自考物联网应用技术与设计

高纲1580江苏省高等教育自学考试大纲12586物联网应用技术与设计南京信息工程大学编江苏省高等教育自学考试委员会办公室1Ⅰ课程性质与课程目标一、课程性质和特点《物联网应用技术与设计》课程是江苏省高等教育自学考试物联网工程专业（本科段）考试计划规定的选考课，是为培养自学应考者了解和掌握物联网应用技术与设计的基本知识、理论和应用而设置的一门选考课。本课程是一门面向应用的专业科，课程围绕物联网中“感知、传输、应用”所涉及的三项技术架构物联网技术知识体系，分为物联网基本概念、物联网感知技术、物联网通信技术和物联网支撑技术与应用四大部分内容，比较全面地介绍物联网的概念、实现技术和典型应用。本课程涉及了当前物联网领域的各种新技术及其研究成果，首先介绍了物联网的基本概念、体系结构、关键技术；接着介绍物联网感知层常用的条码自动识别技术、射频自动识别技术、卡类自动识别技术、生物特征自动识别技术、图像自动识别技术，传感器技术，智能技术；随后介绍射频识别(RFID)工作原理、RFID系统的基本组成及RFID的典型应用；然后介绍与物联网相关的无线通信与网络技术、传感网及其关键支撑技术等，详细介绍与物联网相关的常用短距离无线通信技术，如蓝牙、Wi-Fi、红外、ZigBee、NFC、UWB等；进而介绍无线传感器网络的体系结构、网络协议、控制技术等，还介绍了物联网支撑技术，包括云计算、数据融合、物联网中间件、物联网安全；最后介绍了物联网应用及典型方案。本课程是前期课程的延续，特点是理论和实践相结合，应用性较强。通过学习本课程，考生不仅可以从技术理论上对物联网有较全面的了解，而且可以根据应用实例对物联网技术有更直观的认识，为从事工程技术工作和科学研究工作奠定基础。二、课程目标通过本课程的学习，要求考生应具有以下的理论知识和应用技能：从理论联系实际的角度，了解物联网系统设计的思路、方法和步骤；1、要求学生能综合运用感知层、网络层和应用层等关键技术和知识，熟练进行传感设备、RFID设备、网络、嵌入式系统的选型；2、培养学生综合应用所学专业理论知识去分析、解决实际工程问题的能力，能够进行物联网项目的需求分析和总体方案设计；3、训练和提高设计的基本技能，能熟练进行系统集成和性能测试，并能承担一般的物2联网工程项目；4、学会在设计过程中利用有关国家标准、设计手册及产品样本等有关技术资料；5、进一步巩固、加深和拓宽所学的专业知识。本课程是一门实践性很强的专业选考课，要求学生了解和掌握基本理论，同时具备较强的操作能力及应用能力。本门课程的考试旨在考核学生对物联网应用技术与设计的掌握情况。考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，答题应清晰正确。在自学过程中，要求考生在通读教材，理解和掌握所学基本原理知识及基本方法的基础上，结合习题与思考题的练习，提高分析问题和解决问题的能力。三、与相关课程的联系与区别本课程是一门面向应用的专业课程，需要有许多先期基础知识课程的支撑，学习本课程前，考生应具备的知识基础有：模拟电子技术、数字电子技术、物联网技术基础导论、传感器和数据采集、嵌入式开发系统、数据通信与计算机网络等，是对所学相关知识的综合应用。四、课程的重点和难点本课程围绕物联网中“感知、传输、应用”所涉及的三项技术架构物联网技术知识体系，分为物联网基本概念、物联网感知技术、物联网通信技术和物联网支撑技术与应用4个部分，比较全面地介绍物联网的概念、实现技术和典型应用。本课程重点为综合运用感知层、网络层和应用层等关键技术和知识，熟练进行传感设备、RFID设备、网络、嵌入式系统的选型与应用，能够进行物联网项目的需求分析、方案设计和实际应用。考生要注意把握重点和考核知识点内容，用考核目标和各章的考核要求检验学习的效果，也要了解一般内容的知识点。Ⅱ考核目标本课程自学考试大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。