智能手機(jī)在《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程教學(xué)中的應(yīng)用＊

史艷翠，廖富麗，楊巨成，陳亞瑞，李建榮

（天津科技大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院，天津 300457）

智能手機(jī)在《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程教學(xué)中的應(yīng)用＊

史艷翠，廖富麗，楊巨成，陳亞瑞，李建榮

（天津科技大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院，天津 300457）

《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程主要介紹物聯(lián)網(wǎng)中的傳感網(wǎng)和核心網(wǎng)以及這些網(wǎng)絡(luò)所涉及到的通信技術(shù)。隨著軟硬件的不斷發(fā)展，智能手機(jī)中有多種通信技術(shù)可以應(yīng)用在多種網(wǎng)絡(luò)中。因此，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍課堂氣氛，簡要探討了智能手機(jī)在《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程教學(xué)中的應(yīng)用。

智能手機(jī)；物聯(lián)網(wǎng)；傳感器；移動通信網(wǎng)

1 背景闡述

物聯(lián)網(wǎng)是將分布在不同地點的物體通過通信技術(shù)互連，并隨時隨地以任意方式通過任意終端為用戶提供智能服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)將人與人之間的通信擴(kuò)展為人與人、人與物以及物與物之間的通信[1]?！段锫?lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程主要介紹物聯(lián)網(wǎng)中涉及的通信技術(shù)，它是為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)必修課程[2]。學(xué)習(xí)這門課程，學(xué)生可以掌握物聯(lián)網(wǎng)涉及的網(wǎng)絡(luò)以及相應(yīng)的通信技術(shù)。由于涉及的網(wǎng)絡(luò)比較多，而每種網(wǎng)絡(luò)又包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、地址標(biāo)識、傳輸速率和使用的頻段等內(nèi)容，學(xué)生需要掌握的知識點多且容易混淆。

智能手機(jī)作為一種智能移動終端，為用戶提供了便利服務(wù)。用戶不僅可以使用手機(jī)進(jìn)行基本的通信服務(wù)，還可以通過它隨時隨地上網(wǎng)、看視頻、打游戲、聽音樂、拍照和社交等[3]。然而，智能手機(jī)在為用戶帶來便利的同時，也帶來了一些弊端，比如低頭族。課堂上常見的現(xiàn)象是教師在講臺上講，學(xué)生則利用手機(jī)看視頻、打游戲、聽音樂，或與其他人聊天。因此，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，一些教學(xué)人員將智能手機(jī)應(yīng)用到了教學(xué)中。例如，范欽對智能手機(jī)與“互聯(lián)網(wǎng)+”課堂進(jìn)行了研究。在該研究中，智能手機(jī)具有報名、信息提交、閱讀新聞、存儲教師講述的內(nèi)容、與教師或同學(xué)實時溝通以及調(diào)節(jié)和放松等功能[4]。阮家泉對智能手機(jī)與“互聯(lián)網(wǎng)+課堂”在技工院校教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，通過智能手機(jī)實現(xiàn)課前知識傳播、課上知識內(nèi)化和課后測試評價[5]。俞躍等人以智能手機(jī)和QQ群為例，研究了移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下“混合式學(xué)習(xí)”方式，通過智能手機(jī)和QQ群完成教學(xué)設(shè)計、課前知識接納、課上知識吸收和課后知識的合并[6]。但這些研究主要是利用智能手機(jī)上的軟件進(jìn)行線下學(xué)習(xí)或者實時交流，并沒有研究智能手機(jī)的硬件及其通信技術(shù)。

智能手機(jī)是物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的設(shè)備之一。在硬件方面，智能手機(jī)上安裝了多種傳感器，支持多種通信技術(shù)，屬于多種網(wǎng)絡(luò)；在軟件方面，智能手機(jī)可以安裝各種APP，實現(xiàn)智能交通、智能生活、智能醫(yī)療等服務(wù)。

因此，本文以智能手機(jī)為例，將其與《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程的內(nèi)容結(jié)合起來，進(jìn)行理論知識的介紹和互動操作，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和對知識掌握的牢固性。

