《傳感器原理》課程教學(xué)大綱

1、傳感器原理一、課程概況所屬專業(yè):物聯(lián)網(wǎng)工程開課單位：數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院課程類型:專業(yè)基礎(chǔ)課程課程代碼:07415220開課學(xué)期:4學(xué)分：3學(xué)時(shí)：48核心課程:是擬使用教材：孫利民,李建中,陳渝,朱紅松.無線傳感器網(wǎng)絡(luò). 清華大學(xué)出版社, 2005國內(nèi)(外)現(xiàn)有教材：JavierLopez, Jianying Zhou. Wireless Sensor Network Security. IOS Press, 2008學(xué)習(xí)參考資料王汝傳,孫力娟.無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù). 人民郵電出版社, 2011劉偉榮,何云.物聯(lián)網(wǎng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò). 電子工業(yè)出版社, 2013二、課程描述傳感網(wǎng)原理課程是計(jì)算

2、機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程、傳感網(wǎng)工程專業(yè)的一門專業(yè)課程。本課程圍繞無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中“通訊協(xié)議”、“支撐技術(shù)”和“應(yīng)用技術(shù)”三個(gè)主題組織教學(xué)內(nèi)容，涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀與發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議，無線通信基本理論和國內(nèi)外應(yīng)用發(fā)展動(dòng)態(tài)趨勢(shì)等。通過本課程教學(xué)大綱所規(guī)定的理論教學(xué)內(nèi)容以及配套的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)，使學(xué)生將學(xué)到的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)、傳感網(wǎng)絡(luò)理論和無線傳感器網(wǎng)應(yīng)用的基本理論知識(shí)得到驗(yàn)證，并通過實(shí)踐、操作，獲得一定的基本實(shí)驗(yàn)技能，提高分析和解決一般物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、融合、存儲(chǔ)和控制等問題的能力，為今后的科研工作打好基礎(chǔ)。三、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)。著

3、重掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位、目標(biāo)跟蹤和時(shí)間同步等幾大支撐技術(shù)。為在基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用中，深入利用關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)的應(yīng)用系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。基于文獻(xiàn)開展討論交流，參與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生理論與實(shí)踐并重的科研能力。四、教學(xué)要求授課教師將按照學(xué)校本科教學(xué)工作有關(guān)要求做好課程教學(xué)各項(xiàng)工作，嚴(yán)格按照課表規(guī)定的時(shí)間、地點(diǎn)上課，不遲到、不早退，將根據(jù)本大綱要求，認(rèn)真?zhèn)湔n完成教案與講稿編寫等各項(xiàng)課前準(zhǔn)備工作；授課過程力求內(nèi)容充實(shí)、概念準(zhǔn)確、思路清晰、詳略得當(dāng)、邏輯性強(qiáng)、重難點(diǎn)突出，力戒平鋪直敘、照本宣科，同時(shí)重視對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)和課堂教學(xué)效果信

4、息的反饋，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的雙向互動(dòng)；同時(shí)將結(jié)合課程目標(biāo)要求，做好考核內(nèi)容設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格按照本大綱要求做好出勤率統(tǒng)計(jì)、作業(yè)評(píng)價(jià)等各項(xiàng)工作。學(xué)習(xí)是大學(xué)生自己的責(zé)任和義務(wù)，學(xué)生應(yīng)根據(jù)課程大綱要求制定本門課程學(xué)習(xí)計(jì)劃，加強(qiáng)學(xué)業(yè)管理，嚴(yán)格自我要求，提升自主學(xué)習(xí)能力，主動(dòng)適應(yīng)課程學(xué)習(xí)要求。參與課堂教學(xué)活動(dòng)不遲到、不早退，無正當(dāng)理由不請(qǐng)假，上課認(rèn)真聽講，不做任何與課堂教學(xué)無關(guān)事宜，不使用手機(jī)，積極與授課教師進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)，同時(shí)利用課余時(shí)間做好預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、課外書籍閱讀等工作，主動(dòng)與同學(xué)開展合作學(xué)習(xí)，認(rèn)真完成任課教師布置的課程作業(yè)。五、考核方式及要求為實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，本門課程考核方式及要求為：出勤率占10%，點(diǎn)到不少