3各能力层次的含义是：识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本大纲中规定的有关知识点的主要内容（如定义、表达式、公式、格式、原则、原理、重要结论、方法及特征、特点等），并能够根据考核的不同要求，做出正确的表述、选择和判断。领会（Ⅱ）：要求考生能够领悟和理解本大纲中规定的有关知识点的内涵及外延，熟悉其内容要点和它们之间的区别与联系，并能正确地解释说明和论述。并能根据考核的不同要求对有关问题进行逻辑推理和论证，做出正确的解释、叙述和说明。简单应用（Ⅲ）：要求考生能够运用本大纲中规定的少量知识点，学会使用几种常见的物联网相关模块，解决外界信息检测的简单应用问题，并能绘制出简单功能扩展应用原理图，分析和说明系统的功能。综合应用（Ⅳ）：要求考生能够运用本大纲中规定的多个知识点，面对较复杂的物联网应用问题，进行系统设计和实施方案设计，绘制出系统功能扩展应用的原理图，分析和解决一般工程应用问题。Ⅲ课程内容与考核要求第1章物联网及其体系结构一、学习目的与要求通过本章的学习，了解物联网的基本概念、体系结构、关键技术，明确学习内容和目的，以及本课程的性质和任务。二、课程内容1.1物联网的定义1.2物联网的特点1.2.1物联网的全面感知1.2.2物联网的可靠传递1.2.3物联网的智能控制1.2.4物联网的多种数据融合1.3物联网相关概念41.3.1物联网与互联网1.3.2物联网与传感器网1.3.3物联网与泛在网1.4物联网的体系结构1.5感知层功能及其关键技术1.5.1感知层功能1.5.2感知层关键技术1.6网络层功能及其关键技术1.6.1网络层功能1.6.2网络层关键技术1.7应用层功能及其关键技术1.7.1应用层功能1.7.2应用层关键技术三、考核知识点掌握物联网定义、基本概念、特点，熟悉物联网体系结构，了解感知层、网络层、应用层的功能及其关键技术。四、考核要求1）识记(1)物联网的定义；(2)物联网的特点；(3)物联网的三个层次结构；(4)感知层功能；(5)网络层功能；(6)应用层功能。2）领会(1)物联网与互联网、传感网、泛在网的区别与联系；5(2)感知层涉及到的几项关键技术；(3)网络层涉及到的几项关键技术；(3)应用层涉及到的几项关键技术。五、本章重点、难点重点：物联网定义、基本概念、特点，物联网与互联网、传感网、泛在网的区别与联系。难点：物联网感知层、网络层、应用层的功能及其关键技术。第2章物联网感知技术一、学习目的与要求通过本章的学习，熟悉并掌握物联网感知层常用的条码自动识别技术、射频自动识别技术、卡类自动识别技术、生物特征自动识别技术、图像自动识别技术，传感器技术，智能技术等。二、课程内容2.1常见自动识别技术2.1.1条码自动识别技术2.1.2射频自动识别技术2.1.3卡类自动识别技术2.1.4生物特征自动识别技术2.1.5图像自动识别技术2.2传感器技术2.2.1传感器概述2.2.2微机电系统（MEMS）2.3智能技术2.3.1嵌入式技术2.3.2嵌入式系统2.3.3智能技术研究6三、考核知识点（1）自动识别技术；（2）一维条码、二维码；（3）磁卡、IC卡；（4）生物特征识别；（5）图像自动识别、光学字符识别（OCR）；（6）微机电系统（MEMS）；（7）智能技术、嵌入式技术。四、考核要求1）识记（1）自动识别技术的含义、共同特点；（2）自动识别技术分类；（3）条码的编码，一维条码和二维条码；（4）RFID系统的构成；（5）RFID系统的基本工作原理；（6）生物特征识别技术的基本原理、特点；（7）数字图像处理的三个层次；（8）光学字符识别(OCR)；（9）传感器的作用；（10）微机电系统（MEMS）的概念及其特点；（11）智能技术、嵌入式技术的概念。2）领会（1）自动识别技术的一般性原理；（2）条码识别系统的基本组成；（3）磁卡识别和IC卡识别的工作原理；（4）生物特征识别技术的基本原理和特点；（5）比较数字图像识别技术和OCR技术的异同；7（6）嵌入式系统的工作原理。