《无线传感器网络》教学大纲

1、无线传感器网络教学大纲一、课程基本信息中文名称无线传感器网络英文名称Wireless Sensor Network适用专业物联网工程先修课程通信原理、计算机网络、传感器原理及应用课程类别专业核心课修读性质必修学分/学时3.5学分/51学时（17学时）考核方式考查二、教学目标本课程是物联网工程、信息工程或相关专业的专业课程。通过对本课程的学习，要求学生掌握无线传感器网络的体系结构和网络管理技术。着重掌握无线传感器网络的通信协议，了解无线传感器网络几大支撑技术，掌握基于无线传感器网络的智能应用的基本设计方法，掌握其软硬件开发平台和仿真环境的使用。为在基于无线传感器网络的系统开发和应用中，深入利用关

2、键技术，设计优质的应用系统打下基础。三、教学内容及基本要求第一章 无线传感器网络概述（理论学时4/实践学时0）（一）教学目标1.了解无线传感器网络发展历程。2.了解无线传感器网络特点及体系结构以及关键技术。（二）重点、难点重点：无线传感器网络体系结构及关键技术。难点：无线传感器网络的体系结构及关键技术。（三）教学内容1.无线传感器网络体系结构（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）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、WS

3、N的服务接口和WSN中的网关的概念2. 无线传感器网络的特征3. 无线传感器网络的应用4. 无线传感器网络的研究进展5. 无线传感器网络的关键技术第二章 物理层和链路层协议（理论学时6/实践学时2）（一）教学目标1. 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。 2. 掌握无线MAC协议基础知识，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.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

4、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。（二）重点、难点重点：WSN中物理层和收发器的设计考虑；MAC协议的基本功能；MAC层节点能耗问题；基于竞争的MAC协议、基于时分复用的MAC协议。掌握误码控制中的主要技术难点：设计MAC协议需考虑因素；基于竞争的MAC协议、基于时分复用的MAC协议。（三）教学内容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。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

5、的协议，IEEE 802.15.4 MAC协议。3. 链路层协议，主要内容：链路层的基础知识，误码控制，封装。链路管理第三章 无线传感器网络路由协议（理论学时6/实践学时3）（一）教学目标1.了解传感器网络路由协议的特点、分类和要求。2.理解基于能量的路由、基于查询的路由、基于地理信息的路由和支持QoS的路由等典型路由协议。3.了解类路由协议的切换技术。（二）重点、难点重点：基于能量的路由协议、基于查询的路由协议、基于地理信息的路由协议和支持QoS的路由协议。难点：基于能量的路由协议、基于查询的路由协议、基于地理信息的路由协议和支持QoS的路由协议。（三）教学内容1.路由协议分类2.能量感知路

6、由3.基于查询的路由4.地理位置路由5.可靠路由协议6.路由协议自主切换第四章 拓扑控制（理论学时4/实践学时0）（一）教学目标1.了解无线传感器网络拓扑控制的重要性。2.掌握常见拓扑控制算法。3.了解拓扑控制的启发机制。（二）重点、难点基于节点度、邻近图的功率控制算法；基于LEACH、GAF、改进GAF、TopDisc的层次型拓扑结构控制算法；STEM、ASCENT启发控制算法。（三）教学内容1.功率控制2.层次型拓扑结构控制3.启发机制第五章 IEEE 802.15.4标准（理论学时4/实践学时2）（一）教学目标1.了解IEEE 802.15.4标准的网络体系结构和特点。2.了解物理层载波

7、频率、信号调制过程及物理帧结构等技术。3.理解MAC层超帧概念、帧结构、传输模型。4. 了解WSN传输层和QoS基本概念5.了解CC2420等常用无线收发芯片。（二）重点、难点重点：IEEE 802.15.4网络拓扑结构；IEEE 802.15.4网络协议栈结构；CC2420芯片结构及应用。难点：IEEE 802.15.4网络协议栈结构；CC2420芯片结构及应用。（三）教学内容1.IEEE 802.15.4网络2.IEEE 802.15.4网络协议栈结构3.CC2420芯片第六章 定位技术（理论学时5/实践学时0）（一）教学目标1.了解传感器网络的定位机制。2.理解三边测量法、三角测量法和极