5、于3次，其中缺席2次以上，按無成績計(jì)算；課程大論文1次，成績按20%折算后計(jì)入總成績；課程作業(yè)5次，按批改成績30%折算后計(jì)入總成績；期末考試分卷面考試占總成績的40%。六、課程內(nèi)容第一單元：傳感器網(wǎng)絡(luò)概述（授課時(shí)間：第五學(xué)期第一周）教學(xué)目標(biāo)：掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念，認(rèn)識(shí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)，了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)：WSN應(yīng)用實(shí)例及WSN應(yīng)用類型，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)，特點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)。教學(xué)難點(diǎn)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。學(xué)時(shí)：課堂教學(xué)3學(xué)時(shí)，課外自主學(xué)習(xí)時(shí)間不少于2學(xué)時(shí)教學(xué)方法：講授法、演示法主要內(nèi)容：(1) WSN應(yīng)用實(shí)例；WSN應(yīng)用類型；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)；傳感器網(wǎng)絡(luò)

6、的特點(diǎn)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。學(xué)習(xí)方法：小組討論、實(shí)驗(yàn)操作課后作業(yè)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)。第二單元：傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)（授課時(shí)間：第五學(xué)期第二-三周）教學(xué)目標(biāo)：掌握WSNode架構(gòu)，了解WSNode的一些實(shí)例，了解WSN的服務(wù)接口和WSN中的網(wǎng)關(guān)的概念。教學(xué)重點(diǎn)：WSNode的硬件組件，能耗，WSN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，WSN中的網(wǎng)關(guān)的概念。教學(xué)難點(diǎn)：WSN節(jié)點(diǎn)WSN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。學(xué)時(shí)：課堂教學(xué)6學(xué)時(shí)。教學(xué)方法：講授法/演示法。主要內(nèi)容：(1) WSN節(jié)點(diǎn)架構(gòu)；WSNode的硬件組件；WSNode的能量消耗；WSNode的操作系統(tǒng)和執(zhí)行環(huán)境；WSN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；WSN的服務(wù)接口和WSN中的網(wǎng)關(guān)的概念。學(xué)習(xí)

7、方法：小組討論、實(shí)驗(yàn)操作。課后作業(yè)：CSMA/CA機(jī)制，沖突避免機(jī)制。第三單元：傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層與鏈路層結(jié)構(gòu)（授課時(shí)間：第五學(xué)期第四-五周）教學(xué)目標(biāo)：掌握物理層協(xié)議的基本概念，掌握無線信道和通信的基礎(chǔ)知識(shí)，了解WSN中物理層和收發(fā)器的設(shè)計(jì)考慮，掌握鏈路層重傳機(jī)制。教學(xué)重點(diǎn)：無線信道和通信基礎(chǔ)知識(shí)，WSN中物理層和收發(fā)器的設(shè)計(jì)考慮。教學(xué)難點(diǎn)：MAC協(xié)議，沖突避免。教學(xué)方法：講授法、演示法。學(xué)時(shí)：課堂教學(xué)6學(xué)時(shí)，課外自主學(xué)習(xí)時(shí)間不少于2學(xué)時(shí)。主要內(nèi)容：(1) 無線MAC協(xié)議基礎(chǔ)知識(shí)；(2) 基于競爭的協(xié)議；基于時(shí)刻表的協(xié)議；IEEE802.15.4MAC協(xié)議；鏈路層的基礎(chǔ)知識(shí)，誤碼控制，封裝；鏈

8、路管理。學(xué)習(xí)方法：小組討論、實(shí)驗(yàn)操作課后作業(yè)：CSMA/CA機(jī)制，沖突避免機(jī)制。第四單元：傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層和路由協(xié)議（授課時(shí)間：第五學(xué)期第六-八周）教學(xué)目標(biāo)：掌握傳感器網(wǎng)絡(luò)路由概念，常見的路由協(xié)議分類。了解以數(shù)據(jù)為中心的和基于內(nèi)容的WSN互聯(lián)的基本概念和技術(shù)。教學(xué)重點(diǎn)：Flooding協(xié)議，Gossiping協(xié)議，LEACH協(xié)議。教學(xué)難點(diǎn)：數(shù)據(jù)匯聚，層次路由協(xié)議，分布式路由過程。學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)教學(xué)方法：講授法、演示法主要內(nèi)容：(1) Flooding協(xié)議和Gossiping協(xié)議；(2) 基于代理的單播轉(zhuǎn)發(fā)：SPIN協(xié)議，DirectedDiffusion協(xié)議和Rumor協(xié)議；(3) 節(jié)能型單播

