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1.1传感器节点的设计本系统中，传感器节点的主要任务是实时监测相关环境参数，并对其他节点转发来的数据进行存储和转发，使数据通过WSN传输到汇聚节点处，其处理能力、存储能力和通信能力要求不高，因此采用简单节约的设计方案。如图3所示，传感器节点由传感器模块、处理器模块、射频模块、电源模块和电路等部分组成。传感器模块负责对所需参数进行采集和模数转换。处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理传感器模块采集的以及射频模块发送过来的数据。射频模块负责与其他节点之间的通信，对数据进行发送或接收。电源模块负责为整个节点提供运行所需的能量，是决定节点寿命的关键因素之一。电路则包括声光电路、复位电路及接口电路等。（1）处理器模块。处理器模块是传感器节点的核心部分，本设计方案中，处理器选用德州仪器（TI）公司的16位超低功耗微控制器MSP430F135，该处理器采用1.8V-3.6V的低电压供电，可以在低电压下以超低功耗状态工作，非常适合应用在对功耗控制要求甚高的无线传感器网络。该处理器同时拥有较强的处理能力和较丰富的片内资源，拥有16kB闪存、512BRAM、2个16位的定时器、1个通用同步异步接口（USART）、12位的模数转换器（ADC）和6个8位并行接口。（2）射频模块。在无线传感器网络实际应用中，传感器节点既需要发射又需要接收数据，因此本设计方案中的射频模块采用收发一体的无线收发机。射频模块采用Chipcon公司推出的无线收发芯片CC2420，它的工作电压位于2.1~3.6V之间，收发电流不超过20mA，功耗低；其具有很高的集成度，只需要较少的电路就可工作，天线设计采用PCB天线，进一步减小模块体积。CC2420工作在2.4GHz频段上，支持IEEE802.15.4和Zig-Bee协议；采用O-QPSK调制方式，抗邻道干扰能力强；128B接收和128B发射用的数据缓存空间，数据传输速率高达250kb-ps。（3）传感器模块。传感器节点的数据采集部分根据实际需要选择相应的传感器，如温度、湿度、振动、光敏、压力等传感器。本文的研究重点不在传感器上，因此仅以温湿度传感器作为例子。本方案采用Sensirion公司的SHT15温湿度传感器，该传感器将传感元件和信号处理电路集成在一起，输出完全标定的数字信号[3]。其工作温度范围在-40℃-123.8℃之间，其在-20℃-70℃范围内，温度测量精度在±1℃以内；湿度范围在0%-100%之间，在10%-90%范围内，湿度测量精度在±2%以内。

1.2汇聚节点的设计在本系统中，汇聚节点的主要任务是接收传感器节点转发来的数据，进行存储和处理后传输到网关节点处，同时，接收来自网关节点的信息，向传感器节点监测任务。汇聚节点是连接WSN和外部网络的接口，实现两种协议间的转换，使用户能够访问、获取和配置WSN的资源，对其处理能力、存储能力和通信能力要求较高。而为了与传感器节点匹配，汇聚节点的硬件结构与传感器节点基本相似，如图4所示，汇聚节点没有传感器模块，增加了存储器模块和蓝牙通信模块。（1）处理器模块。同样的，处理器模块也是汇聚节点的核心部分，主要负责控制整个汇聚节点的操作，存储和处理来自射频模块或者蓝牙通信模块的数据，再将处理结果交给射频模块或者蓝牙通信模块发送出去。本设计方案中，处理器选用TI公司的16位超低功耗微控制器MSP430F1611，该处理器和MSP430F135一样，可以在1.8V~3.6V的低电压下以超低功耗状态工作，但其拥有更强的处理能力和更丰富的片内资源，48kB闪存和10KBRAM、2个16位定时器、1个快速12位ADC、双12位DAC、2个USART接口和6个8位并行I/O接口。（2）存储器模块。考虑到物流运输过程中环境多变，容易带来一些不确定因素，这些不确定因素可能引起处理器自带的存储器中的数据丢失，因此汇聚节点需要存储一些重要的数据。本设计方案中，汇聚节点的外部存储器芯片选用由Mi-crochip公司生产的24AA64，工作电压低至1.8V，它采用低功耗CMOS技术，工作时电流仅为1mA，而且可以在恶劣的环境下稳定工作。由于汇聚节点对存储容量要求不高，而且24AA64芯片的存储容量为64KB，擦写次数可达到百万次，因此一块芯片即可满足本系统的存储要求。（3）蓝牙通信模块。本系统采用智能手机作为后台系统和WSN之间的网关，来实现远距离的数据传输。为了使汇聚节点与智能手机能够进行通信，采用蓝牙通信协议。而在汇聚节点使用蓝牙通信方式需要增加一个蓝牙通信模块。本设计方案中，采用SparkFun公司的BlueSMiRF模块，其工作电压为3.3V-6V，工作电流最大为25mA，功耗较低；其最大传输距离为100m，通信速率最高可达115200bps；其天线为PCB天线，所需器件很少，故模块的体积很小，可以通过串行接口直接与处理器模块相连。

