無線傳感器網絡實驗教學研究

顧榮榮 孫克雷 任 萍

(安徽理工大學計算機科學與工程學院 安徽淮南 232001)

無線傳感器網絡實驗教學研究

顧榮榮 孫克雷 任 萍

(安徽理工大學計算機科學與工程學院 安徽淮南 232001)

本文主要是研究無線傳感器網絡實驗的教學方式，提出了實驗模式的層次劃分，配合相應的層次化教學方法，循序漸進的指導學生進行實踐學習，培養學生的自主學習能力和創新意識，達到“學以致用”的目的。

無線傳感器實驗；實驗模式；教學研究

一、引言

當前，無論是從工業控制，還是從生活領域，人們對數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，實現監測和控制。因此，應運而生了無線傳感器網絡的蓬勃發展，無線傳感器網絡主要是面向“物與物，人與物”的信息溝通，可以融入于醫療、工業控制、生活等領域。為了適應社會的發展，高校必然會開設配套課程，引導學生自主學習，使其能夠滿足社會的需求。

二、無線傳感器網絡概念

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

1.傳感節點是無線傳感器網絡中數量最多的節點類型，它的基本功能是采集、處理和發布信息，在網絡中擔任著終端設備和路由的角色。傳感節點一方面采集信息，處理數據；一方面和其他節點建立聯系，存儲、融合或處理其他節點轉發來的數據信息。

2.匯聚節點在網絡中的功能是網絡協調器或路由器，主要的作用是實現傳感器網絡和外部網絡之間的聯系。在設計匯聚節點時，有兩種模式。一種是讓它比普通傳感節點的功能更強大，擁有充足的能量和更大的存儲空間；另一種是讓匯聚節點沒有監測任務，僅僅成為負責無線通信的網關設備。

三、無線傳感器網絡實驗層次化設計

無線傳感器網絡這門課程，涉及的內容有傳感器網絡的通信協議、傳感器網絡的支撐技術以及傳感器網絡的應用技術等等。這樣一門綜合性較強的課程，僅僅通過理論教學是不夠的，必須采用理論和實踐相結合的模式，讓學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.實驗模式層次化。由于無線傳感器網絡這門課程涵蓋的內容較多，給實驗項目的安排帶來了一定的難度，項目安排既要根據理論知識的學習進度，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容。實驗層次主要分成：感知型實驗，驗證認知型實驗和設計創新型實驗。(1)感知型。感知型實驗主要以演示性實驗為主。(2)驗證認知型。驗證認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)設計創新型。通過驗證性實驗的學習，學生對傳感器網絡有了整體的認知，這時可以適當安排一些設計創新環節，滿足學生的求知欲，為學生提供更好的實驗平臺，引導其自主學習，積極創新。

2.教學方式層次化。在無線傳感器網絡的實驗教學中，實驗項目依據三層實驗模式逐步遞進展開，教學方式也隨之做出相應的層次化調整。安排實驗項目時，既要以學生興趣為出發點，緊跟理論學習進度，又要將實驗由表及里，層層深入的展示給學生。本文提出的層次化實驗項目及教學方法如下所示：(1)感知型實驗項目。①播放無線傳感器網絡應用于生活或工控領域的視頻。如：無線傳感器網絡應用于礦井瓦斯監測的案例等。②參觀無線傳感器網絡的模擬應用平臺，引導學生對無線傳感器網絡有初步了解。教學上可以根據視頻教材，配合相關實驗器材，教師適當講解，讓學生將簡單的實驗器材與實際應用聯系起來，向學生生動的展示出無線傳感器網絡廣泛的應用領域，激發學生的興趣。(2)驗證認知型實驗項目基礎實驗類：①配置環境、燒錄傳感節點。②CC2530基礎實驗。

ZigBee相關實驗①節點間的簡單無線收發。②節點與終端間的通信實驗。③幾種網絡模式實驗。在實踐過程中，務必要讓學生將抽象的實驗項目與實際應用聯系起來，目的明確，不再盲目。基礎實驗，采取以學生自主學習為主，教師講解為輔，培養學生的基本實驗技能。ZigBee的相關實驗，主要培養學生的綜合技能，了解無線傳感器網絡從感知，傳輸，到應用的全過程。

3.設計創新型實驗項目。不限制實驗項目，根據現有實驗器材，自主設計傳感器網絡的應用平臺。以培訓學生的創新意識為目的，鼓勵學生自由分組，勇于創新。

四、結語

無線傳感器網絡是一門綜合性較強的課程，通過理論結合實踐使學生熟練掌握理論知識，層次化的實驗模式和教學方式能更好的激發學生的求知欲，培養學生的自主學習能力和創新意識，達到了“學有所用，學以致用”的目的。

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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

［責任編輯：周 天］

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

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