2 智能手機(jī)在課程教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 傳感器功能的體驗

在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器用來采集物理世界的信息。在日常生活中，我們可以接觸到很多傳感器，智能手機(jī)上就安裝了很多傳感器。但是，這些傳感器一般都嵌入在依附的主體上，所以，大多數(shù)人并不清楚每個傳感器的功能和用途。在課堂上，如果教師只向?qū)W生介紹理論知識，他們不僅覺得枯燥，還沒有直觀的認(rèn)識。為了增強(qiáng)學(xué)生對傳感器的認(rèn)知，在介紹傳感器的相關(guān)內(nèi)容時，可先以智能手機(jī)為例，介紹各種傳感器的功能和用途；然后，教師和學(xué)生一起體驗智能手機(jī)上各種傳感器的功能。智能手機(jī)上安裝有光線傳感器、距離傳感器、重力傳感器、加速度傳感器、磁場傳感器、陀螺儀、指紋傳感器、霍爾傳感器和氣壓傳感器等，學(xué)生在體驗每種傳感器的過程中，不僅加深了對傳感器的認(rèn)識，還理解了手機(jī)屏幕旋轉(zhuǎn)、屏幕自動背光的亮度、搖一搖（晃動手機(jī)實現(xiàn)一些功能）、地圖導(dǎo)航、重力感應(yīng)類游戲等的原理。這樣做，學(xué)生會覺得新奇、有趣而且非常實用，不僅提高了他們學(xué)習(xí)的積極性，還活躍了課堂的氣氛。

2.2 藍(lán)牙通信技術(shù)的介紹

在物聯(lián)網(wǎng)中，短距離通信技術(shù)主要應(yīng)用在傳感網(wǎng)中，用于傳輸傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)?！段锫?lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程中主要介紹了3種短距離通信技術(shù)，即藍(lán)牙、ZigBee（紫蜂）、UWB（超寬帶通信技術(shù)）。由于智能手機(jī)上安裝了藍(lán)牙通信模塊，因此，在介紹藍(lán)牙通信技術(shù)時，可以將智能手機(jī)看作一臺藍(lán)牙設(shè)備。對于藍(lán)牙通信技術(shù)這部分內(nèi)容，需要學(xué)生掌握藍(lán)牙的特點、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的建立、藍(lán)牙的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、藍(lán)牙地址、藍(lán)牙數(shù)據(jù)的傳輸?shù)葍?nèi)容。

2.2.1 藍(lán)牙的傳輸距離

在學(xué)習(xí)過程中，讓每個學(xué)生都激活智能手機(jī)上的藍(lán)牙功能，每個藍(lán)牙設(shè)備會對應(yīng)一個唯一的ID，然后，讓后排的同學(xué)逐排檢查是否能收到第一排同學(xué)的藍(lán)牙信號，從而對藍(lán)牙的傳輸距離有一定的認(rèn)知。

2.2.2 藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的建立

打開藍(lán)牙后，智能手機(jī)上會出現(xiàn)周圍可用設(shè)備的列表，讓每個學(xué)生隨意選擇列表中的3個設(shè)備連接，隨后出現(xiàn)配對信息，顯示設(shè)備的名稱和密碼，如果對方同意配對則完成連接。在學(xué)生操作的過程中，教師講解每一步的作用。學(xué)生在體驗藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)建立的同時，還可以體驗藍(lán)牙的安全模式。

2.2.3 藍(lán)牙的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

藍(lán)牙的基本單元是微微網(wǎng)，它是由1個主單元和最多7個從單元組成的。為了讓學(xué)生體驗微微網(wǎng)的容量，讓置頂?shù)哪澄粚W(xué)生分別嘗試連接7臺和8臺設(shè)備，看是否能連接成功，并根據(jù)連接結(jié)果分析原因。

2.2.4 藍(lán)牙地址

藍(lán)牙地址的長度是48位，在實際應(yīng)用中的表示方式為：XX:XX:XX:XX:XX:XX，X是十六進(jìn)制，可以是0～9的數(shù)字，也可以是A～F的字母。為了加深學(xué)生的記憶，讓每位學(xué)生將自己智能手機(jī)上的藍(lán)牙地址寫下來，分析廠商號和設(shè)備號，并以作業(yè)的形式上交。

2.2.5 藍(lán)牙數(shù)據(jù)的傳輸

藍(lán)牙既可以傳輸語音信息，也可以傳輸數(shù)據(jù)信息。在學(xué)習(xí)過程中，讓2個學(xué)生一組通過藍(lán)牙傳輸信息，傳輸?shù)膬?nèi)容可以是圖片、視頻和音樂等。學(xué)生在體驗藍(lán)牙通信技術(shù)的過程中，不僅加深了對理論知識的理解，還掌握了一種在沒有Wi-Fi和移動流量的情況下傳輸數(shù)據(jù)的方法。

2.3 無線局域網(wǎng)通信技術(shù)的學(xué)習(xí)

無線局域網(wǎng)（WLAN）是有線計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，具有成本低、搭建靈活等特點。在課堂上，教師先介紹無線局域網(wǎng)的特點、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等知識點；然后，讓學(xué)生通過智能手機(jī)體驗無線局域網(wǎng)，學(xué)習(xí)與其相關(guān)的技術(shù)。

