江苏自考12573 无线传感器网技术教材大纲（高纲1837）

高纲1837

江苏省高等教育自学考试大纲 

12573   无线传感网技术 

南京信息工程大学编（2020年）

江苏省高等教育自学考试委员会办公室

Ⅰ  课程性质与课程目标

一、课程性质和特点

本课程是针对物联网工程专业开设的专业必修课，#是为从事科学研究、理论研究、工程实践提供基本知识储备和基本训练的基础理论性课程。无线传感器网是近年来发展最为活跃的技术之一，它与通信技术和计算机技术共同构成新一代信息技术的三大支柱，被认为是对21世纪会产生巨大影响力的技术之一。无线传感网技术也是涉及多学科高度交叉的、知识高度集成的前沿热点研究领域。课程具有典型的跨学科特点，涉及网络、通信、电子、自动化、计算机等不同领域的相关技术，包括纳米与微电子技术、新型微型传感器技术、微机电系统MEMS技术、片上系统SoC技术、移动互联网MI技术、微功耗嵌入式技术、大数据处理等。#通过对无线传感网体系结构和应用等内容的介绍，课程旨在阐述无线传感器网络的基本原理。

课程的主要任务是让学生加深对无线传感器网络的理解,为未来从事有关无线传感网络及物联网的应用开发打下基础。本课程的另一个任务是#一方面培养学生对本学科理论研究的兴趣，让学生能够对基于无线传感网的物联网应用关键技术有进一步的理解，并获得更多实践的体会。最后，本课程的学习目的还包括加深物联网工程专业的学生对本专业基本理论的理解及#科学解决本专业相关问题的能力。通过本课程的学习，学生可以了解无线传感器网络的基本组成、关键技术、体系结构、应用领域、发展趋势、研究热点等相关知识，掌握无线传感网络的拓扑控制、覆盖控制、路由协议、节点定义、操作系统、安全策略、远程传输等方面的技术，学会利用特定的操作系统进行无线传感网络的科学研究和在特定的协议栈上进行基于ZigBee芯片的各种无线传感网络应用开发。

二、课程目标

本课程主要培养学生学习和掌握传感网基本原理和思想、发展历程、发展趋势、核心内容、典型应用和应用热点。同时，培养学生基本的工程、科研思路、综合运用理论知识的能力与实践动手的能力，培养学生对无线网络领域的进一步学习、研究的兴趣，培养学生严谨的治学、研究、工作作风，为今后的再学习、研究或工作打下良好的基础。作为物联网工程专业的专业主干课，本课程要求学生掌握无线传感器网络领域的关键技术和应用。针对当前物联网工程应用的需要，以物联网感知层为主要学习内容，领会无线传感器网络各个研究领域的技术和应用。掌握基本概念和理论，熟悉无线传感器网络发展与应用，领会无线传感器网络的主要特点与关键技术；掌握ZigBee、6LoWPAN、蓝牙、WiFi等短距离无线通信技术与标准，领会无线传感器网络拓扑控制技术、覆盖技术、节点定位技术，掌握无线传感器网络中的重要路由协议，熟悉无线传感器网络操作系统，了解无线传感器网络安全策略，无线传感器网络远程传输技术；领会无线传感器网络应用设计原则及设计方案。通过以下内容的学习，使学生既能够掌握无线传感器网络的基本概念和工作原理等基础知识，又能够了解前沿技术和热点研究内容。具体目标主要包括：

（1）熟悉无线传感器网络的体系结构和网络管理技术；

（2）掌握ZigBee、6LoWPAN、蓝牙、WiFi等短距离无线通信技术与标准；

（3）掌握无线传感器网络中的物理层协议、MAC协议以及无线网络协议IEEE802.15.4等通信协议；

（4）了解无线传感器网络的节点定位技术；

（5）领会无线传感器网络拓扑控制技术、覆盖技术；

（6）熟练掌握无线传感器网络中的重要路由协议；

（7）掌握典型的无线传感器网络操作系统；

（8）了解无线传感器网络安全策略；

（9）熟悉无线传感器网络远程传输技术；

（10）领会无线传感器网络应用设计原则及设计方案。

三、与相关课程的联系与区别

《无线传感器网技术》是江苏省高等教育自学考试物联网工程专业（本科段）必修的专业课程，与物联网工程专业的许多其他课程有着密切的关系。《物联网工程导论》、《数据通信基础》、《传感器技术与应用》、《宽带IP网络》、《物联网信息安全技术》等课程是本课程的基础。

