资源简介

(共30张PPT)
第二单元 第9节
物联网协议
（浙教版）七年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
能够认识物联网协议中的数据安全与隐私保护责任，理解协议对物联网稳定运行与个人信息安全的长远价值。
能够探索用 MQTT 协议实现数据发布与订阅，结合 “智能光照” 系统实践，创新物联网数据通信的呈现与分享形式。
能够学会通过分析 MQTT 与 HTTP 的协议特点，理解发布 / 订阅模型的通信规律，提升协议选型与适配的效率。
能够了解物联网协议的多种类型与演变，涵盖 HTTP、MQTT、CoAP 等协议，感知其在智能农业、智能家居等场景的应用价值。
03
新知讲解
第九节：物联网协议
学习目标
通过互联网和物联网协议的学习，了解物联网协议;通过MQTT协议消息发布/订阅模型的学习，了解应用MQTT协议实现物联网通信的基本过程。
03
新知讲解
第九节：物联网协议
03
新知讲解
不同类型的设备是如何在网络上实现信息共享和传递的
一你知道物联网是如何实现通信的吗
03
新知讲解
物联网的通信架构建立在互联网之上，需遵循众多互联网中的通信协议，如HTTP、TCP/IP等，为更好地优化通信协议，出现了适用于物联网的CoAP(Constrained Application Protocol,受限应用协议)、 MQTT(MessageQueuing TelemetryTransport,消息队列通测传输)等物联网专用通信协议。
03
新知讲解
一、认识MQTT协议
物联网协议分为两大类，一类是传输协议，一般负责于网内设备间的组网及通信;另一类是通信协议，负责设备通过互联网进行数据交换及通信，通信环境不同，相应支持的议也不同。
03
新知讲解
HTTP是互联网中使用最广泛的网络通信协议。物联网作为互联网的延伸，早期的物联网通信采用的议便是HTTP，随着物联网技术的不断发展，更节约网络带宽和系统资源的MQTT协议被设计并得以广泛应用。
03
新知讲解
MQTT协议基于TCP/IT协议，是一种支持在各方之间异步通信的消息协议，其最初的用途是将石油管道上的传感器与卫星相连接。MQTT协议可以在严重受限的设备硬件和高延迟，带宽有的网络上实现通信，为物联网的多样化应用场景的设计提供了可能。
03
新知讲解
日积月累
HTTP是基于TCP/IP通信协议来传输数据的，它通过一个靠的链接来交换信息，需耗费较大)系统资源。MQTT协议则是为数据传输而设计的，可以在低功耗、低速网络和低理能力的情境下通信。
03
新知讲解
温馨提示
网络中的数据需通过协议才能进行传递和交换。
03
新知讲解
二、MQTT订阅模型
MQTT是一种能实现一对多通信的协议，也称发布或订阅型协议。它由3种功能构成:中介、发布者和订阅者。发布者要分发数据时，它会将包含数据的信息发送给中介，中介将信息分发给已订阅该主题的任何订阅者，如图9-1所示。
03
新知讲解
MQTT订阅模型中，发布者和订阅者起着客户端的作用，中介则承担着转发MOTT通信的服务器的作用，它不存储任何消息。订阅者客户端可以订阅任何消息"主题"，订阅后便与中介建立连接;发布者客户端把相应的数据以特定的方式加在主题上进行发送，它只需在消息发布时与中介建立连接，发布"主题"消息，如图9-2所示。
图9-2 MQTT发布/订阅模型
03
新知讲解
开动脑筋
在MOTT订阅模型中，"订阅者"订阅后为什么需要始终保持连接
在 MQTT 订阅模型中，通信基于TCP 长连接，服务端采用推送机制传递主题消息。订阅者只有保持持续连接，才能实时接收服务端下发的数据，断开连接会无法获取消息，重连后通常需重新订阅，破坏数据接收的实时性与连续性。
03
新知讲解
例如:某农场的"智能光照"物联系统每隔2秒钟采集一次环境光线数据"Iight"，物联系统既作为"发布者"发布消息，又作为"订阅者"订阅消息，应用MQTT协议订阅"light"消息如图9-3所示。
03
新知讲解
亲身体验
在"智能光照"物联系统原型中，订阅"Iight"主题消息，并将数据用合适的方式呈现和分享。
在智能光照物联系统中，连接 MQTT 服务器并订阅light主题，实时接收光照采集数据。通过折线图可视化呈现数值变化，将数据图表与运行日志整理后，以文档或投屏形式组内分享。
03
新知讲解
温馨提示
应用物联网协议，物联系统将各类数据不断发送至网络平台。用户在物联数据的管理、维护及应用过程中需关注数据安全，保护个人隐私。
03
新知讲解
随堂练习
