“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”課程開設(shè)的思考與分析

摘要：在目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的宏觀背景之下，探討了傳感網(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)中的基礎(chǔ)性作用，在此基礎(chǔ)上闡述了“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”選修課程開設(shè)的宗旨以及教學(xué)組織形式，并進(jìn)一步思考了開設(shè)本課程在當(dāng)前所具有的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：傳感感知；物聯(lián)網(wǎng)；學(xué)科建設(shè)；意義

作者簡(jiǎn)介：李黎（1979-），女，新疆哈密人，陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，講師。（陜西 西安 710062）

基金項(xiàng)目：本文系中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（項(xiàng)目編號(hào)：GK201102008）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）32-0128-02

物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。2009年8月，溫總理視察中科院無(wú)錫微系統(tǒng)所時(shí)，提出了“要大力發(fā)展傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)”的基本思想。2010年初，物聯(lián)網(wǎng)作為新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)被寫入了政府工作報(bào)告，體現(xiàn)出國(guó)家對(duì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重視。[1]為此，教育部辦公廳發(fā)出了關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)申報(bào)和審批工作的通知（教高廳[2010]13號(hào)），[2]這為目前國(guó)內(nèi)高校物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科相關(guān)課程的建設(shè)和發(fā)展提供了重要契機(jī)。

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things， IOT）技術(shù)專業(yè)是信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)方向的重點(diǎn)支持專業(yè)之一，涉及到多個(gè)領(lǐng)域和學(xué)科。本文在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和學(xué)科建設(shè)的宏觀背景下，探討了開設(shè)“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”選修課程的迫切性、重要性，該門課程的宗旨和教學(xué)組織形式，以及在當(dāng)前所具有的現(xiàn)實(shí)意義。

一、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及學(xué)科建設(shè)

1999年，麻省理工學(xué)院提出了“物聯(lián)網(wǎng)”概念，本意是指“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。簡(jiǎn)單地說，物聯(lián)網(wǎng)是由具有自我標(biāo)識(shí)、感知和智能的物理實(shí)體基于通信技術(shù)相互連接所形成的網(wǎng)絡(luò)。它可以實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體在無(wú)需人工干預(yù)的條件下的協(xié)同和互動(dòng)，從而提供智慧和集約的服務(wù)。

為推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)新興技術(shù)和應(yīng)用服務(wù)的發(fā)展，美國(guó)、歐盟、日本、中國(guó)等都投入了大量資金探索物聯(lián)網(wǎng)。中國(guó)工信部也已經(jīng)會(huì)同有關(guān)部門，對(duì)新一代信息技術(shù)開展研究，全國(guó)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)專門也組建了傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組，正式推動(dòng)國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。自2009年8月國(guó)家提出建立感知中國(guó)中心至今，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在全國(guó)早已上升到國(guó)家戰(zhàn)略的高度。作為被列入國(guó)家十二五規(guī)劃的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一，物聯(lián)網(wǎng)必將成為IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展下一個(gè)10年的主旋律。

物聯(lián)網(wǎng)是多學(xué)科交叉的新興學(xué)科，它所涉及的核心技術(shù)包括無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、RFID智能識(shí)別技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)等。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)和技術(shù)框架可知，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)涉及的主干學(xué)科有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電子科學(xué)技術(shù)、控制科學(xué)與工程等。主要專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課包括：物聯(lián)網(wǎng)概論、網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)、控制原理、通信系統(tǒng)原理、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)等。[3]

二、傳感感知是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)

傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量隨意分布的、能耗及資源受限的傳感節(jié)點(diǎn)組成，它具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力，通過自組織方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，協(xié)作地實(shí)時(shí)采集和處理物理世界的大量信息，實(shí)現(xiàn)全面感知的功能。如果說因特網(wǎng)構(gòu)成了邏輯上的信息世界，改變了人際之間的溝通和交流方式，那么，傳感器網(wǎng)絡(luò)就是將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界相融合，改變了人與自然界的交互方式。

