无线传感器网络实验报告

无线传感器网络实验报告（精选11篇）

篇1：无线传感器网络实验报告

桂林电子科技大学

实验报告

2015 5--2016 6 学年第 一 学期

开 课 单 位

海洋信息工程学院

适用年级、专业

课 程 名 称

无线传感器网络

主 讲 教 师

王晓莹

课 程 序 号

1510344

课 程 代 码

BS1620009X0

实 验 名 称

ns2 实验环境配置及应用

实 验 学 时学时

学

号

姓

名

一、

实验目的1)掌握虚拟机的安装方法。

2)熟悉 Ubuntu 系统的基本操作方法。

3)掌握 ns2 环境配置。

4)掌握 tcl 语言的基本语句及编程规则。

5)了解使用 ns2 进行网络仿真的过程。

二、

实验环境

1)系统：Windows 10 专业版 64 位 2)内存：8G 3)软件：VMware Workstation 12 Pro 三、实验内容

((一 一))安装虚拟机（简述安装步骤）

a)在 VMware 官网（https://#allinone 复制到根目录，解压到当前位置 tar xvfz ns-allinone-2.35.tar.gz

在根目录下打开 ns-allinone-2.35 文件夹，在里面找到 ns-2.35 打开找 linkstate文 件 夹，打 开 里 面 的 ls.h 文 件，将 第 137 行 的 void eraseAll(){ erase(baseMap::begin(), baseMap::end());} 改成 void eraseAll(){ this->erase(baseMap::begin(), baseMap::end());}

运行 cd./ns-allinone-2.35 运行./install #进行安装

d)设置环 境变量：

终端中输入 cd，返回根目录，然后

sudo gedit.bashrc 在文件末尾加入：

export PATH=“$PATH:/home/kevin/ns-allinone-2.35/bin:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tcl8.5.10/unix:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tk8.5.10/unix” export LD_LIBRARY_PATH=“$LD_LIBRARY_PATH:/home/kevin/ns-allinone-2.35ns-allinone-2.35/otcl-1.14:/home/kevin/ns-allinone-2.35/lib” export TCL_LIBRARY=“$TCL_LIBRARY:/home/kevin/ns-allinone-2.35/tcl8.5.10/library” 保存退出

e)验证 完成后在新终端窗口 输入 ns 出现%

测试：

ns./ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/ex/simple.tcl

输入 exit 退出 ns2

((四 四))l tcl 语言基本使用（举例说明）

a)创建 test01.tcl 文件，编辑 test01.tcl 文件,在终端输入 touch test01.tcl #创建文件 gedit test01.tcl #编辑文件 b)在 test01.tcl 中输入“九九乘法表”TCL 语言

c)运行 test01.tcl，结果如图：

((五 五))网络仿真（可以选示例，也可以自己参考资料设计仿真）

((六 六))遇到的问题及解决方法

1.Ns2 验证：安装完成后在新终端窗口 输入 ns 不出现 %

使用 sudo apt-get install ns2 安装后新窗口输入 ns 出现 %

2.TCL 语言测试：找不到 tk.tcl

ns./ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/ex/simple.tcl 提示找不到 tk.tcl，因为没安装 nam，输入命令 sudo apt-get install nam 安装成功，再验证就可以了。

四、

实验总结

通过本次实验，熟悉掌握了虚拟机 VMware Workstation Pro 的安装与系统创建安装使用，熟悉掌握 Ubuntu 系统的基本命令操作，掌握 ns2 环境配置，掌握 tcl 语言的基本语句及编程规则，了解但还尚未能掌握使用 ns2进行网络仿真的操作。相信之后通过理论与实践更深的了解熟悉网络仿真的知识与操作。

篇2：无线传感器网络实验报告

本次实验我们进行的是无线传感器网络综合实验。在实验中，我们小组成员学习了无线传输的基本原理，合作完成实验系统的安装、调试与数据分析，在这一过程中我受益良多。

无线传感器网络系统是基于ZigBee技术。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

现在无线传感网络技术广泛用于很多方面，如农业物联网、工业自动化以及智能家居等。无线传感的使用使传感器和自动化技术得到了空前的发展，并给人们的生活带来了很大的便利。

我们平时的实验课更多注重对理论的验证，但是没有创新性和自主研发性，虽然这次的实验我们大部分也是照着实验说明书进行连接、烧录程序、演示等，但是此次的实验增加了我对电子设计的浓厚兴趣。只要有兴趣，我相信化兴趣为动力，我肯定能更加努力加强电子专业的学习，努力提高专业素养。

当然实验中还有注重团队的协作，我们分工明确，合作愉快，因此更快、更好地完成了实验。现在的项目工程，凭一己之力几乎不可能完成，所以企业也十分注重员工的团队意识，我们想要进入好的企业，对这块不能等闲视之，必须加以重视。

篇3：无线传感器网络实验教学研究

无线传感器网络作为重要的物联网技术,一直以来是研究的热点方向,无线传感器网络是一门多学科交叉的课程,是日后直接从事无线ZIGBEE技术、无线传感器网络应用系统开发、物联网综合系统设计开发等具体工作所必须学习的核心课程,应此在多个领域有着广泛的应用。作为一门新兴学科,又是一门注重实践的课程,必须要通过优秀的实验教学才能培养学生的实际操作能力与解决问题的能力。

因此在实验教学过程出现的一些问题,提出一些新的想法和探索,以求在教学中达到更好的效果。

2 实验教学中的问题及解决方法

在实验教学方面,由于无线传感器网络是一门新兴课程,没有比较统一的标准进行实验教学。在实验教学中存在教学内容比较单调,采用配套软件,只进行验证性实验。学生缺乏独立思考的能力,往往在实验中只追求实验结果,而对实验中涉及的原理和理论知识不过多的关注,学生往往觉得缺乏挑战,实验积极性不高。这样就造成学生的实践能力较低,再加上实验室设备及软件更新不到位,不能及时更新实验内容,使实验教学进一步落后。

在实验教学中,为了帮助学生进一步深入的掌握理论知识和基本原理,将实验分为基础性实验,综合性实验,设计性实验。基础性实验多为验证性实验,让学生熟悉程序设计流程以及开发环境,熟练掌握开发工具及编译环境,为后续的综合性实验打下基础。综合性实验主要是多个基础性实验的有机整合,目的在于让学生熟悉和整合知识点,更加牢固的掌握基础实验的内容。通过设计性实验,进行一些实际意义的无线传感器网络应用系统,能够自己构想出一些无线传感器网络的模型,应该自行设计一些硬件电路及软件,并且能够自己进行调试来完成设计性实验,学生通过设计题目和设计要求,分组进行进行方案设计,软件编程,测试结果。并且在规定时间内完成设计需求,最后由老师验收实验结果以及学生撰写实验报告。整个实验过程具有挑战性,使学生做实验的兴趣更高,并且发挥学生个人能力,培养了学生的团队协作能力和创新意识,进一步提高了学生的个人综合素质。高校应该设立专业的无线网络传感器实验室,关注学科发展的最新动态,适时的更新实验教学内容以及引进新的实验教学设备,以求获得更好的实验教学成果。

