基于云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

王建彬

基金項(xiàng)目：廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“基于學(xué)科交叉和科教融合的《無線傳感網(wǎng)技術(shù)》課程改革及實(shí)踐”、廣東省高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目“軟件工程”、肇慶學(xué)院質(zhì)量工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：zlgc201842）和實(shí)踐教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：sjjx202013）成果。

摘要：隨著信息化社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是其迅猛發(fā)展的代表產(chǎn)物之一，無線傳感網(wǎng)絡(luò)不僅具有極為廣闊市場(chǎng)發(fā)展前景，還具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。我國(guó)大部分高校為了培養(yǎng)出高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的技術(shù)性優(yōu)秀人才，不斷改善傳統(tǒng)模式下開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中對(duì)實(shí)驗(yàn)資源浪費(fèi)、維護(hù)成本相對(duì)較高以及深受時(shí)間、空間制約等具體問題，因此，本文主要闡述基于云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行探索，以供業(yè)界人士參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：云實(shí)驗(yàn)平臺(tái);無線傳感器網(wǎng)絡(luò);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組織架構(gòu)

（一）云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)用戶

云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)用戶實(shí)際上就是指使用該平臺(tái)的使用者，即高校教師、大學(xué)生和平臺(tái)管理員。用戶可以在互聯(lián)網(wǎng)前端頁面提交一份簡(jiǎn)單的申請(qǐng)，通過身份認(rèn)證信息審核或者經(jīng)過用戶管理員認(rèn)證同意后，即為申請(qǐng)成功，同時(shí)各用戶可以隨時(shí)隨地登錄該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其與傳統(tǒng)模式下實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相比較而言，并不會(huì)大量占用使用者的計(jì)算機(jī)資源，而且不受時(shí)間、空間限制，用戶可以選擇任意時(shí)間、任意地點(diǎn)登錄訪問該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其實(shí)際操作具有便捷性和靈活性特點(diǎn)。

（二）云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以為平臺(tái)使用者提供虛擬機(jī)的創(chuàng)建服務(wù)。通過該平臺(tái)的創(chuàng)建服務(wù)用戶可以遠(yuǎn)程連接并控制到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為此該服務(wù)分別創(chuàng)建出了教學(xué)平臺(tái)、管理員平臺(tái)以及使用平臺(tái)。而創(chuàng)建教學(xué)平臺(tái)是為了便于教師使用者制作實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、及時(shí)發(fā)布實(shí)驗(yàn)資料、為學(xué)生在線答疑解惑、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考評(píng)、管理學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)等;創(chuàng)建管理平臺(tái)是為了便于管理員及時(shí)管理實(shí)驗(yàn)資源，避免造成不必要的資源浪費(fèi)，還為了便于管理員維護(hù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，管理平臺(tái)功能相對(duì)較多，其中包括權(quán)限管理、系統(tǒng)配置、實(shí)驗(yàn)監(jiān)控等。為用戶提供不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，給用戶屬于自己的實(shí)驗(yàn)空間，用戶之間互不影響、互不干涉。而創(chuàng)建使用平臺(tái)也是為高校學(xué)生提供一個(gè)可以預(yù)約實(shí)驗(yàn)、線上實(shí)驗(yàn)、分享交流和查詢實(shí)驗(yàn)成績(jī)的端口。

（三）實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)裝置

開展云實(shí)驗(yàn)，則需將具有實(shí)體的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)裝置轉(zhuǎn)化成一個(gè)可操作的載體。用戶登錄云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中心后，用戶可以通過遠(yuǎn)程控制連接軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中的計(jì)算機(jī)實(shí)行遠(yuǎn)程訪問，實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中的計(jì)算機(jī)和WSN實(shí)驗(yàn)裝置通過網(wǎng)絡(luò)線纜連接，可讓實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)全天運(yùn)行。這不僅全面提升實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)際利用率，還讓開展的實(shí)驗(yàn)愈加具有便捷性、靈活性以及可擴(kuò)展性。

二、云平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）無線片上實(shí)驗(yàn)

