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第四单元 物联网与“互联网+”
项目九 感受智能化生活
——认识物联网
第一课时 了解物联网的发展历程
教材分析
本节的主要内容是了解物联网的发展历程。
物联网是信息产业的又一次革命性发展在日常生活中有很多应用场景例如智能家居中的扫地机器人智能抽油烟机等它们提高了人们的生活质量。在工业上物联网中的技术也发挥着重要的作用，例如射频识别技术在物流行业中的应用。
本项目活动的主题是认识物联网目标是让学生了解物联网的概念及发展,知道常见的智能系统和智能设备的功能认识物联网的架构和使用到的技术，体会防范物联网安全风险的重要性。
本堂课的主要内容是了解物联网的发展历程，通过活动9.1让学生了解物联网的传感技术在工业上的应用,感知其作用。
教学目标
1.了解物联网的概念及发展历程。
教学重点
1.了解物联网的概念及发展历程。
教学难点
1.物联网的概念
教学方法
体验法、讲授法、讨论法、示例法
教学准备
计算机教室，信息技术应用实例素材,如智能家居系统结构图、人体传感器、温湿度传感器、门窗传感器、无线智能摄像头、智能眼镜、智能手环等。
教学过程
一、新课导入
物联网是信息产业的又一次革命性发展。随着物联网技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生了较大变化。成熟的传感器技术提供了诸如温湿度传感器、人体传感器等丰富的感应装置;射频识别技术和二维码的广泛应用，让很多不具备感应特性的物品也可以被较好地感知。互联网的飞速发展，使得感知到的信息可以被高速、安全地传输。云计算、大数据技术的兴起，则提升了信息处理能力，海量的信息经计算、分析后更加直观地展现在用户面前。
在互联网和移动通信高速发展的时代，几乎所有行业都有数据联网的需求，联网设备也不再局限于手机和计算机，而是包括智能家居系统在内的各种设备(图4-1)。
图4-1物物相连的互联网
二、物联网
物联网是物物相连的互联网。它通过射频识别系统、红外感应系统、全球定位系统等信息传感设备、按照约定的协议赋予物品智能，并把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信、从而实现智能化物品识别物品定位、物品跟降、物品监控和管理等功能。
1.物联网的体系架构
物联网的体系架构大致可以分为以下三层
(1)感知层
感知层是物联网采集信息、识别物品的技术手段。感知层又分为数据采集与执行、短距离无线通信两个部分、运用智能传感技术、身份识别及其他信息采集技术，对物品进基础信息采集，同时接收上层网络送来的控制信息，完成相应执行动作。
(2)网络层
网络层解决的问题是将物联网感知层所获得的信息数据，在一定范围内通过互联网3G14G移动网络、企业内部网、小型局域网等网络手段传送到终端设备上。
(3)应用层
应用层与各种形式的行业需求相结合，可实现物联网技术在现实世界中的应用。应用层包括各种具体应用,既有公众服务。也有行业服务。其中公众服务是面向公众普遍需求提供的基础服务，如智能家居、可穿戴设备等。行业服务通常是针对行业自身特有的需要面向行业内部提供的服务，如智能电网、智能交通等。
2.射频识别
射频识别技术是物联网感知层的重要技术之一，也是目前使用最为普遍的感知层技术典型的RFID系统一般包括电子标签、读写器、中间件及应用系统等若干组成部分 RFID电子标签分为主动式标签和被动式标签两种。主动式标签自身带有电池供电能主动向外发送数据，也称为有源标签。它比被动式标签体积大、成本高，读写距离则较远，可达100米。被动式标签从RFID读写器发送的电磁波中获取能量，被激活后才能向外发送效据,也称为无源标签。它比主动式标签更小、更轻、成本低、寿命长，读写距离则较近一般为20~40cm，有些产品则可达3~5m。
电子标签的工作频率也是其重要特征之一。低频段电子标签的工作频率范围为30~300kHz.通常为无源标签典型应用有动物识别、容器识别、工具识别等。中高频电子标签的工作频率范围为3-30MH，一般为无源标签可方便地做成卡状，典型应用有电子车票电子身份证等超高项与微波频段的射频标签、典聚工作频率有433.92MH928MHz、2.45GHz58GH等可分为有源标签与无源标签两类。典应用有移动车识别、仓储物流应用等。
3.窄带物联网
窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)是物联网的一个重要分支。主要面向低成本、低功耗、低速率广覆盖的物联网业务、如传感器、物流监控等。窄带物联网构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于2G/3G/4G网络，是低功耗域物联网代表技术之一运营商只需要很低的建设成本。就可以快速形成穿带物联网的开载能力。
思考与讨论
1.物联网和互联网的关系是什么？
物联网是互联网的延伸。物联网按照约定的协议赋予物品智能，并把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信。究其本质,物联网的核心和基础仍然是互联网。
2.物联网给人们的生活带来了哪些积极变化？
第一：产业互联网的发展促进工作方式的变化。物联网是产业互联网的基础，所以在产业互联网发展的大背景下，物联网将与大数据等相关技术构成一个整体的解决方案。对于职场人来说，未来的工作方式、工作内容、工作时间等都将会有一定程度的改变。简单的说就是工作内容越来越简单，工作方式越来越轻松，工作时间越来越短。
第二：物联网将促进教育方式的改变。目前AI教育是教育领域的一个关注的重点，未来AI教育必然会得到广泛的普及以解决因材施教问题和教育资源不平衡问题等等，而AI教育的一个重要基础就是物联网，可以说没有物联网就不会有AI教育。未来对于大部分职场人来说，都将需要终身学习，所以物联网的发展对于学习方式会有较大的改变。
第三：物联网促进日常生活的改变。物联网对于日常生活的改变体现在众多方便，比如智能出行（车联网概念）、智慧医疗、智能家居、可穿戴设备等等，这些领域都需要物联网的深度参与，所以物联网对人们生活领域的影响是全方位的。
最后，物联网的发展是综合技术发展的结果，物联网需要大数据、云计算和人工智能的支持才能发挥出更大的作用，所以相关技术的发展对于物联网的发展也有积极的促进作用。
三、物联网的发展历程
物联网的概念1991年首次提出。1995年的《未来之路》一书中也曾提及物联网，但引起广泛重视。1999年、美国麻省理工学院建立了“自动识别中心”提出“万物皆可通网络互联”阐明了物联网的基本含义。
早期的物联网是依托射频识别技术的物流网络。随着技术和应用的发展、物联网的P已经发生了较大变化。2005年国际电信联盟(ITU-T)发布的物联网报告中提出，通过一些关键技术，用互联网将世界上的物品都连接在一起，使世界万物都可以上网。这些关键技术包括通信技术、RFID技术、传感技术、机器人技术、嵌人式技术和纳米技术等2009年,欧盟执委会发表了欧洲物联网行动计划。描绘了物联网技术的应用前景。提出欧盟各国政府要加强对物联网的管理。促进物联网的发展。2013年以来，传感技术、云计算、大数据、移动物联网融合发展，全球物联网应用已进人实质推进阶段。
中国也一直在积极推动物联网技术、应用的创新发展。2009年，我国首次提出“感知中国”。当年11月，国务院批复无锡作为国家级传感网创新示范区，这标志着物联网在我国起步。此后物联网得到了迅速发展，并被正式列为国家五大新兴战略性产业之一。2014年，中国物联网产业初步建立较为完备的政策体系，“市场主导发展”渐人佳境。目前已初步形成了涵盖芯片、元器件、软件、系统集成、电信运营、物联网服务等产业环节的产业门类较为完整的物联网产业体系。另外，中国物联网与传统产业的融合进一步深化。工业云平台、工业大数据等基于物联网的创新技术已成为传统工业和实体经济转型升级的重要引擎。
四、物联网的应用
物联网的应用领域涉及到方方面面，在工业、农业、环境、交通、物流、安保等基础设施领域的应用，有效的推动了这些方面的智能化发展，使得有限的资源更加合理的使用分配，从而提高了行业效率、效益。 在家居、医疗健康、教育、金融与服务业、旅游业等与生活息息相关的领域的应用，从服务范围、服务方式到服务的质量等方面都有了极大的改进，大大的提高了人们的生活质量; 在涉及国防军事领域方面，虽然还处在研究探索阶段，但物联网应用带来的影响也不可小觑，大到卫星、导弹 ( https: / / baike. / item / %E5%AF%BC%E5%BC%B9 / 657512" \t "https: / / baike. / item / %E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91 / _blank )、飞机 ( https: / / baike. / item / %E9%A3%9E%E6%9C%BA / 70237" \t "https: / / baike. / item / %E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91 / _blank )、潜艇 ( https: / / baike. / item / %E6%BD%9C%E8%89%87 / 8452" \t "https: / / baike. / item / %E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91 / _blank )等装备系统，小到单兵作战装备，物联网技术的嵌入有效提升了军事智能化、信息化、精准化，极大提升了军事战斗力，是未来军事变革的关键。
1.智能交通
物联网技术在道路交通方面的应用比较成熟。随着社会车辆越来越普及，交通拥堵甚至瘫痪已成为城市的一大问题。对道路交通状况实时监控并将信息及时传递给驾驶人，让驾驶人及时作出出行调整，有效缓解了交通压力；高速路口设置道路自动收费系统(简称ETC ( https: / / baike. / item / ETC / 563188" \t "https: / / baike. / item / %E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91 / _blank ))，免去进出口取卡、还卡的时间，提升车辆的通行效率;公交车上安装定位系统，能及时了解公交车行驶路线及到站时间，乘客可以根据搭乘路线确定出行，免去不必要的时间浪费。 社会车辆增多，除了会带来交通压力外，停车难也日益成为一个突出问题，不少城市推出了智慧路边停车管理系统，该系统基于云计算 ( https: / / baike. / item / %E4%BA%91%E8%AE%A1%E7%AE%97 / 9969353" \t "https: / / baike. / item / %E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91 / _blank )平台，结合物联网技术与移动支付技术，共享车位资源，提高车位利用率和用户的方便程度。该系统可以兼容手机模式和射频识别模式，通过手机端APP ( https: / / baike. / item / APP / 6133292" \t "https: / / baike. / item / %E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91 / _blank )软件可以实现及时了解车位信息、车位位置，提前做好预定并实现交费等等操作，很大程度上解决了“停车难、难停车”的问题 。
2.智能家居
智能家居 ( https: / / baike. / item / %E6%99%BA%E8%83%BD%E5%AE%B6%E5%B1%85 / 686345" \t "https: / / baike. / item / %E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91 / _blank )就是物联网在家庭中的基础应用，随着宽带业务的普及，智能家居产品涉及到方方面面。 家中无人，可利用手机等产品客户端远程操作智能空调，调节室温，甚者还可以学习用户的使用习惯，从而实现全自动的温控操作，使用户在炎炎夏季回家就能享受到冰爽带来的惬意;通过客户端实现智能灯泡的开关、调控灯泡的亮度和颜色等等; 插座内置Wifi ( https: / / baike. / item / Wifi / 803834" \t "https: / / baike. / item / %E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91 / _blank )，可实现遥控插座定时通断电流，甚者可以监测设备用电情况，生成用电图表让你对用电情况一目了然，安排资源使用及开支预算;智能体重秤，监测运动效果。内置可以监测血压、脂肪量的先进传感器，内定程序根据身体状态提出健康建议; 智能牙刷与客户端相连，供刷牙时间、刷牙位置提醒，可根据刷牙的数据生产图表，口腔的健康状况; 智能摄像头、窗户传感器、智能门铃、烟雾探测器、智能报警器等都是家庭不可少的安全监控设备，你及时出门在外，以在任意时间、地方查看家中任何一角的实时状况，任何安全隐患。看似繁琐的种种家居生活因为物联网变得更加轻松、美好 。
3.公共安全
