12572 物联网工程导论

高纲1485

江苏省高等教育自学考试大纲

12572 物联网工程导论

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

Ⅰ 课程性质与课程目标

一、课程性质和特点

《物联网工程导论》课程是江苏省高等教育自学考试物联网专业（本科段）的必修课，是为培养和检验考生掌握物联网技术基本知识和基本技能而设置的一门专业基础课程。

本课程从物联网的感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层这四层分别进行阐述，其中包括：物联网基本概念，物联网体系结构；物联网关键技术：射频技术、传感器及检测技术、无线传感器网网络、无线通信技术、数据融合技术、云计算技术等。因此，它是一门理论联系实际、工程性较强的课程。

二、课程目标（评价目标）

作为物联网工程专业的基础课，要求学生在了解当今信息化社会的发展的基础上，掌握物联网技术的发展和应用，了解物联网的关键技术，为以后学习物联网关键技术打下基础。本课程的目的是使学生掌握物联网技术的定义和基本原理及应用，了解物联网技术的发展，了解物联网的关键技术和方法。本课程的目标：

1．了解物联网相关技术基本概念、定义和工程方法； 2．掌握感知层、传输层、管理层等应用的典型关键技术；

3．熟悉智能交通、智能家居、智能医疗和智能物流等综合应用项目实现方法。

三、与相关课程的联系与区别

《物联网工程导论》是江苏省高等教育自学考试物联网工程专业（本科段）必修的专业课程，与物联网工程专业的许多其他课程有着密切的关系。《计算机技术基础》是本课程的基础。

四、课程的重点和难点

本课程的重点是掌握物联网技术的基础理论知识以及在工程应用中采取的典型技术方法，难点是理解物联网时间同步、定位和信号处理的典型算法。

Ⅱ 考核目标

本大纲在考核目标中，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。四个能力层次是递进关系，各能力层次的含义是：

识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关物联网的相关名词、概念、知识的含义，并能够根据考核的不同要求，进行正确的表述和选择。

领会（Ⅱ）：要求考生能够领悟和理解本课程中有关物联网的概念、理论和方法技巧的内涵及外延，理解相关物联网知识的区别和联系，并能根据考核的不同要求对相关物联网知识进行论证，做出正确的解释和说明。

简单应用（Ⅲ）：要求考生能够根据已知的物联网技术的一个知识点，分析和解决有关的物联网理论问题和实际问题，并得出正确的结论。

综合应用（Ⅳ）：要求考生能够根据已知的物联网知识的多个知识点，分析和解决有关的物联网理论问题和实际问题，并得出解决问题的综合方案。

Ⅲ 课程内容与考核要求 第一章 物联网概述

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求了解物联网的起源和发展，理解物联网的相关概念；掌握物联网的理论基础，掌握物联网的体系结构和主要特点；了解物联网的核心技术和体系标准；了解物联网的应用前景。

二、课程内容（考试内容）

1.1 起源与发展 1.2 核心技术 1.3 主要特点 1.4 发展趋势 1.5 应用前景

三、考核知识点与考核要求

1.物联网的起源与发展

识记：①智慧地球概念；②感知中国概念。 2.物联网的核心技术和主要特点

识记：①感知识别层；②网络构建层；③管理服务层；④综合应用层。 领会：①感知识别普适化；②异构设备互联化；③联网终端规模化。 3.物联网的应用前景

领会：①智能物流；②智能交通；③智能电网；④环境监测。

四、本章重点、难点

首先，了解物联网的起源与发展。其次，熟悉物联网的核心技术和主要特点，以此了解物联网的学科背景和知识层次。最后，理解物联网的应用前景和实际工程应用案例。

第二章 自动识别技术与 RFID

一、学习目的与要求

通过本章学习，掌握目前常用的自动识别技术，了解RFID的历史和现状；掌握RFID的工作原理，RFID系统的构成和工作过程；掌握RFID的技术特点和解决标签冲突的常用方案；理解RFID在物联网中的地位。

二、课程内容（考试内容）

2.1 自动识别技术 2.1.1 光符号识别技术 2.1.2 语音识别技术 2.1.3 生物计量识别技术 2.1.4 IC卡技术 2.1.5 条形码技术 2.1.6 射频识别技术 2.2 RFID的历史和现状 2.2.1 历史 2.2.2 现状

