基于知識圖譜的物聯網導論教學內容探討

洪琴

摘 要 針對物聯網導論課程在物聯網工程專業的地位和作用，本文以劉云浩教授“物聯網概論”為重要參考，從物聯網的四層架構出發，以知識圖譜的方式勾勒物聯網導論課程教學內容，幫助引導學生認識了解物聯網工程專業，激發專業學習熱情。

關鍵詞 知識圖譜 物聯網 導論 教學內容探討

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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

物聯網工程專業（專業代碼080905）從屬于計算機類（專業代碼0809），與計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程、信息安全等專業并列。[1]2018計算機類教學質量國家標準中物聯網專業核心課程建議包括：離散數學、程序設計、計算機組成、計算機網絡、數據庫、物聯網通信技術、RFID、傳感器、嵌入式等，所涉課程或技術龐雜。各高校的教學探索與研究一直進行中，物聯網導論作為專業先導課程，在有限的課時內涉獵龐雜的技術，還得兼顧學生專業學習的熱情激發和專業學習的入門引導，課程講授難度較大，教學內容的設計與脈絡梳理至關重要，本文擬運用科學知識圖譜的方式探究物聯網的核心知識模塊及其關聯，形成課程教學內容的知識圖譜。

物聯網的體系架構按照信息的生成、傳輸、處理、應用分為感知識別、網絡構建、管理服務、綜合應用四個層次。[1]感知識別層主要功能是信息的采集與身份的識別。所涉技術如圖1所示，信息采集功能由傳感器節點或各種智能終端[1]實現，身份標識功能由各種自動識別技術如：指紋、虹膜等生物識別技術及RFID、圖像識別等技術實現。

網絡構建層完成信息的傳輸。互聯網是物聯網中網絡構建層的基礎，但是僅有互聯網是不夠的。互聯網好比高速公路，滿足主干城市之間的快速交通運輸;若想實現“門到門”的便利交通，還需要省道、縣道、城市道路的輔助。在網絡技術中，實現“最后一公里互聯互通”任務的是各種類型的無線接入技術。[1]如圖2所示，在物聯網導論課程中，分析介紹現有的Wifi、ZigBee、藍牙、NB-IOT、Lora、5G的無線接入方式的組網方式與常見應用場景，并分析它們的優缺點。

圖1 感知識別層技術知識圖譜

圖2 網絡構建層技術知識圖譜

管理服務層與綜合應用層完成信息的處理與應用。感知識別層獲取的大量數據信息經過網絡傳感層匯聚到管理服務層，通過有效的整合與分析，形成各種應用的“智能化”的應用。管理服務層包含的技術非常廣泛，如：海量數據存儲與云計算、云存儲、大數據、信息安全、數據融合技術、智能決策、知識發現等，[1-8]如圖3所示，在物聯網導論課程中，選取物聯網系統中常見數據存儲、數據管理、數據分析技術，重點介紹其概念、技術特點與典型應用領域，“導”出學生對物聯網系統主要功能實現所需關鍵技術的認識，為后續云計算、數據挖掘、數據庫等課程的開設做好鋪墊。

圖3 管理服務層技術知識圖譜

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據結合的產物，對大量的歷史數據和實時數據進行分析、處理與學習，從而智能決策。物聯網的海量節點和應用是人工智能的重要數據來源，人工智能是物聯網系統智能決策的實現的重要方式。結合各種典型應用系統，介紹人工智能、AR與VR等專業發展的前沿技術，培養學生的專業興趣也是課程的重要內容。

隨著物聯網的廣泛應用，涉及用戶隱私的海量數據將被各類物聯網設備記錄，其數據安全隱患也愈加嚴重，物聯網系統的安全風險系數也被極具放大。[10]讓學生知道物聯網系統中有哪些安全威脅，了解感知識別層、網絡構建層、管理服務層、甚至綜合應用層分別存在哪些安全問題，了解密碼、數字簽名、訪問控制等現有解決技術的特點及其局限性，認識待解決的各種安全問題，提升作為物聯網專業素質培養所需安全意識，激發專業探索的熱情與使命感。

綜合應用層是物聯網系統的落腳點，智能建筑與智能家居、智能交通、智能農業等綜合應用案例以及物聯網大賽的優秀學生作品將貫穿所有關鍵技術的講解，將案例拆解，形成與課程知識模塊相結合的典型應用舉例，幫助學生將理論知識內化。

物聯網導論課程是專業第一課，旨在“導”出物聯網的相關概念、技術基礎、體系架構、應用模式，幫助學生認識專業核心技術、專業課程體系及專業能力要求。結合物聯網導論課時短、內容多[11]、技術雜、學生基礎無的特點，本文以劉云浩教授“物聯網概論”為重要參考，從物聯網的四層架構出發，以知識圖譜的形式勾勒導論課程主要內容，形成如圖4所示十講內容，幫助明確物聯網的知識體系架構，形成濃厚的專業學習興趣。

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

參考文獻

[1] 劉云浩.物聯網概論[M].北京：科學出版社，2017.

[2] 周佩穎.智能家居是物聯網技術很好的應用[J].物聯網技術，2012（5）：1-2.

[3] 陳享成，袁輝勇，林少晶，姜善永.物聯網導論[M].人民郵電出版社，2019.7.

[4] 桂小林，安健，何欣.物聯網技術導論[M].清華大學出版社，2018.12.

[5] 陳修齊.物聯網技術導論[M].西北工大，2018.11.

[6] 吳功宜，吳英.物聯網工程導論[M].機械工業出版社，2018.1.

[7] 魏旻，王平.物聯網導論[M].人民郵電出版社，2013.8.

[8] 王志良，王粉花.物聯網導論[M].機械工業出版社，2011.4.

[9] 何志明.人工智能概述[J].科技經濟導刊，2018（33）.

[10] 孫長江.試論物聯網感知層的信息安全防護策略[J].通訊世界，2019.26（2）.

[11] 吳治海.“物聯網技術導論”課程的教學內容探討[J].中國電力教育，2013（31）.