《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》教學(xué)大綱

《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》教學(xué)大綱一、課程基本信息二、教學(xué)目標(biāo)中文名稱無線傳感署網(wǎng)絡(luò)英文名稱WirelessSensorNetwork適用專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程先修課程《通信原理》、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》、《傳感器原理及應(yīng)用》課程類別專業(yè)核心課修讀性質(zhì)必修學(xué)分/學(xué)時(shí)3.5學(xué)分/51學(xué)時(shí)（17學(xué)時(shí)）考核方式考查本課程是物聯(lián)網(wǎng)工程、信息工程或相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課程。通過對(duì)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)幾大支撐技術(shù)，掌握基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能應(yīng)用的基本設(shè)計(jì)方法,掌握其軟硬件開發(fā)平臺(tái)和仿真環(huán)境的使用。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)。三、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第一章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述（理論學(xué)時(shí)4/實(shí)踐學(xué)時(shí)0）（一）教學(xué)目標(biāo).了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開展歷程。.了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)及體系結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)。難點(diǎn)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)。（三）教學(xué)內(nèi)容.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)WSN節(jié)點(diǎn)（無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，WSNode）架構(gòu)，含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、WSNode的一些實(shí)例；WSN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，含傳感器網(wǎng)絡(luò)方案、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)和關(guān)鍵參數(shù)、WSN的設(shè)計(jì)原那么、WSN的服務(wù)接口和WSN中的網(wǎng)關(guān)的概念.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)第二章物理層和鏈路層協(xié)議（理論學(xué)時(shí)6/實(shí)踐學(xué)時(shí)2）（一）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。.掌握無線MAC協(xié)議基礎(chǔ)知識(shí)，掌握低占空比協(xié)議和喚醒概念，掌握基于競(jìng)爭(zhēng)的CSMA協(xié)議,掌握基于時(shí)刻表的協(xié)議的基本概念，了解LEACH、SMACS和TRAMA協(xié)議，掌握IEEE802.15.4MAC協(xié)議。.掌握鏈路層的基礎(chǔ)知識(shí)，包括任務(wù)和需求；掌握誤碼控制中的主要技術(shù)，如ARQ技術(shù)，F(xiàn)EC技術(shù)，混合技術(shù)和能量控制等；掌握鏈路層的封裝中的自適應(yīng)方案、中級(jí)校驗(yàn)方案等；掌握鏈路管理中的鏈路質(zhì)量特點(diǎn)和質(zhì)量估計(jì)。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：WSN中物理層和收發(fā)器的設(shè)計(jì)考慮;MAC協(xié)議的基本功能；MAC層節(jié)點(diǎn)能耗問題；基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議、基于時(shí)分復(fù)用的MAC協(xié)議。掌握誤碼控制中的主要技術(shù)難點(diǎn)：設(shè)計(jì)MAC協(xié)議需考慮因素；基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議、基于時(shí)分復(fù)用的MAC協(xié)議。（三）教學(xué)內(nèi)容.物理層，主要內(nèi)容：物理層協(xié)議簡(jiǎn)介，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。.MAC協(xié)議，主要內(nèi)容：無線MAC協(xié)議基礎(chǔ)知識(shí)，低占空比協(xié)議和喚醒概念，基于競(jìng)爭(zhēng)的協(xié)議，基于時(shí)刻表的協(xié)議，協(xié)議。.鏈路層協(xié)議，主要內(nèi)容：鏈路層的基礎(chǔ)知識(shí)，誤碼控制，封裝。鏈路管理第三章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議（理論學(xué)時(shí)6/實(shí)踐學(xué)時(shí)3）（一）教學(xué)目標(biāo).了解傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的特點(diǎn)、分類和要求。.理解基于能量的路由、基于查詢的路由、基于地理信息的路由和支持QoS的路由等典型路由協(xié)議。,了解類路由協(xié)議的切換技術(shù)。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：基于能量的路由協(xié)議、基于查詢的路由協(xié)議、基于地理信息的路由協(xié)議和支持QoS的路由協(xié)議。難點(diǎn)：基于能量的路由協(xié)議、基于查詢的路由協(xié)議、基于地理信息的路由協(xié)議和支持QoS的路由協(xié)議。（三）教學(xué)內(nèi)容L路由協(xié)議分類.能量感知路由.基于查詢的路由.地理位置路由.可靠路由協(xié)議.路由協(xié)議自主切換第四章拓?fù)淇刂疲ɡ碚搶W(xué)時(shí)4/實(shí)踐學(xué)時(shí)0）（一）教學(xué)目標(biāo).了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂频闹匾浴?掌握常見拓?fù)淇刂扑惴ā?了解拓?fù)淇刂频膯l(fā)機(jī)制。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)基于節(jié)點(diǎn)度、鄰近圖的功率控制算法；基于LEACH、GAF、改進(jìn)GAF、TopDisc的層次型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制算法；STEM、ASCENT啟發(fā)控制算法。（三）教學(xué)內(nèi)容.功率控制.層次型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制.啟發(fā)機(jī)制第五章標(biāo)準(zhǔn)（理論學(xué)時(shí)4/實(shí)踐學(xué)時(shí)2）（一）教學(xué)目標(biāo).了解IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。,了解物理層載波頻率、信號(hào)調(diào)制過程及物理幀結(jié)構(gòu)等技術(shù)。.理解MAC層超幀概念、幀結(jié)構(gòu)、傳輸模型。.了解WSN傳輸層和QoS基本概念.了解CC2420等常用無線收發(fā)芯片。（―）重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧結(jié)構(gòu);CC2420芯片結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。難點(diǎn)：IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)；CC2420芯片結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。（三）教學(xué)內(nèi)容IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)IEEE802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)CC2420芯片第六章定位技術(shù)（理論學(xué)時(shí)5/實(shí)踐學(xué)時(shí)0）（-）教學(xué)目標(biāo).了解傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位機(jī)制。.理解三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法和極大似然估計(jì)法等位置計(jì)算方法。.掌握基于距離的定位和距離無關(guān)的定位算法。