1.3网关节点的设计本系统要求在后台系统和WSN部署点间进行双向通信，为了实现远距离的数据传输功能，有两种方案，一是汇聚节点增加移动通信模块，如GPRS模块[4]；二是采用智能手机作为后台系统和汇聚节点之间的网关。方案一对汇聚节点的要求进一步提高，不仅处理过程更加复杂，其能量消耗也大大提高；另一方面要实现物流过程的跟踪，还需有定位功能，一般采用GPS模块[5]，这样成本也将大大提高。相比之下，方案二优势明显，采用智能手机可以进行各种复杂的数据处理，进行大量数据的存储，使用移动通信网络与后台系统进行通信，使用内置的GPS定位功能，后台用户可以在紧急事件发生时直接联系货车司机等。因此，本系统采用智能手机作为网关节点。本设计方案中，采用中国移动M811手机作为测试对象，其支持4G/3G/GPRS等移动网络，可以方便地使用移动网络与后台系统进行通信；其具有GPS定位功能，可以实现货车定位；具有蓝牙通信功能，可与汇聚节点间采用蓝牙通信；使用An-droid4.0操作系统，拥有丰富的开源资源，方便软件的设计。

2系统软件部分设计

本系统使用WSN中的传感器节点检测物流过程中相关环境参数并发送到汇聚节点处，由其将数据通过蓝牙连接传输到智能手机，智能手机通过移动通信网络将加入GPS信息的数据传输到后台服务器。系统各部分的工作任务不一，硬件条件也有很大差别，因此系统的软件设计也十分关键。

2.1传感器节点程序设计传感器节点主要承担数据采集和发送的工作，由于其能量及处理资源有限，因此需要采取节能和减少数据处理的设计方案。本设计方案中，传感器节点采取按需求唤醒的工作方式，检测等待时间（等待时间可由后台设置）未到或者没有收到汇聚节点命令时节点处于休眠状态；当等待时间一到或者收到命令时，立刻开始工作，进行采集数据并发送，或者根据命令完成相应操作，完成后又进入休眠状态，等待下一次激活，其程序流程如图5所示。

2.2汇聚节点程序设计汇聚节点的主要任务是接收传感器节点转发来的数据，处理后通过蓝牙传输到网关节点处，同时接收来自网关的命令，完成相应的操作。相比于传感器节点，汇聚节点的工作更加复杂，而且其能量和处理资源也不多，因此采取与传感器节点相似的节能设计方案，将复杂的数据处理工作交予网关节点，其程序流程如图6所示。

2.3智能手机APP设计智能手机作为本系统的网关节点，承担协议转换、数据传输、数据处理等复杂工作，因此开发相应的应用程序（Applica-tionProgram，简称APP）来实现上述功能，其流程图如图7所示。该APP实现对智能手机内部蓝牙模块的调用，通过蓝牙连接与汇聚节点通信；利用智能手机的GPS模块获取位置信息，加入到接收到的传感器数据中，再通过移动通信网络传输到后台系统；接收后台系统的命令，完成相应的操作；同时通过智能手机对应的界面提供数据显示、告警提醒以及日志功能。

