無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)研究

顧榮榮 孫克雷 任 萍

(安徽理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 安徽淮南 232001)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)研究

顧榮榮 孫克雷 任 萍

(安徽理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 安徽淮南 232001)

本文主要是研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗的教學(xué)方式，提出了實驗?zāi)Ｊ降膶哟蝿澐?，配合相?yīng)的層次化教學(xué)方法，循序漸進的指導(dǎo)學(xué)生進行實踐學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識，達到“學(xué)以致用”的目的。

無線傳感器實驗；實驗?zāi)Ｊ?；教學(xué)研究

一、引言

當(dāng)前，無論是從工業(yè)控制，還是從生活領(lǐng)域，人們對數(shù)字世界和實體世界融合的要求越來越高，人們希望做到物與物之間，人與物之間，隨時隨地都能全面感知，建立溝通，實現(xiàn)監(jiān)測和控制。因此，應(yīng)運而生了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是面向“物與物，人與物”的信息溝通，可以融入于醫(yī)療、工業(yè)控制、生活等領(lǐng)域。為了適應(yīng)社會的發(fā)展，高校必然會開設(shè)配套課程，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，使其能夠滿足社會的需求。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念

所謂無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，即在被監(jiān)測區(qū)域部署傳感器節(jié)點，通過多跳自組織的方式形成一個感知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這些傳感節(jié)點協(xié)作式的采集和處理被感知的數(shù)據(jù)信息，最終將信息由匯聚節(jié)點傳送給終端用戶。由以上定義中可以得出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三要素是被感知的對象，傳感節(jié)點以及用戶。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中一般有兩種類型的節(jié)點，分別是傳感節(jié)點和匯聚節(jié)點。

1.傳感節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量最多的節(jié)點類型，它的基本功能是采集、處理和發(fā)布信息，在網(wǎng)絡(luò)中擔(dān)任著終端設(shè)備和路由的角色。傳感節(jié)點一方面采集信息，處理數(shù)據(jù)；一方面和其他節(jié)點建立聯(lián)系，存儲、融合或處理其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)信息。

2.匯聚節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的功能是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器或路由器，主要的作用是實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系。在設(shè)計匯聚節(jié)點時，有兩種模式。一種是讓它比普通傳感節(jié)點的功能更強大，擁有充足的能量和更大的存儲空間；另一種是讓匯聚節(jié)點沒有監(jiān)測任務(wù)，僅僅成為負(fù)責(zé)無線通信的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗層次化設(shè)計

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這門課程，涉及的內(nèi)容有傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議、傳感器網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)以及傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用技術(shù)等等。這樣一門綜合性較強的課程，僅僅通過理論教學(xué)是不夠的，必須采用理論和實踐相結(jié)合的模式，讓學(xué)生通過具體實驗項目的操作，進一步融會貫通教材上的理論知識。

1.實驗?zāi)Ｊ綄哟位?。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這門課程涵蓋的內(nèi)容較多，給實驗項目的安排帶來了一定的難度，項目安排既要根據(jù)理論知識的學(xué)習(xí)進度，又要由淺入深，層層遞進。本文提出了采用層次化模式安排實驗內(nèi)容。實驗層次主要分成：感知型實驗，驗證認(rèn)知型實驗和設(shè)計創(chuàng)新型實驗。(1)感知型。感知型實驗主要以演示性實驗為主。(2)驗證認(rèn)知型。驗證認(rèn)知型實驗主要以實驗驗證為主，項目的安排要由淺入深，先易后難。(3)設(shè)計創(chuàng)新型。通過驗證性實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生對傳感器網(wǎng)絡(luò)有了整體的認(rèn)知，這時可以適當(dāng)安排一些設(shè)計創(chuàng)新環(huán)節(jié)，滿足學(xué)生的求知欲，為學(xué)生提供更好的實驗平臺，引導(dǎo)其自主學(xué)習(xí)，積極創(chuàng)新。

