物聯網實驗教學方法實踐與探討

劉洪丹 張蘭勇 王巍 孫蓉

【摘要】物聯網為現代信息技術的一項關鍵組成部分，也為信息化時代下的一個重要階段，高校物聯網課程有著諸多學科的交叉性特征，在此情況下，在設計實驗體系過程中也存在著不小的困難。所以，應積極對物聯網實驗教學方法進行探討，以探討出最為良好的教學方法，激發學生學習物聯網的興趣，培養學生解決與分析問題的能力，從而保障物聯網實驗教學質量。

【關鍵詞】物聯網? 實驗教學? 方法

【基金項目】黑龍江省教育教學改革項目（JG2013010203）;黑龍江省高等學校教改工程項目（JG201201047）。

【中圖分類號】G642.4 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）50-0174-01

一、物聯網實驗教學主要特征

物聯網技術主要是由應用層、感知層、處理層以及傳輸層等四方面組成，物聯網技術自身包含的專業課程有很多，如網絡課程以及通訊課程等。再者，我國很多高校在實際教學中，都存在重視理論教學，而忽視實踐教學這一特征，對高校來說，必須良好開展物聯網實驗教學，并對該教學進行積極的革新，從而彰顯出物聯網實驗教學的積極作用。

二、實驗硬件平臺與軟件運用

在此次實驗中，傳感器節點運用了模塊化設計方式，可在同一時間外接很多個具備通用連接口的執行器與傳感器，傳感器模塊和通信模塊能夠隨意分離與運用，如此則利于凸顯其開發的變通性。傳感器節點支持電池與電源供電這兩種供電形式，也能夠運用大容量電池供電，同時也能夠以電源對鋰電池進行充電，在此過程中并不需要獨立拆除電池，而后再進行充電。在整個實驗過程中，每個小組的學生均需配套完整的開發套件，主要涵蓋4～5個傳感器節點、鋰電池與燒錄器等，無線通信網絡軟件是以ZSTACk為協議棧的。在進行實驗時，學生應先了解開發環境，而后再進行科學安裝，這種環境不但需提供編譯連接，也需提供程序編寫等功能。

ns2為一項網絡仿真器，運用C++與OTci為開發語言，ns2能夠作為OTci的一種腳本解釋器。在結束仿真后，ns2就會出現很多文本跟蹤文件。在此情況下，只需在腳本中輸入幾句話，在這一文件中就會涵蓋較為細致的跟蹤信息文件，所得出的數據也能夠用作之后的處理與分析之中，同時也能夠運用NAM把仿真的各個階段體現出來。再者，在實驗期間，學生也應該了解與借助仿真器實施調試與仿真，讓學生能夠學會運用packet sniffer，來實施分析以及探測等。sniffer能夠顯現出相對環境狀態中，ZIGBEEN的主要節點信息，監測各個頻段的信號情況，涵蓋信號強度與速率報文分布情況等，若處于監聽狀態下的數據包，能夠支持channl過濾等諸多方式的數據讀取，且也具備報文統計這一有效功能。例如，在學習《傳感器》一課時，教師則需讓學生以小組的形式，來共同分析傳感器的主要功能，以及使用用途等，從而促進學生學習傳感器一課相關知識，實現課堂教學目標。

三、組網實驗涵蓋的主要內容

學生在學習與掌握程序燒錄方法、硬件平臺等諸多方式后，則需學習與修改ZStack協議棧程序，燒錄協調器節點與終端節點一前一后上電，終端節點與協調器節點可利用串口助手這一工具，來了解數據的收入情況，進而依據此，來分析通信連接成功與否，之后再去燒錄嗅探節點，借助sniffer軟件分析通訊階段。另外，教師還需對學生進行良好引導，讓學生能夠分析數據包，然后了解到數據包的通信格式，如確認幀、廣播幀以及探尋幀等，且還需幫助學生了解ZIGBEE協議的主要組網流程，針對實驗過程中所存在的問題，教師也可指導學生，借助抓包來加以分析，以及時找出其中所存在的問題，之后再去合理的解決問題。例如，在學習《近距離通信》一課時，教師則應積極開展物聯網實驗教學，幫助學生理解與掌握到近距離通信的主要方式，以促進學生的有效學習。在此期間，若學生在學習亦或操作時存在問題，教師需及時指導與幫助學生，使學生能夠在第一時間改正問題。

協調器負責啟動網絡，其也為網絡環境中的一項重要設備，協議器選擇網絡ID與信道，之后就能夠啟動網絡。路由器的主要功能在于能夠讓其他設備進入網絡通信。

減小發射功率及延長通訊距離，會使得終端節點和協調器節點難以正常通信。在網絡環境中添加路由節點，讓路由節點和上方兩節點實施無線傳輸。之后節點會通過協議器節點與路由節點進行通信。且也可借助其它節點為包嗅探器節點，把網絡環境中的各項傳輸數據予以有效記錄，而后分析信令流程圖。在完成上述內容后，學生則能夠利用開發套件之中所預留的接口，去連接濕度與溫度傳感器，最終構建出物聯網工程運用。

總而言之，在物聯網課堂教學中，為激發學生的學習興趣，燃起學生的學習熱情，提高學生的專業能力，教師則需積極改革與創新教學方法，建立良好的實驗教學體系，從而確保學生的學習成效。