物聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)方法實踐淺談

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【摘要】物聯(lián)網(wǎng)為現(xiàn)代信息技術(shù)的一項關(guān)鍵組成部分，也為信息化時代下的一個重要階段，高校物聯(lián)網(wǎng)課程有著諸多學(xué)科的交叉性特征，在此情況下，在設(shè)計實驗體系過程中也存在著不小的困難。所以，應(yīng)積極對物聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)方法進(jìn)行探討，以探討出最為良好的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生解決與分析問題的能力，從而保障物聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)方法

一、物聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)主要特征

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要是由應(yīng)用層、感知層、處理層以及傳輸層等四方面組成，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自身包含的專業(yè)課程有很多，如網(wǎng)絡(luò)課程以及通訊課程等。再者，我國很多高校在實際教學(xué)中，都存在重視理論教學(xué)，而忽視實踐教學(xué)這一特征，對高校來說，必須良好開展物聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)，并對該教學(xué)進(jìn)行積極的革新，從而彰顯出物聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)的積極作用。

二、實驗硬件平臺與軟件運(yùn)用

在此次實驗中，傳感器節(jié)點運(yùn)用了模塊化設(shè)計方式，可在同一時間外接很多個具備通用連接口的執(zhí)行器與傳感器，傳感器模塊和通信模塊能夠隨意分離與運(yùn)用，如此則利于凸顯其開發(fā)的變通性。傳感器節(jié)點支持電池與電源供電這兩種供電形式，也能夠運(yùn)用大容量電池供電，同時也能夠以電源對鋰電池進(jìn)行充電，在此過程中并不需要獨立拆除電池，而后再進(jìn)行充電。在整個實驗過程中，每個小組的學(xué)生均需配套完整的開發(fā)套件，主要涵蓋4~5個傳感器節(jié)點、鋰電池與燒錄器等，無線通信網(wǎng)絡(luò)軟件是以ZSTACk為協(xié)議棧的。在進(jìn)行實驗時，學(xué)生應(yīng)先了解開發(fā)環(huán)境，而后再進(jìn)行科學(xué)安裝，這種環(huán)境不但需提供編譯連接，也需提供程序編寫等功能。ns2為一項網(wǎng)絡(luò)仿真器，運(yùn)用C＋＋與OTci為開發(fā)語言，ns2能夠作為OTci的一種腳本解釋器。在結(jié)束仿真后，ns2就會出現(xiàn)很多文本跟蹤文件。在此情況下，只需在腳本中輸入幾句話，在這一文件中就會涵蓋較為細(xì)致的跟蹤信息文件，所得出的數(shù)據(jù)也能夠用作之后的處理與分析之中，同時也能夠運(yùn)用NAM把仿真的各個階段體現(xiàn)出來。再者，在實驗期間，學(xué)生也應(yīng)該了解與借助仿真器實施調(diào)試與仿真，讓學(xué)生能夠?qū)W會運(yùn)用packetsniffer，來實施分析以及探測等。sniffer能夠顯現(xiàn)出相對環(huán)境狀態(tài)中，ZIGBEEN的主要節(jié)點信息，監(jiān)測各個頻段的信號情況，涵蓋信號強(qiáng)度與速率報文分布情況等，若處于監(jiān)聽狀態(tài)下的數(shù)據(jù)包，能夠支持channl過濾等諸多方式的數(shù)據(jù)讀取，且也具備報文統(tǒng)計這一有效功能。例如，在學(xué)習(xí)《傳感器》一課時，教師則需讓學(xué)生以小組的形式，來共同分析傳感器的主要功能，以及使用用途等，從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)傳感器一課相關(guān)知識，實現(xiàn)課堂教學(xué)目標(biāo)。

三、組網(wǎng)實驗涵蓋的主要內(nèi)容

學(xué)生在學(xué)習(xí)與掌握程序燒錄方法、硬件平臺等諸多方式后，則需學(xué)習(xí)與修改ZStack協(xié)議棧程序，燒錄協(xié)調(diào)器節(jié)點與終端節(jié)點一前一后上電，終端節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點可利用串口助手這一工具，來了解數(shù)據(jù)的收入情況，進(jìn)而依據(jù)此，來分析通信連接成功與否，之后再去燒錄嗅探節(jié)點，借助sniffer軟件分析通訊階段。另外，教師還需對學(xué)生進(jìn)行良好引導(dǎo)，讓學(xué)生能夠分析數(shù)據(jù)包，然后了解到數(shù)據(jù)包的通信格式，如確認(rèn)幀、廣播幀以及探尋幀等，且還需幫助學(xué)生了解ZIGBEE協(xié)議的主要組網(wǎng)流程，針對實驗過程中所存在的問題，教師也可指導(dǎo)學(xué)生，借助抓包來加以分析，以及時找出其中所存在的問題，之后再去合理的解決問題。例如，在學(xué)習(xí)《近距離通信》一課時，教師則應(yīng)積極開展物聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)，幫助學(xué)生理解與掌握到近距離通信的主要方式，以促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)。在此期間，若學(xué)生在學(xué)習(xí)亦或操作時存在問題，教師需及時指導(dǎo)與幫助學(xué)生，使學(xué)生能夠在第一時間改正問題。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動網(wǎng)絡(luò)，其也為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的一項重要設(shè)備，協(xié)議器選擇網(wǎng)絡(luò)ID與信道，之后就能夠啟動網(wǎng)絡(luò)。路由器的主要功能在于能夠讓其他設(shè)備進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)通信。減小發(fā)射功率及延長通訊距離，會使得終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點難以正常通信。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中添加路由節(jié)點，讓路由節(jié)點和上方兩節(jié)點實施無線傳輸。之后節(jié)點會通過協(xié)議器節(jié)點與路由節(jié)點進(jìn)行通信。且也可借助其它節(jié)點為包嗅探器節(jié)點，把網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的各項傳輸數(shù)據(jù)予以有效記錄，而后分析信令流程圖。在完成上述內(nèi)容后，學(xué)生則能夠利用開發(fā)套件之中所預(yù)留的接口，去連接濕度與溫度傳感器，最終構(gòu)建出物聯(lián)網(wǎng)工程運(yùn)用?？偠灾?，在物聯(lián)網(wǎng)課堂教學(xué)中，為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，燃起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的專業(yè)能力，教師則需積極改革與創(chuàng)新教學(xué)方法，建立良好的實驗教學(xué)體系，從而確保學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。

作者：劉洪丹 張?zhí)m勇 王巍 孫蓉 單位：哈爾濱工程大學(xué)