2.3.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

無線局域網(wǎng)包括2類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即有中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和無中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在有中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，終端之間無法直接通信，需要通過無線接入點（AP）完成2個終端之間的信息交互，以及終端和外網(wǎng)的交互，無線接入點（AP）可以是橋接器、無線路由器、熱點等。在無中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，沒有無線接入點，終端之間可以直接通信，但無法與外網(wǎng)交互。

在體驗有中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，教師先打開無線路由器，讓每位學(xué)生關(guān)閉移動流量，開啟手機(jī)上的WLAN功能，并連接到無線路由器，體驗任務(wù)包括：每個學(xué)生體驗網(wǎng)頁的瀏覽；2個學(xué)生一組體驗通過WLAN進(jìn)行交互和文件傳輸。然后，教師關(guān)閉無線路由器，讓學(xué)生同樣體驗上述2項任務(wù)。在體驗無中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，教師關(guān)閉無線路由器，讓每位學(xué)生關(guān)閉移動流量，開啟手機(jī)上的WLAN直連功能，然后，讓學(xué)生體驗與有中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時相同的2項任務(wù)。

根據(jù)體驗結(jié)果，讓學(xué)生分析原因，加深學(xué)生對有中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和無中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的認(rèn)知，掌握它們之間的區(qū)別。

2.3.2 無線局域網(wǎng)信息

讓每位學(xué)生在智能手機(jī)“設(shè)置”菜單中查看使用的無線局域網(wǎng)的信息，包括使用的標(biāo)準(zhǔn)、傳輸速率、使用的頻段、加密技術(shù)等信息，并發(fā)到班級的微信群中交流。

2.3.3MAC地址

WLAN的MAC地址與藍(lán)牙地址格式一樣，讓每位學(xué)生將WLAN的MAC地址寫下來，并以作業(yè)的形式提交。

學(xué)生在體驗WLAN通信技術(shù)的過程中，不僅加深了對理論知識的理解，還掌握了一種在沒有無線接入點和移動流量的情況下傳輸數(shù)據(jù)的方法。

2.4 移動通信技術(shù)的學(xué)習(xí)

2.4.1 移動臺涉及的號碼

在移動通信網(wǎng)中，由于用戶的移動性，需要使用多種號碼對用戶進(jìn)行識別、位置登記和管理，常用的號碼有移動臺號簿號碼、國際移動用戶標(biāo)識號、國際移動臺設(shè)備標(biāo)識號、移動臺漫游號碼和臨時移動用戶識別碼。這些號碼長短不同，用途不同，為了便于區(qū)分，可讓學(xué)生通過查看智能手機(jī)上的信息了解這些號碼。

2.4.1.1 移動臺號簿號碼

對于學(xué)生而言，他們最熟悉的號碼是移動臺號簿號碼，也就是用戶俗稱的手機(jī)號，很多人誤認(rèn)為手機(jī)號是手機(jī)的識別碼。但是，該號碼是運營商為了便于管理、計費而分配給用戶的號碼。

2.4.1.2 國際移動用戶標(biāo)識號

國際移動用戶標(biāo)識號是寫入SIM卡中的、唯一識別用戶的國際通用號碼。通過該號碼，人們可以了解移動用戶屬于哪個國家、哪個移動運營商以及用戶的識別碼。

為了加深學(xué)生的理解，在學(xué)習(xí)過程中，可以讓每位學(xué)生查看自己智能手機(jī)上的SIM卡信息，找出國家碼、移動網(wǎng)號，并分析出該SIM卡屬于哪個國家、哪個運行商，以作業(yè)的形式上交。

2.4.1.3 國際移動臺設(shè)備標(biāo)識號

國際移動臺設(shè)備標(biāo)識號是唯一標(biāo)識移動臺（比如智能手機(jī)）的號碼，可用于監(jiān)控被竊或無效的移動設(shè)備。

為了讓學(xué)生加深理解，可以使用3種方法讓每位學(xué)生查看智能手機(jī)的國際移動臺設(shè)備標(biāo)識號：①直接查看手機(jī)機(jī)身背面的標(biāo)志；②在手機(jī)上輸入“*#06#”查看；③在手機(jī)“設(shè)置”菜單中找到手機(jī)信息查看。移動臺漫游號碼和臨時移動用戶識別碼分別對應(yīng)移動臺號簿號碼和國際移動用戶標(biāo)識號。由于這2種號碼是移動運營商臨時分配的，在智能手機(jī)上無法查看，因此，學(xué)生無法自己操作了解。