3 实验内容设置

无线传感器网络课程主要是对传感器网络基本概念和主要技术进行教学,还涉及到网络通讯协议以及传感器网络的支撑技术。对于实验课程的覆盖,应该取决于具体的授课课时的安排以及具体的实验条件。

学生在基础实验中应该学生应该能独立的进行验证性实验,通过验证性实验,加强学生对理论知识的理解和巩固,培养了学生的专业基本技术能力,对实验进行分析和讨论,提高学生对课程的理解,具体设置基础实验课程:定时器实验、走马灯和看门狗定时器实验、串口通信实验、CC2420启动及初始化实验、接收和地址译码实验、无线信道监听实验。

通过综合性实验,使学生对传感器系统有了一个全局的了解,也提高了学生的实际动手能力,设置的综合性实验课程:点对点无线通信实验、星状网和线状网通信实验。

基础实验来加深学生对无线传感器网络课程的感性认识,通过感性认识再加深对理论课体系的深入理解。通过后续的综合性和设计性实验,充分强调了学生自己的动手能力和独立思考能力在实验课程中的重要性,并且通过动手和思考更加深刻的理解无线传感器网络的原理和应用。通过实验的学习,学生们可以把无线传感器原理和实践相结合,从而体验真实的无线传感器网络环境,避免了学生只能学到书本上的知识而无法实际运用。可以明显的提高教学成果。

在教学过程中,应该让学生接触到世界主流的知识和技术,掌握流行的技术,这样可以相应的提高学校的科研能力和教学质量,在以后的教学过程中,积极进行教学改革,教师与学生之间应该进行良性互动,帮助学生在学习中找到问题的关键,从而提高学生的学习热情,也可以提高学生的创新能力和运用自己所学知识来发现问题,思考问题,解决问题的能力。

4 结束语

无线传感器网络这门课程的理论性和实践性较强,加之涉及学科较多,实验课程的设置和开展较为重要,根据本文的实验课程设计能够让学生较好的掌握无线传感器网络的基础知识和技术,通过设计性实验和老师的引导,巩固了知识点,熟悉无线传感器网络的设计特点和方法。让学生在学习和实践中循序渐进,提高了个人综合素质,为今后更深层次的学习打下坚实的基础。

摘要：随着物联网技术的兴起,无线传感器网络技术越来越受到关注,作为重要物联网工程专业的本科课程之一,由于涉及学科多,交叉大,因而在教学方面有许多难点。通过对无线传感器网络的实验教学方面的探讨,提出了具体的实验课程设置,以求到达高质量的实验教学成果,进而提高学生的学习兴趣以及实际动手能力,从而深化对理论知识的理解。

篇4：无线传感器网络的密钥管理

一、 无线传感器网络安全框架——SPINS

SPINS安全协议是传感器网络安全框架之一，是由Adrian Perrig等人提出的一种基本的安全协议，它建立在对称密钥体系的基础之上，包括SNEP(Secure Network Encryption Protocol ) 和€%eTESLA ( micro Timed Efficient Streaming Loss-tolerant Authentication Protocol) 两个部分。前者用于实现点到点通信的机密性、完整性和新鲜性，后者实现网络广播消息的验证。下面对SNEP和€%eTESLA 进行简单的介绍。

1.安全网络加密协议SNEP。SNEP协议提供网络所需的数据机密性、认证性、完整性和新鲜性。SNEP 本身只描述安全实施的协议过程，并不规定实际使用的算法,具体的算法在具体实现时考虑。SNEP 协议采用预共享主密钥的安全引导模型,假设每个节点都和基站之间共享一对主密钥，其他密钥都是从主密钥衍生出来的。SNEP 协议的各种安全机制是通过信任基站完成的。

2.基于时间的高效的容忍丢包的流认证协议€%eTESLA 协议。SNEP协议可以较好的完成点对点的通信，但是对于广播消息的验证却有一定的困难。因为发送方和每一个接收者都采用的不同的对称密钥，发送方无法产生多个接收方都可以验证的消息验证码。为了实现广播消息的认证，SPINS提供€%eTESLA 协议。

€%eTESLA协议是基于时间的高效的容忍丢包的流认证协议，该协议的主要思想是先广播一个通过密钥Kmac认证的数据包，然后公布密钥Kmac。这样就保证了在密钥Kmac公布之前，没有人能够得到认证密钥的任何信息,也就没有办法在广播包正确认证之前伪造出正确的广播数据包。这样的协议过程恰好满足流认证广播的安全条件。

三、密钥管理方案

在无线传感器网络中，网络的安全管理包含了安全体系建立和安全体系变更(即安全维护)两个部分。安全引导就是指一个完全裸露的网络如何通过一些共有的知识和协议过程来形成一个具有坚实安全外壳保护的网络。安全维护就是指在实际运行中，原始的安全平衡由于内部或者外部的因素，传感器网络识别并除去异构的恶意节点，重新恢复安全防护的过程。在一个由成千上万节点的传感器网络中，节点随机部署在未知的区域。在这种情况下，要想预先为整个网络设置好所有可能的安全密钥是非常困难的，安全管理最核心的问题就成了安全密钥的建立过程，即密钥管理问题。

目前密钥管理主要方法有三种：

1.信任服务器方案(Center of Authentication，CA)。信任服务器方案是用可信任的服务器完成节点间的密钥协商过程，如Kerberos协议。这个协议需要预先在传感器节点放置一些预配置的信息来产生密钥。这个协议包括密码密钥算法和公开密钥算法，但是由于传感器节点的计算能力有限，在节点上进行求幕运算是不可行的，在无线传感器网络中一般采用秘密密钥算法，即对称密钥算法。

2.基于公钥密码的密钥管理机制——自增强的方案。在传统网络中公钥密码机制广泛应用于密钥交换和分配。自增强方案需要非对称密码学的支持，但由于传感器节点能源、内存和计算能力有限，传统的观念认为它需要较大的计算量、能量消耗和存储空间，例如，RSA、DSA、 Difie-Hellman等。协议在传感器节点的硬件水平上运行都将导致产生节点无法承受的能耗，但是根据目前的讨论，也并不能完全否定公钥体制在无线传感器网络中的应用。如椭圆曲线算法（ECC）就是值得考虑和研究的应用于传感器网络中的方案。

3.密钥预分配方案。密钥预分配方案需要在系统布置之前完成了大部分的安全基础的建立，对系统运行后的协商工作只需要很简单的协议过程，所以比较适合无线传感器网络安全引导。它是一种运用对称密钥算法进行加解密的密钥管理方案。