篇（2）

作为认知网络的主要核心技术之一的频谱感知技术，其目的是要发现在时域、频域及空域的频谱空洞，进而供认知用户机会式利用频谱。频谱感知技术可以分为基于干扰的检测、主用户信号检测和协作检测，目前的频谱感知技术主要是基于主用户发射机检测，其频谱感知方法主要又分为匹配滤波器检测、能量检测、循环平稳特征检测三种。

1．1．1匹配滤波器检测

如果主用户信号是确定性信号，那么在加性高斯白噪声（AWGN）条件下最佳检测器就是匹配滤波器，它可以使输出信噪比达到最大。匹配滤波器检测的优点是能快速度准确检测主用户是否存在，但是，此方法需事先知道授权用户的信息，对授权用户需要专门的接收器，必须定时和频率同步。此外，计算量也较大，若先验知识不准确，则匹配滤波器的性能会大大下降。

1．1．2循环平稳特征检测

通常，无线通信信号都具有循环平稳性，而噪声和干扰则不具有这种特性，因此可以通过循环平稳特征检测法来检测主用户信号是否出现。该方法能从调制信号功率中区分出噪声能量，可以在较低的信噪比下进行检测信号，但其计算复杂度较高。

1．1．3能量检测

能量检测是最简单、最为经典的信号检测方法，也是目前研究的热点。能量检测法相对简单、易实施，另外，它为非相干检测，对相位同步要求低。但是，该方法在低信噪比情况下的检测性能较差，易受噪声不确定性的影响，且不能辨别主用户类型。

1．2频谱共享

无线认知网络的频谱共享是指次用户在不影响主用户的前提下与其共享一段频谱，是认知无线网络的关键技术之一。其目标是有效管理对主用户的干扰，并提高频谱的机会利用率。频谱共享主要包括两个方面:次用户之间的频谱共享以及次用户和主用户之间的频谱共享，可根据架构、频谱分配行为等因素可大致分为三类：

（1）基于网络架构

基于网络架构通常可分为集中式频谱共享和分布式频谱共享。集中式频谱共享是由某个中心服务器根据全局信息计算和执行整体二级用户网络的空闲频谱分配。每个二级用户独立进行频谱感知，然后将感知到的信息发送到中心服务器，由中心服务器综合对这些信息分配到空闲频谱。与集中式频谱共享不同，分布式分配将认知终端看作是一个自治的智能体，每个认知终端根据自己获得的频谱信息计算和决定如何使用这些空闲频谱，分布式分配主要应用于无中心服务器的场合。

（2）基于频谱分配行为

基于频谱分配行为又可分为协作式频谱共享和非协作式频谱共享两类。协作式频谱共享考虑到各节点间行为的相互影响，即每个节点都会与其它节点分享自己的感知信息；而非协作式频谱共享则不考虑其它认知节点间的干扰。在实际应用中，协作式方案要好于非协作式方案，更接近整体性能的最优化，在一定程度上更为公平，同时也提高了吞吐量。

（3）基于接入技术

现有大部分基于接入技术研究针对认知无线电商用进行的，主要采用基于填充式共享方式，即只针对主用户未使用频谱下进行的，基于完全检测信息下对主用户的干扰最小。

1．3动态接入

与传统的固定频谱分配方式不同，动态频谱接入技术是一种动态自适应的频谱管理方式，能更好的利用已有的低效的频谱资源来满足无线通信服务。动态频谱接入方式可分为以下三种策略模型：

