无线传感器网络实验教学研究

顾荣荣 孙克雷 任 萍

(安徽理工大学计算机科学与工程学院 安徽淮南 232001)

无线传感器网络实验教学研究

顾荣荣 孙克雷 任 萍

(安徽理工大学计算机科学与工程学院 安徽淮南 232001)

本文主要是研究无线传感器网络实验的教学方式，提出了实验模式的层次划分，配合相应的层次化教学方法，循序渐进的指导学生进行实践学习，培养学生的自主学习能力和创新意识，达到“学以致用”的目的。

无线传感器实验；实验模式；教学研究

一、引言

当前，无论是从工业控制，还是从生活领域，人们对数字世界和实体世界融合的要求越来越高，人们希望做到物与物之间，人与物之间，随时随地都能全面感知，建立沟通，实现监测和控制。因此，应运而生了无线传感器网络的蓬勃发展，无线传感器网络主要是面向“物与物，人与物”的信息沟通，可以融入于医疗、工业控制、生活等领域。为了适应社会的发展，高校必然会开设配套课程，引导学生自主学习，使其能够满足社会的需求。

二、无线传感器网络概念

所谓无线传感器网络，即在被监测区域部署传感器节点，通过多跳自组织的方式形成一个感知网络系统。这些传感节点协作式的采集和处理被感知的数据信息，最终将信息由汇聚节点传送给终端用户。由以上定义中可以得出，无线传感器网络的三要素是被感知的对象，传感节点以及用户。在传感器网络中一般有两种类型的节点，分别是传感节点和汇聚节点。

1.传感节点是无线传感器网络中数量最多的节点类型，它的基本功能是采集、处理和发布信息，在网络中担任着终端设备和路由的角色。传感节点一方面采集信息，处理数据；一方面和其他节点建立联系，存储、融合或处理其他节点转发来的数据信息。

2.汇聚节点在网络中的功能是网络协调器或路由器，主要的作用是实现传感器网络和外部网络之间的联系。在设计汇聚节点时，有两种模式。一种是让它比普通传感节点的功能更强大，拥有充足的能量和更大的存储空间；另一种是让汇聚节点没有监测任务，仅仅成为负责无线通信的网关设备。

三、无线传感器网络实验层次化设计

无线传感器网络这门课程，涉及的内容有传感器网络的通信协议、传感器网络的支撑技术以及传感器网络的应用技术等等。这样一门综合性较强的课程，仅仅通过理论教学是不够的，必须采用理论和实践相结合的模式，让学生通过具体实验项目的操作，进一步融会贯通教材上的理论知识。

1.实验模式层次化。由于无线传感器网络这门课程涵盖的内容较多，给实验项目的安排带来了一定的难度，项目安排既要根据理论知识的学习进度，又要由浅入深，层层递进。本文提出了采用层次化模式安排实验内容。实验层次主要分成：感知型实验，验证认知型实验和设计创新型实验。(1)感知型。感知型实验主要以演示性实验为主。(2)验证认知型。验证认知型实验主要以实验验证为主，项目的安排要由浅入深，先易后难。(3)设计创新型。通过验证性实验的学习，学生对传感器网络有了整体的认知，这时可以适当安排一些设计创新环节，满足学生的求知欲，为学生提供更好的实验平台，引导其自主学习，积极创新。

2.教学方式层次化。在无线传感器网络的实验教学中，实验项目依据三层实验模式逐步递进展开，教学方式也随之做出相应的层次化调整。安排实验项目时，既要以学生兴趣为出发点，紧跟理论学习进度，又要将实验由表及里，层层深入的展示给学生。本文提出的层次化实验项目及教学方法如下所示：(1)感知型实验项目。①播放无线传感器网络应用于生活或工控领域的视频。如：无线传感器网络应用于矿井瓦斯监测的案例等。②参观无线传感器网络的模拟应用平台，引导学生对无线传感器网络有初步了解。教学上可以根据视频教材，配合相关实验器材，教师适当讲解，让学生将简单的实验器材与实际应用联系起来，向学生生动的展示出无线传感器网络广泛的应用领域，激发学生的兴趣。(2)验证认知型实验项目基础实验类：①配置环境、烧录传感节点。②CC2530基础实验。

ZigBee相关实验①节点间的简单无线收发。②节点与终端间的通信实验。③几种网络模式实验。在实践过程中，务必要让学生将抽象的实验项目与实际应用联系起来，目的明确，不再盲目。基础实验，采取以学生自主学习为主，教师讲解为辅，培养学生的基本实验技能。ZigBee的相关实验，主要培养学生的综合技能，了解无线传感器网络从感知，传输，到应用的全过程。

3.设计创新型实验项目。不限制实验项目，根据现有实验器材，自主设计传感器网络的应用平台。以培训学生的创新意识为目的，鼓励学生自由分组，勇于创新。

四、结语

无线传感器网络是一门综合性较强的课程，通过理论结合实践使学生熟练掌握理论知识，层次化的实验模式和教学方式能更好的激发学生的求知欲，培养学生的自主学习能力和创新意识，达到了“学有所用，学以致用”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

［责任编辑：周 天］

顾荣荣(1979-)，女，安徽淮南人，安徽理工大学计算机科学与工程学院任教，硕士，高级实验师，研究方向：计算机监控研究。

本文受安徽理工大学重大教研项目(《基于创新人才培养的计算机专业实践教学研究》，项目号：2014zdxm032)支持。