基于知识图谱的物联网导论教学内容探讨
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作者:洪琴
摘 要 针对物联网导论课程在物联网工程专业的地位和作用，本文以刘云浩教授“物联网概论”为重要参考，从物联网的四层架构出发，以知识图谱的方式勾勒物联网导论课程教学内容，帮助引导学生认识了解物联网工程专业，激发专业学习热情。
关键词 知识图谱 物联网 导论 教学内容探讨
中图分类号：G424 文献标识码：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
物聯网工程专业（专业代码080905）从属于计算机类（专业代码0809），与计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息安全等专业并列。[1]2018计算机类教学质量国家标准中物联网专业核心课程建议包括：离散数学、程序设计、计算机组成、计算机网络、数据库、物联网通信技术、RFID、传感器、嵌入式等，所涉课程或技术庞杂。各高校的教学探索与研究一直进行中，物联网导论作为专业先导课程，在有限的课时内涉猎庞杂的技术，还得兼顾学生专业学习的热情激发和专业学习的入门引导，课程讲授难度较大，教学内容的设计与脉络梳理至关重要，本文拟运用科学知识图谱的方式探究物联网的核心知识模块及其关联，形成课程教学内容的知识图谱。
物联网的体系架构按照信息的生成、传输、处理、应用分为感知识别、网络构建、管理服务、综合应用四个层次。[1]感知识别层主要功能是信息的采集与身份的识别。所涉技术如图1所示，信息采集功能由传感器节点或各种智能终端[1]实现，身份标识功能由各种自动识别技术如：指纹、虹膜等生物识别技术及RFID、图像识别等技术实现。
网络构建层完成信息的传输。互联网是物联网中网络构建层的基础，但是仅有互联网是不够的。互联网好比高速公路，满足主干城市之间的快速交通运输;若想实现“门到门”的便利交通，还需要省道、县道、城市道路的辅助。在网络技术中，实现“最后一公里互联互通”任务的是各种类型的无线接入技术。[1]如图2所示，在物联网导论课程中，分析介绍现有的Wifi、ZigBee、蓝牙、NB-IOT、Lora、5G的无线接入方式的组网方式与常见应用场景，并分析它们的优缺点。
图1 感知识别层技术知识图谱
图2 网络构建层技术知识图谱
管理服务层与综合应用层完成信息的处理与应用。感知识别层获取的大量数据信息经过网络传感层汇聚到管理服务层，通过有效的整合与分析，形成各种应用的“智能化”的应用。管理服务层包含的技术非常广泛，如：海量数据存储与云计算、云存储、大数据、信息安全、数据融合技术、智能决策、知识发现等，[1-8]如图3所示，在物联网导论课程中，选取物联网系统中常见数据存储、数据管理、数据分析技术，重点介绍其概念、技术特点与典型应用领域，“导”出学生对物联网系统主要功能实现所需关键技术的认识，为后续云计算、数据挖掘、数据库等课程的开设做好铺垫。
图3 管理服务层技术知识图谱
近年人工智能成为最新科技前沿的代名词，[9]人工智能是程序算法和大数据结合的产物，对大量的历史数据和实时数据进行分析、处理与学习，从而智能决策。物联网的海量节点和应用是人工智能的重要数据来源，人工智能是物联网系统智能决策的实现的重要方式。结合各种典型应用系统，介绍人工智能、AR与VR等专业发展的前沿技术，培养学生的专业兴趣也是课程的重要内容。
随着物联网的广泛应用，涉及用户隐私的海量数据将被各类物联网设备记录，其数据安全隐患也愈加严重，物联网系统的安全风险系数也被极具放大。[10]让学生知道物联网系统中有哪些安全威胁，了解感知识别层、网络构建层、管理服务层、甚至综合应用层分别存在哪些安全问题，了解密码、数字签名、访问控制等现有解决技术的特点及其局限性，认识待解决的各种安全问题，提升作为物联网专业素质培养所需安全意识，激发专业探索的热情与使命感。
综合应用层是物联网系统的落脚点，智能建筑与智能家居、智能交通、智能农业等综合应用案例以及物联网大赛的优秀学生作品将贯穿所有关键技术的讲解，将案例拆解，形成与课程知识模块相结合的典型应用举例，帮助学生将理论知识内化。
物联网导论课程是专业第一课，旨在“导”出物联网的相关概念、技术基础、体系架构、应用模式，帮助学生认识专业核心技术、专业课程体系及专业能力要求。结合物联网导论课时短、内容多[11]、技术杂、学生基础无的特点，本文以刘云浩教授“物联网概论”为重要参考，从物联网的四层架构出发，以知识图谱的形式勾勒导论课程主要内容，形成如图4所示十讲内容，帮助明确物联网的知识体系架构，形成浓厚的专业学习兴趣。
基金项目：本文系广东省高等教育教学改革项目（粤教高函[2018]180号）和广州大学华软软件学院质量工程项目（项目编号：ZYGXK201805）的研究成果
参考文献
[1] 刘云浩.物联网概论[M].北京：科学出版社，2017.
[2] 周佩颖.智能家居是物联网技术很好的应用[J].物联网技术，2012（5）：1-2.
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[7] 魏旻，王平.物联网导论[M].人民邮电出版社，2013.8.
[8] 王志良，王粉花.物联网导论[M].机械工业出版社，2011.4.
[9] 何志明.人工智能概述[J].科技经济导刊，2018（33）.
[10] 孙长江.试论物联网感知层的信息安全防护策略[J].通讯世界，2019.26（2）.
[11] 吴治海.“物联网技术导论”课程的教学内容探讨[J].中国电力教育，2013（31）.
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