《无线传感网技术》课程教学大纲

1、 PAGE PAGE 4无线传感网技术 教学大纲一、说明（一）课程性质 无线传感网技术是物联网工程专业的专业基础必修课程。（二）教学目的 无线传感器网络技术是近几年发展起来的一门交叉性学科，它涉及到通信技术、计算机技术和传感器技术等多种技术领域。学生通过对传感器网络的基本概念、基本方法和基本理论的学习，了解这一技术的前沿和发展趋势，掌握无线传感器网络的结构和分析、设计方法，提高学生分析解决通信工程中实际问题的能力。（三）教学内容第一部分 课程概述11 无线传感器网络(WSN)概述，主要内容：环境智能的远景，WSN应用实例，WSN应用类型，无线传感器网络的挑战，传感器网络的特点，无线传感器网络的

2、关键技术。目的与要求：了解环境智能的远景和WSN应用实例及WSN应用类型，了解无线传感器网络的挑战，掌握传感器网络的特点，了解无线传感器网络的关键技术。第二部分 体系结构WSN的体系结构，主要内容：2.1 WSN节点 (无线传感网节点，WSNode)架构，含WSNode的硬件组件、WSNode的能量消耗、WSNode的操作系统和执行环境、WSNode的一些实例；2.2 WSN网络架构，含传感器网络方案、网络架构优化的目标和关键参数、WSN的设计原则、WSN的服务接口和WSN中的网关的概念。目的与要求：掌握WSNode架构，包括WSNode的硬件组件、WSNode的能量消耗、WSNode的操作系

3、统和执行环境，了解WSNode的一些实例；掌握WSN网络架构，包括传感器网络方案、网络架构优化的目标和关键参数、WSN的设计原则，了解WSN的服务接口和WSN中的网关的概念。第三部分 物理层和链路层协议3.1 物理层，主要内容：物理层协议简介，无线信道和通信基础知识，WSN中物理层和收发器的设计考虑。目的与要求：掌握物理层协议的基本概念，掌握无线信道和通信的基础知识，了解WSN中物理层和收发器的设计考虑。3.2 MAC协议，主要内容：无线MAC协议基础知识，低占空比协议和唤醒概念，基于竞争的协议，基于时刻表的协议，IEEE 802.15.4 MAC协议。目的与要求：掌握无线MAC协议基础知识，

4、掌握低占空比协议和唤醒概念，掌握基于竞争的CSMA协议，掌握基于时刻表的协议的基本概念，了解LEACH 、SMACS 和TRAMA 协议，掌握IEEE 802.15.4 MAC协议。3.3 链路层协议，主要内容：链路层的基础知识，误码控制，封装。链路管理。目的与要求：掌握链路层的基础知识，包括任务和需求；掌握误码控制中的主要技术，如ARQ技术，FEC技术，混合技术和能量控制等；掌握链路层的封装中的自适应方案、中级校验方案等；掌握链路管理中的链路质量特点和质量估计。第四部分 寻址、同步和定位协议4.1 命名和寻址，主要内容：命名和寻址的基本概念，WSN中的地址和名称管理，MAC地址的分配，局部唯

5、一地址的分布式分配，基于内容的和基于地理的寻址。目的与要求：掌握命名和寻址的基本概念，一般性了解WSN中的地址和名称管理，MAC地址的分配，局部唯一地址的分布式分配，基于内容的和基于地理的寻址。4.2 时间同步，主要内容：时间同步的基本概念，基于收发同步的协议，基于收收同步的协议。目的与要求：了解时间同步的基本概念，基于收发同步的协议，基于收收同步的协议。4.3 定位和定点，主要内容：定位和定点的概念，可能的途径，最小二乘法的数学知识单跳和多跳环境下的定位。目的与要求：掌握定位和定点的概念，了解定位的可能途径，以及最小二乘法的数学知识单跳和多跳环境下的定位。第五部分 网络层和路由协议5.1 W

6、SN的拓扑控制，主要内容：概念，实现方式，请求分页方式，内存分配策略。页面置换算法：最佳置换算法，先进先出置换算法，最近最久未使用置换算法，其他算法。目的与要求：掌握操作系统中虚拟存储的实现，以及所涉及的主要算法。5.2 WSN的路由协议，主要内容：Flooding协议和Gossiping协议；基于代理的单播转发：SPIN协议，Directed Diffusion协议和Rumor协议；节能型单播：能量感知路由协议，LEACH协议和PEGASIS协议；广播和多播协议：基于源的树协议，共享的基于核的树协议；基于网格的协议；地理路由协议：GPSR协议和TBF协议；路由协议中的移动节点。目的与要求：掌