四、密钥管理方案的评估指标

1.安全性。不管对于传统网络还是无线传感器网络，密钥管理方案的安全性都是首要考虑的因素，包括保密性、完整性、有效性等。

2.节点被俘获的抵抗性。节点被俘获的抵抗性就是指当一个网络中的部分节点被攻击之后，对其它正常节点之间通讯的影响有多大。一个理想的密钥管理方案应该是在部分节点被攻击之后，对其它正常节点之间安全通讯几乎没有影响。

3.负载。无线传感器网络中的负载包括三种负载：通讯负载、计算负载和内存负载。

篇5：无线传感器网络安全

平安是系统可用的前提 , 需要在保证通信平安的前提下 , 降低系统开销 , 研究可行的平安算法。由于无线传感器网络受到平安威胁和移动 ad hoc 网络不同 , 所以现有的网络平安机制无法应用于本领域 , 需要开发专门协议。

目前主要存在两种思路简介如下 :

一种思想是从维护路由安全的角度动身 , 寻找尽可能平安的路由以保证网络的平安。如果路由协议被破坏导致传送的消息被篡改 , 那么对于应用层上的数据包来说没有任何的平安性可言。

一种方法是有安全意识的路由 ” SA R , 其思想是找出真实值和节点之间的关系 , 然后利用这些真实值去生成安全的路由。该方法解决了两个问题 , 即如何保证数据在平安路径中传送和路由协议中的信息平安性。这种模型中 , 当节点的平安等级达不到要求时 , 就会自动的从路由选择中退出以保证整个网络的路由安全。可以通过多径路由算法改善系统的稳健性 ( robust , 数据包通过路由选择算法在多径路径中向前传送 , 接收端内通过前向纠错技术得到重建。

另一种思想是把着重点放在平安协议方面 , 此领域也出现了大量的研究效果。假定传感器网络的任务是为高级政要人员提供平安维护的 , 提供一个平安解决方案将为解决这类安全问题带来一个合适的模型，

具体的技术实现上 , 先假定基站总是正常工作的 , 并且总是平安的 , 满足必要的计算速度、存储器容量 , 基站功率满足加密和路由的要求 ; 通信模式是点到点 , 通过端到端的加密保证了数据传输的平安性 ; 射频层总是正常工作。

基于以上前提 , 典型的无线 传感器网络平安 问题：

a 信息被非法用户截获 ;

b 一个节点遭破坏 ;

c 识别伪节点 ;

d 如何向已有传感器网络添加合法的节点。

此方案是不采用任何的路由机制。此方案中 , 每个节点和基站分享一个唯一的 64 位密匙 Keyj 和一个公共的密匙 KeyBS, 发送端会对数据进行加密 , 接收端接收到数据后根据数据中的地址选择相应的密匙对数据进行解密。

无线 传感器网络平安 中的两种专用安全协议 :

篇6：无线传感器网络课后习题答案

1-5.传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么?(1)传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块电源模块和嵌入式软件系统

(2)传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。

1-8.传感器网络的体系结构包括哪些部分?各部分的功能分别是什么?

(1)网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。

(2)网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。

(3)应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。

1-9.传感器网络的结构有哪些类型?分别说明各种网络结构的特征及优缺点。

（1）根据结点数目的多少，传感器网络的结构可以分为平面结构和分级结构。如果网络的规模较小，一般采用平面结构；如果网络规模很大，则必须采用分级网络结构。（2）平面结构：

特征：平面结构的网络比较简单，所有结点的地位平等，所以又可以称为对等式结构。优点：源结点和目的结点之间一般存在多条路径，网络负荷由这些路径共同承担。一般情况下不存在瓶颈，网络比较健壮。

缺点：①影响网络数据的传输速率，甚至造成网络崩溃。②整个系统宏观上会损耗巨大能量。③可扩充性差，需要大量控制消息。分级结构：

特征：传感器网络被划分为多个簇，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。这些簇头形成了高一级的网络。簇头结点负责簇间数据的转发，簇成员只负责数据的采集。

优点：①大大减少了网络中路由控制信息的数量，具有很好的可扩充性。②簇头可以随时选举产生，具有很强的抗毁性。

缺点：簇头的能量消耗较大，很难进人休眠状态。

1-13.讨论无线传感器网络在实际生活中有哪些潜在的应用。

(1)用在智能家具系统中，将传感器嵌入家具和家电中，使其与执行单元组成无线网络，与因特网连接在一起。(2)用在智能医疗中，将传感器嵌入医疗设备中，使其能接入因特网，将患者数据传送至医生终端。(3)用在只能交通中，运用无线传感器监测路面、车流等情况。2-2.传感器由哪些部分组成?各部分的功能是什么?

2-5.集成传感器的特点是什么? 体积小、重量轻、功能强、性能好。2-7.传感器的一般特性包括哪些指标? 灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性、重复性、漂移、精度、分辨（力）、迟滞。2-15.如何进行传感器的正确选型？

1.测量对象与环境：分析被测量的特点和传感器的使用条件选择何种原理的传感器。2.灵敏度：选择较高信噪比的传感器，并选择适合的灵敏度方向。

3.频率响应特性:根据信号的特点选择相应的传感器响应频率，以及延时短的传感器。4.线性范围：传感器种类确定后观察其量程是否满足要求，并且选择误差小的传感器。

5.稳定性：根据使用环境选择何时的传感器或采用适当的措施减小环境影响，尽量选择稳定性好的传感器。6.精度：选择满足要求的，相对便宜的传感器。2-17.简述磁阻传感器探测运动车辆的原理。

磁阻传感器在探测磁场的通知探测获得车轮速度、磁迹、车辆出现和运动方向等。使用磁性传感器探测方向、角度或电流值，可以间接测定这些数值。因为这些属性变量必须对相应的磁场产生变化，一旦磁传感器检测出场强变化，则采用一些信号处理办法，将传感器信号转换成需要的参数值。3-2.无线网络通信系统为什么要进行调制和解调?调制有哪些方法?（1）调制和解调技术是无线通信系统的关键技术之一。调制对通信系统的有效性和可靠性有很大的影响。采用什么方法调制和解调往往在很大程度上决定着通信系统的质量。

调制技术通过改变高频载波的幅度、相位或频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化。

解调是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者(信宿)处理和理解的过程。（2）根据调制中采用的基带信号的类型。可以将调制分为模拟调制和数字调制。

根据原始信号所控制参量的不同，调制分为幅度调制、频率调制和相位调制。3-4.试描述无线传感器网络的物理层帧结构。

3-6.根据信道使用方式的不同。传感器网络的MAC协议可以分为哪几种类型? 时分复用无竞争接入方式、随机竞争接入方式、竞争与固定分配相结合的接入方式。3-7.设计基于竞争的MAC协议的基本思想是什么？

当结点需要发送数据时，通过竞争方式使用无线信道。如果发送的数据产生了碰撞，就按照某种策略重发数据，直到数据发送成功或放弃发送。

3-8.试写(画）出CSMA/CA的基木访问机制。并说明随机退避时间的计算方法。

3-9.IEEE802.11MAC协议有哪两种访问控制方式?每种方式是如何工作的?（1）分布式协调功能（DCF）、点协调功能（PCF），期中DCF是基本访问控制方式。