（1）动态专用模式

动态专用频谱管理方式保留了现有的频谱管理策略结构，即主用户有着对频谱资源的独占权；但它们不仅可以自由选择其所使用的技术,还可以选择其所提供的服务。

（2）开放共享模式

开放共享模式这种频谱管理方式得益于无线通信的发展，该技术能够使得不同的系统共存，而且相互之间不会产生严重的干扰，因此，不需要对频谱资源进行独立的授权。

（3）多层接入模式

多层接入模式可以看作是动态专用模式和开放共享模式的一个折中，与动态专用和开放共享模式相比，多层接入模式更符合现有的频谱资源管理策略和无线系统。此外，频谱正交的接入方式与频谱重叠相比去除了次用户发射功率所受的严格限制，一定程度上提高了其信道容量和吞吐量，而且有着更广泛的应用。

篇（3）

无线Mesh网络技术

在宽带无线接入领域,各种无线通信技术蓬勃发展的同时,一种新的无线网络技术——无线mesh网络也逐渐发展起来,引起了人们广泛的注意。无线mesh网,即无线网状网,也称为无线多跳网,它可以和多种宽带无线接入技术如802.11、802.16、802.20以及3G移动通信等技术相结合,组成一个含有多跳无线链路的无线网状网络。这种无线网状网,可以大大增加无线系统的覆盖范围,同时可以提高无线系统的带宽容量以及通信可靠性,是一种非常有发展前途的宽带无线接入技术。

无线Mesh网的网络架构

传统的无线接入技术中,主要采用点到点或者点到多点的拓扑结构。这种拓扑结构中一般都存在一个中心节点,例如移动通信系统中的基站、802.11WLAN中的AP等等。中心节点一方面与各个无线终端通过单跳无线链路相连,控制各无线终端对无线网络的访问就;另一方面,中心节点又通过有线链路与有线骨干网相连,提供到骨干网的连接。而在无线mesh网络中,采用网状mesh拓扑结构,也可以说是一种多点到多点网络拓扑结构。在这种mesh网络结构中,各网络节点通过相临其他网络节点,以无线多跳方式相连。

无线mesh网主要由两种网络节点组成:mesh路由器和mesh终端。Mesh路由器除了具有传统的无线路由器的网关/中继功能外,还具有支持mesh网络互连的路由功能。Mesh路由器通常具有多个无线接口,这些无线接口可以是基于相同的无线接入技术构建,也可以是基于不同的无线接入技术。与传统的无线路由器相比,无线mesh路由器可以通过无线多跳通信,以低得多的发射功率获得同样的无线覆盖范围。在无线mesh网络中,由mesh路由器互连构成无线骨干网,这个无线骨干网再通过其中的网关mesh路由器与外部网络如Internet相连。Mesh终端也具有一定的mesh网络互连和分组转发功能,但是一般不具有网关桥接功能。通常,mesh终端通常只具有一个无线接口,实现复杂度远小于mesh路由器。Mesh终端可以是笔记本电脑、掌上电脑、PDA以及手机等终端设备。Mesh终端之间互连可以构成一个小型对等通信网络。mesh路由器和mesh终端之间混合组网如下图所示:

无线mesh网与同样采用多跳网状拓扑的Adhoc网相比,也有所不同。Adhoc网络是由移动终端设备组成的无线分布式多跳网络,其中一般不包含静止的节点设备;而无线mesh网中的无线路由器大多是静止的设备,而用户终端也可以是静止或移动的无线接入终端。此外,adhoc网的设计目的是为了实现用户移动终端设备之间的对等网络通信,而无线mesh网络着重的是给终端用户提供无线接入功能。

无线Mesh网络的特点

与传统的无线接入技术相比,无线mesh网具有一些新的特点:

1.无线多跳网络

无线mesh网技术开发的目标是在不牺牲信道容量的情况下,扩展现有无线网络的覆盖范围。另一个目标是在不具有直接视距无线链路的用户之间,提供非视距连接。为了实现这些目标,不可避免的要采用多跳mesh网络。多跳mesh网络架构中,无线链路间更短、发射功率更小、节点间干扰更少和频率重用效率更高,这样可以在不牺牲信道容量的前提下获得更高的系统容量。