五、本章重点、难点重点：物联网感知层常用的条码自动识别技术、射频自动识别技术、卡类自动识别技术、生物特征自动识别技术、图像自动识别技术、传感器技术、智能技术的基本概念。难点：各类识别技术的工作原理。第3章RFID技术一、学习目的与要求通过本章的学习，熟悉并掌握射频识别(RFID)工作原理、RFID系统的基本组成及RFID的典型应用，使学生了解射频识别技术的理论，掌握射频识别技术系统的设计方法及射频识别技术的运用和开发技术。二、课程内容3.1RFID技术概述3.1.1RFID技术的特点3.1.2RFID系统的组成3.1.3RFID的分类3.2RFID技术基础3.2.1RFID通信方式3.2.2RFID常用的编码与调制方法3.3RFID电子标签3.3.1一位电子标签3.3.2含有芯片的电子标签3.3.3具有存储功能的电子标签3.3.4含有微处理器的电子标签3.4RFID读写器3.4.1读写器的组成3.4.2读写器设计83.5RFID中的天线技术3.5.1RFID天线的应用及设计3.5.2RFID天线的制造工艺3.6RFID的射频前端3.6.1天线电路3.6.2射频电路3.7EPCglobal标准体系3.7.1EPC系统的特点3.7.2EPCglobal标准总览3.7.3EPC编码体系3.7.4EPC标签分类3.7.5EPC系统3.8RFID中间件3.8.1RFID中间件产品的分类与特征3.8.2RFID中间件设备集成技术3.8.3RFID中间件业务集成技术3.9RFID应用系统构建3.9.1RFID应用架构3.9.2RFID应用系统三、考核知识点（1）RFID基本概念、分类；（2）电子标签、RFID读写器的组成与工作原理；（3）RFID中的天线技术；（4）RFID的射频前端组成；（5）EPC电子代码标准与体系；（6）RFID中间件相关概念；（7）RFID应用架构。9四、考核要求1）识记（1）RFID技术的特点；（2）RFID系统的组成；（3）阅读器的作用及其组成；（4）电子标签的组成及其工作原理；（5）RFID按供电方式以及按使用频率的分类；（6）RFID主要采用的三种数字调制方式；（7）电子标签模拟前端（射频前端）工作方式及其工作原理；（8）具有存储功能电子标签的分类及其控制部分的组成；（9）含有微处理器电子标签控制部分的组成；（10）读写器的软件、硬件组成；（11）RFID中的天线分类及其工作原理；（12）EPC系统的特点，EPC编码结构、编码类型，EPC标签分类；（13）RFID中间件系统结构、产品的分类与特征；（14）RFID应用系统的选择标准。2）领会（1）分级密钥及其在公共交通中的应用；（2）IC卡与ID卡的区别；（3）RFID中间件设备集成技术、业务集成技术；（4）RFID应用架构。3）简单应用（1）面向供应链的RFID应用系统架构；（2）面向个人消费的RFID应用系统架构。五、本章重点、难点重点：射频识别(RFID)工作原理、RFID系统的基本组成及应用系统的基本构架。10难点：射频识别技术系统的设计方法及射频识别技术的运用和开发技术，RFID的典型应用。第4章物联网通信技术一、学习目的与要求通过本章的学习，熟悉并掌握与物联网相关的无线通信与网络技术、传感网及其关键支撑技术等。二、课程内容4.1互联网4.2移动通信4.2.1移动通信的特点与分类4.2.2移动通信网络4.3短距离无线通信技术4.4无线传感网三、考核知识点（1）互联网（Internet）的概念及其组成；（2）移动通信的特点与分类；（3）移动通信网的系统构成与基本技术；（4）短距离无线通信技术；（5）无线传感网。四、考核要求1）识记（1）互联网的概念；（2）C/S架构、B/S架构；（3）分组交换；（4）TCP/IP的四层体系结构；（5）移动通信的概念与分类；11（6）短距离无线通信的概念；（7）无线传感网络的概念。2）领会（1）互联网与物联网的关系；（2）移动通信网的系统构成；（3）移