高綱1837

江蘇省高等教育自學(xué)考試大綱 

12573   無線傳感網(wǎng)技術(shù) 

南京信息工程大學(xué)編（2020年）

江蘇省高等教育自學(xué)考試委員會辦公室

Ⅰ  課程性質(zhì)與課程目標

一、課程性質(zhì)和特點

本課程是針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設(shè)的專業(yè)必修課，#是為從事科學(xué)研究、理論研究、工程實踐提供基本知識儲備和基本訓(xùn)練的基礎(chǔ)理論性課程。無線傳感器網(wǎng)是近年來發(fā)展最為活躍的技術(shù)之一，它與通信技術(shù)和計算機技術(shù)共同構(gòu)成新一代信息技術(shù)的三大支柱，被認為是對21世紀會產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。無線傳感網(wǎng)技術(shù)也是涉及多學(xué)科高度交叉的、知識高度集成的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域。課程具有典型的跨學(xué)科特點，涉及網(wǎng)絡(luò)、通信、電子、自動化、計算機等不同領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)，包括納米與微電子技術(shù)、新型微型傳感器技術(shù)、微機電系統(tǒng)MEMS技術(shù)、片上系統(tǒng)SoC技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)MI技術(shù)、微功耗嵌入式技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理等。#通過對無線傳感網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用等內(nèi)容的介紹，課程旨在闡述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本原理。

課程的主要任務(wù)是讓學(xué)生加深對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的理解,為未來從事有關(guān)無線傳感網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)打下基礎(chǔ)。本課程的另一個任務(wù)是#一方面培養(yǎng)學(xué)生對本學(xué)科理論研究的興趣，讓學(xué)生能夠?qū)跓o線傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)有進一步的理解，并獲得更多實踐的體會。最后，本課程的學(xué)習(xí)目的還包括加深物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生對本專業(yè)基本理論的理解及#科學(xué)解決本專業(yè)相關(guān)問題的能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成、關(guān)鍵技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢、研究熱點等相關(guān)知識，掌握無線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制、覆蓋控制、路由協(xié)議、節(jié)點定義、操作系統(tǒng)、安全策略、遠程傳輸?shù)确矫娴募夹g(shù)，學(xué)會利用特定的操作系統(tǒng)進行無線傳感網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)研究和在特定的協(xié)議棧上進行基于ZigBee芯片的各種無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)。

二、課程目標

本課程主要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握傳感網(wǎng)基本原理和思想、發(fā)展歷程、發(fā)展趨勢、核心內(nèi)容、典型應(yīng)用和應(yīng)用熱點。同時，培養(yǎng)學(xué)生基本的工程、科研思路、綜合運用理論知識的能力與實踐動手的能力，培養(yǎng)學(xué)生對無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的進一步學(xué)習(xí)、研究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)闹螌W(xué)、研究、工作作風(fēng)，為今后的再學(xué)習(xí)、研究或工作打下良好的基礎(chǔ)。作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)主干課，本課程要求學(xué)生掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用。針對當前物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用的需要，以物聯(lián)網(wǎng)感知層為主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，領(lǐng)會無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各個研究領(lǐng)域的技術(shù)和應(yīng)用。掌握基本概念和理論，熟悉無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與應(yīng)用，領(lǐng)會無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點與關(guān)鍵技術(shù)；掌握ZigBee、6LoWPAN、藍牙、WiFi等短距離無線通信技術(shù)與標準，領(lǐng)會無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制技術(shù)、覆蓋技術(shù)、節(jié)點定位技術(shù)，掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的重要路由協(xié)議，熟悉無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全策略，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遠程傳輸技術(shù)；領(lǐng)會無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計原則及設(shè)計方案。通過以下內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生既能夠掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念和工作原理等基礎(chǔ)知識，又能夠了解前沿技術(shù)和熱點研究內(nèi)容。具體目標主要包括：