2.教學(xué)方式層次化。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實驗教學(xué)中，實驗項目依據(jù)三層實驗?zāi)Ｊ街鸩竭f進展開，教學(xué)方式也隨之做出相應(yīng)的層次化調(diào)整。安排實驗項目時，既要以學(xué)生興趣為出發(fā)點，緊跟理論學(xué)習(xí)進度，又要將實驗由表及里，層層深入的展示給學(xué)生。本文提出的層次化實驗項目及教學(xué)方法如下所示：(1)感知型實驗項目。①播放無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于生活或工控領(lǐng)域的視頻。如：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于礦井瓦斯監(jiān)測的案例等。②參觀無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的模擬應(yīng)用平臺，引導(dǎo)學(xué)生對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有初步了解。教學(xué)上可以根據(jù)視頻教材，配合相關(guān)實驗器材，教師適當(dāng)講解，讓學(xué)生將簡單的實驗器材與實際應(yīng)用聯(lián)系起來，向?qū)W生生動的展示出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生的興趣。(2)驗證認(rèn)知型實驗項目基礎(chǔ)實驗類：①配置環(huán)境、燒錄傳感節(jié)點。②CC2530基礎(chǔ)實驗。

ZigBee相關(guān)實驗①節(jié)點間的簡單無線收發(fā)。②節(jié)點與終端間的通信實驗。③幾種網(wǎng)絡(luò)模式實驗。在實踐過程中，務(wù)必要讓學(xué)生將抽象的實驗項目與實際應(yīng)用聯(lián)系起來，目的明確，不再盲目。基礎(chǔ)實驗，采取以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師講解為輔，培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能。ZigBee的相關(guān)實驗，主要培養(yǎng)學(xué)生的綜合技能，了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從感知，傳輸，到應(yīng)用的全過程。

3.設(shè)計創(chuàng)新型實驗項目。不限制實驗項目，根據(jù)現(xiàn)有實驗器材，自主設(shè)計傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用平臺。以培訓(xùn)學(xué)生的創(chuàng)新意識為目的，鼓勵學(xué)生自由分組，勇于創(chuàng)新。

四、結(jié)語

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一門綜合性較強的課程，通過理論結(jié)合實踐使學(xué)生熟練掌握理論知識，層次化的實驗?zāi)Ｊ胶徒虒W(xué)方式能更好的激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識，達到了“學(xué)有所用，學(xué)以致用”的目的。

[1]孫利民,李建中等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.7

[2]金光,江先亮.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.10

[3]潘浩,董齊芬等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.8

[4]WSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書[M].武漢:武漢創(chuàng)維特信息技術(shù)有限公司,2013.5.

[5]顧榮榮,李敬兆.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論實驗層次化教學(xué)方法的研究[J].長春大學(xué)學(xué)報,2013.10.

[6]桂小林.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)課程體系探索[J].計算機教育,2010.8.

Research on wireless sensor network experimental teaching

Gu Rong-rong, Sun Ke-lei, Ren Ping
(Anhui University of Science and Technology, Computer Science and Engineering College, Huainan Anhui, 232001)

This paper mainly studied the wireless sensor network experiment teaching method, puts forward the experimental model of hierarchy, with the corresponding hierarchical teaching method, step by step guide student to carry on the practice of learning, cultivate students' autonomous learning ability and innovation consciousness, achieves the goal of "knowledge".

wireless sensor experiment; the experimental model; teaching and research

TP393

A

1000-9795(2014)012-000171-01

［責(zé)任編輯：周 天］

顧榮榮(1979-)，女，安徽淮南人，安徽理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院任教，碩士，高級實驗師，研究方向：計算機監(jiān)控研究。

本文受安徽理工大學(xué)重大教研項目(《基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的計算機專業(yè)實踐教學(xué)研究》，項目號：2014zdxm032)支持。