基于知識(shí)圖譜的物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論教學(xué)內(nèi)容探討

洪琴

摘 要 針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的地位和作用，本文以劉云浩教授“物聯(lián)網(wǎng)概論”為重要參考，從物聯(lián)網(wǎng)的四層架構(gòu)出發(fā)，以知識(shí)圖譜的方式勾勒物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程教學(xué)內(nèi)容，幫助引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)了解物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，激發(fā)專業(yè)學(xué)習(xí)熱情。

關(guān)鍵詞 知識(shí)圖譜 物聯(lián)網(wǎng) 導(dǎo)論 教學(xué)內(nèi)容探討

中圖分類號(hào)：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.050

Discussion on the Teaching Content of Introduction to

Internet of Things Based on Knowledge Map

HONG Qin

（South China Institute of Software Engineering， Guangzhou University， Guangzhou， Guangdong 510990）

Abstract In view of the status and role of Introduction to Internet of Things， this paper takes Professor Liu Yunhao's Introduction to the Internet of Things as an important reference， starting from the four-tier structure of the Internet of Things， outlines the teaching content of the introduction course of the Internet of Things in the way of knowledge maps， and helps guide students to understand and stimulate the enthusiasm of professional learning.

Keywords knowledge mapping; IOT; introduction; teaching content

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)（專業(yè)代碼080905）從屬于計(jì)算機(jī)類（專業(yè)代碼0809），與計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、信息安全等專業(yè)并列。[1]2018計(jì)算機(jī)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)核心課程建議包括：離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、RFID、傳感器、嵌入式等，所涉課程或技術(shù)龐雜。各高校的教學(xué)探索與研究一直進(jìn)行中，物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論作為專業(yè)先導(dǎo)課程，在有限的課時(shí)內(nèi)涉獵龐雜的技術(shù)，還得兼顧學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的熱情激發(fā)和專業(yè)學(xué)習(xí)的入門引導(dǎo)，課程講授難度較大，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與脈絡(luò)梳理至關(guān)重要，本文擬運(yùn)用科學(xué)知識(shí)圖譜的方式探究物聯(lián)網(wǎng)的核心知識(shí)模塊及其關(guān)聯(lián)，形成課程教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)圖譜。

物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)按照信息的生成、傳輸、處理、應(yīng)用分為感知識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、管理服務(wù)、綜合應(yīng)用四個(gè)層次。[1]感知識(shí)別層主要功能是信息的采集與身份的識(shí)別。所涉技術(shù)如圖1所示，信息采集功能由傳感器節(jié)點(diǎn)或各種智能終端[1]實(shí)現(xiàn)，身份標(biāo)識(shí)功能由各種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)如：指紋、虹膜等生物識(shí)別技術(shù)及RFID、圖像識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層完成信息的傳輸?；ヂ?lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層的基礎(chǔ)，但是僅有互聯(lián)網(wǎng)是不夠的?；ヂ?lián)網(wǎng)好比高速公路，滿足主干城市之間的快速交通運(yùn)輸;若想實(shí)現(xiàn)“門到門”的便利交通，還需要省道、縣道、城市道路的輔助。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)“最后一公里互聯(lián)互通”任務(wù)的是各種類型的無線接入技術(shù)。[1]如圖2所示，在物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程中，分析介紹現(xiàn)有的Wifi、ZigBee、藍(lán)牙、NB-IOT、Lora、5G的無線接入方式的組網(wǎng)方式與常見應(yīng)用場(chǎng)景，并分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

圖1 感知識(shí)別層技術(shù)知識(shí)圖譜

圖2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層技術(shù)知識(shí)圖譜

管理服務(wù)層與綜合應(yīng)用層完成信息的處理與應(yīng)用。感知識(shí)別層獲取的大量數(shù)據(jù)信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳感層匯聚到管理服務(wù)層，通過有效的整合與分析，形成各種應(yīng)用的“智能化”的應(yīng)用。管理服務(wù)層包含的技術(shù)非常廣泛，如：海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與云計(jì)算、云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)、信息安全、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、智能決策、知識(shí)發(fā)現(xiàn)等，[1-8]如圖3所示，在物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程中，選取物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中常見數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析技術(shù)，重點(diǎn)介紹其概念、技術(shù)特點(diǎn)與典型應(yīng)用領(lǐng)域，“導(dǎo)”出學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)所需關(guān)鍵技術(shù)的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)庫(kù)等課程的開設(shè)做好鋪墊。