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法和極大似然估計(jì)法等位置計(jì)算方法；基于距離的定位和距離無關(guān)的定位算法。難點(diǎn)：三邊測(cè)量法、三角測(cè)量法和極大似然估計(jì)法等位置計(jì)算方法；基于距離的定位和距離無關(guān)的定位算法。（三）教學(xué)內(nèi)容.定位技術(shù)簡(jiǎn)介.基于距離的定位算法.距離無關(guān)的定位算法第七章平安技術(shù)（理論學(xué)時(shí)4/實(shí)踐學(xué)時(shí)0）（-）教學(xué)目標(biāo).了解傳感器網(wǎng)絡(luò)平安的重要性、研究現(xiàn)狀。.掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平安問題的應(yīng)對(duì)策略。.理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要平安協(xié)議SPINS的平安框架。4,了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平安管理過程、相關(guān)協(xié)議算法。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平安問題的應(yīng)對(duì)策略；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要平安協(xié)議SPINS的安全框架。難點(diǎn)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要平安協(xié)議SPINS的平安框架；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平安管理相關(guān)協(xié)議算法。（三）教學(xué)內(nèi)容.傳感器網(wǎng)絡(luò)的平安分析.SPINS網(wǎng)絡(luò)平安框架協(xié)議.平安管理第八章數(shù)據(jù)管理技術(shù)（理論學(xué)時(shí)4/實(shí)踐學(xué)時(shí)2）（一）教學(xué)目標(biāo).了解傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的特點(diǎn)。.掌握傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型、查詢語言。.理解傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與索引技術(shù)。.了解傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作算法，掌握數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)。.了解TinyDB和Cougar傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型、查詢語言；傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與索引技術(shù)；掌握數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)。難點(diǎn)：傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與索引技術(shù)；傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作算法；數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)。（三）教學(xué)內(nèi)容.數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu).數(shù)據(jù)模型和查詢語言.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與索引技術(shù).查詢處理技術(shù).數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)例第九章數(shù)據(jù)融合技術(shù)（理論學(xué)時(shí)4/實(shí)踐學(xué)時(shí)0）（-）教學(xué)目標(biāo)1.了解數(shù)據(jù)融合的作用，理解數(shù)據(jù)融合的多種分類方式。2,掌握應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)融合技術(shù)。3.理解獨(dú)立于應(yīng)用的數(shù)據(jù)融合機(jī)制。（―）重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：應(yīng)用層數(shù)據(jù)融合技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)融合技術(shù)；獨(dú)立的數(shù)據(jù)融合機(jī)制。難點(diǎn)：多種形式的數(shù)據(jù)融合；應(yīng)用層數(shù)據(jù)融合技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)融合技術(shù)；獨(dú)立的數(shù)據(jù)融合機(jī)制。（三）教學(xué)內(nèi)容.數(shù)據(jù)融合的作用.數(shù)據(jù)融合的分類.應(yīng)用層中的數(shù)據(jù)融合.網(wǎng)絡(luò)層中的數(shù)據(jù)融合.獨(dú)立的數(shù)據(jù)融合協(xié)議層第十章硬件平臺(tái)（理論學(xué)時(shí)4/實(shí)踐學(xué)時(shí)4）（一）教學(xué)目標(biāo).了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的硬件常用開發(fā)平臺(tái)。.了解Mica系列開發(fā)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)，掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)基本方法。.了解傳感器節(jié)點(diǎn)開展的相關(guān)影響因素和前景。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的硬件開發(fā)平臺(tái)；Mica系列開發(fā)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)基本方法。難點(diǎn)：Mica系列開發(fā)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)。（三）教學(xué)內(nèi)容L硬件設(shè)計(jì)概述.核心部件的設(shè)計(jì)要求.傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)例第十一章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（理論學(xué)時(shí)6/實(shí)踐學(xué)時(shí)4）（一）教學(xué)目標(biāo).了解環(huán)境監(jiān)測(cè)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。.理解環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)假設(shè)干關(guān)鍵問題。.了解傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用流程。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及部署、能量管理、遠(yuǎn)程任務(wù)控制、數(shù)據(jù)采樣和收集等關(guān)鍵技術(shù)。難點(diǎn)：理解環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)假設(shè)干關(guān)鍵問題。（三）教學(xué)內(nèi)容.環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu).傳感器網(wǎng)絡(luò)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵技術(shù).傳感器網(wǎng)絡(luò)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)例四、考核形式及成績(jī)?cè)u(píng)定（-）考核形式：期末考試為閉卷考試，考試范圍和要求應(yīng)符合本教學(xué)大綱對(duì)各章教學(xué)內(nèi)容的基本要求。（二）成績(jī)?cè)u(píng)定：理論課程成績(jī)占50%；實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)占40%；平時(shí)考核（課堂討論、作業(yè)、出勤）占10%0五'教材與參考書教材：孫利民.無線傳感器網(wǎng)絡(luò).北京:清華大學(xué)出版社,2005參考書：[1]楊恒.最新物聯(lián)網(wǎng)實(shí)用開發(fā)技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,2012[2]汪濤.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)導(dǎo)論.北京:清華大學(xué)出版社,2008[3]李善倉(cāng)等主編.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.六、課程學(xué)時(shí)分配表序號(hào)教學(xué)內(nèi)容（章、節(jié)或篇