《無線傳感網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用》教學(xué)大綱

《無線傳感網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05147181課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時：48學(xué)時（理論32學(xué)時，實驗16學(xué)時）先修課程：傳感器技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用等后續(xù)課程：專業(yè)方向課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計適用專業(yè)：測控技術(shù)與儀器開課單位：電氣工程與自動化學(xué)院一、課程說明《無線傳感網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用》是測控技術(shù)與儀器本科專業(yè)的專業(yè)必修課。本課程主要任務(wù)是學(xué)習(xí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本原理及應(yīng)用、常用智能傳感器原理及應(yīng)用、WiFi和LoRa無線通信技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)等。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得無線傳感網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的基本理論、基本知識和基本技能，并能夠設(shè)計實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)的應(yīng)用。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：了解無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本原理及應(yīng)用；掌握智能傳感器原理及應(yīng)用；掌握振動信號采集分析的原理及方法；掌握WiFi和LoRa無線通信技術(shù)；理解無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)；具備無線傳感器節(jié)點開發(fā)能力。課程目標(biāo)2：能綜合運用所學(xué)知識識別測控系統(tǒng)中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并能夠進(jìn)行口頭和書面表達(dá)。課程目標(biāo)3：能夠針對測控系統(tǒng)要求設(shè)計無線傳感網(wǎng)絡(luò)實驗方案。培養(yǎng)良好的職業(yè)規(guī)范及工程素養(yǎng)；追求精益、勇于創(chuàng)新的工匠精神；善于學(xué)習(xí)、積極探索的創(chuàng)新意識；團隊協(xié)作、終身學(xué)習(xí)精神。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《測控數(shù)據(jù)采集與處理》課程教學(xué)目標(biāo)對測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強度1.工程知識1.4能夠適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展，融會貫通工程數(shù)理基本知識和測控專業(yè)專業(yè)知識，通過對擬定方案的交流、比較和優(yōu)化，解決測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。課程目標(biāo)1：了解無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本原理及應(yīng)用；掌握智能傳感器原理及應(yīng)用；掌握振動信號采集分析的原理及方法；掌握WiFi和LoRa無線通信技術(shù)；理解無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)；具備無線傳感器節(jié)點開發(fā)能力。H2.問題分析2.1能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，識別和表達(dá)測控領(lǐng)域復(fù)雜工程問題及其關(guān)鍵環(huán)節(jié)。課程目標(biāo)2：能綜合運用所學(xué)知識識別測控系統(tǒng)中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并能夠進(jìn)行口頭和書面表達(dá)。M4.研究4.2能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對單一或復(fù)雜測控系統(tǒng)等選擇研究路線、設(shè)計實驗方案。課程目標(biāo)3：能夠針對測控系統(tǒng)要求設(shè)計無線傳感網(wǎng)絡(luò)實驗方案。培養(yǎng)良好的職業(yè)規(guī)范及工程素養(yǎng)；追求精益、勇于創(chuàng)新的工匠精神；善于學(xué)習(xí)、積極探索的創(chuàng)新意識；團隊協(xié)作、終身學(xué)習(xí)精神。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.緒論1.1無線傳感網(wǎng)絡(luò)概述1.2無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與應(yīng)用教學(xué)要求：了解無線傳感網(wǎng)絡(luò)的定義、發(fā)展過程及趨勢、應(yīng)用領(lǐng)域；掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)及應(yīng)用特征。重點：無線傳感網(wǎng)絡(luò)的定義、發(fā)展過程及趨勢、應(yīng)用領(lǐng)域；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)及應(yīng)用特征。難點：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)及應(yīng)用特征。212.無線通信基礎(chǔ)與無線網(wǎng)絡(luò)簡介2.1無線通信技術(shù)2.2無線網(wǎng)絡(luò)簡介教學(xué)要求：了解無線通信系統(tǒng)的主要參數(shù)和性能指標(biāo)、傳輸方式、頻道和通信信道；掌握無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、分類、硬件及接口設(shè)備。