2.3 RFID技术分析 2.3.1 阅读器 2.3.2 天线 2.3.3 标签 2.3.4 频率

2.4 RFID和物联网

三、考核知识点与考核要求

1.自动识别技术

识记：①光符号识别技术；②语音识别技术；③生物计量识别技术；④IC卡技术；⑤条形码技术。 领会：①一维条形码技术；②二维条形码技术；③射频识别技术。

简单应用：条形码技术的工程应用。 2.RFID的历史和现状

识记：①RFID的历史；②RFID的现状。 3.RFID技术分析

识记：①阅读器；②天线；③标签；④频率。

领会：①RFID标签的优点；②标签的存储方式；③标签的分类；④RFID常用频率和典型应用场合。

四、本章重点、难点

本章重点是常用的自动识别技术、RFID的工作原理、系统构成、工作过程、技术特点。关键难点是RFID系统构成和工作过程。

第三章 无线传感网

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求了解传感器发展历史，掌握无线传感器网络的硬件平台，理解无线传感器网络典型操作系统，掌握常用无线组网技术，理解无线传感网的应用。

二、课程内容（考试内容）

3.1 发展历史 3.2 硬件平台 3.2.1 传感器 3.2.2 微处理器 3.2.3通信芯片 3.2.4 供能装置 3.3 操作系统 3.3.1 TinyOS 3.3.2 Contiki OS 3.4 组网技术 3.4.1 选路指标ETX 3.4.2 路由协议CTP 3.4.3 数据分发协议

3.4.4 路由协议的新挑战 3.5 无线传感网的应用

三、考核知识点与考核要求

1.发展历史

识记：①智能尘埃；②Mica系列节点；③军事监测VIGILNET；④智能楼宇LOCAL。 领会：医疗监测Mercury的典型特征。 2.硬件平台

识记：①常见传感器；②微处理器功耗特征；③微处理器唤醒时间；④微处理器供电电压；⑤微处理器运算速度；⑥微处理器内存大小；⑦通信芯片CC2420；⑧供能装置。

简单应用：Mica系列节点的工程应用。 3.操作系统

识记：①Contiki OS基本概念及优缺点； ②Contiki OS系统组成。 领会：①nesC开发语言； ②TinyOS关键服务； ③TinyOS任务调度机制； 简单应用：操作系统的比较。 4.组网技术

识记：①选路指标ETX； ②路由协议CTP； ③数据分发协议。 简单应用：无线传感网的应用。

四、本章重点、难点

本章关键问题分为：传感器节点的硬件平台与操作系统；无线传感器网络与移动自组织网络的区别和联系；无线传感器网络中的典型MAC层协议和协议设计思想；无线传感器网络中的拓扑控制原理和代表性协议；无线传感器网络中的能耗效率问题；无线传感器网络中的节能路由方法。

第四章 定位系统

一、学习目的与要求

通过本章学习，了解和掌握定位系统基本知识和常见的定位系统和定位技术；掌握基于距离的定位技术、基于距离差的定位技术和基于信号特征的定位技术；理解物联网环境下定位技术的挑战和发展。

二、课程内容（考试内容）

4.1 基于位置的服务

4.2 定位系统

4.2.1 GPS卫星定位系统 4.2.2 蜂窝基站定位 4.2.3 室内精确定位 4.2.4 WIFI基站定位 4.3 定位技术 4.3.1基于距离的定位 4.3.2基于距离差的定位 4.3.3基于信号特征的定位

4.4 定位技术的新挑战和发展前景

三、考核知识点与考核要求

1.基于位置的服务 识记：位置信息的定义。 2.定位系统

识记：①GPS卫星定位系统基本概念；②蜂窝基站定位基本概念；③室内精确定位基本概念；④WIFI基站定位基本概念。

领会：①GPS定位三大组成部分；②GPS定位的工作原理；③GSM定位方法；④ ToA / TDoA测量法；⑤A-GPS定位方法。

简单应用：①GPS定位技术典型应用；②城市移动通信网定位。 3.定位技术

领会：①基于距离的定位测量方法；②基于距离的定位计算方法；③基于距离差的定位测量方法；④基于距离差的定位计算方法；⑤基于信号特征定位方法。

简单应用：定位的新挑战和发展前景。

四、本章重点、难点

重点是定位系统的基本知识和常用的定位技术，难点是常用三边测量法和RSSI拟合定位方法。

第五章 智能信息设备

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求掌握智能设备概述，理解并掌握智能设备的运行平台，了解智能设备的发展新趋势。

