1、封面《物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用》教案課程名稱：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用總學(xué)時(shí)／周學(xué)時(shí)：48/4開課時(shí)間：第1周至第12周授課年級(jí)、班級(jí)：信息工程2025級(jí)使用教材：物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用授課教師：2、教案扉頁課程要求（在培養(yǎng)方案中的地位、開課學(xué)期，先修、后續(xù)課程）《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》是信息工程、自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課，在專業(yè)課程體系中占有重要地位。開課學(xué)期：先修課程/后修課程：電路原理、嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)課程目標(biāo)1：掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的基本知識(shí)和分析設(shè)計(jì)方法。課程目標(biāo)2：掌握物聯(lián)網(wǎng)基本協(xié)議，如：Zigbee協(xié)議。課程目標(biāo)3：掌握物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵支撐技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)和基于傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。課程目標(biāo)4：能夠針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)特定功能及技術(shù)指標(biāo)需求，完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)子系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)5：掌握一些經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用算法，了解物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的經(jīng)典應(yīng)用。課程目標(biāo)6：能夠自主設(shè)計(jì)智能算法，使其勝任智能交通、環(huán)境保護(hù)、智能家居等不同領(lǐng)域中的工作。課程目標(biāo)7：能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟、硬件、網(wǎng)絡(luò)算法、工程軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。課程目標(biāo)8：能夠處理物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，考慮不同環(huán)境的需求，綜合設(shè)計(jì)解決方案。教學(xué)方法講授、討論+實(shí)驗(yàn)課程性質(zhì)（創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力培養(yǎng)）本課程將物聯(lián)網(wǎng)理論研究和工程實(shí)踐相結(jié)合，按照“物體信息感知、感知信息傳輸、感知信息處理服務(wù)及應(yīng)用”的教學(xué)路線展開，涵蓋物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要內(nèi)容和最新技術(shù)。主要教學(xué)內(nèi)容涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機(jī)制設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與協(xié)議架構(gòu)研究、近場無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用研究、物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)、信息處理與服務(wù)管理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)智能信息處理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)與管理等，引導(dǎo)學(xué)生在大國崛起的奮斗道路中，樹立面向物聯(lián)網(wǎng)核心理論的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)化、基于物聯(lián)網(wǎng)電路的中國智造化及物聯(lián)網(wǎng)中國芯設(shè)計(jì)的重要作用，實(shí)現(xiàn)全面感知、可靠傳輸、智能處理、自動(dòng)控制的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究及應(yīng)用的教學(xué)目標(biāo)。旨在培養(yǎng)具備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)知識(shí)技能，掌握網(wǎng)絡(luò)、射頻、無線通信相關(guān)技術(shù)，從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計(jì)與科技開發(fā)方面的高等工程技術(shù)人才。參考資料1《物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐教程》、黃如、電子工業(yè)出版社、2014年2《物聯(lián)網(wǎng)工程工程原理與應(yīng)用》、黃如、電子工業(yè)出版社、2020年3《射頻識(shí)別技術(shù)原理與應(yīng)用》、周曉、電子工業(yè)出版社、2015年4《傳感器技術(shù)》、謝雙維、中國計(jì)量出版社、2015年5《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論（第二版）》、劉云浩、科學(xué)出版社出版、2013年備注說明3、教案內(nèi)容第1章物聯(lián)網(wǎng)核心理論及發(fā)展概述課題名稱第1章物聯(lián)網(wǎng)核心理論及發(fā)展概述計(jì)劃學(xué)時(shí)10課時(shí)內(nèi)容分析本章首先對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的不同定義、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展歷程及基本特征進(jìn)行了介紹，闡述了物聯(lián)網(wǎng)的起源、發(fā)展過程、目的；然后介紹了物聯(lián)網(wǎng)的主要支撐技術(shù)及發(fā)展趨勢，并從硬件和軟件兩個(gè)方面闡述了物聯(lián)網(wǎng)未來技術(shù)的發(fā)展方向；最后對(duì)人工智能關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹，闡述了人工智能、云計(jì)算和霧計(jì)算、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、普適計(jì)算、大語言模型等現(xiàn)代化技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)這些內(nèi)容能構(gòu)建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的整體框架，從而對(duì)物聯(lián)網(wǎng)有全面、準(zhǔn)確的認(rèn)知。教學(xué)目標(biāo)及基本要求理解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念和基本特征，能夠概述物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀。掌握物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)，包括路由技術(shù)、節(jié)能機(jī)制、無線媒體接入技術(shù)、信息融合技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)抗毀技術(shù)、中間件技術(shù)等，并了解這些技術(shù)的基本原理和應(yīng)用。分析基礎(chǔ)支撐技術(shù)的特點(diǎn)，預(yù)測未來技術(shù)的發(fā)展方向。了解人工智能關(guān)鍵技術(shù)，包括云計(jì)算、霧計(jì)算、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、普適計(jì)算、大語言模型等，并掌握其基本概念和應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生的思考與擴(kuò)展能力，能夠針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入探討和研究。通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)核心理論及發(fā)展有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)理解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念和基本特征，能夠概述物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀。掌握物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)教學(xué)難點(diǎn)掌握物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)教學(xué)方式講授、討論+實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程第1-2課時(shí)（物聯(lián)網(wǎng)核心理論及發(fā)展概述）一、創(chuàng)設(shè)情境，引出本節(jié)內(nèi)容進(jìn)入信息社會(huì)，信息已經(jīng)成為一種非常重要的資源，它的安全與否已經(jīng)影響到個(gè)人、企業(yè)甚至國家的根本利益。網(wǎng)絡(luò)空間信息安全是一個(gè)涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、密碼技術(shù)、信息安全技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息論等多種學(xué)科的邊緣性綜合學(xué)科。網(wǎng)絡(luò)空間信息安全是國家安全的重要基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)信息在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國防和科學(xué)研究等領(lǐng)域的作用日益重要。實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)的快速普及與發(fā)展、客戶端軟件多媒體化、協(xié)同計(jì)算、資源共享、開放、遠(yuǎn)程管理化、電子商務(wù)、金融電子化等已成為網(wǎng)絡(luò)時(shí)代必不可少的產(chǎn)物。確保網(wǎng)絡(luò)空間信息安全至關(guān)重要，沒有網(wǎng)絡(luò)空間信息的安全就談不上網(wǎng)絡(luò)信息的應(yīng)用。進(jìn)入重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）物聯(lián)網(wǎng)的定義、起源及其發(fā)展歷史進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著傳感器技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，信息系統(tǒng)從傳統(tǒng)的人工合成單信道模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ど珊妥詣?dòng)生成的雙信道模式，并實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的相互融合，表現(xiàn)為信息虛擬世界與物理實(shí)體世界的交互作用，使得物理世界可以被全面感知和智慧操控；同時(shí)，以傳感器、射頻模塊和智能識(shí)別終端為代表的信息自動(dòng)生成設(shè)備和射頻通信設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，共同構(gòu)成了可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地感知、測量和監(jiān)控物理世界的硬件支撐平臺(tái)。從而在以上系統(tǒng)融合和硬件支撐的基礎(chǔ)上，信息世界的擴(kuò)展需求和物理世界的聯(lián)網(wǎng)需求共同催生了一類新型網(wǎng)絡(luò)——物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，顧名思義，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層含義：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。IoT通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別（RadioFrequencyIdentification，RFID）等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等具體工程應(yīng)用。（2）物聯(lián)網(wǎng)的基本特征從物聯(lián)網(wǎng)定義的技術(shù)理解角度來看，物聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比有其自身鮮明的特征。物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括為全面感知、可靠傳輸和智能處理。（1）全面感知。物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用各種感知技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)中部署了海量的多種類型的傳感器，整體構(gòu)成了分布式異構(gòu)信源系統(tǒng)，并且因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域存在廣泛性、分布環(huán)境存在復(fù)雜性和工作時(shí)空存在差異性，所以不同類型的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容、信息格式及時(shí)空變化規(guī)律都存在差異性，這使得物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的信息呈現(xiàn)海量性、多源性、分布式性等多樣性的特征，如圖1-2-2所示。（2）可靠傳輸。物聯(lián)網(wǎng)通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳輸出去。由物聯(lián)網(wǎng)上的傳感器所定時(shí)采集的信息需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，由于其數(shù)量極其龐大，形成了海量信息，因此在傳輸過程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時(shí)性，必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。（3）智能處理。物聯(lián)網(wǎng)不僅提供了傳感器的連接，而且具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器技術(shù)、無線通信和微機(jī)電技術(shù)與智能處理機(jī)制相結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種智能技術(shù)擴(kuò)充其應(yīng)用領(lǐng)域。