重點：無線通信系統(tǒng)的傳輸方式、頻道和信道；無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和分類。難點：無線通信系統(tǒng)的頻道和信道；無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。6013.傳感器原理及應(yīng)用實例3.1傳感器相關(guān)概念3.2智能傳感器原理及應(yīng)用3.3常用傳感器及應(yīng)用實例教學(xué)要求：理解傳感器相關(guān)概念；掌握智能傳感器原理及應(yīng)用；掌握常用傳感器的應(yīng)用。重點：智能傳感器原理及應(yīng)用；常用傳感器的應(yīng)用。難點：智能傳感器原理及應(yīng)用。641、2、34.無線通信技術(shù)4.1無線通信技術(shù)簡介4.2WiFi無線通信技術(shù)4.3LoRa遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)4.4ZigBee短距離無線通信技術(shù)教學(xué)要求：了解無線通信技術(shù)相關(guān)概念；掌握WiFi和LoRa無線通信技術(shù)。重點：WiFi和LoRa無線通信技術(shù)。難點:WiFi和LoRa無線通信技術(shù)。681、2、35.無線傳感網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和組網(wǎng)協(xié)議5.1WSN工作原理及結(jié)構(gòu)5.2WSN的協(xié)議棧5.3無線傳感器節(jié)點設(shè)計和應(yīng)用實例教學(xué)要求：理解WSN工作原理及結(jié)構(gòu)；掌握WSN協(xié)議棧；掌握無線傳感器節(jié)點設(shè)計。重點:WSN工作原理及結(jié)構(gòu)；WSN協(xié)議棧；無線傳感器節(jié)點設(shè)計。難點:WSN協(xié)議棧；無線傳感器節(jié)點設(shè)計。81、2、36.無線傳感網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)6.1WSN的時間同步、節(jié)點定位于目標(biāo)跟蹤技術(shù)6.2WSN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂婆c覆蓋技術(shù)6.3WSN的數(shù)據(jù)融合與網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)6.4WSN的容錯與安全技術(shù)教學(xué)要求：了解WSN的時間同步、節(jié)點定位于目標(biāo)跟蹤技術(shù)；了解WSN的數(shù)據(jù)融合與網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)；了解WSN的容錯與安全技術(shù)；掌握WSN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂婆c覆蓋技術(shù)。重點:WSN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂婆c覆蓋技術(shù)。難點:WSN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂婆c覆蓋技術(shù)。41、2、37.無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用案例6.1智慧表計6.2智慧城市6.3智慧農(nóng)業(yè)6.4智慧工業(yè)教學(xué)要求：了解無線傳感網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用；根據(jù)需求設(shè)計無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。重點:無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)用。難點:無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)用。441、2、3合計32162.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.溫濕度信息采集實驗內(nèi)容：利用溫濕度傳感器實現(xiàn)溫濕度信息采集。實驗要求：掌握常用溫濕度傳感器應(yīng)用。41、2、32.溫濕度信息LoRa傳輸實驗內(nèi)容：利用LoRa實現(xiàn)溫濕度信息匯總。實驗要求：掌握LoRa無線通信技術(shù)。41、2、33.溫濕度信息WiFi傳輸實驗內(nèi)容：利用WiFi實現(xiàn)實現(xiàn)溫濕度信息上云。實驗要求：掌握WiFi無線通信技術(shù)及云平臺應(yīng)用。41、2、34.智能家居系統(tǒng)設(shè)計實驗內(nèi)容：綜合上述實驗，開發(fā)智能家居系統(tǒng)。實驗要求：掌握無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計全流程。41、2、3合計16五、教學(xué)方法及手段課堂教學(xué)以充分利用多媒體和互聯(lián)網(wǎng)資源，以線上自學(xué)（MOOC）為輔，線下教學(xué)為主，增強學(xué)生自學(xué)能力，培養(yǎng)學(xué)生科技前沿敏感度，幫助學(xué)生養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。優(yōu)化教學(xué)手段，以實際工程項目為例，針對不同水平層次的學(xué)生開展“案例引導(dǎo)、層次遞進(jìn)、虛實結(jié)合”的教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)方法，轉(zhuǎn)變以往教師為主的教學(xué)方式，對學(xué)生進(jìn)行分組，開展引導(dǎo)式、討論式、翻轉(zhuǎn)課堂等方式，逐漸轉(zhuǎn)為以學(xué)生為主體的教與學(xué)，增強學(xué)生利用專業(yè)知識解決實際工程問題的能力，提高學(xué)生團隊協(xié)作意識和能力，增強學(xué)生主人公意識，將學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為內(nèi)在動力。實驗教學(xué)著重講授如何利用先進(jìn)的實驗設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)平臺等工具，實現(xiàn)從簡單實驗到復(fù)雜無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)。采用教師講授和學(xué)生動手操作的方法，重點講授各個功能模塊應(yīng)用步驟及程序框架，穿插各模塊工作原理。