3-10.通常有哪些原因导致传感器网络产生无效能耗? 空闲侦听、数据冲突、串扰、控制开销 3-11.叙述无线传感器网络S-MAC协议的主要特点和实现机制。

（1）S-MAC协议的适用条件是传感器网络的数据传输量不大，网络内部能够进

行数据的处理和融合以减少数据通信量，网络能容忍一定程度的通信延迟。它的设计目标是提供良好的扩展性，减少结点能耗。

（2）周期性侦听和睡眠机制、流量自适应机制、冲突和串音避免机制、消息传递机制。3-12.简述路由选择的主要功能。

（1）寻找源结点和目的结点间的优化路径。（2）将数据分析沿着优化路径正确转发。

3-14.常见的传感器网络路由协议有哪些类型?并说明各种类型路由协议的主要特点。（1）能量感知路由协议、基于查询的路由协议、地理位置协议、可靠的路由协议。

（2）能量感知路由协议：从数据传输的能量消耗出发，讨论最少能量消耗和最长网络生存期等问题。

基于查询的路由协议：主要用于需要不断查询传感器结点采集的数据，通过减少通信流量来节省能量，即数据融合技术与路由协议的设计相结合。

地理位置协议：主要应用于需要知道目的结点的精确或大致地理位置的问题中，把结点的位置信息作为路由选择的依据，从而完成结点的路由选择功能，并且降低维护路由协议的能耗。可靠的路由协议：应用在对可靠性和实时性等方面有特别要求的问题中。3-15.如何设计传感器网络的定向扩散路由协议? 4-2.传感器网络常见的时间同步机制有哪些? RBS、Ting/Mini-Sync、TPSN 4-3.简述TPSN时间同步协议的设计过程。

TPSN时间同步协议采用层次结构，实现整个网络结点的时间同步。所有结点按照层次结构进行逻辑分级。表示结点到根结点的距离，通过基于发送者-接收者的结点对方式。每个结点与上一级的一个结点进行同步。从而最终所有结点都与根结点实现时间同步。TPSN协议包括两个阶段: 第一个阶段生成层次结构，每个结点赋予一个级别。根结点赋予最高级别第0级。第i 级的结点至少能够与一个第(i-1)级的结点通信;第二个阶段实现所有树结点的时间同步。第1级结点同步到根结点。第i级的结点同步到第(i-1)级的一个结点，最终所有结点都同步到根结点，实现整个网络的时间同步。

4-6.简述以下概念术语的含义:锚点、测距、连接度、到达时间差、接收信号强度指示、视线关系。

锚点：指通过其他方式预先获得位置坐标的结点，有时也称作信标结点。网络中相应的其余结点称为非锚点。测距：指两个相互通信的结点通过测量方式来估计出彼此之间的距离或角度。

连接度：包括结点连接度和网络连接度两种含义。结点连接度是指结点可探测发现的邻居结点个数。网络连接度是所有结点的邻结点数目的平均值，它反映了传感器配置的密集程度。

到达时间差：两种不同传播速度的信号从一个结点传播到另一个结点所需要的时间之差。接收信号强度指示：结点接收到无线信号的强度大小。

视线关系：如果传感器网络的两个结点之间没有障碍物，能够实现直接通信，则称这两个结点问存在视线关系。4-9.RSSI测距的原理是什么?

4-10.简述ToA测距的原理。

4-11.举例说明TDoA的测距过程。

4-12.举例说明AoA测角的过程。

4-13.试描述传感器网络多边定位法的原理。

4-14.简述Min-max定位方法的原理。

4-15.简述质心定位算法的原理及其特点。

★4-16.举例说明DV-Hop算法的定位实现过程。

4-17.什么是数据融合技术?它在传感器网络中的主要作用是什么?（1）数据融合也被称作信息融，是一种多源信息处理技术。它通过对来自同一目标的多源数据进行优化合成，获得比单一信息源更精确、完整的估计或判断。

（2）①节省整个网络的能量②增强所收集数据的准确性③提高收集数据的效率 4-18.简述数据融合技术的不同分类方法及其类型。

(1)依据融合前后数据的信息含量进行分类：无损失融合、有损失融合

(2)依据数据融合与应用层数据语义的关系进行分类：依赖于应用的数据融合、独立于应用的数据融合、结合以上两种技术的数据融合

(3)依据融合操作的级别进行分类：数据级融合、特征级融合、决策级融合 4-19.什么是数据融合的综合平均法?

4-20.常见的数据融合方法有哪些? 综合平均法、卡尔曼滤波法、贝叶斯估计法、D-S证据推理法、统计决策理论、模糊逻辑法、产生式规则法、神经网络方法。

4-21.无线通信的能量消耗与距离的关系是什么?它反映出传感器网络数据传输的什么特点?（1）通常随着通信距离的曾加，能耗急剧增加。

（2）在传感器网络中要减少单跳通信距离，尽量使用多跳短距离的无线通信方式。4-22.简述节能策略休眠机制的实现思想。

当结点周围没有感兴趣的事件发生时，计算与通信单元处十空闲状态，把这些组件关钟或调到更低能耗的状态，即休眠状态。该机制对于延长传感器结点的生存周期非常重要。但休眠状态与工作状态的转换需要消耗一定的能量。并且产生时延。所以状态转换策略对于休眠机制比较重要。如果状态转换策略不合适，不仅无法节能，反而会导致能耗的增加。

4-23.简述传感器网络结点各单元能量消耗的特点

传感器结点中消耗能量的模块有传感器模块、处理器模块和通信模块。随着集成电路工艺的进步。处理器和传感器模块的功耗都很低。无线通信模块可以处于发送、接收、空闲或睡眠状态。空闲状态就是侦听无线信道上的信息，但不发送或接收。睡眠状态就是无线通信模块处于不工作状态。4-24.动态电源管理的工作原理是什么? 当结点周围没有感兴趣的事件发生时，部分模块处于空闲状态。应该把这些组件关掉或调到更低能耗的状态(即休眠状态)。从而节省能量。

4-25.传感器网络的安全性需求包括哪些内容? 结点的安全保证、被动抵御入侵的能力、主动反击入侵的能力。4-26.什么是传感器网络的信息安全?