從傳感器獲得的多樣性信息中分析、加工和處理有意義的數(shù)據(jù)，可適應(yīng)用戶的不同需求并拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。從功能結(jié)構(gòu)角度，物聯(lián)網(wǎng)的智能處理系統(tǒng)可分解為射頻通信系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。依據(jù)信息科學(xué)的視點(diǎn)，圍繞信息流動(dòng)過程，可抽象出圖1-2-3所示的物聯(lián)網(wǎng)信息處理功能模型，該模型的每步信息管理過程都可融合智能處理的技術(shù)手段。三、歸納總結(jié)，隨堂練習(xí)，布置作業(yè)（1）對(duì)課堂上講解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使用學(xué)習(xí)通的練習(xí)題鞏固本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。第3-4課時(shí)（物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)（1））一、回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課留的作業(yè)進(jìn)行答疑（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題在上一節(jié)課中已經(jīng)介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念以及其基本特征，本節(jié)課將講解物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)。本節(jié)課和下兩節(jié)課主要介紹物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系中的關(guān)鍵性技術(shù)，包括路由技術(shù)、節(jié)能機(jī)制、無線媒體接入技術(shù)、信息融合技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)抗毀技術(shù)、中間件技術(shù)等。這些技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)、智能應(yīng)用的基礎(chǔ)，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。通過對(duì)這些技術(shù)的深入了解，可以讓學(xué)生更好地理解物聯(lián)網(wǎng)的工作原理，把握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用創(chuàng)新提供技術(shù)支持。二、進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）路由技術(shù)路由是由網(wǎng)絡(luò)層向傳輸層提供的選擇傳輸路徑的服務(wù)，它是通過路由協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的。路由協(xié)議包括兩個(gè)方面的功能：尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑；將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的選擇與應(yīng)用息息相關(guān)，為滿足不同的應(yīng)用需求，需要有多種多樣的路由協(xié)議。在對(duì)路由協(xié)議的研究過程中，研究者提出了許多傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，但到目前為止，并沒有統(tǒng)一的分類方法。按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以將傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分為平面網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議及層次網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議兩大類，如下圖所示。（2）節(jié)能機(jī)制研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要目的是在滿足網(wǎng)絡(luò)面向應(yīng)用要求的前提下盡可能延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，而能量資源約束是影響網(wǎng)絡(luò)生命周期的根本因素。因此，針對(duì)節(jié)能機(jī)制的研究在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中處于核心地位。根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗的主要來源，現(xiàn)有的節(jié)能機(jī)制主要從數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)能機(jī)制這兩個(gè)方面展開。（1）針對(duì)處理器能耗研究。針對(duì)處理器的研究工作主要側(cè)重于減小處理器的能量消耗，TrevorPering等學(xué)者提出了動(dòng)態(tài)電壓縮放（DynamicVoltageScaling，DVS）技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是在大多數(shù)無線傳感器節(jié)點(diǎn)上計(jì)算負(fù)載隨時(shí)間的變化，因此不需要微處理器在任何時(shí)刻都保持峰值性能，可通過動(dòng)態(tài)改變微處理器的工作電壓和頻率，使其剛好滿足當(dāng)時(shí)的運(yùn)行需求，從而在性能和能耗間取得平衡。L.Benini等學(xué)者則提出了動(dòng)態(tài)電壓管理（DynamicPowerManagement，DPM）技術(shù)，該技術(shù)的基本思想是盡可能使系統(tǒng)各部分運(yùn)行在節(jié)能模式下。常用的管理策略是關(guān)閉空閑模塊，在這種狀態(tài)下，部分無線傳感器節(jié)點(diǎn)將被關(guān)閉或處于低功耗狀態(tài)，直到有感興趣的事件發(fā)生，這項(xiàng)技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)能多址接入（MAC）協(xié)議設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。美國麻省理工學(xué)院的A.Sinha等學(xué)者則提出了能量可擴(kuò)展數(shù)字信號(hào)處理（DSP）算法設(shè)計(jì)的概念，以進(jìn)一步減小處理器能耗?；舅枷胧菍鹘y(tǒng)DSP算法的執(zhí)行操作按影響結(jié)果的顯著程度進(jìn)行排序，先執(zhí)行影響結(jié)果程度大的操作，這樣就可以在能耗與結(jié)果的精確程度之間尋求平衡。美國麻省理工學(xué)院的J.T.Ludwig等學(xué)者則將這一概念用于濾波算法的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)算法都可以轉(zhuǎn)換為類似的能量可擴(kuò)展DSP算法。（2）針對(duì)數(shù)據(jù)管理的節(jié)能研究。數(shù)據(jù)管理指的是在應(yīng)用層面上將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)視為一個(gè)虛擬的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在其上構(gòu)造查詢處理系統(tǒng)，以方便獲取數(shù)據(jù)庫中的信息。數(shù)據(jù)管理問題涉及的技術(shù)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)查詢技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。其中，數(shù)據(jù)查詢技術(shù)的研究主要包括查詢語言的研究、查詢操作算法的研究、查詢優(yōu)化技術(shù)的研究、查詢分布式處理技術(shù)的研究；數(shù)據(jù)分析技術(shù)的研究主要包括聯(lián)機(jī)分析處理（OnLineAnalyticalProcessing，OLAP）技術(shù)的研究、統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)的研究及其他復(fù)雜分析技術(shù)的研究；數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的研究主要包括相關(guān)規(guī)則等傳統(tǒng)類型知識(shí)的挖掘、與感知數(shù)據(jù)相關(guān)的新知識(shí)模型及其挖掘技術(shù)的研究、分布式挖掘技術(shù)的研究等。三、歸納總結(jié)，隨堂練習(xí)，布置作業(yè)（1）對(duì)課堂上講解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使用學(xué)習(xí)通中的隨堂練習(xí)題鞏固本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。第5-6課時(shí)（物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)（2））一、回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課留的作業(yè)進(jìn)行答疑（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題在上一節(jié)課中已經(jīng)介紹了物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)中的路由技術(shù)和節(jié)能機(jī)制，本節(jié)課將講解物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)中的無線媒體接入技術(shù)和信息融合技術(shù)。二、進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）無線媒體接入技術(shù)媒體接入控制層（MediaAccessControlLayer，MACLayer）位于數(shù)據(jù)鏈路層，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，該層主要用于解決無線信道合理共享的問題。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，MAC協(xié)議主要用來控制節(jié)點(diǎn)的以下幾個(gè)方面的性能。（1）能量有限性。在WSN中節(jié)點(diǎn)的能量是有限的，一旦用盡，就無法得到補(bǔ)充。為了使WSN能夠長時(shí)間地運(yùn)作、延長網(wǎng)絡(luò)的壽命，需要MAC協(xié)議控制節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行信息采集和傳輸?shù)倪^程中節(jié)省能量。（2）可擴(kuò)展性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是時(shí)刻變化的，例如，匯播、組播能夠瞬間增大信道內(nèi)的流量，這就要求MAC協(xié)議控制節(jié)點(diǎn)能夠適應(yīng)拓?fù)浠蛐诺拉h(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。（3）網(wǎng)絡(luò)效率。是指網(wǎng)絡(luò)的整體性能，需要設(shè)計(jì)新型MAC協(xié)議來提高網(wǎng)絡(luò)的公平性，提高信道的吞吐量、帶寬利用率，減小網(wǎng)絡(luò)的延遲等。不同的應(yīng)用所側(cè)重的網(wǎng)絡(luò)性能不同，因此新型的MAC協(xié)議需要滿足各種應(yīng)用的性能要求。在設(shè)計(jì)MAC協(xié)議時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)方面的問題。（1）空閑監(jiān)聽。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)不知道鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)何時(shí)到來，所以必須保持自己的射頻部分處于接收模式，形成空閑監(jiān)聽，這就造成了不必要的能量損耗。（2）沖突（碰撞）。如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送，并相互產(chǎn)生干擾，那么它們的傳輸都將失敗，發(fā)送包被丟棄，此時(shí)，用于發(fā)送這些數(shù)據(jù)包所消耗的能量就將被浪費(fèi)。（3）控制開銷。為了保證可靠傳輸，協(xié)議將使用一些控制分組，如RTS/CTS，雖然沒有數(shù)據(jù)在其中，但必須消耗一定的能量來發(fā)送它們。（4）串?dāng)_（串音）。無線信道為共享介質(zhì)，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是以廣播的形式發(fā)送消息的，這使得節(jié)點(diǎn)有時(shí)會(huì)收到發(fā)送到其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，此時(shí)也會(huì)造成能量的消耗。根據(jù)分配信道資源策略的不同，MAC協(xié)議可分為以下三類。（1）固定分配MAC協(xié)議：TRAMA協(xié)議、TDMA-W協(xié)議、基于分簇網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議。（2）隨機(jī)競爭MAC協(xié)議：S-MAC協(xié)議、T-MAC協(xié)議、B-MAC協(xié)議、WiseMAC協(xié)議。（3）混合MAC協(xié)議：Z-MAC協(xié)議。（2）信息融合技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)備所采集的信息通常為多方面、多類型的不同信息，不便于信息的提取與選擇應(yīng)用，而多層次信息融合是解決以上問題的重要途徑，信息融合算法的研究具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。通過信息融合，可以更好地獲取設(shè)備所采集的重要信息，提高關(guān)聯(lián)信息的利用率，體現(xiàn)信息價(jià)值。信息融合是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的若干傳感器的觀測信息在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合處理，以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)而進(jìn)行的信息處理過程。從其定義中可以看出，多傳感器系統(tǒng)是信息融合的硬件基礎(chǔ)，多源信息是信息融合的加工對(duì)象，協(xié)調(diào)優(yōu)化和綜合處理是信息融合的核心。信息融合過程如下圖所示。按照層次不同，信息融合技術(shù)一般可分為數(shù)據(jù)級(jí)（像素級(jí)）融合、特征級(jí)融合及決策級(jí)融合三類。三、歸納總結(jié)，隨堂練習(xí)，布置作業(yè)（1）對(duì)課堂上講解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使用學(xué)習(xí)通中的隨堂練習(xí)題鞏固本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。