物联网工程专业专业规范概述.docx
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物联网工程专业专业规范概述.docx
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物联网工程专业专业规范概述
内部学习专用禁止外传
物联网工程专业
专业规范概述
引自《高等学校物联网工程专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)》
《高等学校物联网工程专业实践教学体系与规范(试行)》
章前关于物联网工程专业
Ø物联网被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮
Ø《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》
Ø《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》
Ø物联网工程是一个“新建专业”,特别又是一个围绕“战略新兴产业”设立的新专业
Ø2010年、2011年、2012年,教育部先后进行了三批物联网相关专业审批
Ø2010年审批30个物联网工程专业、2011年审批25个物联网工程专业、
2012年审批80个物联网工程专业
Ø截至2012年6月,国内已经开设近150个物联网工程专业
Ø2011年5月,教育部发布了《普通高等学校本科专业目录(修订一稿)》,明确将原电气信息类下设立的物联网工程和传感网技术专业合并,列入计算机类专业,新专业名称为“物联网工程”
Ø2010年11月21日,受计算机教指委委托,成立了“物联网工程专业
教学研究专家组”
Ø专家组成员:
上海交通大学王东、蒋建伟,武汉大学黄传河,四川大学朱敏,西安交通大学桂小林,华中科技大学秦磊华、金海,西北工业大学李士宁
Ø物联网工程专业建设的几点建议:
1、依托计算机类专业建设成果建设物联网工程专业;2、重点进行应用型、工程型人才的培养,设计具有特色的专业核心课程;3、加强师资队伍建设;4、加强实验、实践教学环境的建设;5、开展物联网工程专业的教材建设
第一章专业核心课程
课程名称
课程目的
先修课程&学时数
教学大纲
涵盖知识单元
物联网工程导论
(2学分)
使学生通过课程的学习,能够初步了解物联网的基本概念、关键技术及其应用方法,为运用这些技术和方法构建物联网应用系统打下基础;了解物联网工程专业的知识体系、课程体系、专业概貌。
先修课程:
无学时数:
理论学时32
1)计算模式的深化
2)物联网的模型
3)物联网感知技术概述
4)物联网通信技术概述
5)物联网数据处理概述
6)物联网控制技术概述
7)物联网安全技术概述
8)物联网应用模式
AR1计算模式的深化AR2物联网的模型AR3物联网感知
AR4物联网通信AR5智能数据处理AR6物联网控制AR7物联网安全AR8物联网应用
ID3RFID
ID6视频监控ID7定位技术CO4无线传感网
物联网通信技术
(3学分)
使学生熟悉通信知识,能选用合适的通信技术及通信网络,构建物联网,支撑物联网的应用。
先修课程:
物联网工程导论
学时数:
理论学时
48,实践学时8
1)通信原理
2)无线通信
3)近距离无线通信技术
4)中远距离无线通信技术
CO1物联网通信组网技术
CO2互联网与物联网
CO3无线通信
CO4无线传感网
5)移动通信网络
6)自组织通信网络
7)电信网络
8)异构网络协同通信
CO5多网融合
ID3RFID
RFID原理及应用
(2学分)
使学生通过理论和实践教学,能够全面了解RFID基本理论,掌握RFID应用技术及方法,能够构建RFID应用系统。
先修课程:
导论
学时数:
理论学时
32,实践学时8
1)自动识别技术
2)物体编码、条形码与RFID
3)RFID工作原理
4)RFID标准
5)RFID标签
6)RFID读写器
7)RFID中间件
8)RFID系统防冲突技术
9)RFID网络系统与物联网
10)RFID系统安全及隐私
11)RFID应用系统设计与实施技术
12)RFID行业应用方案
ID1物体编码ID2条形码ID3RFID
ID7定位技术