2.支持adhoc方式网络互连,具有自组织、自管理、自愈能力

无线mesh网具有网络结构灵活、易于部署和配置、容错以及网状连接多点到多点通信等特点,使得无线mesh网的初始部署成本相当低,并且可以根据需要逐步扩容。自组织自愈能力使得无线meh网不需要网络管理员来手工配置网络,而可以自动发现新节点,自动完成配置过程,自动维护网络正常运行,在出现节点/链路故障时也可自动调整完成网络自愈。

3.多种类型的网络接入

在无线mesh网中,既支持无线终端接入骨干网,又支持无线终端之间的对等网络通信。此外,把无线mesh网技术与其他无线网络相结合,可以通过无线mesh网给这些无线网络的终端用户提供无线接入业务。

4.移动性以及能耗限制与节点类型相关

无线mesh网中,mesh路由器一般为静止不动的设备,而mesh终端可以是移动或固定设备。同时,mesh路由器一般没有能耗的限制,而mesh终端则需要采用能耗较小的网络通信协议。这样,MAC以及路由协议需要针对mesh路由器和mesh终端设备分别设计和优化。

与同样具有自组织、自管理以及多跳无线adhoc拓扑的adhoc网络相比,无线mesh网也有自己与adhoc网络不同的特点:

5.具有无线基础设施骨干网

无线mesh网内,由mesh路由器组成一个无线骨干网,专门用于给终端客户提供可靠网络连接。这个无线骨干网在无线域内提供了大覆盖范围、连通性以及健壮性。反观Adhoc网络则是基于各个不可靠的终端用户来进行通信,不存在专门提供网络连接服务的基础骨干网,这给adhoc的应用带来了很大的限制。6.集成性

无线mesh网可以通过mesh路由器的网关/桥接功能,整合现有多种无线网络技术,如802.11、802.16、3G移动通信等。这样,通过mesh路由器组成的无线骨干网,可以把多种不同无线网络连接到一起,形成一个“无线互联网”。而adhoc网络由于是用户终端自组网,而用户终端一般不具备这种网关/桥接的功能。

7.路由和配置功能的专门化

在adhoc网络中,每个终端用户设备都要为所有其他节点执行路由和配置功能。而在无线mesh网中,虽然mesh终端也有路由转发功能,但是主要还是由mesh路由器来执行路由和配置功能,大大减轻了普通mesh终端的负载。

8.拓扑结构的相对稳定

adhoc网络中,由于终端用户的移动性和不可靠性,网络拓扑和连接的变化较大,使得路由协议和网络配置和部署带来了很大的挑战。无线mesh网中,mesh路由器一般是静止不动设备且较用户终端可靠的多。

9.功耗限制减少

无线mesh网络中,mesh路由器一般为静止不动的设备,与adhoc网中的移动终端相比,基本没有功耗限制。这样,在设计mesh路由器的物理层、MAC层以及网络层路由协议时,基本可以不考虑功耗限制,这大大简化了协议设计,同时还可以采用性能较高的设计方案。

无线Mesh网的应用

同样作为无线多跳网络,与adhoc网络技术只用于军事以及专用特殊网络不同,无线mesh网的研究开发是由实际应用需求为驱动力的,其应用场景和应用范围相当广泛,并且有着不可替代的作用和优势。无线mesh网可以和802.11WLAN、802.16WMAN以及3G等各种无线接入技术相结合,实现家庭网络、社区网络、企业网络以及城域网络内的多层次多范围的无线应用。

1.宽带家庭网络互连

现在,宽带家庭网络互连大多采用802.11WLAN来实现,在WLAN中AP的放置需要现场勘察,但仍不免产生覆盖不到的盲区。为了消除盲区,可在家庭互连网络中采用无线mesh网技术,放置多个小型mesh路由器,以多跳mesh网络互连家庭内部数字设备可以有效的消除盲区,同时还可以大大提高网络容错性,且可减少由于迂回访问产生造成的网络拥塞。