二、课程内容（考试内容）

5.1 手持移动设备 5.1.1 从PDA到智能手机 5.1.2 智能手机与物联网 5.2 其他智能设备 5.2.1 车载设备 5.2.2 数字标牌 5.2.3 医疗设备 5.2.4 智能电视 5.3 智能设备运行平台 5.3.1 情境感知 5.3.2 任务迁移 5.3.3 智能协作 5.3.4 多通道交互 5.4 智能设备发展趋势

三、考核知识点与考核要求

1.手持移动设备

识记：①智能设备背景；②传统智能设备；③新时代智能设备。 2.其他智能设备

识记：①车载设备；②数字标牌；③医疗设备；④智能电视。 领会：智能设备的典型案例。 3.智能设备运行平台

识记：①情境感知； ②任务迁移； ③智能协作； ④多通道交互。 领会：智能设备发展趋势。

四、本章重点、难点

本章重点是智能设备的特点和运行平台，难点是智能设备平台结构框架及典型应用技术。

第六章 无线宽带网络

一、学习目的与要求

通过本章学习，了解无线宽带网络，熟悉无线局域网原理，熟悉无线城域网原理。

二、课程内容（考试内容）

6.1 无线网络简介 6.1.1 基本组成元素 6.1.2无线网络的类别 6.1.3 无线宽带网络的难点 6.2 WiFi：无线局域网 6.2.1 IEEE 802.11协议发展简史 6.2.2 IEEE 802.11架构

6.2.3 IEEE 802.11介质访问控制协议 6.3 WiMAX：无线城域网 6.3.1 WiMAX概述及架构

6.3.2 WiMAX介质访问控制原理简介 6.4 无线物联世界

三、考核知识点与考核要求

1.无线网络基本概念

识记：①无线网络用户；②无线网络连接；③无线网络基站；④无线宽带网络特点。 领会：①无线广域网； ②无线城域网； ③无线局域网； ④无线个域网。 2.WiFi：无线局域网

识记：①802.11物理层 ；②802.11构架； ③802.11控制访问协议； ④802.11数据帧结构。 简单应用：IEEE 802.11协议的工程应用。 3.WiMAX：无线城域网

识记：①WiMAX概述及架构；②WiMAX介质访问控制原理。 领会：①WiMAX 协议簇的应用场合和特点。

四、本章重点、难点

本章中的重点在于802.11协议物理层、MAC层的定义以及数据交互原理，难点在于802.11 MAC层数据帧结构，包括CRC校验、地址概念、序列号、持续时间和控制域，由于涉及计算机网络和通信原理部分内容，掌握起来较为困难。

第七章 无线低速网络

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求掌握低速网络协议概述，掌握红外线通信、蓝牙和802.15.4协议基本流程，掌握无线传感器网络的技术标准和ZigBee协议规范，熟悉体域网各层次构架和工程应用。

二、课程内容（考试内容）

7.1 低速网络协议概述 7.2 红外线通信 7.3 蓝牙

7.4 802.15.4/ZigBee 7.5 体域网 7.5.1 物理层 7.5.2 网络架构 7.5.3 传感器 7.5.4 体域网应用 7.6 容迟网络 7.6.1 网络体系结构 7.6.2 DTN网络应用

三、考核知识点与考核要求

1.低速网络

领会：①红外线通信原理； ②蓝牙协议； ③802.15.4/ZigBee协议。 简单应用：ZigBee协议在无线传感器网络中的应用。 2.体域网

领会：①物理层；②网络架构；③生理信号传感器。 综合应用：远程医疗与体感监测。 3.容迟网络

识记：①网络体系结构；②DTN网络应用。

四、本章重点、难点

本章重点内容在于无线低速网络的需求与实现手段，以及现有的低速网络协议分类和组成，难点在于掌握体域网物理层构架和传感器，并能够结合工程实际应用提出方案。

二、课程自学考试大纲与教材的关系

课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材是学习掌握课程知识的基本内容与范围，教材的内容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥。