ID8感知系统部署
传感器原理及应用
(2学分)
使学生熟悉传感器、智能传感器的原理与结构,掌握传感器的智能化、可靠性、抗
干扰等关键实现技术,掌握智能传感器的
先修课程:
物联网通信技术
学时数:
理论学时
1)传感器的结构
2)传感器的工作原理
3)无线传感器
ID4传感器
ID5智能传感器
组网、信息获取、传输及应用技术
32,实践学时8
4)光纤传感器
5)成像传感器
6)传感器的信号处理
7)传感器的数据通信
8)传感器的实现技术
9)传感器应用
传感网原理及应用
(2学分)
使学生了解无线传感器网络的体系结构、通信协议、命名与寻址、拓扑控制、时间同步、能耗控制、数据处理等技术及应用模式。
先修课程:
传感器原理及应用
学时数:
理论学时
32,实践学时8
1)传感网基础
2)无线传感网体系结构
3)无线传感网通信协议
4)无线传感网关键技术
5)无线传感网数据处理
6)无线传感网的部署
7)传感网应用
CO1物联网通信组网技术
CO4无线传感网
ID4传感器
ID5智能传感器
ID6感知系统部署
海量数据存储
(2学分)
使学生熟悉磁盘阵列的基本原理、常见网络存储技术、海量存储系统、海量数据的组织与管理以及数据质量等内容,为构建物联网数据中心奠定基础。
先修课程:
导论学时数:
理论学时32
1)物联网环境中数据的基础特征
2)RAID技术特征和应用
3)典型的网络存储技术
4)分布式文件系统与海量存储系统
5)海量存储系统的构建方
DP3磁盘阵列
DP4网络存储技术
DP5海量存储系统
DP6海量数据的组织与管理
DP7数据质量
法
6)存储优化技术
7)数据备份
数据处理与智能决策
(2学分)
使学生了解物联网工程应用中数据处理的基本过程,全面掌握其主要方法和工作原理,并利用这些方法对典型物联网应用提出数据处理的解决方案。
可选讲物联网数据采集、数据流管理、物联网数据集成与数据融合等内容。
先修课程:
导论、海量数据存储
学时数:
理论学时
32,实践学时8,综合性设计实验学时
16
1)物联网数据处理概述
2)物联网数据特征
3)物联网数据预处理
4)物联网数据模型
5)数据查询与检索技术
6)数据仓库与OLAP技术概述
7)关联规则挖掘
8)分类和预测
9)聚类分析
10)决策支持技术
11)商务智能技术
12)数据处理与智能决策综合应用
DP1物联网数据特征
DP2数据预处理DP8数据检索DP9数据挖掘DP10智能决策
物联网控制
使学生了解物联网控制系统的结构,熟悉自动控制技术,掌握计算机控制系统、分
布式控制系统的设计,实现物联网中的控
先修课程:
导论
学时数:
理论学时
32,实践学时8
1)物联网控制的目的与需求
2)物联网控制系统的结构
CT1物联网控制的特征
CT2自动控制技术
CT3计算机控制系统
制要求
3)自动控制技术
4)计算机控制系统
5)分布式控制系统
6)物联网控制系统设计
CT4分布式控制系统
物联网信息安全技术
使学生掌握物联网安全的基本概念和原理,了解物联网安全的发展情况及应用,掌握常见的物联网安全相关技术,并能够进行基本的物联网安全项目的实施和应用,完成物联网安全管理等工作。
先修课程:
计算机网络、传感网原理及应用、数据处理与智能决策
学时数:
理论学时
32,实践学时8
1)物联网安全基础
2)物联风的安全体系
3)感知中的信任管理
4)标识定位中的隐私保护
5)传输中的访问控制
6)处理中的数据保护
7)应用中的服务授权
8)物联网安全管理
9)物联网安全设备
IS1物联网的安全特征与目标
IS2物联网的安全体系
IS3物联网感知层的安全机制
IS4物联网传输层的安全机制
IS5物联网数据处理层的安全机制
IS6物联网应用层的安全机制
IS7隐私保护
物联网工程设计与实施
使学生熟悉物联网工程设计与实施的方法学,具体掌握物联网工程需求分析与可行性研究、网络设计、应用软件设计、工
程实施、运行维护与管理的基本内容、基
先修课程:
全部专业核心课程学时数:
理论学时48
1)物联网工程设计与实施过程
2)需求分析与可行性研究
3)网络设计
PD1物联网设计基础
PD2需求分析与可行性研究
PD3网络设计
PD4应用软件设计
本方法、主要技术,掌握各类文档规范及撰写方法,能够进行工程的实施。