中國(guó)從1999年起開展傳感網(wǎng)絡(luò)研究，是國(guó)際傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的主導(dǎo)國(guó)之一。2005年發(fā)布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）（國(guó)發(fā)[2005]第044號(hào)）》[4]已明確將傳感網(wǎng)作為重點(diǎn)領(lǐng)域和優(yōu)先主題，明確信息產(chǎn)業(yè)及現(xiàn)代服務(wù)業(yè)領(lǐng)域重點(diǎn)、優(yōu)先支持傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理，重點(diǎn)開發(fā)多種新型傳感器及先進(jìn)條碼自動(dòng)識(shí)別、射頻標(biāo)簽、基于多種傳感信息的智能化信息處理技術(shù)。在前沿技術(shù)方面更是將智能感知技術(shù)作為信息技術(shù)的重點(diǎn)。

泛在化的感知能力是物聯(lián)網(wǎng)的重要特征，而傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為人類感知物理世界的網(wǎng)絡(luò)——物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢。ITU在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)白皮書中提出了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的總體框架圖，即物聯(lián)網(wǎng)可以分成感知層、傳輸層和應(yīng)用層這三個(gè)層次。感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)物體的信息采集、捕獲和識(shí)別。感知層的關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器、RFID技術(shù)、定位技術(shù)、傳感技術(shù)、短距離無(wú)線通信技術(shù)等。

從物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，是以應(yīng)用解決方案為核心，以傳感感知、傳輸通信、運(yùn)算處理為基礎(chǔ)的集成創(chuàng)新價(jià)值鏈。這些具體應(yīng)用涉及到工業(yè)檢測(cè)、公共安全、電子政務(wù)、智能交通、平安家居、環(huán)境保護(hù)等多領(lǐng)域，而這些都需要傳感器的相關(guān)支撐。因此，作為物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢，對(duì)傳感器的需求將會(huì)是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈總量最大和最重要的環(huán)節(jié)。

三、開設(shè)“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”選修課程的宗旨

傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、軟件編程技術(shù)等研究領(lǐng)域，具有鮮明的跨學(xué)科特點(diǎn)，也具有十分廣泛的應(yīng)用前景。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療、數(shù)字家庭、綠色節(jié)能、智慧交通等傳統(tǒng)和新興領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，傳感器網(wǎng)絡(luò)將無(wú)處不在，完全融入人們的生活。

國(guó)家教育發(fā)展研究中心在《2000年中國(guó)教育綠皮書》[5]中提出素質(zhì)教育的5個(gè)要點(diǎn)：面向全體學(xué)生；促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展；重視學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力；發(fā)展學(xué)生主動(dòng)精神，注重學(xué)生個(gè)性發(fā)展；著眼于學(xué)生終身可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)這一指導(dǎo)精神，在大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)中，特別是師范類計(jì)算機(jī)教學(xué)中開設(shè)“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”選修課，通過讓學(xué)生了解和掌握新興技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，開闊學(xué)生的眼界，將能有效地彌補(bǔ)師范類學(xué)生在知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維方式上的不足，有利于促進(jìn)學(xué)生整體素質(zhì)的提高。

同時(shí)，“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”也是物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科建設(shè)中的核心課程，可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科建設(shè)的需求，適時(shí)擴(kuò)充相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)方法。通過這門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在掌握傳感器網(wǎng)絡(luò)基本原理、基本網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、基本支撐技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解和掌握物聯(lián)網(wǎng)感知和傳輸?shù)幕纠碚摵图夹g(shù)、物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)算處理技術(shù)和體系架構(gòu)等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)能力，促進(jìn)學(xué)生的終身可持續(xù)發(fā)展。

四、“傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用”選修課程的教學(xué)組織

1.補(bǔ)充物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)內(nèi)容，注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