圖3 管理服務(wù)層技術(shù)知識(shí)圖譜

近年人工智能成為最新科技前沿的代名詞，[9]人工智能是程序算法和大數(shù)據(jù)結(jié)合的產(chǎn)物，對(duì)大量的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理與學(xué)習(xí)，從而智能決策。物聯(lián)網(wǎng)的海量節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用是人工智能的重要數(shù)據(jù)來源，人工智能是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)智能決策的實(shí)現(xiàn)的重要方式。結(jié)合各種典型應(yīng)用系統(tǒng)，介紹人工智能、AR與VR等專業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣也是課程的重要內(nèi)容。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，涉及用戶隱私的海量數(shù)據(jù)將被各類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備記錄，其數(shù)據(jù)安全隱患也愈加嚴(yán)重，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也被極具放大。[10]讓學(xué)生知道物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中有哪些安全威脅，了解感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層、甚至綜合應(yīng)用層分別存在哪些安全問題，了解密碼、數(shù)字簽名、訪問控制等現(xiàn)有解決技術(shù)的特點(diǎn)及其局限性，認(rèn)識(shí)待解決的各種安全問題，提升作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)所需安全意識(shí)，激發(fā)專業(yè)探索的熱情與使命感。

綜合應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的落腳點(diǎn)，智能建筑與智能家居、智能交通、智能農(nóng)業(yè)等綜合應(yīng)用案例以及物聯(lián)網(wǎng)大賽的優(yōu)秀學(xué)生作品將貫穿所有關(guān)鍵技術(shù)的講解，將案例拆解，形成與課程知識(shí)模塊相結(jié)合的典型應(yīng)用舉例，幫助學(xué)生將理論知識(shí)內(nèi)化。

物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課程是專業(yè)第一課，旨在“導(dǎo)”出物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念、技術(shù)基礎(chǔ)、體系架構(gòu)、應(yīng)用模式，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)專業(yè)核心技術(shù)、專業(yè)課程體系及專業(yè)能力要求。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論課時(shí)短、內(nèi)容多[11]、技術(shù)雜、學(xué)生基礎(chǔ)無的特點(diǎn)，本文以劉云浩教授“物聯(lián)網(wǎng)概論”為重要參考，從物聯(lián)網(wǎng)的四層架構(gòu)出發(fā)，以知識(shí)圖譜的形式勾勒導(dǎo)論課程主要內(nèi)容，形成如圖4所示十講內(nèi)容，幫助明確物聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)體系架構(gòu)，形成濃厚的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。

基金項(xiàng)目：本文系廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（粵教高函[2018]180號(hào)）和廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院質(zhì)量工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：ZYGXK201805）的研究成果

參考文獻(xiàn)

[1] 劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)概論[M].北京：科學(xué)出版社，2017.

[2] 周佩穎.智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)很好的應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012（5）：1-2.

[3] 陳享成，袁輝勇，林少晶，姜善永.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].人民郵電出版社，2019.7.

[4] 桂小林，安健，何欣.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論[M].清華大學(xué)出版社，2018.12.

[5] 陳修齊.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論[M].西北工大，2018.11.

[6] 吳功宜，吳英.物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2018.1.

[7] 魏旻，王平.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].人民郵電出版社，2013.8.

[8] 王志良，王粉花.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.4.

[9] 何志明.人工智能概述[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018（33）.

[10] 孫長(zhǎng)江.試論物聯(lián)網(wǎng)感知層的信息安全防護(hù)策略[J].通訊世界，2019.26（2）.

[11] 吳治海.“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論”課程的教學(xué)內(nèi)容探討[J].中國(guó)電力教育，2013（31）.