7、握Flooding协议，Gossiping协议，基于代理的单播转发；节能型单播。理解广播和多播协议：基于源的树协议，共享的基于核的树协议，基于网格的协议；地理路由协议；掌握路由协议中的移动节点的基本概念。第六部分 WSN的构建和应用实现6.1 以数据为中心的和基于内容的WSN互联，主要内容：基本概念，数据为中心的路由，数据汇聚，以数据为中心的存储。目的与要求：了解以数据为中心的和基于内容的WSN互联的基本概念，数据为中心的路由，数据汇聚，以数据为中心的存储。6.2 WSN传输层和QoS，主要内容：基本概念，覆盖和部署，可靠的数据传输，单个数据包的分发，基于块的分发，拥塞控制和码率控制。目的与要

8、求：了解WSN传输层和QoS基本概念，以及WSN的覆盖和部署，了解WSN中可靠的数据传输，掌握单个数据包的分发中的单径、多径和多收三种方式，掌握基于块的分发中的RSPQ和RMST，掌握WSN中拥塞控制的机制和码率控制的协议以及CODA拥塞控制框架。6.3 高级的应用支持，主要内容：高级的内网处理，WSN中的安全问题，针对特定应用的支持。目的与要求：了解高级的内网处理，WSN中的安全问题，针对特定应用的支持。6.4 ZigBee技术，主要内容：技术概述，技术特点，ZigBee协议栈，ZigBee协议的网络拓扑结构。目的与要求：掌握技术ZigBee的基本概念和技术特点，掌握ZigBee协议栈，掌握

9、ZigBee协议的网络拓扑结构。6.5 WSN仿真平台和开发平台，主要内容：WSN仿真平台NS，JavaSim，OPNET，MATLAB等；WSN开发平台nesC语言和TinyOS操作系统。目的与要求：了解WSN仿真平台NS，JavaSim，OPNET，MATLAB等的使用；了解WSN开发平台nesC语言和TinyOS操作系统的使用。（四）教学时数 总学时90，其中讲课54学时，实验36学时，上机30学时，课外6学时。课程主要内容和学时分配见课程学时分配表。学时分配表章节（或内容）讲课WSN概述2WSN节点架构2WSN网络架构4WSN物理层2WSN的MAC协议4WSN链路层协议4命名与寻址2时

10、间同步4定位与定点4WSN拓扑控制4WSN路由协议4数据为中心和基于内容的互联4WSN传输层和QoS2高级应用支持4ZigBee协议4WSN仿真平台和开发平台4合计32（五）教学方式 理论讲授为主，教学内容与实际应用相结合，采用专题讨论、应用研讨等多种教学形式。二、实验（一）基本要求 无线传感器网络技术是近几年发展起来的一门交叉性学科，它涉及到通信技术、计算机技术和传感器技术等多种技术领域。学生通过对传感器网络的基本概念、基本方法和基本理论的学习，了解这一技术的前沿和发展趋势，掌握无线传感器网络的结构和分析、设计方法，提高学生分析解决通信工程中实际问题的能力。（二）实验项目总表序号实验项目名称

11、学时数项目类别项目类型1CC2430基础实验6基础必做2WSN物理层实验6基础必做3WSN网络搭建实验6验证必做4节点间通信实验6验证必做5ZigBee协议实验6验证必做（三）实验仪器 CC2430/CC2431无线单片机，ZIGBEE无线硬件平台、软件平台。（四）实验项目内容及要求1、CC2430基础实验掌握CC2430的使用方法。2、WSN物理层实验了解物理信号的采集、转换过程，了解WSN物理层传输的基本原理和基本过程。3、WSN网络搭建实验掌握WSN节点架构和网络架构，了解WSN网络拓扑控制和路由协议。4、节点间通信实验掌握实现WSN节点间通信的基本原理和过程，掌握点到点通信和点到多点通信5、ZigBee协议实验掌握ZigBee协议的基本概念和网络架构，掌握ZigBee协议的协议栈。三、课程成绩评定办法可采用闭卷笔试、开卷笔试和论文方式。课程总评成绩由平时成绩（占50%）和期末考试成绩（占50%）两部分构成，其中平时成绩