本大纲与教材所体现的课程内容完全一致；大纲里面的课程内容和考核知识点， 在教材里都可以找到。

三、关于自学教材

本课程使用教材为：《物联网导论（第二版）》，刘云浩编著，科学出版社， 2014年。

四、关于自学要求和自学方法的指导

本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的基本内容，以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此，课程基本内容掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。

本课程共4学分

根据物联网工程专业（本科段）的要求，以及本课程的特点，考生在进行自学时应注意以下几点：

1．在学习本课程前，应仔细阅读课程大纲的第一部分，了解课程的性质、地位和任务，熟知课程的基本要求以及与本课程有关的课程的联系，以便使以后的学习能紧紧围绕课程的基本要求。

2．在阅读某一章教材内容前，考生应先认真阅读大纲中关于该章的考核知识点、自学要求和考核要求，注意对各知识点的能力层次要求，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

3．阅读教材时，考生应根据大纲要求，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每个知识点，对基本概念必须深刻理解，基本原理必须牢固掌握，在阅读中遇到个别细节问题不清楚，在不影响继续学习的前提下，可暂时搁置。

4．学完教材的每一章内容后，考生应针对考试大纲列出的关键问题认真复习，以便进一步理解、消化和巩固所学知识，增强分析问题、解决问题的能力。

五、应考指导

1．如何学习

很好的计划和组织是你学习成功的法宝。如果考生正在接受培训学习，一定要跟紧课程并完成作业。为了在考试中做出满意的回答，考生必须对所学课程内容有很好的理解，如使用“行动计划表”来监控你的学习进展。考生阅读课本时可以做读书笔记，可以用彩笔来标注需要重点注意的内容，如红色代表重点、绿色代表需要深入研究的领域、黄色代表可以运用在工作之中。此外，还可以在空白处记录相关网站与文章。

2．如何考试

卷面整洁非常重要。书写工整，段落与间距合理，卷面赏心悦目有助于教师评分，教师只能为他能看懂的内容打分。回答所提出的问题。要回答所问的问题，而不是回答你自己乐意回答的问题！避免超过问题的范围。

3．如何处理紧张情绪

正确处理对失败的惧怕，要正面思考。如果可能，请教已经通过该科目考试的人，问他们一些问题。做深呼吸放松，这有助于使头脑清醒，缓解紧张情绪。考试前合理膳食，保持旺盛精力，保持冷静。

4．如何克服心理障碍

这是一个普遍问题！如果你在考试中出现这种情况，试试下列方法：使用“线索”纸条。进入考场之前，将记忆“线索”记在纸条上，但你不能将纸条带进考场，因此当你阅读考卷时，一旦有了思路就快速记下。按自己的步调进行答卷。为每个考题或部分合理分配时间，并按此时间安排进行。

六、对社会助学的要求

1．社会助学者应根据本大纲规定的考试内容和考核目标，认真钻研指定教材，明确本课程的特点和学习要求，对考生进行切实有效的辅导，避免考生在自学时可能出现的各种偏向，把握社会助学的正确方向。

2．社会助学者应对考生进行学习方法的指导，向考生提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动提出问题，依靠自己学懂”的学习方法。

3．社会助学者应注意对考生自学能力的培养，使考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题、分析问题、做出判断和解决问题。对考生提出的问题，社会助学者应以启发引导为主。

4．社会助学者应努力引导考生将识记、领会、简单应用和综合应用联系起来，将基本知识转化为识记工作能力，全面培养和提升考生的综合素质。

5．社会助学者应指导考生正确处理重点和一般的关系，帮助考生掌握全部考试内容和考核知识点，切勿孤立地抓重点，将考生引向猜题和押题。

七、对考核内容的说明

本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均由若干知识点组成，在自学考试中成为考核知识点。因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识自身的特点不同，自学考试将对各知识点分别按四个认知（或叫能力）层次确定其考核要求。