近年来全球气候异常情况频发，灾害的突发性和危害性进一步加大，互联网可以实时监测环境的不安全性情况，提前预防、实时预警、及时采取应对措施，降低灾害对人类生命财产的威胁。 美国布法罗大学早在 2013 年就提出研究深海互联网项目，通过特殊处理的感应装置置于深海处，分析水下相关情况，海洋污染的防治、海底资源的探测、甚至对海啸也可以提供更加可靠的预警。该项目在当地湖水中进行试验，获得成功，为进一步扩大使用范围提供了基础。利用物联网技术可以智能感知大气、土壤、森林、水资源等方面各指标数据，对于改善人类生活环境发挥巨大作用 。
五、课堂活动
1.了解物联网的传感技术。
(1)物流行业是较早使用物联网技术的行业。请上网查询资料，了解射频识别技术在物流行业的哪些地方有应用，具体是什么应用。
(2)你知道物联网所用到的感知技术包括哪些
参考答案：
(1)物联网在运输环节对物流车辆进行集中调度;在仓储环节,快速识别货物的存放位置;在配送环节,快速识别货物进出情况。
(2)射频识别、条形码、二维码、温度传感器、摄像头等。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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第三课时 体验可穿戴设备及防范物联网安全风险
信息技术沪教版 选择性必修2
第四单元 物联网与“互联网+”
项目九 感受智能化生活
——认识物联网
一、新课导入
二、可穿戴设备
三、体验可穿戴设备
四、防范物联网安全风险
五、课堂活动
一、新课导入
一、新课导入
二、可穿戴设备
1.核心概念
可穿戴设备是指能够穿戴在个人身体上，或能整合到个人的衣服、饰件中，并具备类据采集、处理、交互等功能的便携式电子设备。
二、可穿戴设备
2.发展历程
2012年因谷歌眼镜的亮相，被称作"智能可穿戴设备元年"。在智能手机的创新空间逐步收窄和市场增量接近饱和的情况下，智能可穿戴设备作为智能终端产业下一个热点已被市场广泛认同。
二、可穿戴设备
2.发展历程
2013年，各路企业纷纷进军智能可穿戴设备研发，争取在新一轮技术革命中分一杯羹。
二、可穿戴设备
2.发展历程
经过2013年一整年的不断预热，2014年的可穿戴设备市场呈现出了前所谓有的井喷之势，各大智能硬件厂商纷纷推出了各式各样不同种类的可穿戴设备，让这一市场空前的繁荣。竞争也在不知不觉中激烈了起来。
二、可穿戴设备
2.发展历程
可以说，在2014年的前半年，智能可穿戴市场依旧维持着2013年末的市场格局，谷歌眼镜独占高端，Nike+Fuelband2、Misfit Shine、Jawbone等产品依旧保持了较高的盈利空间。可以说，在当时，可穿戴设备虽然整体销量不高，但是极大地利润率却让诸多厂商转的盆满钵满。
二、可穿戴设备
2.发展历程
2014年，随着Watch、三星Gear系列以及多得让你目不暇接的智能设备的出现让我们见证了智能手表从小众跨入主流的进程。
二、可穿戴设备
3.产品形态
可穿戴设备多以具备部分计算功能、可连接手机及各类终端的便携式配件形式存在，主流的产品形态包括以手腕为支撑的watch类(包括手表和腕带等产品)，以脚为支撑的shoes类(包括鞋、袜子或者将来的其他腿上佩戴产品)，以头部为支撑的Glass类(包括眼镜、头盔、头带等)，以及智能服装、书包、拐杖、配饰等各类非主流产品形态。
二、可穿戴设备
4.主要产品
①watch类 ：Apple Watch 、三星Galaxy Gear 、PS-500智能手表、PS-100智能手环
②shoes类： 耐克智能运动鞋
③Glass类： 谷歌眼镜
二、可穿戴设备
5.存在问题
①价格昂贵。Google Glass售价高达1500美元;Nike+ FuelBand SE售价为149美元;阿迪达斯即将推出的安卓系统智能手表售价399美元。
二、可穿戴设备
5.存在问题
②电池续航时间短。普通的智能手表电池使用时间在24小时左右，如果开启更多功能耗电量会增加，这样使用者不得不每天充两次电才能正常使用。
二、可穿戴设备
5.存在问题
③不能独立使用或功能不全。很多智能手表的功能需要搭载手机才能够使用，消费者不禁要问：那还用它做什么
二、可穿戴设备
6.引发问题
人们对网络的依赖日益增强，可穿戴设备强化了这种依赖性，当到处印刻着健康指数、行为习惯、生活偏好和工作履历痕迹的时候，个人隐私泄露的危险大大增加。可以获得的个人数据量越多，其中的隐私信息量就越大。只要拥有了足够多的数据，我们甚至可能发现有关于一个人的一切。
