《无线传感器网络技术原理及应用(第2版)》

《无线传感器网络》教学大纲

课程名称：无线传感器网络

学时/学分：40/2.5

先修课程：模拟电路、计算机网络、通信原理、操作系统、微机原理及接口技术、C 程序设计语言

适用专业：物联网工程

是否含课内实验：■是□否（若选择“是”，则还需填写实验教学大纲）

一、课程性质与任务（要求学生完成的任务等）

本课程旨在全面系统地阐述当前各种主流的无线传感网络的基本原理，结合多种无线传感网络开发平台，深入浅出地讲解无线传感网络的基本技术。在讲授内容上，力求反映国内外该方向技术的最新进展，在讲述方法上，注重理论与实际、原理与应用相结合，无线传感网络是现代通信产业中发展最为活跃的行业之一。本课程介绍无线传感网络的系统构成、网络技术、协议、开发平台和应用，学生通过学习本课程应该达到以下目标：

1.熟练掌握有关无线传感网络的基本概念、基本理论以及基本的分析设计方法；

2.较好掌握有关各种无线传感网络的支撑技术，操作系统及开发平台；

3.了解无线传感器网络的组网、通信技术，掌握路由协议、网络协议的技术标准等；

4.掌握在ZigBee环境下的无线传感器组网的实际开发案例；

4.进一步了解无线传感网络的最新的发展应用，如海量存贮、异类传感器网络技术。

二、课程教学内容（要求学生掌握的内容，突出重难点等）

三、课程基本要求

（一）教学内容

第1章无线传感器网络概述

无线传感器网络的基本概念、无线传感器网络的特点、无线传感器网络的工作原理、无线传感器网络的应用

第2章微型传感器的基本知识

常见传感器介绍，传感器的特性和选型，微型传感器的应用

第3章无线传感器网络软/硬件设计

无线传感器网络节点硬件设计，传感节点（网关和汇聚节点设计、典型节点），无线传感器网络节点软件技术，（软件架构、中间件、操作系统），无线传感器网络实验技术平台

第4章无线传感器网络结构、覆盖

无线传感器网络结构，(平面结构，层次结构、混合结构)，无线传感器网络覆盖，覆盖基本概念，覆盖模型，覆盖指标，覆盖算法

第5章无线传感器网络的支撑技术

时间同步技术，（时间同步的基本概念、同步信息传输延时分析、同步算法、同步模型参数的估计），定位技术，（源定位算法、节点自定位、匹配定位、典型定位系统实例），数据融合（分类、主要方法、多数据融合网关的设计），能量管理（节能的方法、节点的能量管理），容错技术（故障模型、检测、修复）

第6章无线传感器网络通信与网络技术

物理层，数据链路层，(基于竞争的MAC协议、基于调度的MAC协议)

第7章无线传感器网络协议标准

技术标准的意义， IEEE1451系列标准， IEEE802.15.4标准， ZigBee协议标准，Bluetooth， UWB

第8章无线传感器网络的路由协议

路由协议的分类，平面路由协议(几个典型的平面路由协议、平面路由协议和分簇路由协议比较)，无线传感器网络分簇路由协议，(分簇路由协议的网络结构、分簇网络中节点能耗分析、分簇路由协议的性能评价、几个典型的分簇路由协议)

第9章ZigBee实践开发技术

ZigBee硬件平台(CC2430/CC2530概述、2CC2430/CC2530芯片主要特点、3CC2430/CC2431芯片功能结构、CC2430与8051的相联)， CC2430开发环境IAR（软件安装、使用、实例运行），开发实践——环境监测(系统总体方案、系统试验平台搭建、系统联调与实现)，基于ZigBee协议栈进行开发(协议栈架构简介、15.2ZigBee协议栈的开发接口API、ZigBee Device Profile API、外围部件的操作)

第10章无线传感器网络信息协同处理技术

协同感知方法(协同感知理论基础、同构协同感知、异构协同感知、协同感知算法案例、面向WSN的协同感知体系架构)，海量数据处理技术(基于海量数据的协同网络架构、海量数据的存储与管理、海量数据的知识获取)

（二）课程教学基本要求

课程的主要目标是帮助学生了解无线传感网络的基本原理、体系结构、路由、协议、开发环境和支撑技术以及面临的挑战，同时通过理论和实践的授课方式加深对某种无线传感技术的理解。本课程主要讨论无线传感网络的基本技术，并不断深入分析具体无线传感网络的原理；强调理解和使用。

四、课程学时分配

五、课程特色（包括教学内容、教学手段、方法等）

本课程全面介绍目前广为应用的无线传感器网络核心技术，内容多、更新快，因此在进行教学的时候，要注意理论联系实际，加强学生动手环节的训练。

理论教学全部采用多媒体教学，上机实践可以通过学生自己动手搭建一个无线传感器网络的应用系统,，进行实验数据的分析。

本课程的教学环节包括课堂讲授，作业、学生自学，实验操作、应用任务（解决方案）设计、小组课题、考试等。在教学方法上，要在讲述相关理论知识时适当作应用案例分析；在教学手段上，要采用多媒体进行讲解和演示，结合实验案例讲解；

六、课程考核方式（包括内容、方法、相应内容或环节所占比例等）

平时作业以大作业方式完成，要求按“CDIO工程模式”进行自由选题，题目要求与无线传感器有关的题目，3－5人一组进行设计，提交纸质文档；

考试采用闭卷方式，考试范围应涵盖所有讲授的内容且应能反映出学生分析和解决问题的能力。

总评成绩评定比例：平时成绩20％(大作业,课堂考勤),实验10%,期末考核70％。

七、推荐教材及参考书

教材

《无线传感器网络原理及方法》，主编，许毅，清华大学出版社，2011.1。