第7-8課時(shí)（物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)（3））一、回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課留的作業(yè)進(jìn)行答疑（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題在上兩節(jié)課中已經(jīng)介紹了物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)中的路由技術(shù)、節(jié)能機(jī)制、無線媒體接入技術(shù)和信息融合技術(shù)，本節(jié)課將講解物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)抗毀技術(shù)和中間件技術(shù)并總結(jié)基礎(chǔ)支撐技術(shù)的特點(diǎn)以及未來技術(shù)的發(fā)展方向。二、進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）網(wǎng)絡(luò)抗毀技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為由大量傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠有效采集與傳輸各種環(huán)境和目標(biāo)信息，在諸多領(lǐng)域得到了實(shí)際的應(yīng)用。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到規(guī)模巨大、網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)、傳輸時(shí)延、有向傳輸?shù)葍?nèi)在因素及外部環(huán)境干擾因素的共同作用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)難以長時(shí)間穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。抗毀性問題已經(jīng)成為制約工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；瘧?yīng)用的主要技術(shù)瓶頸。網(wǎng)絡(luò)抗毀性研究具有多種不同的角度與方法，導(dǎo)致對(duì)網(wǎng)絡(luò)抗毀性的評(píng)估的差異也較大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)抗毀性沒有統(tǒng)一定義?？傮w而言，網(wǎng)絡(luò)抗毀性的研究主要集中于對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究及網(wǎng)絡(luò)遭受攻擊后的恢復(fù)機(jī)制。下面將從這兩個(gè)研究方向介紹一些提升網(wǎng)絡(luò)抗毀性的方法。1．博弈論博弈論，有時(shí)也稱為對(duì)策論，或者賽局理論，是一門研究多個(gè)個(gè)體或團(tuán)隊(duì)之間在特定條件制約下的對(duì)局中利用相關(guān)方的策略，而實(shí)施對(duì)應(yīng)策略的學(xué)科。博弈論將決策者之間的相互作用公式化，實(shí)現(xiàn)了使用者的利益最大化或風(fēng)險(xiǎn)最小化，其本質(zhì)是一種最優(yōu)化策略。2．人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNetwork，ANN）是一種模擬人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以期能夠?qū)崿F(xiàn)類人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)抗毀性能的提升主要在于通過對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，然后得到最符合研究者要求的抗毀性指標(biāo)權(quán)重，從而構(gòu)建符合要求的網(wǎng)絡(luò)。3．冗余技術(shù)冗余技術(shù)又稱為儲(chǔ)備技術(shù)，是指當(dāng)一臺(tái)設(shè)備或某個(gè)部件出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)設(shè)備或部件能主動(dòng)介入并承擔(dān)其相應(yīng)工作，以此來縮短系統(tǒng)的故障時(shí)間。在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中，為了提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性，往往會(huì)在關(guān)鍵設(shè)備處使用冗余技術(shù)，減小關(guān)鍵數(shù)據(jù)流上任意一點(diǎn)失效所帶來的損失。冗余技術(shù)一般可以分為鏈路層網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)。（2）中間件技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)中存在大量的異構(gòu)系統(tǒng)，為解決異構(gòu)系統(tǒng)之間的訪問，人們提出了中間件技術(shù)。中間件是介于應(yīng)用系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件之間的一類軟件，它使用系統(tǒng)軟件所提供的基礎(chǔ)服務(wù)（功能），銜接網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用系統(tǒng)的各個(gè)部分或不同的應(yīng)用，能夠達(dá)到資源共享、功能共享的目的。中間件位于客戶機(jī)/服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計(jì)算機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)通信，是連接兩個(gè)獨(dú)立應(yīng)用程序或獨(dú)立系統(tǒng)的軟件。對(duì)于相連接的系統(tǒng)而言，即使它們具有不同的接口，通過中間件也能交互信息。中間件能夠屏蔽操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的差異，可以自由地構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為應(yīng)用程序提供多種通信機(jī)制，并提供相應(yīng)的平臺(tái)以滿足不同的需求，且在此情況下，還可對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理，為物聯(lián)網(wǎng)的有效開發(fā)與穩(wěn)固運(yùn)行提供了保障。物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的中間件對(duì)底層硬件具備屏蔽功能，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的異常情況具備屏蔽功能，正是其所具有的這種特殊功能，保證了物聯(lián)網(wǎng)在未來應(yīng)用中能夠在硬件設(shè)備中獨(dú)立存在和運(yùn)行，從而為其提供技術(shù)上的支持。物聯(lián)網(wǎng)中間件的特點(diǎn)如下。（1）獨(dú)立于架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)中間件獨(dú)立于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與后端應(yīng)用程序，并能與多個(gè)后端應(yīng)用程序連接，降低維護(hù)成本。（2）數(shù)據(jù)流。物聯(lián)網(wǎng)的目的是將實(shí)體對(duì)象轉(zhuǎn)換為信息環(huán)境下的虛擬對(duì)象，因此數(shù)據(jù)處理是中間件最重要的功能之一，中間件具有數(shù)據(jù)收集、過濾、整合與傳輸?shù)裙δ?，能夠?qū)⒄_的對(duì)象信息傳輸給上層應(yīng)用系統(tǒng)。（3）處理流。物聯(lián)網(wǎng)中間件采用程序邏輯及存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的功能提供順序消息流，具有數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)與管理的功能。（4）標(biāo)準(zhǔn)化。物聯(lián)網(wǎng)中間件具有統(tǒng)一的接口和標(biāo)準(zhǔn)。（3）基礎(chǔ)支撐技術(shù)的特點(diǎn)基于已有的各種通信標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)支撐技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（1）感知識(shí)別普適化。作為物聯(lián)網(wǎng)的末梢，自動(dòng)識(shí)別和傳感網(wǎng)技術(shù)近年來發(fā)展迅猛、應(yīng)用廣泛，仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，人們的衣食住行都能折射出感知識(shí)別技術(shù)的存在。無所不在的感知與識(shí)別將物理世界信息化，將傳統(tǒng)上分離的物理世界和信息世界高度融合。傳感器是機(jī)器感知物理世界的“感覺器官”，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的處理、傳輸、分析和回饋提供原始的信息。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的傳感器正逐步實(shí)現(xiàn)微型化、智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化。（2）異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)化。盡管物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的硬件和軟件平臺(tái)千差萬別，各種異構(gòu)設(shè)備（不同型號(hào)和類別的ZigBee模塊、RFID標(biāo)簽、藍(lán)牙模塊、傳感器、手機(jī)和筆記本電腦等）利用無線通信模塊和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議構(gòu)建自組織網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上運(yùn)行不同協(xié)議的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間通過網(wǎng)關(guān)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的信息共享及融合。（3）聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)?；?。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的一個(gè)重要特征是物品觸網(wǎng)，每件物品都具有通信功能，并成為網(wǎng)絡(luò)終端。據(jù)預(yù)測，未來聯(lián)網(wǎng)終端的規(guī)模有望突破百億大關(guān)。（4）管理調(diào)控智慧化。物聯(lián)網(wǎng)將大規(guī)模數(shù)據(jù)高效、可靠地組織起來，為上層行業(yè)應(yīng)用提供智能的平臺(tái)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、組織及檢索成為行業(yè)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施。與此同時(shí)，各種決策手段（包括運(yùn)籌學(xué)理論、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)等）廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。面向物聯(lián)網(wǎng)的傳感網(wǎng)主要涉及以下幾項(xiàng)技術(shù)：測試及網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)、智慧化傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)、傳感網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)及底層協(xié)議技術(shù)、對(duì)傳感網(wǎng)自身的檢測與自組織技術(shù)、傳感網(wǎng)安全技術(shù)。（4）未來技術(shù)的發(fā)展方向物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不斷地發(fā)展、深化，并和多領(lǐng)域技術(shù)交叉融合，未來將重點(diǎn)從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的革新方面來確立物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展方向。（1）硬件系統(tǒng)方面的未來技術(shù)發(fā)展方向側(cè)重于物聯(lián)網(wǎng)的末梢網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，將與新材料和智能傳感器設(shè)備的研究緊密結(jié)合，將包含微縮事物的納米材料技術(shù)和智能化的微機(jī)電技術(shù)引入物聯(lián)網(wǎng)的硬件系統(tǒng)，降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功耗并提高系統(tǒng)感知終端技術(shù)的智能性。（2）軟件系統(tǒng)方面的未來技術(shù)發(fā)展方向主要涉及協(xié)議規(guī)范、體系結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)三個(gè)方面的技術(shù)革新。其中，在協(xié)議規(guī)范發(fā)展方面，其自身協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步、容量極限、安全機(jī)制、能效利用、抗干擾性等方面仍存在亟待研究和發(fā)展的問題，特別是ZigBee協(xié)議與其他協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)無線網(wǎng)絡(luò)（如藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)）的技術(shù)共存問題的研究，是其未來協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的一個(gè)重要方向；在體系結(jié)構(gòu)發(fā)展方面，主要涉及物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下處理海量多樣性信息的軟件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、體系結(jié)構(gòu)組成、子系統(tǒng)相互作用機(jī)制構(gòu)建、可重構(gòu)技術(shù)拓展及并行開發(fā)與測試管理等；在算法設(shè)計(jì)研究方面，主要涉及物聯(lián)網(wǎng)感知復(fù)雜事件語義模型建模算法、傳感器節(jié)點(diǎn)感知跟蹤、行為建模及感知交互算法，以及資源控制、優(yōu)化和調(diào)度算法。第9-10課時(shí)（人工智能關(guān)鍵技術(shù)）一、回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課留的作業(yè)進(jìn)行答疑（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題在前面的課中已經(jīng)介紹了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念和關(guān)鍵技術(shù)，而隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人工智能正在進(jìn)入人們生活的方方面面，物聯(lián)網(wǎng)不例外。本節(jié)課將講解人工智能應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)。