4)数据中心设计
5)物联网安全设计
6)软件工程基础
7)应用软件设计
8)工程实施
9)运行维护与管理
10)物联网工程案例
PD5工程实施
PD6运行维护与管理
PD7物联网工程案例
第二章课程实验
2.1性质
课程实验是针对课程内容相关知识点设置的实践教学活动,是课程教学的重要组成部分,对加深理论知识的理解、弥补课堂教学的不足起着桥梁和促进作用。
一般来说,课程实验是侧重于课程中某一局部内容所开展的实践性教学过程,其目的是进一步巩固和加深对有关知识方法的理解,发现存在的错误认识,启发学生对所学知识的深入思考、敢于创新,并在此基础上培养学生分析问题及运用所学知识解决实际问题的能力,达到理论联系实际的教学效果。
2.2指导思想
课程实验的指导思想是紧密结合课程理论教学内容,通过设计一组难度适中的实验题目帮助学生加深课堂理论教学内容的理解,培养学生实践操作能力和创新能力。
围绕一门课程主要知识点的实验通常由若干个实验组成,每个实验所针对的是某些知识点或某一类问题的求解方法。
根据课程实验的性质,通常可以将实验分为验证性实验、设计性实验和综合性实验。
但是课程实验中的综合性实验不同于综合课程设计,它一般是某门课程中关联多个知识点的实验。
从对知识点实验的要求来看,验证性实验通常是通过实验来验证有关知识点,而设计性实验则是运用有关知识和方法来求解特定的问题。
对本科层次的学生,设计性实验应该是实验的主要内容。
2.3课程实验的设置
2.3.1设置方法课程实验的设计要遵循两个原则:
一是要注意围绕课程教学展开,帮助学生更好地掌握
课程教学中介绍的理论、方法和技术;二是要注意学生学习和掌握本课程知识和能力的规律以及老师课程教学的规律,避免分裂割据和没有整体化的组织,强调形成统一完整的课程实验体系,按体系循序渐进。
针对每一门专业核心课程的课程教学内容,都列出由下至上、由基础到专业、由简单到复杂的课程内容组织体系,循序渐进地开展由基本认知、基本技术到综合实践的多层次内容
的教学。
课程实验的设计也应该按课程教学的这个层次结构同步展开。
(1)基本认知基本认知阶段的任务是通过课程教学,介绍基本概念,基本系统的组成和工作原理。
与
课程教学同步展开关于基本系统组成和应用的课程实验,使学生对于课程将要面向的技术对象和应用对象有一个概念性的、实感上的认知。
在此基础上,课程教学再进一步阐述其教学、电磁学、控制论等方面的基本理论和技术基础。
接着,结合物联网典型应用案例的讲解、实验演示和实验操作,让学生了解课程理论和技术在应用系统中所处的位置和所起的作用,为后续理念和技术的深入学习打好基础。
(2)基本技术在基本技术阶段,学生带着应用问题学习基本理论和技术,形成应用空间、问题空间和
知识空间的统一。
同时,物联网强调应用,课程教学要就如何提高应用性能、如何降低应用成本、如何按照一定的方法论进行应用实施等方面,系统地介绍运用理论和技术进行应用系统设计和实施的方法。
通过仿真的实验环境或企业真实的应用环境,让学生了解各种应用问题,在实验中运用基本理论和技术解决问题,锻炼学生解决应用工程问题的能力。
(3)综合实践在综合实践阶段,为了巩固课程学习成果,进一步锻炼学生综合运用理论和技术解决实
际问题的能力,应用设计综合性的课程实验,让学生进行应用系统软硬件的设计和开发。
不同类型的人才需要强调不同方面的能力,对于工程型和应用型人才强调“设计形态”的内容,主要是在提供的实验软硬件基础上,进行完整应用系统的设计、开发和应用测试。
对于研究型人才则应强调“理论形态”的内容,需要强化计算思维能力和软硬件设计能力的培养。
除了进行应用系统方面的实验外,还进行相关软件硬件原型系统或装置的研究、设计、开发和测试。
按照上述层次体系阶递地、同步地展开课程教学和课程实验的优势在于:
1)使教师和学生能从总体上把握课程的知识体系,内容之间的前后顺序关系和逻辑关系,形成“大局观”,有助于提高课程的教学和学习效果。
2)基本认知、基本技术、综合实践这一体系是围绕“应用”这一主线来进行展开的,这与物联网强调应用是完全吻合的。
3)可以更清楚地安排“物联网工程导论”课程与其它专业核心课程之间的内容衔接。
基本认知可以通过“物联网工程导论”课程实现,基本技术、综合实践可以在后续的专业课程中实现。