4-27.简述在传感器网络中实施Wormhole攻击的原理过程

4-28.SPINS安全协议簇能提供哪些功能? SPINS安个协议簇是最早的无线传感器网络的安全框架之一。包含了 SNEP和μTESLA两个安全协议。SNEP协议提供点到点通信认证、数据机密性、完整性和新鲜性等安全服务；μTESLA协议则提供对广播消息的数据认证服务。6-3.低速无线个域网具有哪些特点? 低速无线个域网是一种结构简单、成本低廉的无线通信网络，它使得在低电能和低吞吐量的应用环境中使用无线连接成为可能。与无线局域网相比。低速无线个域网网络只需很少的基础设施。甚至不需要基础设施。IEEE 802.15.4标准为低速无线个域网制定了物理层和MAC子层协议。6-7.简述ZigBee的技术特点

(1)数据传输速率低。数据率只有lokb/s~250kb/s，专注十低速传输应用。

(2)有效范围小。有效似盖范围10~75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定。(3)工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz,868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为无需申请的ISM频段。

(4)省电。由于工作周期很短。收发信息功耗较低，以及采用了休眠模式，ZigBee可确保两节5号电池支持长达6个月至2年左右的使用时间，当然不同应用的功耗有所不同。

(5)可靠。采用碰撞避免机制。并为需要固定带宽的通信业务预留专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用完全确认的数据传输机制。每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

(6)成本低。由于数据传输速率低，并且协议简单。降低了成本，另外使用ZigBee协议可免专利费。

(7)时延短。针对时延敏感的应用做了优化。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延的典型值为30ms.休眠激活时廷的典型值是15ms。活动设备信道接入时延为15ms。(8)网络容量大。一个ZigBee网络可容纳多达254个从设备和一个主设备，一个区域内可同时布置多达100个ZigBee网络。

篇7：无线传感器网络多目标跟踪的介绍

无线传感器网络目标跟踪一直作为研究的热点，之前的研究多是单目标的跟踪，通过传感器网络的多个或全部节点协作跟踪同一个目标。

Mechitov K 等利用二元检测 ( binary-detect 协作跟踪的思想，通过目标是否处于传感器侦测距离之内或者之外，根据多个传感器的协作确定目标的位置，这种方法需要节点间的时钟同步，并要求节点知道自身的位置信息； Zhao F 等利用信息驱动 ( information-driven 协作跟踪的思想，利用传感器节点侦测到信息和接收的其他节点的侦测信息判断目标可能的运动轨迹，唤醒合适的传感器节点在下一时刻参与跟踪活动，由于有合适的预测机制，可有效的减少节点间的通讯，从而节省节点有限的能量资源和通讯资源； Zhang W S 等在解决无线传感器网络单目标跟踪时提出了传送树 ( convei tree 跟踪算法，这种算法是一种分布式算法，而之前的大多数跟踪算法为集中式的传送树是一种由移动目标附近的节点组成的动态树型结构，并且会随着目标的移动动态地添加或者删除一些节点，保证对目标进行高效跟踪的同时减少节点间的通信开销。

当前的目标跟踪算法主要是针对不同环境下的单目标跟踪，如何以较低的能量代价高效地融合有效的信息，增大丈量精度和延长网络生存期，并解决多目标跟踪，成为目前研究无线传感器网络目标跟踪的热点。研究无线传感器网络多目标跟踪时需要考虑能量有限；跟踪算法的分布式以延长网络寿命；传感器的量测可能是多个目标的合成量测，这些给传统的多目标跟踪算法带来了挑战。

Jaewon Shin 采用分布式的多尺度框架，用转移矩阵的思想，优化解决多目标识别的计算量问题，该算法通过局部节点信息更新给出全局的目标信息，该算法框架在解决无线传感器网络多目标跟踪时有一定的可行性； Lei Chen 等也提出了采用分布式数据关联的算法解决无线传感器网络多目标跟踪； Mauric Chu 采用贝叶斯估计的方法，解决多目标跟踪的数据关联问题，并采用分布式的算法实现了无线传感器网络多目标跟踪，

无线传感器网络多目标跟踪

线传感器网络跟踪是传感器网络的主要用途之一，也是一个难点和关键问题，同时具有很多商业和军事应用的基本要素，如交通监控、机构平安和战场状况获取等。利用无线传感器网络中的节点协同跟踪，无线传感器网络技术应用的一个很重要的方面。

最早的无线传感器网络系统跟踪实验是美国 DA RPA Defens Advanc Research Project Agenci SensIT 项目中一些跟踪方法实现。现在许多跟踪应用方案依然处于研究阶段。由于传感器节点存在很多硬件资源的限制，还经常遭受外界环境的影响，无线链路易受到干扰，网络拓扑结构动态变化，而传感器网络的活动目标跟踪应用具有很强的实时性要求，因此，许多传统的跟踪算法并不适用于传感器网络。活动目标跟踪在雷达领域研究多年，效果很多经典的活动目标跟踪是单传感器跟踪系统，发展了如最近邻法 ( NN 集合论描述法、广义相关法、经典分配法、多假设法、概率数据关联 ( PDA 法、联合数据互联 ( JPDA 法、交互多模型 ( IMM 法等数据互联算法。

篇8：无线传感器网络实验报告

随着物联网产业的蓬勃发展,企业对物联网专业的人才需求越来越大。无线传感器网络(WSN,wirelesssensornetworks)是物联网关键技术之一,广泛应用于当今社会的各个领域,一直以来都是研究热点。无线传感器网络涉及多学科高度交叉、知 识高度集 成的前沿 热点研究 领域,综合了传感器技术、自动控制技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型传感器实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。这些信息通过无线方式发送,并以自组多跳的网络方式传送到用户终端,从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连接,将信息采集、传输和处理集于一体,实现了传感器、通信和计算机等技术的融合。[1]

随着高校物联网专业的成立,《WSN技术》课程逐渐被重视。本文通过对无线传感器网络特点进行分析,从实验内容安排、实验平台 搭建以及 实验方案 建立几方 面对《WSN技术》实验教学改革进行了探索。

1课程特点

WSN是由大量密集部署在监控区域的智能传感器节点构成的一种网络应用系统。WSN由具备记忆能力的存储器、处理器、传感器、无线通讯和电池等硬件组成。一个典型的WSN体系结构应包括传感器节点、任务管理节点和汇聚节点。

《WSN技术》是一门理论与实践并重的课程,实验课程不但能够增强学生对课堂理论知识的理解,而且对之前学过的课程如《单片机原理》、《计算机网络》、《通信原理》起到融会贯通的作用,同时为后续的数据融合、无线定位技术、路由开发等课程奠定基础。由于WSN是近年随着物联网产业发展起来 的新技术,在高校也 是一门新 开课程,各校对实验教学设备的选择以及实验内容的安排并没有统一的意见。教学目的是为了让学生能够以一种直观的方式来了解WSN的工作原理和具体的实现 过程。因此,在进行实验内容设计时要着重考虑以下问题:

(1)对于实验内容的设计应有继承性与先进性。对前期所学课程内容进一步巩固,实验内容的选取应具有一定的先进性,紧跟学科最新发展趋势,从而激发学生的学习热情。

(2)实验内容的安排应有层次性。学生对于知识的掌握是由简单到复杂的过程,实验内容的安排应有层次上的变化,可以分为:验证性、设计性以及综合性实验。让学生逐步加深对所学知识的掌握,培养学生积极实践的创新能力,这符合国家提出的“提高学生工程实践能力”的要求。