（1）熟悉無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)；

（2）掌握ZigBee、6LoWPAN、藍牙、WiFi等短距離無線通信技術(shù)與標準；

（3）掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的物理層協(xié)議、MAC協(xié)議以及無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.15.4等通信協(xié)議；

（4）了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位技術(shù)；

（5）領(lǐng)會無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制技術(shù)、覆蓋技術(shù)；

（6）熟練掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的重要路由協(xié)議；

（7）掌握典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；

（8）了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全策略；

（9）熟悉無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遠程傳輸技術(shù)；

（10）領(lǐng)會無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計原則及設(shè)計方案。

三、與相關(guān)課程的聯(lián)系與區(qū)別

《無線傳感器網(wǎng)技術(shù)》是江蘇省高等教育自學(xué)考試物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)（本科段）必修的專業(yè)課程，與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的許多其他課程有著密切的關(guān)系。《物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論》、《數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)》、《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》、《寬帶IP網(wǎng)絡(luò)》、《物聯(lián)網(wǎng)信息安全技術(shù)》等課程是本課程的基礎(chǔ)。

四、課程的重點和難點

本課程內(nèi)容較多，專業(yè)知識繁復(fù)，各種理論技術(shù)之間的所屬關(guān)系不容易把握，因此需要首先理清課程章節(jié)內(nèi)容之間的關(guān)系。從總體看，課程分為以下六大部分，第一部分是課程概述，第二部分是體系結(jié)構(gòu)，第三部分是物理層和鏈路層協(xié)議，第四部分是尋址、同步和定位協(xié)議，第五部分是網(wǎng)絡(luò)層和路由協(xié)議，第六部分是無線傳感網(wǎng)的構(gòu)建和應(yīng)用實現(xiàn)。

本課程的重點之一是短距離無線通信技術(shù)，包括ZigBee，6LoWPAN、藍牙、WiFi、RFID等短距離無線通信技術(shù)與標準。

本課程的重點之二是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的物理層協(xié)議、MAC協(xié)議以及無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.15.4等通信協(xié)議，包括拓撲控制、覆蓋控制、節(jié)點定位等，涉及到基本結(jié)構(gòu)、原理、模型、算法等。

本課程的重點之三是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的重要路由協(xié)議。包括無線傳感網(wǎng)路由設(shè)計的原則、路由協(xié)議分類，以數(shù)據(jù)為中心的平面路由，基于查詢的路由、基于能量感知的路由、基于地理位置的路由、基于分簇的路由、基于QoS的路由，熟悉不同分類路由策略的思路和優(yōu)缺點，應(yīng)用情況等。

本課程的重點之四是典型無線傳感網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，包括TinyOS操作系統(tǒng)，SOS操作系統(tǒng)和Z-Stack架構(gòu)。尤其是TinyOS操作系統(tǒng)需要重點掌握，對Z-Stack和TinyOS之間的關(guān)系和應(yīng)用情況要有清晰的認識。

本課程的難點是物理層、MAC層和網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)，包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓撲控制、覆蓋控制、節(jié)點定位和路由協(xié)議。對拓撲結(jié)構(gòu)及典型的拓撲控制策略，節(jié)點部署方式和覆蓋分類，典型的覆蓋控制算法，無線傳感網(wǎng)定位原理、定位方法分類、技術(shù)指標及典型的定位方法，無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中，以數(shù)據(jù)為中心的平面路由，基于能量感知的路由，基于地理位置的路由，基于分簇的路由都是課程難點，對其基本思路和工作過程要重點把握。

Ⅱ  考核目標

本大綱在考核目標中，按照識記、領(lǐng)會、簡單應(yīng)用和綜合應(yīng)用四個層次規(guī)定其應(yīng)達到的能力層次要求。四個能力層次是遞進關(guān)系，各能力層次的含義是：

識記（Ⅰ）：要求考生能夠識別和記憶本課程中有關(guān)無線傳感網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)名詞、概念、知識的含義，并能夠根據(jù)考核的不同要求，進行正確的表述和選擇。