2.3.2设置方案
《物联网工程专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)》中建议将“物联网工程导论”、
“传感器原理及应用”、“RFID原理及应用”、“传感网原理及应用”、“物联网通信技术”、“海量数据存储”、“数据处理与智能决策”、“物联网控制”、“物联网信息安全”、“物联网工程设计与实施”10门课程作为专业核心课程。
其中:
1)“物联网工程导论”作为概论课程,主要是介绍物联网的基本概念,总括专业核心课程基础知识,让学生了解专业知识的概貌。
为避免与后续核心课程的实验内容重复,建议主要以课程教学为主,原则上不设置课程实验。
但各学校根据实际教学需求,特别是仅仅开设“物联网工程导论”课程的其他专业或方向,可以设置相关实验配合导论课程教学的开展。
2)“物联网工程设计与实施”是一门强调综合性和实践性的课程,单纯依靠一些涵盖单一知识点的课程实验是难以满足教学要求的,应设置综合课程设计作为支撑,因而就不再专门设置课程实验。
3)海量数据存储的方法是与应用相关的,所以规范将其实验内容并入物联网数据处理综合课程设计中,因而就不再专门设置课程实验。
2.4基本要求
对于每门核心课程实验,均应按基本认知、基本技术、综合实践三个层次递阶展开实验教学。
每门课程的实验教学大纲参见附录A。
1.传感器原理及应用
“传感器原理及应用”课程实验在内容上包括传感器的核心知识点。
学生通过实验,应掌握传感器系统的工作原理和设计方法,掌握典型传感器的应用方法。
综合实践自动检测系统自动检测系统综合分析与设计实验(16学时)
基本技术
智能传感器
传感器
温度和加速度无线传感器(课内2学时)位移和温度光纤传感器(课内2学时)
温度、机械量、光电红外、环境量、检测传感器应用实验(课内4学时)
传感器应用
各类传感器典型应用案例介绍(课外2学时)
基本认知
传感器结构
传感器原理与结构实验(课外2学时)
“传感器原理及应用”课程实验教学方案
基本认知实验通过搭建单一传感器节点构成的基本系统,进行温度传感等应用实验,使学生对传感器的基本系统构件及应用系统有直观的认识。
建议在课外进行,通过通观、视频等方式了解各类传感器及其典型应用。
基本技术实验主要包括进行温度检测、机械量检测、光电红外、数字式位置、环境量检测等传感器应用实验,使学生掌握各类传感器的应用技术。
通过温度和加速度无线传感器实验、位移和温度光纤传感器实验,使学生掌握无线传感器和光纤传感器等智能传感器的工作原理、结构、组网方式和应用技术。
建议在课内学时中安排8学时。
综合实践要求学生综合运用课程学习到的理论和技术,动手设计基本的自动检测系统,
包括温度传感应用系统、加速度传感应用系统、成像传感应用系统、光纤位移传感应用系统等。
各个学校可以根据自身特点,在课内开设或在课外开设,建议开设时间为16学时。
2.RFID原理及应用
“RFID原理及应用”课程实验在内容上包括物品编码、条形码、RFID等核心知识点。
学生通过实验,应更好地掌握RFID系统的工作原理、RFID单元化技术和系统技术等基本理
论、技术及其应用方法。
综合实践RFID应用系统RFID应用工程综合实验(16学时)
基本技术
RFID系统技术
RFID单元化技术
RFID防冲突实验(课内1学时)
RFID公共服务体系实验(课内2学时)
RFID标签和读写器实验(课内4学时)
RFID中间件实验(课内1学时)
RFID应用
RFID典型应用案例介绍(课外2学时)
基本认知
RFID系统结构
RFID应用系统结构实验(课外2学时)
“RFID原理及应用”课程实验教学方案
基本认知实验的目标主要是通过RFID标签样本、读写器及PC搭建的RFID基本系统操作演示,辅以视频等资料,使学生掌握RFID的工作原理。
通过对RFID在物流、商业零售等领域的典型应用进行实验演示和实验操作,使学生建立起RFID应用系统的总体观。
建议安排在课外进行。
基本技术实验的目的是通过RFID标签制作实验箱、RFID读写器基本实验箱、主流读写器实验套件等进行RFID标签、读写器的实验,加深对RFID单元化技术的理解,加深对防碰
