高綱1837

江蘇省高等教育自學考試大綱 

12573   無線傳感網(wǎng)技術 

南京信息工程大學編（2020年）

江蘇省高等教育自學考試委員會辦公室

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

課程的主要任務是讓學生加深對無線傳感器網(wǎng)絡的理解,為未來從事有關無線傳感網(wǎng)絡及物聯(lián)網(wǎng)的應用開發(fā)打下基礎。本課程的另一個任務是#一方面培養(yǎng)學生對本學科理論研究的興趣，讓學生能夠?qū)跓o線傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應用關鍵技術有進一步的理解，并獲得更多實踐的體會。最后，本課程的學習目的還包括加深物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學生對本專業(yè)基本理論的理解及#科學解決本專業(yè)相關問題的能力。通過本課程的學習，學生可以了解無線傳感器網(wǎng)絡的基本組成、關鍵技術、體系結構、應用領域、發(fā)展趨勢、研究熱點等相關知識，掌握無線傳感網(wǎng)絡的拓撲控制、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，學會利用特定的操作系統(tǒng)進行無線傳感網(wǎng)絡的科學研究和在特定的協(xié)議棧上進行基于ZigBee芯片的各種無線傳感網(wǎng)絡應用開發(fā)。

二、課程目標

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

（1）熟悉無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構和網(wǎng)絡管理技術；

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

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

（4）了解無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點定位技術；

（5）領會無線傳感器網(wǎng)絡拓撲控制技術、覆蓋技術；

（6）熟練掌握無線傳感器網(wǎng)絡中的重要路由協(xié)議；

（7）掌握典型的無線傳感器網(wǎng)絡操作系統(tǒng)；

（8）了解無線傳感器網(wǎng)絡安全策略；

（9）熟悉無線傳感器網(wǎng)絡遠程傳輸技術；

（10）領會無線傳感器網(wǎng)絡應用設計原則及設計方案。

三、與相關課程的聯(lián)系與區(qū)別

《無線傳感器網(wǎng)技術》是江蘇省高等教育自學考試物聯(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系。《物聯(lián)網(wǎng)工程導論》、《數(shù)據(jù)通信基礎》、《傳感器技術與應用》、《寬帶IP網(wǎng)絡》、《物聯(lián)網(wǎng)信息安全技術》等課程是本課程的基礎。

四、課程的重點和難點

本課程內(nèi)容較多，專業(yè)知識繁復，各種理論技術之間的所屬關系不容易把握，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，第二部分是體系結構，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)絡層和路由協(xié)議，第六部分是無線傳感網(wǎng)的構建和應用實現(xiàn)。

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

本課程的重點之二是無線傳感器網(wǎng)絡中的物理層協(xié)議、MAC協(xié)議以及無線網(wǎng)絡協(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，涉及到基本結構、原理、模型、算法等。

本課程的重點之三是無線傳感器網(wǎng)絡中的重要路由協(xié)議。包括無線傳感網(wǎng)路由設計的原則、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，應用情況等。

本課程的重點之四是典型無線傳感網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，包括TinyOS操作系統(tǒng)，SOS操作系統(tǒng)和Z-Stack架構。尤其是TinyOS操作系統(tǒng)需要重點掌握，對Z-Stack和TinyOS之間的關系和應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)絡層關鍵技術，包括無線傳感網(wǎng)絡拓撲控制、覆蓋控制、節(jié)點定位和路由協(xié)議。對拓撲結構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、技術指標及典型的定位方法，無線傳感網(wǎng)絡路由協(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、領會、簡單應用和綜合應用四個層次規(guī)定其應達到的能力層次要求。四個能力層次是遞進關系，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無線傳感網(wǎng)技術的相關名詞、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。

領會（Ⅱ）：要求考生能夠領悟和理解本課程中有關無線傳感網(wǎng)的概念、理論和方法技巧的內(nèi)涵及外延，能夠鑒別關于概念和特性的似是而非的說法，理解無線傳感網(wǎng)相關知識的區(qū)別和聯(lián)系，能根據(jù)考核的不同要求對無線傳感網(wǎng)技術相關知識進行論證，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域或背景下所使用的感知傳輸和處理技術。

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

綜合應用（Ⅳ）：要求考生能夠根據(jù)已知的無線傳感網(wǎng)技術多個知識點，分析和解決有關的無線傳感網(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)的相關應用具有一定的分析和設計能力，在相關產(chǎn)品的組成結構、功能特點及數(shù)據(jù)感知、傳輸、處理技術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、學習目的與要求

通過本章學習，要求了解無線網(wǎng)絡以及無線傳感網(wǎng)絡的基本知識，理解無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展脈絡及其與其他交叉學科的關系，掌握無線傳感網(wǎng)絡的關鍵技術和應用領域，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)絡的典型應用及其原理。

二、課程內(nèi)容（考試內(nèi)容）

1.1無線傳感網(wǎng)絡概述

      1.1.1無線網(wǎng)絡及其分類

      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 體系結構

1.2無線傳感網(wǎng)絡的發(fā)展與應用

  1.2.1發(fā)展歷程與方向

  1.2.2典型應用舉例

1.3無線傳感網(wǎng)絡的主要特點與關鍵技術

  1.3.1主要特點

  1.3.2關鍵技術

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

領會：無線傳感網(wǎng)絡的發(fā)展，包括發(fā)展歷程與方向；無線傳感網(wǎng)絡的主要特點與關鍵技術。

簡單應用：無線傳感網(wǎng)絡的典型應用。

四、本章關鍵問題

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)體系結構；無線傳感網(wǎng)的典型應用舉例，要求能夠?qū)@些應用案例進行分析，掌握其構成，工作原理和工作過程。

第二章  短距離無線通信技術與標準

一、學習目的與要求

通過本章學習，要求了解當前比較流行