二、進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）人工智能基本概念人工智能在剛被提出時(shí)，不同的研究者從不同的角度對(duì)其進(jìn)行研究，使其存在不同的定義。（1）像人一樣行動(dòng)的系統(tǒng)。該定義起源于1950年圖靈提出的一個(gè)測試：讓一段程序與人交談5min，然后讓人判斷交談對(duì)象是人還是程序，若在30%的測試中，程序成功地欺騙了人，則通過了測試。該測試的核心不是問“機(jī)器人能否思考”，而是問“機(jī)器人能否通過關(guān)于行為的智能測試”。（2）像人一樣思考的系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)研究者的研究普遍集中于程序是否實(shí)現(xiàn)了想要得到的功能，而這一定義的研究者則另辟蹊徑，更加關(guān)注程序的推理步驟軌跡與人類個(gè)體求解同樣問題的步驟軌跡的異同。這一定義的研究者試圖通過將AI的計(jì)算模型與來自心理學(xué)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，來創(chuàng)立一種精確且可檢驗(yàn)的人類思維工作方式。（3）理性地思考的系統(tǒng)。這一定義主要由AI領(lǐng)域的邏輯主義者提出。19世紀(jì)時(shí)，邏輯主義者就發(fā)展出可以描述世界上一切事物及其彼此關(guān)系的精確的命題符號(hào)，到1965年，理論上，已經(jīng)有程序可以求解任何用邏輯符號(hào)描述的可解問題，因此，AI領(lǐng)域的邏輯主義者希望能研究出上述程序來實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)。（4）理性地行動(dòng)的系統(tǒng)。這一定義的研究者認(rèn)為，智能體應(yīng)該不僅可以正確地推理，而且能正確地行動(dòng)。其核心思想是智能體要通過自己的行動(dòng)獲得最佳的結(jié)果，或者在不確定的情況下獲得最優(yōu)結(jié)果。前兩種定義希望能直接模擬人的思考或行為，后兩種定義則希望得到最理性的結(jié)果。隨著科技（尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)）的不斷發(fā)展，人工智能也得到了極大程度的發(fā)展，研究者慢慢地不再局限于上述4種中的某一種定義，而開始希望實(shí)現(xiàn)具備上述所有能力的智能體。（2）云計(jì)算和霧計(jì)算云計(jì)算（CloudComputing）是一種能夠通過網(wǎng)絡(luò)以便利的、按需付費(fèi)的方式獲取計(jì)算資源并提高其可用性的模式，其核心思想是對(duì)大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算資源統(tǒng)一進(jìn)行管理和調(diào)度，構(gòu)成一個(gè)計(jì)算資源池并向用戶提供按需服務(wù)。其核心思想與電力公司相似，在工業(yè)時(shí)代初期，電力是保障所有產(chǎn)業(yè)運(yùn)作、生產(chǎn)的前提，而當(dāng)時(shí)還沒有電力公司這類機(jī)構(gòu)，因此，為了保證生產(chǎn)，企業(yè)不得不自己配備發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至建發(fā)電廠以保證供電，而后發(fā)電公司這類機(jī)構(gòu)興起，企業(yè)不再在電力設(shè)備及其維護(hù)方面耗費(fèi)巨資，只需交納電費(fèi)即可從電力公司獲得足夠的供電。對(duì)于云計(jì)算而言，云計(jì)算平臺(tái)即為電力公司，所有對(duì)計(jì)算資源有需求的用戶就是工業(yè)時(shí)代的企業(yè)，其只需要繳納足夠的費(fèi)用即可享受云計(jì)算帶來的計(jì)算資源，這就是云計(jì)算的終極目標(biāo)—讓人們可以像使用水、電那樣使用計(jì)算機(jī)資源。（3）軟件定義網(wǎng)絡(luò)軟件定義網(wǎng)絡(luò)是一種基于軟件理論的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)。業(yè)界規(guī)模最大、最活躍的SDN標(biāo)準(zhǔn)化組織之一—開放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)（OpenNetworkingFoundation，ONF）對(duì)SDN的定義如下：SDN是一個(gè)新出現(xiàn)的、轉(zhuǎn)發(fā)與網(wǎng)絡(luò)控制相解耦的、可直接編程的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。其核心是OpenFlow概念，如Ethane項(xiàng)目所希望達(dá)到的目的一般，其工作原理只是將安全策略延伸到所有數(shù)據(jù)，即通過一個(gè)集中式的控制器，讓網(wǎng)絡(luò)管理員可以方便地定義基于網(wǎng)絡(luò)流的數(shù)據(jù)控制策略，并將這些數(shù)據(jù)控制策略應(yīng)用到各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)控制。SDN主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（1）簡單化。SDN可以實(shí)現(xiàn)中心控制，使很多復(fù)雜的協(xié)議處理得到簡化。（2）快速部署與維護(hù)。相較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，SDN能被更快速地部署與維護(hù)。（3）開放性。OpenFlow的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能和網(wǎng)絡(luò)控制功能是分離的，使用戶可以有更多的選擇來自定義網(wǎng)絡(luò)，可以出現(xiàn)多家設(shè)備共存的情形，且用戶可以根據(jù)自己的需求在任何時(shí)候方便地升級(jí)。（4）安全性。SDN的集中式控制為網(wǎng)絡(luò)帶來了安全性能的提升。例如，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)惡意軟件時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用戶可以迅速地在集中控制平面阻止這個(gè)惡意軟件的擴(kuò)散爆發(fā)，而不需要訪問多個(gè)路由器或交換機(jī)。（4）深度學(xué)習(xí)隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的加入，物聯(lián)網(wǎng)具備了智能化分析數(shù)據(jù)的能力，但物聯(lián)網(wǎng)中較大的數(shù)據(jù)量和較復(fù)雜的數(shù)據(jù)內(nèi)容使得傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理存在一些缺點(diǎn)，如大量的特征提取等，為了解決這些問題，物聯(lián)網(wǎng)引入了深度學(xué)習(xí)技術(shù)。深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)中的一個(gè)分支，它具有深層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)而言，它的優(yōu)勢在于去掉了機(jī)器學(xué)習(xí)中所需要的大量特征處理過程，只需將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)，便可得到結(jié)果，且可以針對(duì)不同問題自動(dòng)提取新特征，可以精確地學(xué)習(xí)多媒體信息的高級(jí)特征，提高處理多媒體信息的效率。深度學(xué)習(xí)的典型模型有卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ConvolutionalNeuralNetwork，CNN）模型、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RecurrentNeuralNetwork，RNN）模型、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GenerativeAdversarialNetwork，GAN）模型、深度信任網(wǎng)絡(luò)（DeepBeliefNetwork，DBN）模型、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GraphNeuralNetworkGNN）模型和堆棧自編碼網(wǎng)絡(luò)（StackedAuto-encoderNetwork，SAE）模型等。（5）復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是指具有自組織、自相似、吸引子、小世界、無標(biāo)度中的部分或全部性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。目前，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：網(wǎng)絡(luò)的幾何性質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)的形成機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)演化的統(tǒng)計(jì)規(guī)律、網(wǎng)絡(luò)的模型性質(zhì)，以及網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)的演化動(dòng)力學(xué)機(jī)制等問題。從字面就可以看出，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是指高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，其復(fù)雜性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)具有龐大的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多種不同特征。（2）連接多樣性。節(jié)點(diǎn)之間的連接權(quán)重不同，且可能存在方向性。（3）動(dòng)力學(xué)復(fù)雜性。節(jié)點(diǎn)集可能屬于非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)隨時(shí)間而發(fā)生復(fù)雜變化。（4）節(jié)點(diǎn)多樣性。任何事物都可以成為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。（5）多重復(fù)雜性融合。以上的復(fù)雜性會(huì)相互影響，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)顯得更加復(fù)雜，變化更加難以預(yù)料。（6）普適計(jì)算普適計(jì)算［UbiquitousComputing（ubicomp）、PervasiveComputing］又稱普存計(jì)算、普及計(jì)算、遍布式計(jì)算、泛在計(jì)算，是一個(gè)強(qiáng)調(diào)和環(huán)境融為一體，而計(jì)算機(jī)本身則從人們的視線中消失的計(jì)算概念。在普適計(jì)算的模式下，人們能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)以任何方式進(jìn)行信息的獲取與處理。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展往往伴隨著計(jì)算模式的變更，每一次計(jì)算模式的變更都意味著計(jì)算機(jī)技術(shù)的跨越式發(fā)展。計(jì)算模式的第一次變更在20世紀(jì)80年代，由主機(jī)計(jì)算模式進(jìn)入桌面計(jì)算模式，這使得計(jì)算機(jī)從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入了普通的辦公室和家庭，極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在主機(jī)計(jì)算模式時(shí)，人們以計(jì)算機(jī)為中心進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)用計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)任務(wù)需要與計(jì)算機(jī)進(jìn)行很繁雜的對(duì)話，如手工配置計(jì)算機(jī)的軟/硬件環(huán)境和把計(jì)算任務(wù)映射到應(yīng)用程序中，這使得人們的注意力主要集中于計(jì)算機(jī)而非任務(wù)本身，這種計(jì)算模式違背了人們的初衷，不符合人類的習(xí)慣。當(dāng)進(jìn)入桌面計(jì)算模式時(shí)，主機(jī)計(jì)算模式的缺陷得到了極大的改善，但依舊存在不足：使用計(jì)算機(jī)時(shí)，人們必須坐在計(jì)算機(jī)前，而不能自由移動(dòng)，因此，計(jì)算機(jī)依舊未能與人類的生活環(huán)境融合。在進(jìn)入桌面計(jì)算模式后，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始與通信、數(shù)字媒體等技術(shù)相結(jié)合，這些技術(shù)的結(jié)合集中體現(xiàn)為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。除此之外，計(jì)算機(jī)在計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力提高的同時(shí)，其設(shè)備發(fā)展趨于迷你化，人們希望將計(jì)算機(jī)的計(jì)算與存儲(chǔ)能力嵌入可穿戴的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中。因此，傳統(tǒng)的桌面計(jì)算模式也漸漸被淘汰，為了滿足計(jì)算機(jī)的發(fā)展需求、將計(jì)算機(jī)真正融入人們的工作和生活，使其如空氣、水、電般成為人們的生活必需品，人們提出了普適計(jì)算。（7）大語言模型大語言模型，也稱大型語言模型（LargeLanguageModel，LLM），是一種旨在理解和生成人類語言的人工智能模型。LLM通常指包含數(shù)百億或更多參數(shù)的語言模型，它們?cè)诤Ａ康奈谋緮?shù)據(jù)上進(jìn)行訓(xùn)練，從而獲得對(duì)語言深層次的理解。目前，國外的知名大語言模型有GPT-3.5、GPT-4-turbo、Gemini、Claude和LLaMA等，國內(nèi)的則有文心一言、訊飛星火、通義千問、ChatGLM、百川等。為了探索性能的極限，許多研究人員開始訓(xùn)練越來越龐大的語言模型，例如擁有1750億個(gè)參數(shù)的GPT-3和5400億個(gè)參數(shù)的PaLM。盡管這些大型語言模型與小型語言模型，例如3.3億個(gè)參數(shù)的BERT和15億個(gè)參數(shù)的GPT-2使用相似的架構(gòu)與預(yù)訓(xùn)練任務(wù)，但它們展現(xiàn)出截然不同的能力，尤其在解決復(fù)雜任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出了驚人的潛力，這被稱為“涌現(xiàn)能力”。以GPT-3和GPT-2為例，GPT-3可以通過學(xué)習(xí)上下文來解決少樣本任務(wù)，而GPT-2在這方面表現(xiàn)得較差。因此，科研界給這些龐大的語言模型起了個(gè)名字，稱之為“大語言模型”。LLM的一個(gè)杰出應(yīng)用就是ChatGPT，它是GPT系列LLM用于與人類對(duì)話式應(yīng)用的大膽嘗試，展現(xiàn)出了非常流暢和自然的表現(xiàn)。語言建模的研究可以追溯到20世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)的研究主要集中在采用統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法來預(yù)測詞匯，通過分析前面的詞匯來預(yù)測下一個(gè)詞匯，但在理解復(fù)雜語言規(guī)則方面存在一定局限性。隨后，研究人員不斷嘗試改進(jìn)，2003年深度學(xué)習(xí)先驅(qū)Bengio在他的經(jīng)典論文“ANeuralProbabilisticLanguageModel”中，首次將深度學(xué)習(xí)的思想融入語言模型。