《无线传感网》课程教学大纲

北京华嘉物联网国际学院课程教学大纲课程名称：无线传感网适用专业：2013级物联网开发专业课程类别：专业基础课《无线传感网》课程教学大纲一、课程性质《无线传感网》是学院物联网开发专业的专业课，也是物联网开发专业教学计划中的一门重要专业课。二、课程目标《无线传感网》教学目标在于通过本课程的学习，让学生掌握无线传感器网络的体系结构和网络管理技术，掌握无线传感器网络的通信协议，了解无线传感器网络的节点定位、目标跟踪和时间同步等几大支撑技术为深入利用关键技术，设计优质的应用系统打下基础。三、教学要求本课程要求学习了解无线传感器网络的体系结构和网络管理技术，掌握无线传感器网络中的物理层协议、MAC协议、路由协议、拓扑控制协议以及无线网络协议IEEE802.15.4等通信协议，了解无线传感器网络的节点定位、目标跟踪和时间同步等几大支撑技术，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。希望通过本课程的学习，加深对无线传感器网络的理解，为进一步研究和从事无线传感器网络应用开发和工程实践提供良好的基础和参考。四、教学方法和手段1、文字教材使用教材：书名《无线传感器网络原理与应用》作者：李善仓等主编出版社：机械工业出版社2008年版五、必要说明1、本课程教学时间为一个学期2、课程考核办法：教考分离，实行平时成绩和期末考查相结合的考核方式。3、教材与主要参考书：《无线传感网测量系统》，王雪，机械工业出版社，2007年六、学时分配：理论学时72课时授课学时分配表序号教学内容(按章填写)学时课堂讲授实践课1WSN概述212WSN节点架构213WSN网络架构214WSN物理层245WSN的MAC协议216WSN链路层协议247命名与寻址218时间同步219定位与定点2110WSN拓扑控制2111WSN路由协议2412数据为中心和基于内容的互联2113WSN传输层和QoS2214高级应用支持2115ZigBee协议4416WSN仿真平台和开发平台66小计3834合计72七、章节内容第一部分课程概述无线传感器网络(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：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、WSN的服务接口和WSN中的网关的概念。3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。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，IEEE802.15.4MAC协议。目的与要求：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IEEE802.15.4MAC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。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。第三部分寻址、同步和定位协议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。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。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。第四部分网络层和路由协议1．WSN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。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，DirectedDiffusion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。第五部分WSN的构建和应用实现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。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。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。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ZigBee协议的网络拓扑结构。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。