8、大似然估计法等位置计算方法。3.掌握基于距离的定位和距离无关的定位算法。（二）重点、难点重点：三边测量法、三角测量法和极大似然估计法等位置计算方法；基于距离的定位和距离无关的定位算法。难点：三边测量法、三角测量法和极大似然估计法等位置计算方法；基于距离的定位和距离无关的定位算法。（三）教学内容1.定位技术简介2.基于距离的定位算法3.距离无关的定位算法第七章 安全技术（理论学时4/实践学时0）（一）教学目标1.了解传感器网络安全的重要性、研究现状。2.掌握无线传感器网络安全问题的应对策略。3.理解无线传感器网络主要安全协议SPINS的安全框架。4.了解无线传感器网络安全管理过程、相关协议算法。

9、（二）重点、难点重点：无线传感器网络安全问题的应对策略；无线传感器网络主要安全协议SPINS的安全框架。难点：无线传感器网络主要安全协议SPINS的安全框架；无线传感器网络安全管理相关协议算法。（三）教学内容1.传感器网络的安全分析2.SPINS网络安全框架协议3.安全管理第八章 数据管理技术（理论学时4/实践学时2）（一）教学目标1.了解传感器网络数据管理系统的特点。2.掌握传感器网络数据模型、查询语言。3.理解传感器网络数据存储与索引技术。4.了解传感器网络数据操作算法，掌握数据查询处理技术。5.了解TinyDB和Cougar传感器网络数据管理系统。（二）重点、难点重点：传感器网络数据模型

10、、查询语言；传感器网络数据存储与索引技术；掌握数据查询处理技术。难点：传感器网络数据存储与索引技术；传感器网络数据操作算法；数据查询处理技术。（三）教学内容1.数据管理系统结构2.数据模型和查询语言3.数据存储与索引技术4.查询处理技术5.数据管理系统实例第九章 数据融合技术（理论学时4/实践学时0）（一）教学目标1.了解数据融合的作用，理解数据融合的多种分类方式。2.掌握应用层、网络层数据融合技术。3.理解独立于应用的数据融合机制。（二）重点、难点重点：应用层数据融合技术；网络层数据融合技术；独立的数据融合机制。难点：多种形式的数据融合；应用层数据融合技术；网络层数据融合技术；独立的数据融合

11、机制。（三）教学内容1.数据融合的作用2.数据融合的分类3.应用层中的数据融合4.网络层中的数据融合5.独立的数据融合协议层第十章 硬件平台（理论学时4/实践学时4）（一）教学目标1.了解无线传感器网络研究的硬件常用开发平台。2.了解Mica系列开发平台节点硬件结构，掌握无线传感器网络节点设计基本方法。3.了解传感器节点发展的相关影响因素和前景。（二）重点、难点重点：无线传感器网络研究的硬件开发平台；Mica系列开发平台节点硬件结构；无线传感器网络节点设计基本方法。难点：Mica系列开发平台节点硬件结构。（三）教学内容1.硬件设计概述2.核心部件的设计要求3.传感器节点设计实例第十一章 无线传

12、感器网络应用（理论学时6/实践学时4）（一）教学目标1.了解环境监测中无线传感器网络的体系结构。2.理解环境监测无线传感器网络若干关键问题。3.了解传感器网络在环境监测中的应用流程。（二）重点、难点重点：环境监测无线传感器网络节点设计及部署、能量管理、远程任务控制、数据采样和收集等关键技术。难点：理解环境监测无线传感器网络若干关键问题。（三）教学内容1.环境监测应用中的传感器网络体系结构2.传感器网络用于环境监测中的关键技术3.传感器网络用于环境监测的实例四、考核形式及成绩评定（一）考核形式：期末考试为闭卷考试，考试范围和要求应符合本教学大纲对各章教学内容的基本要求。（二）成绩评定：理论课程成绩占50%；实验课程成绩占40%；平时考核（课堂讨论、作业、出勤）占10%。五、教材与参考书教 材：孙利民.无线传感器网络.北京:清华大学出版社,2005参考书：1杨恒.最新物联网实用开发技术.北京:清华大学出版社,20122汪涛.无线网络技术导论.北京:清华大学出版社,20083 李善仓等主编.无线传感器网络原理与应用.北京：机械工业出版社，2008.六、课程学时分配表序号教学内容（章、节或篇名）学时分