1.搜集资料，比较MQTT协议和HTTP各类参数，填写下表。
性能 HTTP MQTT协议
网络稳定性 依赖高稳定网络，短连接易中断 支持断线重连，适配低稳定网络
功耗 高 低
获取信息方式 客户端主动拉取 服务端主动推送
客户端多平台 是 是
03
新知讲解
随堂练习
2.小组合作，网上搜索并列举各类物联网协议。
物联网协议种类丰富，常用的有 MQTT、HTTP、CoAP 等。MQTT 轻量级、低功耗，适配窄带物联网设备；HTTP 兼容性强，多用于 web 端交互；CoAP 专为资源受限设备设计，不同协议需依场景合理选用。
04
课堂练习
一、选择题
1、MQTT 协议采用的核心通信模型是（ ）
A. 客户端拉取模型 B. 发布 - 订阅模型
C. 点对点直连模型 D. 轮询查询模型
2、相较于 HTTP，MQTT 协议在物联网设备中更具优势的点是（ ）
A. 界面展示友好 B. 低功耗、轻量级
C. 适合网页浏览 D. 数据格式复杂
B
B
04
课堂练习
3、智能光照系统中，接收light主题消息的角色是（ ）
A. 发布者 B. 订阅者
C. 网页服务器 D. 浏览器客户端
4、HTTP 协议获取数据的典型方式是（ ）
A. 服务端主动推送 B. 客户端主动请求拉取
C. 广播式分发 D. 组播传输
B
B
04
课堂练习
二、判断题
1、MQTT 协议通常采用长连接，支持断线重连机制。（ ）
2、 HTTP 协议为保持通信，需要客户端与服务端持续维持连接。（ ）
3、资源受限的物联网终端，更适合使用轻量化的 MQTT 协议。（ ）
4、 MQTT 订阅者断开连接后，仍能离线接收所有主题消息。（ ）
5、 HTTP 的短连接模式，频繁建连会产生更大的设备功耗。（ ）
√
X
√
X
√
05
拓展延伸
物联网通信技术
05
拓展延伸
MQTT QoS 等级解析
MQTT 定义了 QoS 0（最多一次）、QoS 1（至少一次）、QoS 2（恰好一次）三个等级，适配不同可靠性需求。QoS 0 适合非关键传感器数据，QoS 2 用于支付等核心指令，可灵活平衡传输效率与安全性。
05
拓展延伸
CoAP 协议适配场景
CoAP 是专为资源受限设备设计的轻量级协议，基于 UDP 传输，适配窄带低功耗场景，如智能家居传感器、工业物联网终端，可与 HTTP 无缝转换，是物联网边缘设备的优选通信协议。
05
拓展延伸
物联网协议安全性
MQTT 支持 TLS 加密与身份认证，HTTP 通过 HTTPS 保障传输安全，在智能农业、智慧城市等场景中，需结合协议特性配置加密策略，防范数据泄露与恶意攻击，筑牢物联网通信安全防线。
08
板书设计
物联网协议
一、认识MQTT协议
二、MQTT订阅模型
课后作业:
1、结合 MQTT 与 HTTP 协议特点，为智能光照系统选定通信协议，并阐述两点选型依据。
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第2.9课《物联网协议》教学设计
课题 物联网协议 单元 第二单元 学科 信息技术 年级 七年级
核心素养目标 信息意识：能够了解物联网协议的多种类型与演变，涵盖 HTTP、MQTT、CoAP 等协议，感知其在智能农业、智能家居等场景的应用价值。计算思维：能够学会通过分析 MQTT 与 HTTP 的协议特点，理解发布 / 订阅模型的通信规律，提升协议选型与适配的效率。数字化学习与创新：能够探索用 MQTT 协议实现数据发布与订阅，结合 “智能光照” 系统实践，创新物联网数据通信的呈现与分享形式。信息社会责任：能够认识物联网协议中的数据安全与隐私保护责任，理解协议对物联网稳定运行与个人信息安全的长远价值。
教学重点 能够了解物联网协议的多种类型与演变，涵盖 HTTP、MQTT、CoAP 等协议，感知其在智能农业、智能家居等场景的应用价值。
教学难点 能够认识物联网协议中的数据安全与隐私保护责任，理解协议对物联网稳定运行与个人信息安全的长远价值。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第2.9课 物联网协议一、新知引入1、学习目标:通过互联网和物联网协议的学习，了解物联网协议;通过MQTT协议消息发布/订阅模型的学习，了解应用MQTT协议实现物联网通信的基本过程。（播放视频） 不同类型的设备是如何在网络上实现信息共享和传递的 一你知道物联网是如何实现通信的吗 观看视频初识物联网协议 引导学生感知协议核心