(3)灵活安排实 验内容。由于 该课程主 要面对本 科生,学生对于前期学习内容的掌握有差异,因此在进行实验内容的安排上应灵活考虑,有些要适当降低实验平台入门门槛,这样有利于充分调动学生的学习和研究兴趣。同时,要开放实验平台,将软、硬件接口开放,使其具有可扩展性,有利于后期创新性实验开展。

2实验方案与实验平台

目前市场上出现了许多物联网实验箱及实验设备,可用于《WSN技术》实验课程。但这些实验配套主要对验证性实验有帮助,对于提高学生解决问题能力用处不大。同时这些实验箱基本都是封装好的,学生无法对相应硬件深入了解[3]。

硬件设备包括1个主实验板,6个传感器节点,1个仿真器以及其它电源、PC机等配套设备;主实验板具有传感器节点、路由节点、协调器节点功能,主要由ZigBee模块,以及与ZigBee模块相连的传感电路、扩展口、按键电路、电源等组成。其中ZigBee模块内嵌ZigBee协议栈,用来控制主板各单元工作。3~6个传感器节点为温度传感器、烟雾传感器、加速度传感器、酒精传感器、气压传感器等[4]。

软件资源:嵌入式软件采用的编译器为TI公司提供的IAREmbeddedWorkbenchIDE开发环境,协议栈使用IEEE802.15.4/ZigBee协议标准以及PC端应用软件等。

在教学过程 中,根据WSN的三层特 征,首先,对于WSN感知层进行教学,通过多种传感器节点和实验主板等硬件进行数据采集。其次,对于WSN的网络层,主要采用IEEE802.15.4/ZigBee协议标准,将感知层采集到的数据经ZigBee芯片CC2530以无线网络(比如星状结构、树状结构、网状结构等)的方式汇集到中心节点,然后中心节点通过TCP/IP网络协议方式传送到后台系统,实现全网拓扑展示以及对全网信息进行处理。最后,对WSN应用层进行教学拓展,让学生通过前面实验过的感知层、网络层部件,像搭建积木一样,构建不同的应用系统,实现简单的智能交通、智能家居等应用。实验过程采用由简单到复杂的设计模式,逐步引导学生掌握WSN原理及开发方法,为WSN工程应用打下坚实的基础,使学生能 通过对不同传感器节点的数据采集,采用不同的组网方式,设计出实用性强的WSN应用模式。

这种实验方案通过近两年教学实践活动,取得了令人满意的结果。学生大多能够独立完成WSN的验证性、设计性以及拓展的综合性实验。该实验方案通过验证性实验,巩固了WSN的基础理论知识,通过设计性和 综合性实验拓宽了学生的知识面,增强了分析解决问题的能力。

3结语

无线传感器网络正向集成化、微型化、智能化和网络化的方向发展,有着十分广泛的应用前景,未来还将在许多新兴应用领域体现其优越性并产生重大影响。通过对《WSN技术》实验课程的研究,使学生能够在实验室的教学环境中接触到当前国际主流的技术和知识,最大程度地发挥学习的主动性,从而培养创新思维。同时,也为实现“全面贴近企业需求,无缝打造专业实用人才”这一高校物联网专业教育目标打下良好的基础。

摘要：《无线传感器网络技术》是目前物联网专业的一门新兴课程,涉及到多学科的交叉,对于实验教学有较高的要求。对无线传感器网络技术进行了分析,分别从实验平台、实验内容等方面进行了探讨,提出了相应的实验设计方案。实践证明,该方案有效提高了课程实验教学质量。

篇9：无线传感器网络覆盖算法研究

摘要：立足于无线传感器网络中的覆盖问题，分类总结近年来提出的覆盖算法，详细讨论了一些典型的无线传感器网络覆盖算法。

关键词：无线传感器网络覆盖

中图法分类：TP393

文献标识码：A

0引言

节点调度和密度控制是节约网络能量、延长网络生存时间的一种有效办法。本文立足于无线传感器网络中的覆盖问题，分类总结了近年来提出的覆盖算法，并详细讨论了一些典型的无线传感器网络覆盖算法。

1覆盖算法的分类

1.1确保完全覆盖的覆盖算法和不能确保完全覆盖的覆盖算法。假设部署在目标区域的传感节点组成的传感器网络能够完全覆盖目标区域。根据执行了算法之后处于活动状态的节点能否完全覆盖目标区域，把节点调度覆盖算法分为：确保完全覆盖的覆盖算法和不能确保完全覆盖的覆盖算法。前者适用于灾难救助、军事监测等对安全程度要求较高的应用领域，后者适用于环境感知、森林火灾监测等对安全程度要求较低的应用领域。前者又可分为1－覆盖和K－覆盖(K≥2)，属于K－覆盖的覆盖算法确保所有的监测目标或监测点同时都被K个不同的传感器节点所覆盖。

1.2集中式的覆盖算法和分布式的覆盖算法。根据算法实施策略来分，把覆盖算法分为：集中式的覆盖算法和分布式的覆盖算法。前者需要将整个网络的全局信息发送给一个处理节点，由处理节点单独执行完算法之后，将控制信息发送给网络中的每一个节点，因此仅适用于小型的传感器网络，不具备良好的扩展性。而后者通过利用局部信息，由邻近区域内节点之间的协作共同完成，可适用于大型的传感器网络。

1.3确保网络连通性的覆盖算法和不考虑网络连通性的覆盖算法。根据网络连通性来分，把覆盖算法分为：确保网络连通性的覆盖算法和不考虑网络连通性的覆盖算。文献已经证明，如果网络中的所有节点同构，且节点的感知模型为圆形区域感知模型，当通信半径大于或者等于2倍的传感半径时，完全覆盖目标区域的节点集构成的传感器网络一定是连通网络。然而，当通信半径小于2倍的传感半径时，不能保证网络的连通性。在不考虑通信半径与传感半径之间的关系时，确保网络连通性的覆盖算法能够保证在任意时刻，处于活动状态下的节点构成的网络是连通网络，因此收集到的传感数据能够发送到汇聚节点。

1.4依赖于节点位置信息的覆盖算法和不依赖于节点位置信息的覆盖算法。根据是否利用位置信息，把覆盖算法分为：依赖于节点位置信息的节点调度覆盖算法和不依赖于节点位置信息的覆盖算法。现有的定位技术由于硬件成本、能耗以及误差范围的限制，难以保证每个节点获得自身精确的物理位置，因此，倚赖于节点位置信息的覆盖算法可能会因为节点不能获取到准确的位置信息，导致难以达到预定的覆盖效果。