2.社区网络互连

采用无线mesh网技术,通过在社区内放置多个mesh路由器可以将社区内各用户家庭网络互连,形成一个社区无线多跳网络。有了这个社区无线互连网络,就可以在社区内用户家庭之间共享若干个Internet接入设备,而不必在每个用户家庭安装Internet接入设备。而且,社区无线mesh网还可以容许社区用户家庭无需通过远端服务提供商网络,就可以在社区本地相互访问,共享社区内网络资源。此外,社区无线mesh网的网状拓扑结构,也给社区用户提供了更加可靠的网络连接,增强了网络容错性和健壮性。

3.企业网络互连

目前,802.11WLAN已经在企业办公室写字楼中得到了广泛的应用,但这些WLAN或者相互没有连接,或者采用不太经济的有线以太网方式相连。而采用无线mesh网技术,通过mesh路由器将这些WLAN互连,一方面可以解决WLAN网络之间连通性问题,另一方面相对采用有线互连方式还可以节约成本,灵活部署,同时提高了网络的容错性和健壮性。

4.城域网络互连

通过无线mesh网络,整合802.16WMAN、802.11WLAN以及3G等其他无线接入技术可以形成一个城域大范围、多层次、多样化接入方式的无线接入网络,使得城域无线接入网络的覆盖广度深度都大大增加。

无线Mesh网络的关键技术因素

无线mesh网作为一种新的无线接入网络技术,需要考察影响其性能的关键技术因素。这些技术因素如下:

1.物理层无线电技术

新兴的物理层无线电技术如定向智能天线、自适应调制编码、MIMO技术以及多无线电/多信道系统已经成为下一代无线接入系统的不可或缺的关键技术。此外,为了进一步改善无线射频性能以及高层协议的控制,更先进的可重配置无线电、感知无线电、甚至软件无线电技术都已开始在无线系统中有所运用。这些高级物理层无线电技术的开发设计不仅对物理层性能起着决定性作用,而且要求进行整合物理层、MAC层和网络层进行整体设计,以便最大限度的提高整个网络性能。

2.MAC层多址访问机制

无线mesh网是分布式无线多跳网状网。现有的无线网络MAC机制大多都是针对单跳无线网络设计的,这种面向单跳无线网络设计的MAC机制并不适于分布式无线多跳网状网络,如802.11WLAN的MAC机制在无线链路跳数达到四跳时,性能下降非常大。同时,在无线mesh网这种分布式无线多跳网状网中,由于实现时间同步和码管理困难,采用TDMA和CDMA多址接入也比较复杂。此外,在无线mesh网络中,还要求能够有效的进行空间频率重用,以提高网络容量。这样,MAC层机制设计将成为影响无线mesh网性能和成功与否的关键技术因素之一。

3.Mesh拓扑连接的维持

无线mesh网的很多技术特点和优势来自于其mesh网状连接,mesh连接的维护也就成为无线mesh网的MAC和路由协议设计中的一个关键。一般来说,需要在无线mesh网中实现网络自组织和拓扑控制算法,设计具有拓扑感知能力的MAC和路由协议。

4.Mesh路由协议

无线mesh网络中,mesh路由协议的设计是一个关键。首先,在无线多跳mesh网络中,路由协议不能仅仅根据“最小跳数”来进行路由选择,而要综合考虑多种性能度量指标来进行路由选择。其次,mesh路由协议要提供网络容错性和健壮性支持,能够在无线链路失效时,迅速选择替代链路避免业务提供中断。第三,mesh路由协议要能够利用流量工程技术,在多条路径间进行负载均衡,尽量最大限度利用系统资源。第四,路由协议要求能同时支持mesh路由器和mesh终端。对于静止不动的mesh路由器,由于没有功耗限制,可以采用比现有adhoc路由协议简单得多的路由协议;而对于mesh终端,则需要采用类似adhoc的路由协议。这样,就需要一种行之有效的路由协议能够自适应支持mesh路由器和mesh终端。