讲授新课 新知讲解：物联网的通信架构建立在互联网之上，需遵循众多互联网中的通信协议，如HTTP、TCP/IP等，为更好地优化通信协议，出现了适用于物联网的CoAP(Constrained Application Protocol,受限应用协议)、MQTT(MessageQueuing TelemetryTransport,消息队列通测传输)等物联网专用通信协议。一、认识MQTT协议物联网协议分为两大类，一类是传输协议，一般负责于网内设备间的组网及通信;另一类是通信协议，负责设备通过互联网进行数据交换及通信，通信环境不同，相应支持的议也不同。HTTP是互联网中使用最广泛的网络通信协议。物联网作为互联网的延伸，早期的物联网通信采用的议便是HTTP，随着物联网技术的不断发展，更节约网络带宽和系统资源的MQTT协议被设计并得以广泛应用。MQTT协议基于TCP/IT协议，是一种支持在各方之间异步通信的消息协议，其最初的用途是将石油管道上的传感器与卫星相连接。MQTT协议可以在严重受限的设备硬件和高延迟，带宽有的网络上实现通信，为物联网的多样化应用场景的设计提供了可能。日积月累HTTP是基于TCP/IP通信协议来传输数据的，它通过一个靠的链接来交换信息，需耗费较大)系统资源。MQTT协议则是为数据传输而设计的，可以在低功耗、低速网络和低理能力的情境下通信。温馨提示网络中的数据需通过协议才能进行传递和交换。二、MQTT订阅模型MQTT是一种能实现一对多通信的协议，也称发布或订阅型协议。它由3种功能构成:中介、发布者和订阅者。发布者要分发数据时，它会将包含数据的信息发送给中介，中介将信息分发给已订阅该主题的任何订阅者，如图9-1所示。MQTT订阅模型中，发布者和订阅者起着客户端的作用，中介则承担着转发MOTT通信的服务器的作用，它不存储任何消息。订阅者客户端可以订阅任何消息"主题"，订阅后便与中介建立连接;发布者客户端把相应的数据以特定的方式加在主题上进行发送，它只需在消息发布时与中介建立连接，发布"主题"消息，如图9-2所示。开动脑筋在MOTT订阅模型中，"订阅者"订阅后为什么需要始终保持连接 答：在 MQTT 订阅模型中，通信基于TCP 长连接，服务端采用推送机制传递主题消息。订阅者只有保持持续连接，才能实时接收服务端下发的数据，断开连接会无法获取消息，重连后通常需重新订阅，破坏数据接收的实时性与连续性。例如:某农场的"智能光照"物联系统每隔2秒钟采集一次环境光线数据"Iight"，物联系统既作为"发布者"发布消息，又作为"订阅者"订阅消息，应用MQTT协议订阅"light"消息如图9-3所示。亲身体验在"智能光照"物联系统原型中，订阅"Iight"主题消息，并将数据用合适的方式呈现和分享。答：在智能光照物联系统中，连接 MQTT 服务器并订阅light主题，实时接收光照采集数据。通过折线图可视化呈现数值变化，将数据图表与运行日志整理后，以文档或投屏形式组内分享。温馨提示应用物联网协议，物联系统将各类数据不断发送至网络平台。用户在物联数据的管理、维护及应用过程中需关注数据安全，保护个人隐私。三、随堂作业1.搜集资料，比较MQTT协议和HTTP各类参数，填写下表。观看表格2.小组合作，网上搜索并列举各类物联网协议。答：物联网协议种类丰富，常用的有 MQTT、HTTP、CoAP 等。MQTT 轻量级、低功耗，适配窄带物联网设备；HTTP 兼容性强，多用于 web 端交互；CoAP 专为资源受限设备设计，不同协议需依场景合理选用。四、课堂练习完成课堂练习21-23页。五、拓展延伸1、物联网通信技术（观看视频）2、MQTT QoS 等级解析3、CoAP 协议适配场景4、物联网协议安全性 学习 MQTT 协议特点用途对比 HTTP 与 MQTT 差异知晓协议数据传递作用学习发布 / 订阅通信逻辑思考订阅者保持连接原因订阅主题呈现分享数据了解数据安全隐私保护搜集资料填协议对比表完成 21-23 页课堂练习观看视频拓展协议认知 让学生掌握协议基础帮助学生明晰协议区别让学生重视协议价值使学生理解协议架构启发学生理解协议逻辑锻炼学生实践分享能力引导学生树立责任意识检验学生资料梳理能力提升学生协作归纳能力巩固学生知识掌握程度
课后作业 1、结合 MQTT 与 HTTP 协议特点，为智能光照系统选定通信协议，并阐述两点选型依据。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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