八、关于考试命题的若干规定

1．本课程采用闭卷考试的方法，考试时间的长度为150分钟。对本课程考试过程中除携带必要的答题用的签字笔和橡皮外，严禁携带其他与考试无关的工具。

2．本大纲各章所规定的基本要求、知识点及知识点下的知识细目，都属于考核的内容。考试命题既要覆盖到章，又要避免面面俱到。要注意突出课程的重点、章节重点，加大重点内容的覆盖度。

3.命题不应有超出大纲中考核知识点范围的题，考核目标不得高于大纲中所规定的相应的最高能力层次要求。命题应着重考核考生对基本概念、基本知识和基本理论是否了解或掌握，对基本方法是否会用或熟练。不应出与基本要求不符的偏题或怪题。

4.本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：识记占20%，领会占30%，简单应用占30%，综合应用占20%。

5.要合理安排试题的难易程度，试题的难度可分为：易、较易、较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般为：2:3:3:2。

必须注意，试题的难易程度与能力层次有一定的联系，但二者不是等同的概念，在各个能力层次中都存在着不同难度的试题。

6.课程考试命题的主要题型一般有单项选择题、多项选择题、填空题、名词解释题、简答题和论述题。

在命题工作中必须按照本课程大纲中所规定的题型命制，考试试卷使用的题型可以略少，但不能超出本课程对题型的规定。

附录：题型举例

一、单项选择题（下列四个备选答案中只有一个是正确的，请选出正确的答案，并将其代码写在题干后面的括号内。）

1.智慧地球（Smarter Planet）是谁提出的 （ ） A.无锡研究院 B.温总理 C.IBM D.奥巴马 参考答案：C

2.2009年8月7日温家宝总理在江苏无锡调研时提出下面哪个概念（ ） A.感受中国 B.感应中国 C.感知中国 D.感想中国 参考答案： C

3.云计算（Cloud Computing）的概念是由谁提出的（ ）

A. GOOGLE B.微软 C. IBM D.腾讯

参考答案： A

二、多项选择题（下列四个备选答案中有2至5是正确的，请选出正确答案，并将其代码写在题干后面的括号内，多选、少选、错选均不得分。）

1.1995年，比尔盖茨《未来之路》中提及到物联网概念，包括（ ） A.数字电视 B.购买冰箱 C.不同的电视广告 D.全新的数字音乐 E.智慧地球

参考答案：A、B、C、D 2.无线传感网相关标准（ ）

A.传感器到通信模块接口技术标准 B.节点设备技术标准等 C.电路标准 D.感知标准 E.数据库标准 参考答案：A、B

三、名词解释

1.ZigBee技术

答：ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

四、简答题

1.简要概述物联网的框架结构。

答：物联网可以简要分为核心层、接入层，软件核心层主要是应用服务层，硬件接入层包括网络传输层和感知控制层。感知控制层一般包括RFID感应器、传感器网关、接入网关、RFID标签、传感器节点、智能终端等，网络传输层包括无线传感器网络、移动通信网络、互联网、信息中心、网管中心等；软件应用服务层是为了管理、维护物联网以及为完成用户的某种特定任务而编写的各种程序的总和。

五、论述题

1.基于距离的定位的方法分为：基于TOA的定位、基于TDOA的定位、基于AOA的定位和基于RSSI的定位等，比较这四种方法的优缺点。

答：基于TOA的定位精度高，但要求节点间保持精确的时间同步，因此对传感器节点的硬件和功耗提出了较高的要求。TDOA技术对硬件的要求高，成本和能耗使得该种技术对低能耗的传感器网

络提出了挑战。但是TDOA技术测距误差小，有较高的精度。AOA定位不仅能确定节点的坐标，还能提供节点的方位信息。但AOA测距技术易受外界环境影响，且AOA需要额外硬件，在硬件尺寸和功耗上不适用于大规模的传感器网络。在实验环境中RSSI表现出良好的特性，但是在现实环境中，温度、障碍物、传播模式等条件往往都是变化的，使得该技术在实际应用中仍然存在困难。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jmdd.html