行物联网系统的模块设计，进而完成系统设计。课程目标1：掌握物联网中间件的基本概念及常用通信协议的基本原理。课程目标3：具备持续学习的习惯，良好的团队合作意识与沟通能力，具有应对计算机领域知识快速变迁的能力，能够及时掌握物联网领域的新技术，具备在该领域进行工作的劳动能力。M4.研究4.1能够基于科学原理，运用文献研究等相关方法，调研和分析物联网领域复杂工程问题的解决方案。课程目标2：具备使用各种开发工具，结合物联网通信协议及物联网中间件进行物联网应用设计开发的能力M5.使用现代工具5.2能够选择与使用计算机软、硬件技术、物联网协议及算法仿真等工具，完成物联网领域感知、接入及处理应用等方面的复杂工程问题的分析、计算及设计。课程目标2：具备使用各种开发工具，结合物联网通信协议及物联网中间件进行物联网应用设计开发的能力课程目标3：具备持续学习的习惯，良好的团队合作意识与沟通能力，具有应对计算机领域知识快速变迁的能力，能够及时掌握物联网领域的新技术，具备在该领域进行工作的劳动能力。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1．中间件概论1.1中间件介绍1.2中间件的发展历史1.3中间件的定义与分类1.4中间件与物联网教学要求：使学生了解中间件基本概念、特点和作用；掌握中间件基本框架。重点:中间件基本框架。难点:中间件基本框架。41、22．物联网中间件原理2.1典型物联网中间件2.2消息中间件详解2.3消息中间件软件教学要求：使学生了解典型的物联网中间件构成；熟悉物联网中间件通信框架；掌握物联网中间件数据通信协议编码方法。重点:物联网中间件通信协议规范解析难点:物联网中间件通信协议编码实例641、2、33.物联网中间件与设备连接3.1Node-red与消息中间件的结合3.2物联网信息流传递的原理3.3物联网设备与中间件技术教学要求使学生熟悉传感器采集的数据如何用中间件进行传递；掌握利用中间件对执行器几种基本传感器的应用方法。重点:物联网设备数据采集与传递。难点:物联网中信息的传递原理。841、2、34.物联网中间件与web应用的结合4.1物联网中间与Web后台开发技术；4.2物联网中间件与Web前端开发技术；4.3物联网常见应用层协议的实现教学要求：使学生了解物联网中间件技术与web数据接口使用场景；熟悉物联网中间件与数据库的结合方式；掌握物联网常见应用层协议的具体实现方法。重点:物联网中间件与Web技术的关系。难点:物联网中间件技术与Web技术的结合。1041、2、35.物联网中间件综合应用开发5.1智慧大棚5.2智慧园区管理平台教学要求使学生掌握结合中间件的物联网应用的基本设计方法；掌握结合中间件的物联网应用基本实现方法。重点:应用开发的具体流程及实现方法。难点:物联网应用系统与中间件技术的结合441、2、3合计32162.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标物联网中间件环境及应用实验内容：搭建物联网中间件平台，部署物联网中间件。实验要求：了解各类中间件的结构特点、应用场合，掌握常见中间件软件的使用方法。42MQTT协议与中间件实验实验内容：利用MQTT协议，通过中间件传输物联网数据。实验要求：掌握MQTT协议与基于消息的中间件的工作原理；掌握利用MQTT协议进行物联网信息传递的方法；掌握CoAP协议在物联网系统中的使用方法。42物联网数据采集与传递实验内容：完成物联网数据采集，并通过中间件传输。实验要求：掌握物联网数据采集，并通过中间件处理传输的分方式；掌握物联网数据的存储与处理方式；掌握利用物联网采集数据对执行器控制的方式。42物联网中间件应用实例实验内容：利用物联网中间件技术开发一个典型物联网应用系统实验要求：能够根据工程应用，选择使用对应的物联网中间件、通信协议及合适的传感器和执行器构造简单物联网应用。42合计16五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解物联网中间件的基本构成与特性以及常用的物联网信息传递协议，在掌握物联网中间件原理与特性以及对应信息传递协议的基础上，进行借助物联网中间构造相对复杂的物联网应用系统，从而初步具有自主选择合适物联网中间件和信息传递协议进行物联网应用设计的能力。在实验教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学培养学生对于物联网中间件、物联网信息传递协议的基本原理、构成、特性的认知，掌握借助物联网中间件技术和信息传递协议构造相对复杂的物联网应用系统的基本方法。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。六、课程资源1.推荐教材（1）《Node.js项目实战开发》，杨梅、金莲芳、李奇，湖南大学出版社，2021.12.参考书（1）李艳鹏等编著,《可伸缩服务架构：框架与中间件》,电子工业出版社,2018年1月.（2）张云勇等编者,《中间件技术原理与应用》,清华大学出版社,2017年7月.（3）宁焕生等编著,《RFID与物联网射频、中间件、解析与服务》,电子工业出版社,2017年8月.3.期刊（1）胡飞虎，郭建文，吴阿丹，杨鹏飞，李亚珍.基于Python的生态监测物联网数据自动采汇中间件应用研究.遥感技术与应用.2020,35(02):478-483（2）王冰，陈庭贵.基于高性能消息管理机制的物联网中间件设计方法.计算机工程与应用.2017,53(16),89-97+186（3）吴斌烽.基于微服务架构的物联网中间件设计.计算机科学,2019,46(S1):580-584+604（4）陈海明，石海龙，李勐，崔莉.物联网服务中间件:挑战与研究进展.计算机学报.2017,40(08),1725-1749（5）MohammadAsadAbbasi;ZulfiqarA.Memon;NoumanM.Durrani;WaleejHaider;KashifLaeeq;GhulamAliMallah.Amulti-layertrust-basedmiddlewareframeworkforhandlinginteroperabilityissuesinheterogeneousIOTsClusterComputing2021.PP1-284.网络资源（1）中智讯在线课程,/list/?160_1.html（2）联创物联网教育平台/Content/index?id=1072（3）51CTO，/art/201610/519026.htm七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442实验15（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√15作业25（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√8152期末考核50（1）机试成绩100分，成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核使用物联网中间件结合对应协议以及传感器等元素构造典型物联网应用的能力。√√√202010合计：100分325414八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末测试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末测试成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末测试成绩为100分（权重50%），考试类型为机试；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重50%）；过程性考核和期末考试分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现20笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记笔记，不参与教学活动。作业50作业完整，思路清晰，准确率大于90%。测试成绩优秀作业完整，准确率大于80%。测试成绩良好不交作业2次以内，准确率大于70%不交作业4次以内，准确率大于60%不交作业5次以上，准确率小于60