強(qiáng)大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相當(dāng)于為計(jì)算機(jī)提供了強(qiáng)大的“大腦”來理解語言，讓模型可以更好地捕捉和理解語言中的復(fù)雜關(guān)系。2018年左右，Transformer架構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型開始嶄露頭角。通過大量文本數(shù)據(jù)訓(xùn)練這些模型，使它們能夠通過閱讀大量文本來深入理解語言規(guī)則和模式，就像讓計(jì)算機(jī)閱讀整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)一樣，對(duì)語言有了更深刻的理解，極大地提升了模型在各種自然語言處理任務(wù)上的表現(xiàn)。與此同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著語言模型規(guī)模的擴(kuò)大（增大模型規(guī)模或使用更多數(shù)據(jù)），模型展現(xiàn)出了一些驚人的能力，在各種任務(wù)中的表現(xiàn)均顯著提升，這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著大型語言模型時(shí)代的開啟。目前，這些大語言模型已經(jīng)能夠理解和生成自然語言文本，并在翻譯、問答、文本摘要、文本生成等任務(wù)中表現(xiàn)出色。隨著模型規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，研究者開始探索多模態(tài)模型，如能夠同時(shí)處理文本和圖像的模型，其將大語言模型與圖像生成技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)基于文本描述生成圖像的功能。思考題和習(xí)題1.1物聯(lián)網(wǎng)體系的基本特征從服務(wù)應(yīng)用角度進(jìn)行總結(jié)，主要包括哪幾個(gè)方面？1.2物聯(lián)網(wǎng)中的“物”需要滿足哪些條件？1.3請(qǐng)簡述深度學(xué)習(xí)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，并分析其如何提升物聯(lián)網(wǎng)的智能數(shù)據(jù)處理能力。1.4霧計(jì)算與云計(jì)算相比，有哪些優(yōu)勢？1.5普適計(jì)算的核心是什么？1.6大語言模型目前存在哪些問題？1.7大語言模型對(duì)人工智能發(fā)展有什么影響？教學(xué)后記1、封面《物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用》教案課程名稱：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用總學(xué)時(shí)／周學(xué)時(shí)：48/4開課時(shí)間：第1周至第12周授課年級(jí)、班級(jí)：信息工程2025級(jí)使用教材：物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用授課教師：2、教案扉頁課程要求（在培養(yǎng)方案中的地位、開課學(xué)期，先修、后續(xù)課程）《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》是信息工程、自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課，在專業(yè)課程體系中占有重要地位。開課學(xué)期：先修課程/后修課程：電路原理、嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)課程目標(biāo)1：掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的基本知識(shí)和分析設(shè)計(jì)方法。課程目標(biāo)2：掌握物聯(lián)網(wǎng)基本協(xié)議，如：Zigbee協(xié)議。課程目標(biāo)3：掌握物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵支撐技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)和基于傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。課程目標(biāo)4：能夠針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)特定功能及技術(shù)指標(biāo)需求，完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)子系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)5：掌握一些經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用算法，了解物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的經(jīng)典應(yīng)用。課程目標(biāo)6：能夠自主設(shè)計(jì)智能算法，使其勝任智能交通、環(huán)境保護(hù)、智能家居等不同領(lǐng)域中的工作。課程目標(biāo)7：能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟、硬件、網(wǎng)絡(luò)算法、工程軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。課程目標(biāo)8：能夠處理物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，考慮不同環(huán)境的需求，綜合設(shè)計(jì)解決方案。教學(xué)方法講授、討論+實(shí)驗(yàn)課程性質(zhì)（創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力培養(yǎng)）本課程將物聯(lián)網(wǎng)理論研究和工程實(shí)踐相結(jié)合，按照“物體信息感知、感知信息傳輸、感知信息處理服務(wù)及應(yīng)用”的教學(xué)路線展開，涵蓋物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要內(nèi)容和最新技術(shù)。主要教學(xué)內(nèi)容涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機(jī)制設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與協(xié)議架構(gòu)研究、近場無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用研究、物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)、信息處理與服務(wù)管理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)智能信息處理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)與管理等，引導(dǎo)學(xué)生在大國崛起的奮斗道路中，樹立面向物聯(lián)網(wǎng)核心理論的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)化、基于物聯(lián)網(wǎng)電路的中國智造化及物聯(lián)網(wǎng)中國芯設(shè)計(jì)的重要作用，實(shí)現(xiàn)全面感知、可靠傳輸、智能處理、自動(dòng)控制的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究及應(yīng)用的教學(xué)目標(biāo)。旨在培養(yǎng)具備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)知識(shí)技能，掌握網(wǎng)絡(luò)、射頻、無線通信相關(guān)技術(shù)，從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計(jì)與科技開發(fā)方面的高等工程技術(shù)人才。參考資料1《物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐教程》、黃如、電子工業(yè)出版社、2014年2《物聯(lián)網(wǎng)工程工程原理與應(yīng)用》、黃如、電子工業(yè)出版社、2020年3《射頻識(shí)別技術(shù)原理與應(yīng)用》、周曉、電子工業(yè)出版社、2015年4《傳感器技術(shù)》、謝雙維、中國計(jì)量出版社、2015年5《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論（第二版）》、劉云浩、科學(xué)出版社出版、2013年備注說明3、教案內(nèi)容第2章物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)課題名稱第2章物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)計(jì)劃學(xué)時(shí)8課時(shí)內(nèi)容分析本章將重點(diǎn)關(guān)注智能物聯(lián)網(wǎng)的體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)，深入探討近場無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議，包括Bluetooth、高速WPAN、ZigBee、WLAN和高速WMAN，分析它們?cè)谥悄芪锫?lián)網(wǎng)環(huán)境中的角色和適用場景。此外，本章還將詳細(xì)介紹物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的三個(gè)關(guān)鍵層級(jí)：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，以及它們?nèi)绾喂餐ぷ饕詫?shí)現(xiàn)智能物聯(lián)網(wǎng)的互操作性。進(jìn)一步地，本章將探討智能物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)和應(yīng)用，包括物聯(lián)網(wǎng)智能架構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)專家系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用。這些內(nèi)容將為學(xué)生提供一個(gè)全面的視角，了解如何利用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來構(gòu)建更智能、更互聯(lián)的系統(tǒng)和服務(wù)。通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生將獲得對(duì)智能物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)的深入理解，為在實(shí)際項(xiàng)目中設(shè)計(jì)和實(shí)施智能物聯(lián)網(wǎng)解決方案打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)及基本要求掌握近場無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議，包括Bluetooth、高速WPAN、ZigBee、WLAN、高速WMAN等，并了解它們?cè)谥腔鄢鞘行畔①Y源智能化服務(wù)中的應(yīng)用。理解物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和互操作性，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的功能、組成及其相互關(guān)系。分析物聯(lián)網(wǎng)各層的主要標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，以及它們?cè)趯?shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用。了解智能物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的特點(diǎn)，掌握物聯(lián)網(wǎng)專家系統(tǒng)的基本概念，并探討物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用的實(shí)際案例。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)的整體認(rèn)識(shí)，提高其在實(shí)際工作中應(yīng)用這些技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的能力。通過本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)的體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的理解，為后續(xù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)掌握近場無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議，包括Bluetooth、高速WPAN、ZigBee、WLAN、高速WMAN等，并了解它們?cè)谥腔鄢鞘行畔①Y源智能化服務(wù)中的應(yīng)用。理解物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和互操作性，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的功能、組成及其相互關(guān)系。分析物聯(lián)網(wǎng)各層的主要標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，以及它們?cè)趯?shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用。教學(xué)難點(diǎn)理解物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和互操作性，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的功能、組成及其相互關(guān)系。教學(xué)方式講授、討論+實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程第1-2課時(shí)（近場無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議（1））一、創(chuàng)設(shè)情境，引出本節(jié)內(nèi)容在當(dāng)今快速發(fā)展的技術(shù)時(shí)代，智能物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為連接物理世界與數(shù)字世界的重要橋梁。隨著智能設(shè)備和傳感器的普及，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景變得越來越廣泛，從智能家居到工業(yè)自動(dòng)化，從健康監(jiān)測到智慧城市，智能物聯(lián)網(wǎng)正在深刻改變著我們的工作和生活方式。為了實(shí)現(xiàn)這些多樣化應(yīng)用，一個(gè)統(tǒng)一、高效、可靠的物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)至關(guān)重要。進(jìn)入重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）Bluetooth標(biāo)準(zhǔn)介紹藍(lán)牙（Bluetooth）這個(gè)概念源于1994年，當(dāng)時(shí)的ERICSSON公司對(duì)無電纜情況下的移動(dòng)電話和其他設(shè)備產(chǎn)生了濃厚的興趣，為此，ERICSSON公司聯(lián)合IBM、Intel、NOKIA和Toshiba這4家公司，發(fā)起了一個(gè)用于將計(jì)算機(jī)與通信設(shè)備、附加部件和外部設(shè)備，通過短距離的、低功耗的、低成本的無線信道連接的無線標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目的開發(fā)，這個(gè)項(xiàng)目稱為藍(lán)牙。