5.宽带Qos业务支持

篇（4）

有线链路网络和无线网络共同构成了我们生活中所使用的网络系统,在Internet和无线网络快速进步的今天,他们的紧密的结合在一起,都为4G移动通信提供着支持和服务,复杂的4G移动通信技术在使用的过程中存在着很多的风险,无线和有线网络也同样在众多的安全威胁下提供着服务,主要表现为:(1)移动性:无线终端设备会在移动的过程中享受不同子网络的服务,不是固定于某一个网络下。(2)容错性:减少因无线网络结构不同而造成的差错。(3)多计费:在无线网络使用过程中,均是通过运营商来实现对接的,然而有些网络运营商通过网络随意加收客户的使用费用等等。(4)安全性:攻击者的窃听、篡改、插入或删除链路上的数据。

2.移动终端存在的安全问题

4G网络逐渐的已投入使用,用户们通过4G移动终端实现相互间的交流也更为密切,恶意软件及病毒也随着交流而流窜,使得它们的破坏力度和范围都有所扩大,使得移动终端系统遭受严重打击,甚至有关机或失灵等现象的出现。

3.网络实体上存在的安全问题

网络实体身份认证问题,包括接入网和核心网中的实体,无线LAD中的AP和认证服务器等。主要存在的安全威胁如下:(1)目前的网络攻击者利用多种手段,类型也是多样化,让网上用户防不胜防。但他们多半都有一个共同特点就是扮演合法用户使用网络服务,这样一来,网络监管方面也无法察觉,用户这边更是没有任何戒备,使得他们有很大的机会接近用户并进行各种骚扰和不良信息的。(2)无线网相对于宽带而言,它的接口数量有限,而且信号不稳定,容易受其他因素的干扰,这也就为攻击者提供了一个进入的漏洞,安全隐患的可能性也随之大大增强。(3)目前的的搜索功能可谓是越来越强大,尤其是“人肉搜索”,让用户的个人隐私等一再受到侵犯,这些攻击者一般都具有良好的计算机技术水平,对网络系统的运行了如指掌,很容易非法窃取用户信息,并展开下一步的追踪。(4)网络用户不肯承认他们使用的服务和资源,使进一步网络实体的认证增加了难度,这是用户可以逃避和不像曝光的行为,其实这样做只会给自己增加麻烦,到时遇到问题也很难得到有效处理。

二、:请记住我站域名4G通信安全措施

1.要建立适合未来移动通信系统的安全体系机制

主要有(1)可协商机制:移动终端和无线网络能够自行协商安全协议和算法。(2)可配置机制:合法用户可配置移动终端的安全防护措施选项。(3)多策略机制:针对不同的应用场景提供不同的安全防护措施。(4)混合策略机制:结合不同的安全机制,如将公钥和私钥体制相结合、生物密码和数字口令相结合。一方面,以公钥保障系统的可扩展性,进而支撑兼容性和用户的可移动性

2.对于无线接入网一般可采取的安全措施如下。

(1)安全接入。无线接入网通过自身安全策略或辅助安全设备提供对可信移动终端的安全接入功能。防止非可信移动终端接入无线接入网络。(2)安全传输。移动终端与无线接入网能够选择建立加密传输通道,根据业务需求,从无线接入网、用户侧均能自主设置数据传输方式。(3)身份认证。在移动终端要接入无线网络之前,要通过一个可靠的中间机构的认证,确保双方身份的真实性和可靠性。(4)访问控制。无线接入网可通过物理地址过滤、端口访问控制等技术措施进行细粒度访问控制策略设置。(5)安全数据过滤。在多媒体等应用领域,都可以通过数据过滤技术,对想要接入到网络中的非法数据进行拦截,阻止其进行到内部系统及核心网络,实现无线网络的安全性。