在實驗前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實驗有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書、自學(xué)相關(guān)內(nèi)容；在實驗中要嚴(yán)格遵守實驗紀(jì)律，按照實驗要求完成系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計；實驗結(jié)束后，總結(jié)實驗設(shè)計過程中系統(tǒng)測試出現(xiàn)的問題；每完成一項實驗，要認(rèn)真完成一份實驗報告。六、課程資源注：每門課程需推薦優(yōu)秀參考書3本以上（不包括教材），本學(xué)科國內(nèi)或國際權(quán)威期刊5種以上（至少包括外文期刊1種），網(wǎng)絡(luò)資源2項以上。1.推薦教材：作者（譯者）.書名.出版社.出版時間．（1）朱明.《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用》[M].北京:電子工業(yè)出版社,2020.2.參考書：作者（譯者）.書名.出版社.出版時間．（1）甘泉等.LoRa物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2021.（2）許毅等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2019.（3）熊茂華等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2019.3.期刊：作者.文題.刊名，年，卷號（期號）．或者：刊名，主辦單位（1）儀器儀表學(xué)報,中國儀器儀表學(xué)會.（2）電子測量與儀器學(xué)報,中國電子學(xué)會、中國儀器儀表學(xué)會.（3）儀表技術(shù)與傳感器,沈陽儀表科學(xué)研究院有限公司.（4）電子測量與儀器學(xué)報,中國電子學(xué)會、中國儀器儀表學(xué)會.（5）Measurement,Elsevier.（6）IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,IEEE4.網(wǎng)絡(luò)資源：網(wǎng)站名，訪問路徑或者：作者.文題.更新和修改日期.訪問路徑．（1）阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺./product/iot/iot_instc_public_cn?utm_content=se_1009559381．（2）中國移動物聯(lián)網(wǎng)開放平臺官網(wǎng)./．七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)1234過程性考核作業(yè)10%（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的掌握程度及相關(guān)知識的自學(xué)程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取所有作業(yè)成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以最終成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭獭?322實驗20%（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取所有實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以最終成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭獭?555小組任務(wù)10%（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點綜合應(yīng)用能力、自學(xué)能力及創(chuàng)新能力，滿分100分；（2）每次小組任務(wù)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以最終成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√√3322期末考核60%（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本原理及應(yīng)用；傳感器應(yīng)用；無線傳感網(wǎng)絡(luò)綜合設(shè)計等。（3）考試題型為：填空題、選擇題、簡答題、分析設(shè)計題等?！獭獭獭?0201010合計：100分31311919八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以作業(yè)、實驗、小組任務(wù)、期末考試等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性評價成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為填空題、選擇題、簡答題、分析設(shè)計題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過60%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于40%；作業(yè)、小組任務(wù)、實驗等過程性評價成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性評價和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60作業(yè)25作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于70%。不交作業(yè)4次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于60%。不交作業(yè)5次以上，準(zhǔn)確率小于60%。實驗50實驗預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟，實驗操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團結(jié)協(xié)作，實驗結(jié)果詳實、結(jié)論清晰、討論合理。實驗前有預(yù)習(xí)，能夠掌握方法與步驟，實驗操作過程正確、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團結(jié)協(xié)作，實驗結(jié)果正確、討論適當(dāng)。實驗前有預(yù)習(xí)，基本能夠掌握方法與步驟，實驗操作過程基本正確、無協(xié)作，實驗結(jié)果基本正確，討論一般。實驗前有預(yù)習(xí)，不能掌握方法與步驟，實驗操作過程基本正確，無協(xié)作，實驗結(jié)果基本正確，無