物聯(lián)網(wǎng)實驗教學方法實踐與探討

劉洪丹 張?zhí)m勇 王巍 孫蓉

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

【關鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)? 實驗教學? 方法

【基金項目】黑龍江省教育教學改革項目（JG2013010203）;黑龍江省高等學校教改工程項目（JG201201047）。

【中圖分類號】G642.4 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）50-0174-01

一、物聯(lián)網(wǎng)實驗教學主要特征

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

二、實驗硬件平臺與軟件運用

在此次實驗中，傳感器節(jié)點運用了模塊化設計方式，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，也能夠運用大容量電池供電，同時也能夠以電源對鋰電池進行充電，在此過程中并不需要獨立拆除電池，而后再進行充電。在整個實驗過程中，每個小組的學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)絡軟件是以ZSTACk為協(xié)議棧的。在進行實驗時，學生應先了解開發(fā)環(huán)境，而后再進行科學安裝，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)絡仿真器，運用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，同時也能夠運用NAM把仿真的各個階段體現(xiàn)出來。再者，在實驗期間，學生也應該了解與借助仿真器實施調(diào)試與仿真，讓學生能夠?qū)W會運用packet sniffer，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，在學習《傳感器》一課時，教師則需讓學生以小組的形式，來共同分析傳感器的主要功能，以及使用用途等，從而促進學生學習傳感器一課相關知識，實現(xiàn)課堂教學目標。

三、組網(wǎng)實驗涵蓋的主要內(nèi)容

學生在學習與掌握程序燒錄方法、硬件平臺等諸多方式后，則需學習與修改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，教師還需對學生進行良好引導，讓學生能夠分析數(shù)據(jù)包，然后了解到數(shù)據(jù)包的通信格式，如確認幀、廣播幀以及探尋幀等，且還需幫助學生了解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，教師也可指導學生，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，在學習《近距離通信》一課時，教師則應積極開展物聯(lián)網(wǎng)實驗教學，幫助學生理解與掌握到近距離通信的主要方式，以促進學生的有效學習。在此期間，若學生在學習亦或操作時存在問題，教師需及時指導與幫助學生，使學生能夠在第一時間改正問題。

協(xié)調(diào)器負責啟動網(wǎng)絡，其也為網(wǎng)絡環(huán)境中的一項重要設備，協(xié)議器選擇網(wǎng)絡ID與信道，之后就能夠啟動網(wǎng)絡。路由器的主要功能在于能夠讓其他設備進入網(wǎng)絡通信。

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，學生則能夠利用開發(fā)套件之中所預留的接口，去連接濕度與溫度傳感器，最終構建出物聯(lián)網(wǎng)工程運用。

總而言之，在物聯(lián)網(wǎng)課堂教學中，為激發(fā)學生的學習興趣，燃起學生的學習熱情，提高學生的專業(yè)能力，教師則需積極改革與創(chuàng)新教學方法，建立良好的實驗教學體系，從而確保學生的學習成效。