四、课程的重点和难点

本课程内容较多，专业知识繁复，各种理论技术之间的所属关系不容易把握，因此需要首先理清课程章节内容之间的关系。从总体看，课程分为以下六大部分，第一部分是课程概述，第二部分是体系结构，第三部分是物理层和链路层协议，第四部分是寻址、同步和定位协议，第五部分是网络层和路由协议，第六部分是无线传感网的构建和应用实现。

本课程的重点之一是短距离无线通信技术，包括ZigBee，6LoWPAN、蓝牙、WiFi、RFID等短距离无线通信技术与标准。

本课程的重点之二是无线传感器网络中的物理层协议、MAC协议以及无线网络协议IEEE802.15.4等通信协议，包括拓扑控制、覆盖控制、节点定位等，涉及到基本结构、原理、模型、算法等。

本课程的重点之三是无线传感器网络中的重要路由协议。包括无线传感网路由设计的原则、路由协议分类，以数据为中心的平面路由，基于查询的路由、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，熟悉不同分类路由策略的思路和优缺点，应用情况等。

本课程的重点之四是典型无线传感网络操作系统，包括TinyOS操作系统，SOS操作系统和Z-Stack架构。尤其是TinyOS操作系统需要重点掌握，对Z-Stack和TinyOS之间的关系和应用情况要有清晰的认识。

本课程的难点是物理层、MAC层和网络层关键技术，包括无线传感网络拓扑控制、覆盖控制、节点定位和路由协议。对拓扑结构及典型的拓扑控制策略，节点部署方式和覆盖分类，典型的覆盖控制算法，无线传感网定位原理、定位方法分类、技术指标及典型的定位方法，无线传感网络路由协议中，以数据为中心的平面路由，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课程难点，对其基本思路和工作过程要重点把握。

Ⅱ  考核目标

本大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。四个能力层次是递进关系，各能力层次的含义是：

识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关无线传感网技术的相关名词、概念、知识的含义，并能够根据考核的不同要求，进行正确的表述和选择。

领会（Ⅱ）：要求考生能够领悟和理解本课程中有关无线传感网的概念、理论和方法技巧的内涵及外延，能够鉴别关于概念和特性的似是而非的说法，理解无线传感网相关知识的区别和联系，能根据考核的不同要求对无线传感网技术相关知识进行论证，做出正确的解释和说明。此外；并能根据考核的不同要求分析各种不同领域或背景下所使用的感知传输和处理技术。

简单应用（Ⅲ）：要求考生能够根据已知的无线传感网的一个应用需求或应用背景，提出可以采用的感知、传输、处理技术，比如短距离无线通信技术、远程传输技术、定位技术、拓扑控制技术、网络覆盖控制技术、路由技术、安全策略等。能够分析和解决有关无线传感网技术理论问题和实际问题，并得出正确的结论。

综合应用（Ⅳ）：要求考生能够根据已知的无线传感网技术多个知识点，分析和解决有关的无线传感网理论问题和实际问题，并得出解决问题的综合方案。对无线传感网的相关应用具有一定的分析和设计能力，在相关产品的组成结构、功能特点及数据感知、传输、处理技术方面具有一些基本的见解。

Ⅲ  课程内容与考核要求

第一章  绪论

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求了解无线网络以及无线传感网络的基本知识，理解无线传感器网络的发展脉络及其与其他交叉学科的关系，掌握无线传感网络的关键技术和应用领域，了解无线传感网与物联网的区别和联系，理解无线传感网络的典型应用及其原理。

二、课程内容（考试内容）

1.1无线传感网络概述

      1.1.1无线网络及其分类

      1.1.2基本概念

      1.1.3节点类型

      1.1.4感知节点功能单元

      1.1.5 体系结构

1.2无线传感网络的发展与应用

  1.2.1发展历程与方向

  1.2.2典型应用举例

1.3无线传感网络的主要特点与关键技术

  1.3.1主要特点

  1.3.2关键技术

1.4无线传感网与物联网

  1.4.1物联网概述

  1.4.2无线传感网与物联网

三、考核知识点与考核要求

识记：无线传感网络概述，包括无线网络及其分类、基本概念、节点类型、感知节点功能单元，体系结构；物联网概述，无线传感网与物联网。

领会：无线传感网络的发展，包括发展历程与方向；无线传感网络的主要特点与关键技术。

简单应用：无线传感网络的典型应用。

四、本章关键问题

重点：无线传感网的基本概念；无线传感网各个组成部分及其原理；无线传感网体系结构；无线传感网的典型应用举例，要求能够对这些应用案例进行分析，掌握其构成，工作原理和工作过程。

第二章  短距离无线通信技术与标准

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求了解当前比较流行

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