撞原理的理解,结合RFID公共服务平台系统的实验,学习RFID安全与隐私、RFID公共服务体系设计、RFID网络化应用等RFID系统技术。
建议安排在课内学时中安排8学时。
综合实践的目的是通过RFID标签选型系统、RFID标签粘贴位置优化系统、读写器空间辅助部署教学系统、RFID应用流程建模与仿真系统等实验,加深对于包括标签选型技术、标签空间部署技术、读写器参数调整技术、读写器空间部署技术、面向领域RFID中间件、RFID流程建模与仿真技术、RFID系统ROI分析等RFID应用工程技术的理解和运用能力,提高学生的实际问题解决能力。
各学校可以根据自身特点,在课内开设或在课外开设,建议开设时间为16学时。
3.传感网原理及应用
“传感网原理及应用”课程实验内容上包括传感网的主要核心知识点。
学生通过实验,应掌握传感网的通信协议、关键技术和设计方法。
综合实践传感网应用系统传感网应用系统综合实验(16学时)
基本技术
传感网关键技术
传感网通信协议
时间同步实验(课内2学时)
路由实验(课内4学时)
MAC层实验(课内1学时)
传感网应用
传感网典型应用案例介绍(课外2学时)
基本认知
传感网结构
传感网结构实验(课外2学时)
“传感网原理及应用”课程实验教学方案
基本技术实验建议在课内学时中安排8学时,主要内容应该包括通信协议中的MAC实验、路由实验,以及关键技术中的时间同步实验等。
4.物联网通信技术
“物联网通信技术”包括通信基本原理、无线通信技术、通信网络、终端通信四部分内容,本课程实验在内容上包括这些核心知识点。
基本认知实验建议在课外进行,通过参观、视频等方式直观地了解带宽与质量的关系以及无线发送与接收的过程。
综合实践通信应用系统设计
通信系统综合实验(16学时)
基本技术
通信网络
短中远无线通信
3G通信网络实验(课内2学时)
ADSL接入网实验(课内2学时)
WiFi、ZigBee、GPRS、GPS卫星通信实验(课内4
学时)
无线通信
无线发送与接收实验(课外2学时)
基本认知
通信原理
带宽与质量实验(课外2学时)
“物联网通信技术”课程实验教学方案
基本技术实验通过搭建一个WiFi和ZigBee实验系统、GPRS通信平台、GPS通信平台,掌握数据传输过程,通过实验套件实现3G通信、ADSL接入通信的控制。
建立在课内学时中安排8学时。
综合实践要求学生综合运用课程学习到的理论和技术,动手设计小型的基于3G的通信系统、基于GPRS的通信系统、GPR通信系统、基于ZigBee的通信系统,在其上实现一个简单的应用。
5.数据处理与智能决策
“数据处理与智能决策”课程通过讲述物联网数据特点、数据的预处理、数据检索、数据挖掘和智能决策等技术,使学生了解物联网工程应用中数据处理的基本过程,全面掌握其主要方法和工作原理,并利用这些方法对典型物联网应用提出数据处理的解决方案。
数据处理与智能决策课程实验在内容上包括这些核心知识点。
综合实践物联网应用系统数据处理
物联网数据处理综合实验(16学时)
基本技术
数据挖掘与分析
数据检索与查询
时间序列分析实验(课内2学时)
OLAP查询与数据挖掘实验(课内4学时)
典型数据检索系统应用实验(课内2学时)
数据特点
物联网数据特点分析(课外1学时)
基本认知
数据采集来源
物联网数据采集来源(课外1学时)
“数据处理与智能决策”课程实验教学方案
基本认知实验的目的主要是了解物联网数据来源和特点,建议在课外进行,在学习“传感器原理及应用”、“RFID原理及应用”等课程基础上,辅以视频等资源来完成,重点了解物联网的数据实时采集过程和数据特点。
基本技术实验的目的是了解物联网不同层次中的数据处理方法和基本工具,达到对具体应用系统中的特定对象数据进行分析和处理目标。
建议在课内学时中安排8学时,主要内容包括数据检索、数据挖掘与分析。
综合实践的目的是依托具体应用系统,掌握并运用基本工具完成物联网环境中海量数据的完整处理过程,可以结合物联网项目研发平台模拟搭建物联网应用环境,提出数据处理解决方案,对平台上的各类数据实施分析和监控。
6.物联网控制
“物联网控制”课程要求学生在掌握自动控制技术、计算机控制系统和分布式控制系统的基本知
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