所謂藍(lán)牙，是一種可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和樓宇個(gè)域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換（使用2.4～2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波）的無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE將藍(lán)牙技術(shù)列為IEEE802.15.1，但如今已不再維持該標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于對(duì)功耗要求較高且需要和手機(jī)、計(jì)算機(jī)等設(shè)備直接交互的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品而言，藍(lán)牙的低功耗、短距離通信等特點(diǎn)很好地滿足了其需求，因此，藍(lán)牙在物聯(lián)網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。相較于藍(lán)牙4.0，藍(lán)牙5.0在傳輸速度及傳輸極限距離上都有了較大的性能提升，另外，在抗干擾方面，藍(lán)牙5.0也得到了有效提升，能夠有效地抵御多種電磁干擾。但藍(lán)牙同樣有一些缺陷，即無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，因此，?duì)其的研究還需要進(jìn)一步深入?？傮w而言，藍(lán)牙主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（1）工作頻段全球通用。藍(lán)牙的載頻選用全球可用的2.45GHz工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)（ISM）頻帶，這使得全球范圍內(nèi)的用戶均可以對(duì)其進(jìn)行無界限的使用，解決了蜂窩式移動(dòng)電話的“國界”障礙。藍(lán)牙技術(shù)可以使擁有藍(lán)牙功能的設(shè)備很方便、快速地搜索到另一個(gè)藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品，并與其建立連接，然后可以通過控制軟件在兩個(gè)設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。（2）兼容性和抗干擾能力強(qiáng)。目前，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)能夠發(fā)展成為獨(dú)立于操作系統(tǒng)的一門技術(shù)，且對(duì)各種操作系統(tǒng)都具有良好的兼容性。藍(lán)牙技術(shù)具有跳頻功能，該功能可以有效地避免ISM頻帶遇到干擾源，大大提高了藍(lán)牙技術(shù)的抗干擾能力。（3）傳輸距離較短。藍(lán)牙技術(shù)是一門短距離無線通信技術(shù)，因此，傳輸距離短也是藍(lán)牙的一個(gè)特點(diǎn)?，F(xiàn)階段的藍(lán)牙技術(shù)的主要工作范圍為10m左右，增大射頻功率后的藍(lán)牙技術(shù)可以在100m的范圍內(nèi)進(jìn)行工作，只有在工作范圍內(nèi)才能保證藍(lán)牙技術(shù)的傳輸速度不受影響。而且，藍(lán)牙技術(shù)的連接過程可以大大減小該技術(shù)與其他電子產(chǎn)品之間的干擾，從而保證自己可以正常運(yùn)行。（4）低功耗。藍(lán)牙設(shè)備在通信連接的狀態(tài)下，具有激活、呼吸、保持和休眠模式，激活模式時(shí)藍(lán)牙處于正常工作狀態(tài)，而其他模式則是為了節(jié)能所規(guī)定的低功耗模式。（2）高速WPAN標(biāo)準(zhǔn)介紹WPAN是無線個(gè)人局域網(wǎng)通信技術(shù)（WirelessPersonalAreaNetworkCommunicationTechnologies）的簡稱，是一種采用無線連接的個(gè)人局域網(wǎng)，常被稱為無線個(gè)人局域網(wǎng)或無線個(gè)域網(wǎng)。WPAN指的是能在便攜式通信設(shè)備和電器之間進(jìn)行短距離特別連接的網(wǎng)絡(luò)。定義中的“特別連接”包含兩層含義：一是指設(shè)備既能承擔(dān)主控功能，又能承擔(dān)被控功能；二是指設(shè)備具有加入或離開現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的方便性。WPAN關(guān)注的是個(gè)人的信息和連接需求，包括將數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)同步到便攜式設(shè)備、便攜式設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，以及為便攜式設(shè)備提供Internet連接。相較于無線廣域網(wǎng)（WWAN）、無線城域網(wǎng)（WMAN）、無線局域網(wǎng)（WLAN），無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）是一種覆蓋范圍較小的無線網(wǎng)絡(luò)。WPAN在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成上位于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈的末端，主要用于實(shí)現(xiàn)同一地點(diǎn)終端與終端間的連接，如計(jì)算機(jī)與藍(lán)牙鍵盤的連接。人們通常按照傳輸速率將WPAN分為低速WPAN、高速WPAN及超高速WPAN。IEEE802.15WPAN工作組為了滿足物理層（PHY）數(shù)據(jù)傳輸速率和介質(zhì)訪問控制層（MAC）服務(wù)質(zhì)量（QualityofService，QoS）的要求，建立了一個(gè)IEEE802.15.3高速率WPAN任務(wù)組。經(jīng)過授權(quán)，該組已經(jīng)創(chuàng)建一個(gè)高速率的WPAN標(biāo)準(zhǔn)，提出這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的目的是連接下一代便攜式消費(fèi)者電器和通信設(shè)備，支持各種高速率的多媒體應(yīng)用。高速WPAN主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：能為多媒體業(yè)務(wù)提供具有QoS支持的特別連接；可以很方便地加入和離開現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)；具有先進(jìn)的功率管理功能，可節(jié)省電源消耗；通信距離小于10m時(shí)的通信效果最優(yōu)，成本、復(fù)雜性低；支持高達(dá)55Mb/s的高數(shù)據(jù)速率，可傳輸高質(zhì)量影像和聲音。（3）ZigBee標(biāo)準(zhǔn)介紹ZigBee技術(shù)是一種短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸速率、低成本的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，以IEEE802.15.4無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)，涉及網(wǎng)絡(luò)、安全、應(yīng)用方面的軟件協(xié)議。ZigBee技術(shù)被IEEE確定為低速率無線個(gè)人局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其作為低成本、低功耗、雙向近距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域的核心支撐技術(shù)。ZigBee技術(shù)自身所具備的優(yōu)勢與特點(diǎn)，使其與物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的開發(fā)、應(yīng)用完美結(jié)合，成為物聯(lián)網(wǎng)的重要支撐技術(shù)。（1）工作頻段靈活。已經(jīng)可以使用的頻段有2.4GHz、868MHz（歐洲）及915MHz（美國），都是可以免除執(zhí)照的頻段。（2）速率低。雖然在不同的工作頻段ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸速率不同，但是都處在較低的速率上。在868MHz頻段，有一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率為20kb/s的傳輸信道；在915MHz頻段，有10個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率為40kb/s的傳輸信道；在2.4GHz頻段，有16個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率為250kb/s的傳輸信道。（3）功耗低。ZigBee的時(shí)間分為工作期和非工作期。由于ZigBee技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，因此在工作時(shí)的信號(hào)收發(fā)時(shí)間短。而在非工作時(shí)，ZigBee節(jié)點(diǎn)處于休眠模式。在低功耗的待機(jī)模式下，一般ZigBee節(jié)點(diǎn)由兩節(jié)普通5號(hào)干電池供電，可使用6個(gè)月以上，從而免去了充電或頻繁更換電池的煩瑣。（4）通信范圍有限。ZigBee低功耗的特點(diǎn)決定了設(shè)備具有較小的發(fā)射功率，一般兩個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)的有效通信距離為10～75m，基本可以覆蓋普通家庭和辦公室。（5）成本低。由于ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸速率較低、協(xié)議簡單，因此其成本較低，而且其協(xié)議不收取專利費(fèi)。ZigBee降低了其自身對(duì)通信控制器的要求，可以采用8位單片機(jī)進(jìn)行控制，從而大大降低了硬件成本。（6）時(shí)延短。ZigBee的通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)到啟動(dòng)的時(shí)延都很短，該特征對(duì)時(shí)間敏感的信息是至關(guān)重要的，此外還可以減小能量消耗。（7）數(shù)據(jù)傳輸可靠。ZigBee采用了載波偵聽/沖突檢測（CSMA/CA）防碰撞機(jī)制，給需要帶寬固定的通信業(yè)務(wù)預(yù)留專用時(shí)隙，避免在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生沖突與競爭。在MAC層采用了確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，當(dāng)傳輸過程中出現(xiàn)問題時(shí)可以重新發(fā)送，從而建立可靠的數(shù)據(jù)通信模式。（8）網(wǎng)絡(luò)容量大。ZigBee設(shè)備有協(xié)調(diào)器、路由器和終端三種類型。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的連接，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展至64000個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的規(guī)模，可以滿足大面積無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布建需求。（9）組網(wǎng)方式靈活。ZigBee組網(wǎng)方式較為靈活，除了可以組成星形網(wǎng)、簇形網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)等方式，網(wǎng)絡(luò)還可以隨節(jié)點(diǎn)設(shè)備的加入或退出呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化。（10）自配置。在有效的通信范圍內(nèi)，ZigBee可以通過網(wǎng)關(guān)自動(dòng)建立自己的網(wǎng)絡(luò)，其采用的是CSMA/CA的方式接入信道；它的節(jié)點(diǎn)設(shè)備可隨時(shí)加入或退出，擁有一種自組織的、自配置的組網(wǎng)連接模式。（11）安全模式。ZigBee支持認(rèn)證與鑒權(quán)，并在數(shù)據(jù)傳輸過程中提供了三個(gè)等級(jí)的安全處理。第一級(jí)是無安全模式，例如，在某些應(yīng)用中安全問題并不重要或上層已經(jīng)給予足夠多的安全保護(hù)，設(shè)備就可以選擇這種方式來傳輸數(shù)據(jù)。第二級(jí)是安全模式，設(shè)備通過使用接入控制列表（ACL）來防止非法設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，這種安全模式不采取加密措施。第三級(jí)是安全模式，在數(shù)據(jù)傳輸過程中采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES.128）的對(duì)稱密碼，AES可以保護(hù)數(shù)據(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法的設(shè)備。ZigBee技術(shù)具有的上述優(yōu)點(diǎn)，使之可以和物聯(lián)網(wǎng)完美地結(jié)合在一起，成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要支撐技術(shù)。三、歸納總結(jié)，隨堂練習(xí)，布置作業(yè)（1）對(duì)課堂上講解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使用學(xué)習(xí)通的練習(xí)題鞏固本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。第3-4課時(shí)（近場無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議（2））一、回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課留的作業(yè)進(jìn)行答疑（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題在上一節(jié)課中已經(jīng)介紹了近場無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議中的Bluetooth標(biāo)準(zhǔn)、高速WPAN標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)介紹，本節(jié)課將繼續(xù)介紹WLAN標(biāo)準(zhǔn)和高速WMAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及近場無線通信技術(shù)在智慧城市信息資源智能化服務(wù)中的應(yīng)用。二、進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）WLAN標(biāo)準(zhǔn)介紹無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它通過無線通信技術(shù)在一定局部范圍內(nèi)建立網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能，使用戶真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。典型的WLAN結(jié)構(gòu)如圖2-1-10所示。