1.5基于轮次的覆盖算法和基于分组的覆盖算法。根据算法在网络生存时间内的执行次数来分，把覆盖算法分为：基于轮次的覆盖算法和基于分组的覆盖算法。基于轮次的覆盖算法要求传感器节点在每一轮的开始执行一次算法，按照某种竞争机制从所有节点中选择若干个节点作为活动节点，这种算法在传感器网络的生存时间内执行了多次。而基于分组的覆盖算法在传感器节点部署后仅执行一次，通过分组将所有传感器节点划分到若干个组内，在算法完成之后，依次调度每一组的传感器节点作为活动节点。

2典型的覆盖算法分析

2.1位置无关的覆盖算法算法属于不依赖于节点位置信息的分布式覆盖算法。该算法仅适用于圆形区域感知模型，且节点的传感半径与通信半径相等的情况。各个节点根据如下信息判断自身的传感任务是否可由邻居节点完成：1－Hop内的邻居节点，以及这些邻居节点的1－Hop邻居节点。当节点判断自身为冗佘节点，就可以关闭自身节点的传感单元进入休眠状态。

优点：①不依赖于节点的位置信息；②关闭冗余节点之后，不降低原有的覆盖率。

缺点：①只适用于圆形区域感知模型，不适用于不规则的节点感知模型：②只适用于节点的传感半径与通信半径相等的情况；③绝大部分的冗余节点都不能满足上述判断条件，因此不能进入休眠状态；④没有考虑网络的连通性。

2.2连通的随机调度覆盖算法算法属于一种不依赖于节点位置信息的基于分组的分布式覆盖算法。算法分4步完成。第1步，将所有的传感器节点分为K组，每个传感器节点随机取1到K中的某个值i，并将自身分配到第i组。第2步，每个节点获取到汇聚节点的最小跳数。汇聚节点首先向邻居节点广播包含了到汇聚节点最小跳数的消息，最小跳数的初始值为0。所有节点将记录到汇聚节点的最小跳数，同时忽略具有较大跳数的消息。然后将跳数值加1，并转发给邻居节点。通过这种方法，传感器网络中的所有节点能够记录下到汇聚节点的最小跳数。第3步，各个节点向邻居节点广播消息，其中包括自身的ID，到汇聚节点的最小跳数以及组号等信息。第四步，通过分配一些必要节点到某些组内，使每个节点能够在所属的分组内建立一条到汇聚节点的最短路径来构造连通网络。分组i内的各个节点(不妨假设为A，它的最小跳数为n)首先判断在自身邻近区域内的下游节点(下游节点是最小跳数为n-1的节点)是否有节点属于分组i，如果没有，则节点A从这些节点中任选一个，并将它同时划分到分组i，以确保节点A从第n跳到第n-1跳是连通的，依此类推，从而建立一条A到汇聚节点的最短路径。在执行完第4步之后，显然分组i构成的子网络是连通的。在算法完成之后，依次调度每一组的传感器节点作为活动节点。

优点：①不依赖于节点的位置信息；②适用于不规则感知模型：③确保了在任意时刻网络的连通性；(4)算法在节点的生命周期内仅执行了一次，节约了能量。

缺点：①各个分组内的节点分布不均匀，覆盖效果较差；②维持分组连通时额外加入到分组内的节点较多。

3总结

篇10：无线传感器网络课堂教学方法探索

摘 要：针对无线传感器网络课程知识点讲解难、原理演示难和案例应用难的问题，提出一套无线传感器网络课程教学方法，包括课前知识探究、比较讲解、仿真演示和创新案例设计等方法。

关键词：物联网工程；无线传感器网络；课堂教学方法；创新案例；比较讲解

文章编号：1672-5913（2017）05-0066-03

中图分类号：G642

0 引 言

物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展，目前被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一[1]。近年来，物联网专业在全国很多高校开设，但是作为一个新兴专业，有其独有的特征，如知识范围涵盖广等。对于其专业课程教学特别是像无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）这类核心课程更需要在教学方法、教学思路上进行改革和

创新[2]。无线传感器网络课程的地位

物联网专业在全国很多高校开设，培养方案和课程体系可能有差别，但无线传感器网络一般会被设置成核心课程或必修课程[3]。无线传感器网络是一门理论性和实用性都较强的课程，多学科高度交叉，知识点涵盖范围广，在课堂教学上对教师的要求较高，需要学生掌握的内容也较多和复杂[4]。无线传感器网络教学中存在的问题

（1）知识点讲解难，知识点涵盖了传感器、嵌入式计算、网络与通信、分布式信息处理等技术，在课堂讲解中，学生对于不熟悉的知识点往往觉得晦涩难懂，最终放弃听讲。

（2）原理演示难，无线传感器网络中很多原理在课堂教学中较难演示，学生只能在理论上接受，不能建立形象化理解。

（3）案例应用难，无线传感器网络可以在很多领域进行应用实验，但学生往往难以找到突破口，不能很好的将所学知识应用在实际需要中，一方面是不善于寻找需求，另一方面是对所学知识不能够融会贯通，举一反三。无线传感器网络教学方法探讨

3.1 课前知识探究

物联网专业学生需要有较广的知识面和较深的专业技能，课上所学内容是有限的，需要学生对知识进行广泛涉猎，但往往他们又是迷茫的，不知从何学起以及学些什么。“课前知识探究”是建立教师引导性的知识学习过程，在这个过程中，教师抽取出下次课堂教学中的前提内容，即学生需要提前了解的内容，让学生进行探究。学生凭借已有的知识、生活经验和学习方法自主探索，从而激发学习兴趣，增强学好课程的信心。最后以多种形式进行总结汇报，如写成科技综述、PPT课堂汇报等。这种预习不再是单纯为掌握知识和技能的学习活动，而是为了学生综合素质的培养和提升。

主要过程如下：教师布置任务，多以“主题”形式展现；学生根据已有知识进行独立思考；学生通?^知网、百科、文库、技术论坛等网络资源库进行更全面的信息获取；形成汇报文件，以PPT讲稿呈现；课堂10分钟讲解。

比如在学习“传感器网络数据融合技术”前，让学生提前总结整理“数据融合”的概念由来、发展历程、工作原理以及应用等信息，下次课堂讲解预留10分钟让学生通过PPT进行演示讲解。课前知识探求充分调动学生自主学习的能力，同时也锻炼了分析、总结能力和基本的科学素养。学生通过这种探求方式获取的知识要比教师直接课堂讲授掌握得更牢固、更深刻。

3.2 比较讲解法

比较讲解法不是一个普遍适用的方法，但对于无线传感器网络课堂教学有着独特的良好效果，主要原因是无线传感器网络与计算机网络在层次结构、知识框架以及应用特征上都具有参照性，而计算机网络又是学生已经学习过的、较为熟悉的课程。教师在讲解中通过比较突显所需掌握知识的特征、难点和重点。主要过程如下：①通过比较法引入新概念，有些概念间有许多相似之处，了解一些概念之后，另一些概念可用比较法引入，使教学难度降低，并能把规律揭示出来；②通过对比图或者表讲解异同，帮助学生理解两者的差别，深化记忆。