領(lǐng)會（Ⅱ）：要求考生能夠領(lǐng)悟和理解本課程中有關(guān)無線傳感網(wǎng)的概念、理論和方法技巧的內(nèi)涵及外延，能夠鑒別關(guān)于概念和特性的似是而非的說法，理解無線傳感網(wǎng)相關(guān)知識的區(qū)別和聯(lián)系，能根據(jù)考核的不同要求對無線傳感網(wǎng)技術(shù)相關(guān)知識進行論證，做出正確的解釋和說明。此外；并能根據(jù)考核的不同要求分析各種不同領(lǐng)域或背景下所使用的感知傳輸和處理技術(shù)。

簡單應(yīng)用（Ⅲ）：要求考生能夠根據(jù)已知的無線傳感網(wǎng)的一個應(yīng)用需求或應(yīng)用背景，提出可以采用的感知、傳輸、處理技術(shù)，比如短距離無線通信技術(shù)、遠程傳輸技術(shù)、定位技術(shù)、拓撲控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制技術(shù)、路由技術(shù)、安全策略等。能夠分析和解決有關(guān)無線傳感網(wǎng)技術(shù)理論問題和實際問題，并得出正確的結(jié)論。

綜合應(yīng)用（Ⅳ）：要求考生能夠根據(jù)已知的無線傳感網(wǎng)技術(shù)多個知識點，分析和解決有關(guān)的無線傳感網(wǎng)理論問題和實際問題，并得出解決問題的綜合方案。對無線傳感網(wǎng)的相關(guān)應(yīng)用具有一定的分析和設(shè)計能力，在相關(guān)產(chǎn)品的組成結(jié)構(gòu)、功能特點及數(shù)據(jù)感知、傳輸、處理技術(shù)方面具有一些基本的見解。

Ⅲ  課程內(nèi)容與考核要求

第一章  緒論

一、學(xué)習(xí)目的與要求

通過本章學(xué)習(xí)，要求了解無線網(wǎng)絡(luò)以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本知識，理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展脈絡(luò)及其與其他交叉學(xué)科的關(guān)系，掌握無線傳感網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，了解無線傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別和聯(lián)系，理解無線傳感網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用及其原理。

二、課程內(nèi)容（考試內(nèi)容）

1.1無線傳感網(wǎng)絡(luò)概述

      1.1.1無線網(wǎng)絡(luò)及其分類

      1.1.2基本概念

      1.1.3節(jié)點類型

      1.1.4感知節(jié)點功能單元

      1.1.5 體系結(jié)構(gòu)

1.2無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用

  1.2.1發(fā)展歷程與方向

  1.2.2典型應(yīng)用舉例

1.3無線傳感網(wǎng)絡(luò)的主要特點與關(guān)鍵技術(shù)

  1.3.1主要特點

  1.3.2關(guān)鍵技術(shù)

1.4無線傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)

  1.4.1物聯(lián)網(wǎng)概述

  1.4.2無線傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)

三、考核知識點與考核要求

識記：無線傳感網(wǎng)絡(luò)概述，包括無線網(wǎng)絡(luò)及其分類、基本概念、節(jié)點類型、感知節(jié)點功能單元，體系結(jié)構(gòu)；物聯(lián)網(wǎng)概述，無線傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)。

領(lǐng)會：無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，包括發(fā)展歷程與方向；無線傳感網(wǎng)絡(luò)的主要特點與關(guān)鍵技術(shù)。

簡單應(yīng)用：無線傳感網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用。

四、本章關(guān)鍵問題

重點：無線傳感網(wǎng)的基本概念；無線傳感網(wǎng)各個組成部分及其原理；無線傳感網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)；無線傳感網(wǎng)的典型應(yīng)用舉例，要求能夠?qū)@些應(yīng)用案例進行分析，掌握其構(gòu)成，工作原理和工作過程。

第二章  短距離無線通信技術(shù)與標準

一、學(xué)習(xí)目的與要求

通過本章學(xué)習(xí)，要求了解當前比較流行