9、：能量感知路由協(xié)議；(4) LEACH協(xié)議和PEGASIS協(xié)議；(5) 廣播和多播協(xié)議：基于源的樹協(xié)議，共享的基于核的樹協(xié)議；(6) 地理路由協(xié)議：GPSR協(xié)議和TBF協(xié)議。學(xué)習(xí)方法：小組討論、實(shí)驗(yàn)操作課后作業(yè)：AODV路由協(xié)議，LEACH路由協(xié)議等路由過程。第五單元：傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（授課時(shí)間：第五學(xué)期第九-十一周）教學(xué)目標(biāo)：掌握技術(shù)ZigBee的基本概念和技術(shù)特點(diǎn)，掌握ZigBee協(xié)議棧，掌握ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。教學(xué)重點(diǎn)：Zigbee體系，Zigbee源碼。教學(xué)難點(diǎn)：Zigbee工作過程。學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)。教學(xué)方法：講授法/演示法。主要內(nèi)容：(1) ZigBee技術(shù)概述，技術(shù)特點(diǎn)；

10、ZigBee協(xié)議棧；(3) ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；(4) 短距離無線通信技術(shù)WIFI，藍(lán)牙，NFC。學(xué)習(xí)方法：小組討論/實(shí)驗(yàn)操作。課后作業(yè)：Zigbee的工作過程。第六單元：傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋（授課時(shí)間：第五學(xué)期第十一-十二周）教學(xué)目標(biāo)：掌握傳感器覆蓋的概念，理解傳感器覆蓋常見的指標(biāo)，常見覆蓋算法協(xié)議等。教學(xué)重點(diǎn)：覆蓋率，點(diǎn)覆蓋，面覆蓋，柵欄覆蓋，最大突破路徑。教學(xué)難點(diǎn)：柵欄覆蓋，覆蓋率，覆蓋算法與協(xié)議。學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)。教學(xué)方法：講授法/演示法。主要內(nèi)容：(1) 確定性覆蓋，隨機(jī)覆蓋，移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)；(2) 面覆蓋、點(diǎn)覆蓋及柵欄覆蓋；(3) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋感知模型；(4) 無線傳感器網(wǎng)

11、絡(luò)覆蓋性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；(5) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法與協(xié)議。學(xué)習(xí)方法：小組討論/實(shí)驗(yàn)操作。課后作業(yè)：聯(lián)合覆蓋率計(jì)算，具體的覆蓋算法。第七單元：傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步尋址、同步（授課時(shí)間：第五學(xué)期第十三周）教學(xué)目標(biāo)：掌握命名和尋址的基本概念，了解時(shí)間同步的基本概念，掌握時(shí)間同步協(xié)議基本原理。教學(xué)重點(diǎn)：基于內(nèi)容的和基于地理的尋址，基于收發(fā)同步的協(xié)議，基于收收同步的協(xié)議。教學(xué)難點(diǎn)：WSN時(shí)間同步算法。學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)教學(xué)方法：講授法/演示法。主要內(nèi)容：(1) 命名和尋址的基本概念；WSN中的地址和名稱管理；時(shí)間同步的基本概念；時(shí)間模型節(jié)點(diǎn)時(shí)間校正基本技術(shù)；RBS協(xié)議，DMTS協(xié)議，TPSN協(xié)議，F(xiàn)TSP協(xié)議時(shí)

12、間同步算法。學(xué)習(xí)方法：小組討論、實(shí)驗(yàn)操作。課后作業(yè)：RBS同步，基于內(nèi)容的尋址。第七單元：傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)（授課時(shí)間：第五學(xué)期第十四周）教學(xué)目標(biāo)：掌握定位的概念，學(xué)習(xí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)常用的定位技術(shù)。教學(xué)重點(diǎn)：RRSI，測(cè)距無關(guān)定位，基于測(cè)距定位。教學(xué)難點(diǎn)：多跳定位，極大似然估計(jì)定位。學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)。教學(xué)方法：講授法/演示法。主要內(nèi)容：(1) 定位和定點(diǎn)的概念;幾種測(cè)距方法；測(cè)距有關(guān)定位方法；測(cè)距無關(guān)定位方法；常見定位系統(tǒng)和定位指標(biāo)。學(xué)習(xí)方法：小組討論/實(shí)驗(yàn)操作。課后作業(yè)：RSSI與距離的計(jì)算關(guān)系，幾種定位算法的計(jì)算。第八單元：傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)（授課時(shí)間：第五學(xué)期第十五-十六周）教學(xué)目標(biāo)：了解高級(jí)的內(nèi)網(wǎng)處理，WSN中的安全問題。了解WSN仿真平臺(tái)NS，的使用；了解WSN操作系統(tǒng)的使用。掌握硬件開發(fā)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)。教學(xué)重點(diǎn)：WS