無線片上實(shí)驗(yàn)主要包括定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、串口通信實(shí)驗(yàn)和外部中斷實(shí)驗(yàn)等。登錄云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中心，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中的計(jì)算機(jī)實(shí)行遠(yuǎn)程操控，在查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，可以對(duì)串口調(diào)試助手以及程序編譯結(jié)果加以利用。實(shí)際上，其主要目的就是讓開展實(shí)驗(yàn)的學(xué)生熟悉無線片上實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，并對(duì)定時(shí)器、外部中斷、串口通信等具體操作方法掌握的愈加全面，這樣可以保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的順利開展，也可以為后續(xù)實(shí)驗(yàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（二）傳感器實(shí)驗(yàn)

傳感器實(shí)驗(yàn)主要包括光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、溫度實(shí)驗(yàn)、煙霧實(shí)驗(yàn)、壓力實(shí)驗(yàn)等。主系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)控制軟件會(huì)把不同環(huán)境下的不同編譯結(jié)果與搜集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)前端直接反饋給云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中心，并通過該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)反饋給線上實(shí)驗(yàn)的用戶。利用云平臺(tái)中心開展的一系列創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，有助于高校學(xué)生對(duì)各種各樣類型傳感器制作原理理解的更為透徹，同時(shí)對(duì)傳感器動(dòng)態(tài)靜態(tài)標(biāo)定的實(shí)際用法進(jìn)行扎實(shí)掌握，并學(xué)會(huì)利用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)處理與傳感器信號(hào)進(jìn)行全面分析，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)傳感器的特定功能，需結(jié)合所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)開展無線片上實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提升高校學(xué)生自身測(cè)試測(cè)量的能力[1]。

（三）無線傳感器組網(wǎng)試驗(yàn)

開展無線傳感器組網(wǎng)試驗(yàn)主要為進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立自主探索創(chuàng)新能力以及自身工程能力，其中主要包括Zigbee星型、樹形組網(wǎng)試驗(yàn)以及無線MESH組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。利用這三種組網(wǎng)形式形成對(duì)比實(shí)驗(yàn)，有助于高校學(xué)生對(duì)這三種網(wǎng)絡(luò)類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)進(jìn)行直觀且詳細(xì)的深入了解。

（四）WSN實(shí)驗(yàn)

WSN實(shí)驗(yàn)是一種分布式溫度、濕度進(jìn)行無線測(cè)量的實(shí)驗(yàn)，其融合并全面提升上述提到的三種實(shí)驗(yàn)類型，即無線片上實(shí)驗(yàn)、傳感器實(shí)驗(yàn)以及無線傳感器組網(wǎng)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中不僅充滿無限趣味性與較強(qiáng)挑戰(zhàn)性，還可以培養(yǎng)高校學(xué)生的邏輯思維能力和理論與實(shí)踐結(jié)合能力，讓學(xué)生在思維得到發(fā)散的同時(shí)提升自身綜合素養(yǎng)。這對(duì)推動(dòng)學(xué)生未來發(fā)展具有十分重要的促進(jìn)作用[2]。

綜上所述，基于云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)中心，開展WSN實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不僅可以全面提升實(shí)驗(yàn)資源的實(shí)際利用率，還可以為高校教師、學(xué)生提供便利條件，讓教師和學(xué)生可以利用自身空余時(shí)間開展日常工作和進(jìn)行日常學(xué)習(xí)，在提升教師工作效率的同時(shí)也提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。WSN實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的開展，讓學(xué)生擁有大量的精力和時(shí)間利用所學(xué)知識(shí)開展各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，且云平臺(tái)安排的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容會(huì)從簡(jiǎn)單到困難，循序漸進(jìn)，這樣不僅可以激發(fā)大學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，還可以培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐操作能力，從而取得良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔勇， 張茜， 宋曉，等. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程云實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ教剿鱗J]. 中國(guó)教育技術(shù)裝備， 2019（12）.

[2]胡四泉， 王志良. “無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J]. 中國(guó)電力教育：上， 2010.