通常，教材滯后性使得教材內(nèi)容常常與生活實(shí)際脫節(jié)或落后于當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展，這也影響了學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的興趣。因此，本門課程講授打算采用課堂講解和主題報(bào)告相結(jié)合的方式，同時(shí)兼顧教材和本學(xué)科發(fā)展的最新內(nèi)容。課堂教學(xué)主要圍繞指定的基本教材展開，充分利用現(xiàn)代教學(xué)條件手段，運(yùn)用圖文并茂的多媒體課件講授傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本原理、基本協(xié)議（包括路由協(xié)議、MAC協(xié)議、拓?fù)淇刂茀f(xié)議以及IEEE802.15.4協(xié)議等）、相關(guān)支撐技術(shù)（包括定位技術(shù)、時(shí)間同步技術(shù)、安全技術(shù)、數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)融合技術(shù)等）、主要應(yīng)用技術(shù)（監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、跟蹤系統(tǒng)等）。在此基礎(chǔ)上，采用主題報(bào)告的方式，及時(shí)組織更新教學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)充關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的新理論、新技術(shù)、新方法、新設(shè)備等前沿知識(shí)，讓學(xué)生能夠充分汲取到物聯(lián)網(wǎng)的最新技術(shù)營(yíng)養(yǎng)。

2.主動(dòng)適應(yīng)性學(xué)習(xí)

主動(dòng)適應(yīng)性學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)依據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)外條件變化和自身學(xué)習(xí)需求，主動(dòng)調(diào)整自身學(xué)習(xí)動(dòng)力和學(xué)習(xí)狀態(tài)，使自身學(xué)習(xí)心理和學(xué)習(xí)行為與不斷變化的學(xué)習(xí)條件相互協(xié)調(diào)。在具體教學(xué)中，為了培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)和參與科研的能力，可以根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，遵循由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，組織學(xué)生開展查找資料、調(diào)研、寫總結(jié)報(bào)告、做主題報(bào)告和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等多種主動(dòng)學(xué)習(xí)的活動(dòng)。對(duì)于主題報(bào)告的形式，根據(jù)不同主題內(nèi)容，由教師講授主要內(nèi)容，讓學(xué)生準(zhǔn)備相關(guān)主題內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，再由教師總結(jié)點(diǎn)評(píng)。對(duì)一些最新發(fā)展比如傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例，可以讓學(xué)生提前準(zhǔn)備，再對(duì)他們感興趣的內(nèi)容進(jìn)行介紹分析。在這種以學(xué)生為主教師為輔的授課方式中，將極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也加深對(duì)相關(guān)內(nèi)容的理解，讓學(xué)生體驗(yàn)和享受學(xué)習(xí)過程和交流空間中的樂趣，達(dá)到了預(yù)期教學(xué)目的。

3.看重效果的考核

采用“因教施考”的考核方式，本門課程考核可以分為理論考查和實(shí)踐考查兩個(gè)方面的內(nèi)容，即考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)掌握的情況也兼顧學(xué)生主觀創(chuàng)造性的發(fā)揮、參與實(shí)踐的能力。理論知識(shí)通過期末考試和平時(shí)小作業(yè)進(jìn)行考查，而實(shí)踐則根據(jù)學(xué)生參與主動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)和實(shí)踐的情況進(jìn)行評(píng)估。

五、在物聯(lián)網(wǎng)背景下開設(shè)本課程的意義

傳感感知是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，作為物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢，傳感器網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)。因此，開設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)課程在當(dāng)前極具現(xiàn)實(shí)意義：

第一，通過本門課程的教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的興趣，使學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、研究方法形成初步了解，并具備基本的研究能力，從而為國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)的研究提供必要的知識(shí)積累和人才儲(chǔ)備。

第二，本門課程教學(xué)可根據(jù)我校實(shí)際情況進(jìn)行專業(yè)調(diào)整和課程優(yōu)化，緊密關(guān)注計(jì)算機(jī)學(xué)科的前沿發(fā)展，在教學(xué)實(shí)踐中不斷完善陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)科的相關(guān)專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展，占領(lǐng)人才培養(yǎng)的制高點(diǎn)；此外，可以引導(dǎo)教師密切關(guān)注新興產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，時(shí)刻追蹤國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)研究的最新進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上有意識(shí)地組織相關(guān)的科研活動(dòng)，為物聯(lián)網(wǎng)的研究提供一些借鑒和思考，以進(jìn)一步體現(xiàn)陜西師范大學(xué)作為研究性大學(xué)的學(xué)術(shù)視野。

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