顧榮榮 孫克雷 任 萍

(安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 安徽淮南 232001)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

顧榮榮 孫克雷 任 萍

(安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 安徽淮南 232001)

本文主要是研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，提出了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降膶哟蝿澐?，配合相?yīng)的層次化教學(xué)方法，循序漸進(jìn)的指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)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(shí)，達(dá)到“學(xué)以致用”的目的。

無(wú)線傳感器實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?；教學(xué)研究

一、引言

當(dāng)前，無(wú)論是從工業(yè)控制，還是從生活領(lǐng)域，人們對(duì)數(shù)字世界和實(shí)體世界融合的要求越來(lái)越高，人們希望做到物與物之間，人與物之間，隨時(shí)隨地都能全面感知，建立溝通，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制。因此，應(yīng)運(yùn)而生了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，無(wú)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(huì)的發(fā)展，高校必然會(huì)開(kāi)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(huì)的需求。

二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念

所謂無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，即在被監(jiān)測(cè)區(qū)域部署傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)多跳自組織的方式形成一個(gè)感知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這些傳感節(jié)點(diǎn)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(diǎn)傳送給終端用戶。由以上定義中可以得出，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三要素是被感知的對(duì)象，傳感節(jié)點(diǎn)以及用戶。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中一般有兩種類型的節(jié)點(diǎn)，分別是傳感節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)。

1.傳感節(jié)點(diǎn)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量最多的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)一方面采集信息，處理數(shù)據(jù)；一方面和其他節(jié)點(diǎn)建立聯(lián)系，存儲(chǔ)、融合或處理其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信息。

2.匯聚節(jié)點(diǎn)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(shí)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(jì)匯聚節(jié)點(diǎn)時(shí)，有兩種模式。一種是讓它比普通傳感節(jié)點(diǎn)的功能更強(qiáng)大，擁有充足的能量和更大的存儲(chǔ)空間；另一種是讓匯聚節(jié)點(diǎn)沒(méi)有監(jiān)測(cè)任務(wù)，僅僅成為負(fù)責(zé)無(wú)線通信的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)層次化設(shè)計(jì)

無(wú)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(qiáng)的課程，僅僅通過(guò)理論教學(xué)是不夠的，必須采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的模式，讓學(xué)生通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作，進(jìn)一步融會(huì)貫通教材上的理論知識(shí)。

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綄哟位?。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)這門課程涵蓋的內(nèi)容較多，給實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的安排帶來(lái)了一定的難度，項(xiàng)目安排既要根據(jù)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)進(jìn)度，又要由淺入深，層層遞進(jìn)。本文提出了采用層次化模式安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)層次主要分成：感知型實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。(1)感知型。感知型實(shí)驗(yàn)主要以演示性實(shí)驗(yàn)為主。(2)驗(yàn)證認(rèn)知型。驗(yàn)證認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)主要以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為主，項(xiàng)目的安排要由淺入深，先易后難。(3)設(shè)計(jì)創(chuàng)新型。通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)有了整體的認(rèn)知，這時(shí)可以適當(dāng)安排一些設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目依據(jù)三層實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街鸩竭f進(jìn)展開(kāi)，教學(xué)方式也隨之做出相應(yīng)的層次化調(diào)整。安排實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，既要以學(xué)生興趣為出發(fā)點(diǎn)，緊跟理論學(xué)習(xí)進(jìn)度，又要將實(shí)驗(yàn)由表及里，層層深入的展示給學(xué)生。本文提出的層次化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及教學(xué)方法如下所示：(1)感知型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。①播放無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于礦井瓦斯監(jiān)測(cè)的案例等。②參觀無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的模擬應(yīng)用平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)無(wú)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(shí)驗(yàn)器材，教師適當(dāng)講解，讓學(xué)生將簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，向?qū)W生生動(dòng)的展示出無(wú)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(yàn)證認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)類：①配置環(huán)境、燒錄傳感節(jié)點(diǎn)。②CC2530基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。

ZigBee相關(guān)實(shí)驗(yàn)①節(jié)點(diǎn)間的簡(jiǎn)單無(wú)線收發(fā)。②節(jié)點(diǎn)與終端間的通信實(shí)驗(yàn)。③幾種網(wǎng)絡(luò)模式實(shí)驗(yàn)。在實(shí)踐過(guò)程中，務(wù)必要讓學(xué)生將抽象的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，目的明確，不再盲目。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)技能。ZigBee的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，主要培養(yǎng)學(xué)生的綜合技能，了解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)從感知，傳輸，到應(yīng)用的全過(guò)程。

3.設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。不限制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材，自主設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用平臺(tái)。以培訓(xùn)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)為目的，鼓勵(lì)學(xué)生自由分組，勇于創(chuàng)新。

四、結(jié)語(yǔ)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一門綜合性較強(qiáng)的課程，通過(guò)理論結(jié)合實(shí)踐使學(xué)生熟練掌握理論知識(shí)，層次化的實(shí)驗(yàn)?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(shí)，達(dá)到了“學(xué)有所用，學(xué)以致用”的目的。

[1]孫利民,李建中等.無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[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(shí)驗(yàn)層次化教學(xué)方法的研究[J].長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào),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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院任教，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：計(jì)算機(jī)監(jiān)控研究。

本文受安徽理工大學(xué)重大教研項(xiàng)目(《基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究》，項(xiàng)目號(hào)：2014zdxm032)支持。