2.4.2 移動網(wǎng)絡(luò)類型

目前，常用的移動通信網(wǎng)絡(luò)有2G、3G和4G，在2G通信技術(shù)中，移動網(wǎng)絡(luò)的類型是GSM、CDMA等；在3G通信技術(shù)中，移動網(wǎng)絡(luò)的類型是UMTS、EVDO等；在4G通信技術(shù)中，移動網(wǎng)絡(luò)的類型是LTE。在讓每位學(xué)生體驗移動網(wǎng)絡(luò)時，首先讓他們查看使用的通信技術(shù)，然后在“網(wǎng)絡(luò)”菜單中查看使用的類型，并與周圍的同學(xué)互相交流使用的移動網(wǎng)絡(luò)類型，看看有哪些不同，分析原因。

2.4.3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在移動通信中，主要使用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星型結(jié)構(gòu)，即每個移動臺都要連接到基站，通過基站轉(zhuǎn)發(fā)完成信息的傳遞。為了讓學(xué)生體驗移動通信的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，教師特別設(shè)計了2種情況：①不做任何處理，讓2位學(xué)生一組進(jìn)行撥號操作，查看智能手機(jī)是否能接通；②在教室里放置2個屏蔽器，重復(fù)上述操作，查看智能手機(jī)是否能接通，讓學(xué)生根據(jù)觀察的結(jié)果分析原因。

2.4.4 網(wǎng)絡(luò)融合

智能手機(jī)在通信時，有時還需要移動通信網(wǎng)和其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)同完成任務(wù)。本文以飛信為例，讓學(xué)生體驗（開啟教室里的無線路由器）。

在具體操作時，先讓每位學(xué)生在智能手機(jī)上安裝飛信客戶端，然后，2人一組按照以下2種情況發(fā)送短信：①關(guān)閉移動流量，同一組的2位學(xué)生都開啟WLAN，使用手機(jī)上的飛信客戶端互相發(fā)送信息；②關(guān)閉移動流量，一位學(xué)生開啟WLAN、一位同學(xué)關(guān)閉WLAN，開啟WLAN的學(xué)生使用手機(jī)上的飛信客戶端以短信的形式向同組的同學(xué)發(fā)送信息。操作完成后，讓學(xué)生比較2次收到信息的不同，并分析2次操作中所涉及到的網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)束語

隨著智能手機(jī)軟硬件的不斷完善，用戶不僅可以使用智能手機(jī)進(jìn)行基本的通信，例如語音通信和短信，還可以通過移動流量或WLAN上網(wǎng)，使用藍(lán)牙或WLAN直連傳遞信息等。智能手機(jī)可以完成移動通信、WLAN通信和藍(lán)牙通信，這些通信技術(shù)都是《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程中需要學(xué)生掌握的內(nèi)容。為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍課堂氣氛，本文以智能手機(jī)作為一種通信終端，讓學(xué)生體驗智能手機(jī)上涉及到的通信技術(shù)。學(xué)生在體驗的過程中，不僅可以了解通信技術(shù)，還可以掌握智能手機(jī)上很多實用的功能，從而提高其學(xué)習(xí)的主動性。

［1］孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯(lián)網(wǎng)：概念，架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述［J］.北京郵電大學(xué)學(xué)報，2010，33（3）：1-9.

［2］史艷翠，郝宇，楊巨成，等.探究式教學(xué)模式在《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程中的應(yīng)用［J］.科技與創(chuàng)新， 2017（1）：137-138.

［3］陳龍彪，李石堅，潘綱.智能手機(jī)：普適感知與應(yīng)用［J］.計算機(jī)學(xué)報，2015，38（2）：423-437.

［4］范欽.智能手機(jī)與“互聯(lián)網(wǎng)+”課堂——信息技術(shù)與教學(xué)整合的新思維，新路徑［J］.湖南稅務(wù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2016， 29（4）：57-59.

［5］阮家泉.智能手機(jī)與“互聯(lián)網(wǎng)+課堂”在技工院校教學(xué)的應(yīng)用探索［J］.電腦知識與技術(shù)，2016，12（19）：114-115.

［6］俞躍，趙玉閣.移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下“混合式學(xué)習(xí)”方式研究——以智能手機(jī)和QQ群為例［J］.高等工程教育研究，2017（4）：187-191.

史艷翠（1982—），女，講師，博士，研究方向為推薦系統(tǒng)、上下文感知、用戶需求獲取。

〔編輯：白潔〕

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.106

2095－6835（2017）23－0106－03

產(chǎn)教融合育人體制機(jī)制研究——基于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)產(chǎn)教融合實踐（重點課題，課題編號：HE1018）；天津市濱海新區(qū)開發(fā)開放與高等教育的互動研究——以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教育為例（青年專項，課題編號：HEYP5014）