隐私问题
二、可穿戴设备
6.引发问题
我们知道，互联网将每时每刻都释放出海量数据，无论是围绕企业销售，还是个人的消费习惯，身份特征等等，都变成了以各种形式存储的数据。大量数据背后隐藏着大量的经济与政治利益，尤其是通过数据整合、分析与挖掘，其所表现出的数据整合与控制力量已经远超以往。
隐私问题
二、可穿戴设备
6.引发问题
可穿戴设备辐射对人的健康真的不会受到影响吗？就这一问题，记者特地请教了复旦大学信息科学与工程学院电子工程系教授胡波。胡波介绍说，智能手环是通过传感器把脉搏压力、温度等身体信息转化为电信号，然后通过电磁波发射给手机等数据终端。因为发射距离短，所以信号强度比手机接收和发射的一般信号要弱，辐射相对也就更弱。
辐射问题
三、体验可穿戴设备
随着物联网的发展越来越多的可穿戴设备进入到人们的生活中。例如，佩戴智能眼镜(图4-6)后，可以通过声音控制拍照、视频通话和地图导航，还可以上网、处理电子邮件等。
三、体验可穿戴设备
给病人穿上智能T恤衫后，可以监测其心电图、体温及活动量等生命体征数据。佩戴智能手环(图4-7)后，可以记录日常生活中关于锻炼、睡眠等实时数据，并将这些数据与智能手机、平板电脑同步，起到指导健康生活的作用。下面以智能手环为例体验一下可穿戴设备。
三、体验可穿戴设备
智能手环大部分内置锂电池、震动马达、运动传感器全球定位系统、心率监测传感器、闪存芯片等器件。戴上智能手环，你就可以通过它查看当天的详细运动数据，包括运动时间、空闲时间、运动路程、走路步数、能量消耗和心率等(图4-8)。
三、体验可穿戴设备
如果你长时间坐着不动，智能手环也能侦测到，并会提醒你做一些简单的舒展运动。部分智能手环还具有睡眠追踪功能，可以记录入睡时间、深度睡眠时间、浅度睡眠时间和清醒时间等数据(图4-9)。有些智能手环还可以生成一周睡眠情况报告，将每日数据做成鲜明的彩色图表。
三、体验可穿戴设备
思考讨论
在智能手环中有应用层吗？如果有，它实现了哪些功能？
三、体验可穿戴设备
思考讨论
有，可以将智能手环采集的数据信息在云平台处理后，生成数据分析报告。
四、防范物联网安全风险
物联网运营存在大量的安全风险，其中包括安全规范缺乏、安全责任不清晰带来的管理风险，以及业务漏洞、业务滥用带来的业务风险。随着物联网的快速发展，它暴露出的安全问题也层出不穷。现在越来越多的网络攻击正指向物联网设备，无线智能摄像头、智能手环、智能插座等智能设备都有可能成为获取用户个人隐私的入侵新“入口”。
四、防范物联网安全风险
无线智能摄像头能够保护家居安全，但是一旦遭到入侵，就会变成不法分子的“帮凶”。除了可能泄露家庭隐私外，不法分子还可能通过破解摄像头，植入一些静止画面去蒙蔽使用者，进而实施入室盗窃等犯罪活动。很多物联网设备不设防，或者采用了弱密码设置,很容易被黑客利用。
四、防范物联网安全风险
物联网设备可以提高企业的生产效率，但如果安全技术跟不上，这些东西往往会成为网络“后门”。我们需要发展成熟的云安全服务，为企业提供令人满意的解决方案。在日常生活中，如果要用到物联网设备，修改设备的默认密码和开启安全防护是非常有必要的。此外，还应该及时升级物联网设备的最新固件，设置强密码并经常予以更换。
四、防范物联网安全风险
思考讨论
物联网与互联网面临的风险有何异同
四、防范物联网安全风险
思考讨论
物联网和互联网都面临着大量网络攻击的风险，物联网面临的风险主要有物联网设备因为安全性不够受到攻击，互联网上除了有终端设备、服务器被攻击的风险外,还有个人隐私泄露的风险。
五、课堂活动
1.深入了解智能手环。
(1)在智能手环中，感知层用到的传感器有运动传感器、心率监测传感器等，请上网查找它们的工作原理。
(2)除了使用蓝牙,你认为智能手环还可以通过什么方式与手机或计算机建立连接
(3)你认为智能手环还可以开发哪些功能
五、课堂活动
参考答案：
(1)运动传感器通过电容式加速度计能够感测不同方向的加速度或振动等运动状况，使用各种算法和科学缜密的逻辑运算，最终将这些数据转变成智能手环App端的步数、距离、消耗的卡路里数值等。
心率监测传感器通过光的反射监测使用者心率。其原理是手环中的传感器发出一束光打在皮肤上，因为血液对特定波长的光有吸收作用，每次心脏泵血时，该波长都会被大量吸收而使光的强弱发生变化，此时测量反射/透射的光,可以确定心率。
(2)WiFi、NFC。
谢谢
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