無線網(wǎng)絡(luò)的歷史起源可以追溯到“二戰(zhàn)”時(shí)期美國陸軍研究出的一套無線電傳輸技術(shù)，該科技加上高強(qiáng)度的加密技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了通過無線電信號(hào)進(jìn)行資料傳輸?shù)墓δ?。這項(xiàng)技術(shù)讓許多學(xué)者得到了靈感，到1971年，夏威夷大學(xué)成功地研究出第一個(gè)基于封包式技術(shù)的無線電通信網(wǎng)絡(luò)ALOHNET，該網(wǎng)絡(luò)包括7臺(tái)計(jì)算機(jī)，采用雙向星形拓?fù)錂M跨了4座島嶼，至此，無線網(wǎng)絡(luò)正式誕生。此后，經(jīng)過近20年的發(fā)展，IEEE于1990年正式啟用了802.11項(xiàng)目，標(biāo)志著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸走向成熟，從該項(xiàng)目開展以來，先后有IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11e、IEEE802.11f、IEEE802.11h、IEEE802.11i、IEEE802.11j、IEEE802.11n等標(biāo)準(zhǔn)的制定，目前IEEE802.11n已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，IEEE802.11n技術(shù)可以給用戶提供高速度、高質(zhì)量的WLAN服務(wù)。2003年，Intel推出了自己旗下第一款帶有WLAN無線網(wǎng)卡芯片模塊的迅馳處理器，盡管當(dāng)時(shí)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還不很成熟，但該芯片在功耗、性能上都遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)時(shí)的芯片，且Intel對(duì)其進(jìn)行了捆綁銷售，使許多無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商看到了商機(jī)，從而大大促進(jìn)了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，WLAN已融入人們的生活，成為人們生活中不可或缺的一部分。（2）高速WMAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)介紹無線城域網(wǎng)（WMAN）按照IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)在一個(gè)城市的部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，由于建筑物之間的位置是固定的，因此WMAN需要在建筑物上建立基站，基站之間采用全雙工、寬帶通信方式工作?；贗EEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的WPAN結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1-15所示。WMAN的覆蓋范圍為幾千米到幾十千米，能提供語音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體、IP等多業(yè)務(wù)的接入服務(wù)，且可以提供支持QoS的能力和具有一定范圍移動(dòng)性的共享接入能力。IEEE802.16工作組于1999年成立，成立該工作組的目的是開發(fā)寬帶無線標(biāo)準(zhǔn)，以滿足快速發(fā)展的寬帶無線接入技術(shù)的需求。2002年4月，該工作組公布了一個(gè)10～66GHz的IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.16是當(dāng)前無線通信領(lǐng)域的前沿技術(shù)，是高速連接“最后一公里”的廉價(jià)方法，它提供了用戶與核心網(wǎng)絡(luò)之間的連接方式。IEEE802.16工作組又分為三個(gè)小工作組：IEEE802.16.1、IEEE802.16.2及IEEE802.16.3。這三個(gè)小工作組各自負(fù)責(zé)IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的不同方面：IEEE802.16.1負(fù)責(zé)制定頻率為10～60GHz的無線接口標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.16.2負(fù)責(zé)制定寬帶無線接入系統(tǒng)共存方面的標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.16.3負(fù)責(zé)制定頻率在2GHz到10GHz之間獲得頻率使用許可的應(yīng)用的無線接口標(biāo)準(zhǔn)。11GHz以下范圍的非視距特性較理想，樹木與建筑物等對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊戄^小，這使得基站的建設(shè)不需要架設(shè)高大的信號(hào)傳輸塔，只需在建筑物頂部直接安裝即可，且2～11GHz的系統(tǒng)基本可以滿足大多數(shù)寬帶無線接入需求，因而更適用于“最后一公里”接入領(lǐng)域。為此，IEEE802.16工作組于2003年1月推出了運(yùn)行于2～11GHz的擴(kuò)展版本標(biāo)準(zhǔn)—IEEE802.16a，該標(biāo)準(zhǔn)適用于特許頻段和2.4GHz、5.8GHz等無須許可的頻段。2004年，IEEE802.16工作組在原有協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，提出了IEEE802.16d，該標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)，工作在10～66GHz和小于11GHz的頻率范圍，可以支持2～11GHz非視距傳輸和10～66GHz視距傳輸，但不支持移動(dòng)環(huán)境，又稱為固定WiMax。2005年，IEEE802.16e作為IEEE802.16d的增強(qiáng)版本被提出，該標(biāo)準(zhǔn)定義了同時(shí)支持固定和移動(dòng)性寬帶無線接入系統(tǒng)的空中接口，適用于6GHz以下的許可頻道。協(xié)議棧中，物理層位于底層，由傳輸匯聚子層（TCL）和物理媒介依賴子層（PMD）組成，主要涉及頻率帶寬、調(diào)制方式、糾錯(cuò)技術(shù)及收發(fā)信機(jī)之間的同步、數(shù)據(jù)傳輸速率和時(shí)分復(fù)用結(jié)構(gòu)等方面，支持時(shí)分雙工（TDD）和頻分雙工（FDD）方式。時(shí)分雙工是指上下行傳輸占用不同的時(shí)段，頻分雙工則指上下行傳輸占用不同的頻率。MAC層由特定服務(wù)匯聚子層、MAC公共部分子層及安全子層組成。特定服務(wù)匯聚子層的功能為將服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）接收到的外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)映射到MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU），并通過MACSAP傳輸給MAC公共部分子層，不同類型的匯聚子層可以為高層提供不同的接口；MAC公共部分子層主要提供包括系統(tǒng)接入、帶寬分配、連接建立及連接維護(hù)在內(nèi)的MAC層核心功能；安全子層主要用于提供鑒權(quán)、密鑰交換和加密功能。（3）近場無線通信技術(shù)在智慧城市信息資源智能化服務(wù)中的應(yīng)用智慧城市的建設(shè)模式主要有3種：以物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)為驅(qū)動(dòng)的建設(shè)模式、以信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為先導(dǎo)的建設(shè)模式、以社會(huì)應(yīng)用為突破口的建設(shè)模式。其中，以物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)為驅(qū)動(dòng)的建設(shè)模式日益成為關(guān)鍵的模式，而近場無線通信技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，在智慧城市信息資源智能化服務(wù)中也得到了廣泛應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)主要應(yīng)用于各種設(shè)備的統(tǒng)一調(diào)度。（1）家庭應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，家庭中的電子化產(chǎn)品日益增多，使用藍(lán)牙可以便于住戶進(jìn)行統(tǒng)一管理。藍(lán)牙技術(shù)所使用的頻段是開放的頻段，這就使得任何用戶都可以方便地應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)，而無須對(duì)頻道的使用進(jìn)行付費(fèi)及其他處理。通過設(shè)置密碼，用戶可以使自家住宅的藍(lán)牙私有化。在家中擁有數(shù)臺(tái)計(jì)算機(jī)后，藍(lán)牙的存在使用戶只使用一部手機(jī)就可以對(duì)任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操控。而其他家電（如冰箱、空調(diào)等）也可依據(jù)類似原理，通過藍(lán)牙進(jìn)行控制。（2）辦公應(yīng)用。在辦公室中，一個(gè)強(qiáng)大的“藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)”可以將辦公信息及時(shí)更新，將各類文件高速推送。辦公室中的各種內(nèi)部交流也可以通過這個(gè)“藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)”進(jìn)行。計(jì)算機(jī)、手機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備均可通過藍(lán)牙交流。蜘蛛網(wǎng)式的會(huì)議室也將被淘汰，白板記錄儀、攝影機(jī)等都可以利用藍(lán)牙來簡化操作。（3）公共場所。在現(xiàn)今的公共場所中，Wi-Fi變得更加普及，而在應(yīng)用藍(lán)牙后，設(shè)置藍(lán)牙基站的企業(yè)可以通過藍(lán)牙技術(shù)向覆蓋范圍內(nèi)的所有終端傳送企業(yè)廣告。例如，餐廳可以通過藍(lán)牙技術(shù)將顧客的點(diǎn)單同步到傳送臺(tái)和后廚，可以大大節(jié)約人力和時(shí)間成本。除為家庭、辦公區(qū)域、公共區(qū)域提供網(wǎng)絡(luò)外，Wi-Fi技術(shù)也時(shí)常被應(yīng)用于定位系統(tǒng)。（1）醫(yī)院資產(chǎn)和人員安全管理。國外醫(yī)院正迅速采用基于無線局域網(wǎng)的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，國內(nèi)醫(yī)院也非常關(guān)注這一新動(dòng)向。在醫(yī)院或醫(yī)療機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)工作環(huán)境中，對(duì)資產(chǎn)和人員的低可見度往往導(dǎo)致時(shí)間與資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，甚至造成無法彌補(bǔ)的后果?；赪i-Fi的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地跟蹤病人、職員和醫(yī)療設(shè)備，監(jiān)視有價(jià)值資產(chǎn)的區(qū)域安全和環(huán)境條件。醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)采用基于Wi-Fi的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)能獲得非常大的收益。（2）物流配送管理。物流行業(yè)一直是實(shí)時(shí)定位技術(shù)的典型應(yīng)用領(lǐng)域，隨著物流業(yè)的快速發(fā)展，無線物流將會(huì)成為未來物流發(fā)展的趨勢。物流分配中心每天會(huì)有大量的托盤、拖車進(jìn)出，需要花費(fèi)大量的人力、物力去管理這些不斷移動(dòng)的資產(chǎn)，而且人工的操作容易導(dǎo)致很多錯(cuò)誤。采用了基于Wi-Fi的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)后，這些托盤和拖車的位置會(huì)隨時(shí)被自動(dòng)記錄下來，只要在系統(tǒng)的電子地圖上搜索，就可以立即找到它們。一旦發(fā)生錯(cuò)誤放置，系統(tǒng)就會(huì)立即報(bào)警。（3）涉密資產(chǎn)和人員定位管理。在學(xué)校、公園等基于人員安全或其他特殊目的的環(huán)境中，往往需要隨時(shí)了解人員所在的位置、行蹤和人員狀況。另外，針對(duì)貴重資產(chǎn)和涉密資產(chǎn)，往往需要提供實(shí)時(shí)的監(jiān)護(hù)和看管，基于Wi-Fi的RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)可以很好地應(yīng)用在這些定位管理上，可以加強(qiáng)資產(chǎn)和人員安全管理。（1）高校智能照明系統(tǒng)。傳統(tǒng)的高校照明系統(tǒng)存在教室、圖書館、實(shí)驗(yàn)室無人亮燈、人少亮燈，以及樓道、廁所、路燈通夜亮燈等情況。針對(duì)上述情況，部分高校將ZigBee技術(shù)應(yīng)用到高校照明系統(tǒng)中，將ZigBee協(xié)議作為理論依據(jù)，設(shè)計(jì)高校路燈照明系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)基于網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體系，其中硬件采用CC2530芯片，軟件采用Z-Stack協(xié)議棧，通過路由器向節(jié)點(diǎn)上的終端設(shè)備發(fā)送信號(hào)，終端設(shè)備收到信號(hào)后進(jìn)行反饋，進(jìn)而完成對(duì)照明設(shè)備的控制。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高校路燈及教學(xué)樓、圖書館等樓宇照明的有效控制，達(dá)到了節(jié)能的目的。（2）智能家居?；赯igBee技術(shù)的智能家居應(yīng)用，可把ZigBee模塊嵌入智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的各傳感器設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)近距離無線組網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸。由用戶PC或手機(jī)、網(wǎng)關(guān)、光線傳感器、溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、甲醛傳感器、灰塵傳感器等設(shè)備組成完整系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智慧門禁、智慧家電、智慧安防等，可以提供完整且實(shí)時(shí)的家庭環(huán)境報(bào)告，給人們帶來更健康的生活。（3）醫(yī)療檢測應(yīng)用。生命體征檢測設(shè)備由加速度計(jì)，陀螺儀，溫度、皮電、血壓等傳感器組成。實(shí)時(shí)監(jiān)測和采集心率、呼吸、血壓、心電、核心體溫、位移等多種身體特征參數(shù)。生命體征檢測設(shè)備內(nèi)置ZigBee模塊，可實(shí)時(shí)記錄病人數(shù)據(jù)，最終無線傳輸?shù)浇K端或工作站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。且救護(hù)車在去往醫(yī)院的途中，可以使用該技術(shù)提供實(shí)時(shí)的病人信息，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與初級(jí)的看護(hù)，從而大幅縮短救援的響應(yīng)時(shí)間，為病人的進(jìn)一步搶救贏得寶貴的時(shí)間。