如图1所示是开放式系统互联网络参考模型（OSI）和无线传感器网络体系结构模型的对比图。在协议、安全以及应用等各个方面都可以通过比较讲解法进行课堂教学。

通过比较学习会发现很多知识有相同点和不同点，若不去比较，可能会把相关知识的概念、原理、现象等混为一谈，这不利于对知识进行深刻理解和准确应用；善于比较则可以抓住知识的本质特征和知识间的内在联系，从而达到准确理解、记忆和应用知识的目的。

3.3 仿真演示法

WSN是一门实用型课程，在课堂上需要形象、立体地向学生展示所学知识，比如数据是如何在网络中传输的，路由方式是怎样的。在课堂上只是讲解路由协议或者算法，学生对知识的理解不深刻。仿真演示可激发学生求知欲望，提高学习兴趣，调动学习积极性，激发求知欲。我校使用了ATOS-SensorSim无线传感器网络仿真系统，如图2所示。

它是一款功能强大、配置简便的WSN专业模拟系统，具备算法过程演示、算法分析和调试等功能，通过配置参数，可实现不同参数条件下的算法自动运行、运行过程显示、实验结果统计和实验结果图自动生成。

通过模拟演示，学生直观了解WSN的组织结构、传输过程及算法应用等；学生也可以验证自己所写的路由算法，并对结果自动分析，这种仿真演示法极大提高了学生学习的积极性和学习兴趣。

3.4 创新案例设计

创新案例设计教学法是让学生主动观察生活中的细节，提炼业务需求，自主设计基于WSN的解决方案。在课堂中每讲解一个知识点，就让学生将所学知识应用在自己设计的案例中，具体的设计实施在实验课中完成，整个过程教师给予指导和重要知识讲解。

基本过程如下：学生在具有一定知识储备后提出创意设计思路；教师帮助确定设计思路的可行性；学生学习新知识后将知识应用到创意设计中，完成文档编写或编码；学生课堂讲解知识在自己设计中的应用；提交最终设计方案。

比如设计“基于WSN的智能家居系统”，在学习WSN的物理层概念、主要技术以及设计方法后，学生基本能给出他所要设计的家居系统的物理层解决方案，采用哪种介质传输，哪些设备并给出原因和性能说明。每次课会抽取1～2个学生对自己的设计方案进行讲解。

通过创新案例设计法，建立学生独立解决问题的能力和知识运用能力。在经历过初期的挣扎和迷茫后，大部分学生都能认真、顺利地完成设计。重要的是通过这个过程，学生能充分理解一个系统的产生流程，从需求分析、框架设计、软硬件选择到子部件的设计、集成、测试等让学生深入了解每个环节的工作以及差异，也为将来走上工作岗位打下坚实的基础。结 语

物联网专业是新兴专业，物联网课程的教学应该有其独特性和创新性，无线传感器网络课程作为物联网专业的一门重点课程，更要提高课堂教学效率。我们提出的包含课前知识探究、比较讲解、仿真演示和创新案例设计等4部分的WSN课堂教学方法应用在大学无线传感器网络课程的课堂教学中，取得良好的教学效果，学生的学习积极性和学习效率大大提高。通过课堂教学+实验课实践后的成果参加多项国家级、省部级物联网竞赛并取得优异成绩。

参考文献：

篇11：无线传感网络技术论文

[关键词]无线传感器网络

一、无线传感器网络的定义

无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Networks)是由大量具有通信和计算能力的微型传感器节点密集分布在监控区域内部或附近，协作地监控不同位置的物理或环境状况，且能够根据周围环境自主完成指定任务的智能测控网络系统。它综合了传感器、网络通信、嵌入式计算、无线传输、分布式信息处理等领域技术，能够通过大量微型传感器协作地监测、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并把信息发布给用户。

二、无线传感器网络的基本特征

与数字蜂窝移动通信系统(GSM)、蓝牙(Bluetooth)、无线局域网(WLAN)等无线通信网络不同，无线传感器网络是类似于传统Ad-hoe网络，没有基站设备支持，自组织、自管理的多跳网络。无线传感器网络是Ad-Hoe网络应用在传感器技术中的一种具有动态拓扑结构的组织网络。

1.自组织的网络：无线传感器网络通常具备自组织能力;

2.自管理的网络：无线传感器网络通常具备自管理能力;

3.网络规模大，分布密集：无线传感器网络中的节点数量多于传统Ad-hoc网络中的节点数量，并且分布密度大;

4.网络节点易出错：无线传感器网络中的节点较之传统Ad-hoe网络中的节点更容易出错;

5.单个节点能力较弱：无线传感器网络的节点的计算能力、存储能力十分有限，无法进行复杂的计算和数据存储;

6.节点间广播式通信：无线传感器网络节点主要采用广播方式通信，而传统Ad-hoe网络大都采用点对点通信;

7.以数据为中心的网络：与数据为中心的含义指无线传感器网络运行时，通常只关心整个任务的执行情况，用户在使用网络查询事件时，只关心是否获得了所需的数据，不关心数据是由哪个节点发来。

三、无线传感器网络的发展

，美国在先进国防研究项目局(DARPA)的一个研究项目中第一次提出无线自组织传感器网络的概念。

IEEE协会成立了IEEE802.15.4工作组，其目标是开发一种供廉价的固定、便携式或者移动设备使用的低复杂度，低成本，低速率与功耗的无线传输技术。IEEE推出了IEEE802.15.4的PHY物理层与MAC媒体接入控制层，其主要的特点就是低成本，易实现，可靠的近距离传输操作，而且可以在一个PAN(Personal area network，其范围为5-10米)里使用同一信道却有效避免冲突。在IEEE802.15.4里定义了两种网络节点：全功能节点与半功能节点。全功能节点可以与任何一个其它的节点进行通讯而半功能节点只能与全功能节点通讯。另外，超宽带无线通信(UWB[16])以其高速率、低功耗、抗多径、低成本等诸多优势，已成为室内短距离无线网络的首选方案，这为WSN网络的数据传输开辟了一种崭新的方案。

四、无线传感器网络的关键技术

无线传感器网络必须要在设计上体现以下要求：

第一，由于传感器节点的大规模和低成本特性，无线传感器网络通常不会进行节点的回收或充电，这使得能量消耗效率为系统的首要优化指标。大部分关键技术都是围绕着能量消耗问题这个性能指标来做优化的。同时，节点的大规模和随机部署的特性又要求网络拓扑结构为自组织的分布式结构。

第二，异构性是无线传感器网络的一个重要特性。无线传感器网络的异构性可以分成网络内的异构性(节点异构)和网络间的异构性两种。关键的异构因素包括节点系统差异，通信协议差异，数据管理差异和系统优化目标差异。一方面，异构互连能提供更灵活便捷的组网方式，同时，平滑的异构互连是产业化多样性的基础，系统的可扩展性也对异构性有要求。