三、歸納總結(jié)，隨堂練習(xí)，布置作業(yè)（1）對(duì)課堂上講解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，使用學(xué)習(xí)通中的隨堂練習(xí)題鞏固本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)。第5-6課時(shí)（物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和互操作性）一、回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課留的作業(yè)進(jìn)行答疑（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題在上兩節(jié)課中已經(jīng)介紹了物聯(lián)網(wǎng)體系標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議架構(gòu)，本節(jié)課將講解物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和互操作性。體系架構(gòu)可以精確地定義系統(tǒng)的各組成部件及其之間的關(guān)系，指導(dǎo)開發(fā)人員遵循一致的原則實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，保證最終建立的系統(tǒng)符合預(yù)期的設(shè)想。由此可見，體系架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展。從技術(shù)架構(gòu)上來看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層主要包括傳感技術(shù)、射頻技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、短距離傳輸技術(shù)等；網(wǎng)絡(luò)層主要包括各類網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用層則包括各種服務(wù)支撐技術(shù)及各類應(yīng)用。二、進(jìn)行重點(diǎn)知識(shí)的講解（1）感知層感知層由各種傳感器、執(zhí)行器、短距離無線通信節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)等構(gòu)成，包括：傳感器、二維碼掃描儀、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端；步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、繼電器、電磁閥等執(zhí)行器；ZigBee、Wi-Fi、IPv6、藍(lán)牙等短距離無線通信節(jié)點(diǎn)及數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)等感知層相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等感知系統(tǒng)，它是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的手段，其主要功能是識(shí)別物體、采集信息、數(shù)據(jù)匯聚等。電子產(chǎn)品編碼（ElectronicProductCode，EPC）是一種對(duì)EAN·UCC（全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng)）的條形編碼進(jìn)行擴(kuò)充后形成的編碼系統(tǒng)，是一個(gè)完整的、復(fù)雜的、綜合的系統(tǒng)。建立這個(gè)系統(tǒng)的目的是為每一件單品建立全球的、開放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)對(duì)單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯，從而有效提高供應(yīng)鏈管理水平、降低物流成本。RFID（RadioFrequencyIdentification）即射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，并對(duì)其信息進(jìn)行標(biāo)志、登記、存儲(chǔ)和管理。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成。①電子標(biāo)簽：由芯片和標(biāo)簽天線或線圈組成，通過電感耦合或電磁反射原理與讀寫器進(jìn)行通信。每個(gè)電子標(biāo)簽內(nèi)部都存儲(chǔ)著唯一的識(shí)別碼（ID）。這個(gè)識(shí)別碼不能修改，也不能進(jìn)行造假，在使用中保證了產(chǎn)品信息的安全性和可靠性。當(dāng)電子標(biāo)簽附著在物體上時(shí)，電子標(biāo)簽上的識(shí)別號(hào)就與物體建立了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。②讀寫器：由天線、耦合元件、芯片組成，用于讀?。ㄔ谧x寫卡中還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備。③天線：可以內(nèi)置在讀寫器中，也可以通過同軸電纜與讀寫器的天線接口相連。用于在標(biāo)簽和讀寫器間傳輸射頻信號(hào)，即標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息。傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，也是物聯(lián)網(wǎng)感知層中至關(guān)重要的技術(shù)。傳感器技術(shù)的出現(xiàn)早于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)傳感器技術(shù)提出了更高的要求，促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)單元，傳感器在物聯(lián)網(wǎng)的信息感知與采集層面，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)特性優(yōu)良與否的關(guān)鍵。傳感器是指能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置。傳感器是各種信息處理系統(tǒng)獲取信息的重要途徑。在以傳感網(wǎng)為核心的物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器的作用尤為突出，是物聯(lián)網(wǎng)中獲得信息的主要設(shè)備和構(gòu)成感知層的基本硬件基礎(chǔ)。作為物聯(lián)網(wǎng)中的信息采集設(shè)備，傳感器利用各種機(jī)制把被測量轉(zhuǎn)換為一定形式的電信號(hào)，然后由相應(yīng)的信號(hào)處理裝置來處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。常見的傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、光傳感器、霍爾（磁性）傳感器等。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源這4部分組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應(yīng)用，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，是物聯(lián)網(wǎng)概念中很重要的內(nèi)容。WSN作為物聯(lián)網(wǎng)前端技術(shù)，是一種全新的信息獲取平臺(tái)，是普適計(jì)算和未來感知系統(tǒng)的重要技術(shù)基礎(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。美國《商業(yè)周刊》和《麻省理工科技評(píng)論》在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)列為21世紀(jì)最有影響的21項(xiàng)技術(shù)和改變世界的10大技術(shù)之一。（2）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳輸與處理感知層獲取的信息。經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。M2M（Machine-to-Machine）即機(jī)器對(duì)機(jī)器，是一種在系統(tǒng)之間、遠(yuǎn)程設(shè)備之間、機(jī)器與人之間建立無線連接，使設(shè)備數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)，其目標(biāo)是使所有機(jī)器都具備聯(lián)網(wǎng)和通信能力，核心理念就是網(wǎng)絡(luò)一切（NetworkEverything）。M2M綜合了數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、通信、信息處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間暢通無阻、隨時(shí)隨地的通信。M2M技術(shù)是首先在物聯(lián)網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言，M2M是一個(gè)點(diǎn)，或者說是一條線，只有當(dāng)其規(guī)?；?、普及化，且各個(gè)M2M系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能的融合和通信時(shí)，才能形成物聯(lián)網(wǎng)。M2M的發(fā)展將極大地推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，并徹底改變整個(gè)社會(huì)的工作和生活方式，提高生產(chǎn)能力及工作效率，使人們的生活更輕松、更便利、更和諧。未來的物聯(lián)網(wǎng)將由無數(shù)個(gè)M2M系統(tǒng)組成，它們通過中央處理單元協(xié)同運(yùn)作，負(fù)責(zé)自己的功能處理，最終組成智能化的社會(huì)系統(tǒng)。LR-WPAN是為短距離、低速率、低功耗無線通信而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)，它是由IEEE802.15.4定義的一種低速無線個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。IEEE802.15.4的設(shè)備密度很大，迫切需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，且為了滿足不同設(shè)備制造商的設(shè)備間的互聯(lián)和互操作性，需要制定統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)，但是該標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了物理層（PHY）和介質(zhì)訪問控制（MAC）層標(biāo)準(zhǔn)，而沒有涉及網(wǎng)絡(luò)層以上的規(guī)范，這使得其網(wǎng)絡(luò)化尤為困難。而IPv6具有規(guī)?？涨暗牡刂房臻g及開放性，使得人們開始研究IPv6技術(shù)與LR-WPAN技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)，以期解決IEEE802.15.4面臨的問題，6LoWPAN應(yīng)運(yùn)而生。6LoWPAN（IPv6overLowPowerWirelessPersonalAreaNetwork）是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）定義的一種基于IPv6的低速無線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即IPv6overIEEE802.15.4。研究該技術(shù)的目的是將IPv6引入以IEEE802.15.4為底層標(biāo)準(zhǔn)的無線個(gè)域網(wǎng)。該技術(shù)的出現(xiàn)解決了窄帶寬無線網(wǎng)絡(luò)中的低功耗、有限處理能力的嵌入式設(shè)備使用IPv6的困難，實(shí)現(xiàn)了短距離通信到IPv6的接入，推動(dòng)了短距離、低速率、低功耗的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。TD-SCDMA（TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess，時(shí)分同步碼分多址）是以我國知識(shí)產(chǎn)權(quán)為主的、被國際上廣泛接受和認(rèn)可的第三代移動(dòng)通信（簡稱3G）標(biāo)準(zhǔn)，也是被國際電信聯(lián)盟批準(zhǔn)的三個(gè)3G標(biāo)準(zhǔn)之一。TD-SCDMA的優(yōu)勢主要在其頻譜利用率、頻譜靈活性及成本上，且其采用時(shí)分雙工的方式，使上行和下行的特性幾乎相同，因此，將其應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的承載網(wǎng)技術(shù)中，能大大推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。在物聯(lián)網(wǎng)的承載平臺(tái)中應(yīng)用TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)將充分發(fā)揮其優(yōu)勢，且可以推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)種植和醫(yī)療環(huán)保等行業(yè)的發(fā)展。光導(dǎo)纖維通信簡稱光纖通信，是一種利用光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中，光纖通信系統(tǒng)使用的是由許多光纖聚集在一起而形成的光纜，而不是單根的光纖。采用光纖傳導(dǎo)信號(hào)，使光纖通信系統(tǒng)具有很多別的通信系統(tǒng)沒有的優(yōu)勢，主要有以下6點(diǎn)：（1）頻帶寬，通信容量大；（2）傳輸損耗低；（3）抗電磁干擾；（4）保密性強(qiáng)，使用安全；（5）體積小、質(zhì)量輕，便于鋪設(shè)；（6）材料資源豐富。這些優(yōu)點(diǎn)非常符合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中對(duì)海量數(shù)據(jù)的傳輸與承載的要求，因此將該技術(shù)使用在物聯(lián)網(wǎng)中，將大大加快物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。（3）應(yīng)用層應(yīng)用層可以分為兩個(gè)子層：一個(gè)是云應(yīng)用層，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、存儲(chǔ)、計(jì)算和處理；另一個(gè)是終端人機(jī)世界，主要負(fù)責(zé)信息的顯示。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層覆蓋自然界的方方面面，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流、醫(yī)療等國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)領(lǐng)域。應(yīng)用層的主要支撐技術(shù)為服務(wù)與管理技術(shù)、云計(jì)算和霧計(jì)算技術(shù)。云計(jì)算的特征如下：①超大規(guī)模。“云”所擁有的超強(qiáng)的運(yùn)算、存儲(chǔ)和信息服務(wù)功能來自其超大規(guī)模的服務(wù)器集群。②彈性服務(wù)。云計(jì)算提供的服務(wù)規(guī)模能夠快速伸縮，這使得云計(jì)算能夠快速調(diào)整用戶使用的資源，使其與用戶業(yè)務(wù)需求相一致，避免了服務(wù)器性能過載或冗余而導(dǎo)致的服務(wù)質(zhì)量下降或資源浪費(fèi)。③資源池化。通過共享資源池的方式對(duì)資源進(jìn)行