3.提高效率

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有线链路网络和无线网络共同构成了我们生活中所使用的网络系统，在Internet和无线网络快速进步的今天，他们的紧密的结合在一起，都为4G移动通信提供着支持和服务，复杂的4G移动通信技术在使用的过程中存在着很多的风险，无线和有线网络也同样在众多的安全威胁下提供着服务，主要表现为：（1）移动性：无线终端设备会在移动的过程中享受不同子网络的服务，不是固定于某一个网络下。（2）容错性：减少因无线网络结构不同而造成的差错。（3）多计费：在无线网络使用过程中，均是通过运营商来实现对接的，然而有些网络运营商通过网络随意加收客户的使用费用等等。（4）安全性：攻击者的窃听、篡改、插入或删除链路上的数据。

2.移动终端存在的安全问题

4G网络逐渐的已投入使用，用户们通过4G移动终端实现相互间的交流也更为密切，恶意软件及病毒也随着交流而流窜，使得它们的破坏力度和范围都有所扩大，使得移动终端系统遭受严重打击，甚至有关机或失灵等现象的出现。

3.网络实体上存在的安全问题

网络实体身份认证问题，包括接入网和核心网中的实体，无线LAD中的AP和认证服务器等。主要存在的安全威胁如下：（1）目前的网络攻击者利用多种手段，类型也是多样化，让网上用户防不胜防。但他们多半都有一个共同特点就是扮演合法用户使用网络服务，这样一来，网络监管方面也无法察觉，用户这边更是没有任何戒备，使得他们有很大的机会接近用户并进行各种骚扰和不良信息的。（2）无线网相对于宽带而言，它的接口数量有限，而且信号不稳定，容易受其他因素的干扰，这也就为攻击者提供了一个进入的漏洞，安全隐患的可能性也随之大大增强。（3）目前的的搜索功能可谓是越来越强大，尤其是“人肉搜索”，让用户的个人隐私等一再受到侵犯，这些攻击者一般都具有良好的计算机技术水平，对网络系统的运行了如指掌，很容易非法窃取用户信息，并展开下一步的追踪。（4）网络用户不肯承认他们使用的服务和资源，使进一步网络实体的认证增加了难度，这是用户可以逃避和不像曝光的行为，其实这样做只会给自己增加麻烦，到时遇到问题也很难得到有效处理。

二、4G通信安全措施

1.要建立适合未来移动通信系统的安全体系机制

主要有（1）可协商机制：移动终端和无线网络能够自行协商安全协议和算法。（2）可配置机制：合法用户可配置移动终端的安全防护措施选项。（3）多策略机制：针对不同的应用场景提供不同的安全防护措施。（4）混合策略机制：结合不同的安全机制，如将公钥和私钥体制相结合、生物密码和数字口令相结合。一方面，以公钥保障系统的可扩展性，进而支撑兼容性和用户的可移动性

2.对于无线接入网一般可采取的安全措施如下。

（1）安全接入。无线接入网通过自身安全策略或辅助安全设备提供对可信移动终端的安全接入功能。防止非可信移动终端接入无线接入网络。（2）安全传输。移动终端与无线接入网能够选择建立加密传输通道，根据业务需求，从无线接入网、用户侧均能自主设置数据传输方式。（3）身份认证。在移动终端要接入无线网络之前，要通过一个可靠的中间机构的认证，确保双方身份的真实性和可靠性。（4）访问控制。无线接入网可通过物理地址过滤、端口访问控制等技术措施进行细粒度访问控制策略设置。（5）安全数据过滤。在多媒体等应用领域，都可以通过数据过滤技术，对想要接入到网络中的非法数据进行拦截，阻止其进行到内部系统及核心网络，实现无线网络的安全性。

3.提高效率

网络终端的运行效率的提升，最主要就是减少信息量的流通，减少客户端的工作量，不使计算机长期处于超负荷的工作状态中，尽量减少时间的拖延，那么安全协议当中交互的信息量的数额的限定对提高网络运行效率就有一定帮助。

篇（6）

一、无线网络概述

无线网络技术涵盖的范围很广，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术。通常用于无线网络的设备包括便携式计算机、台式计算机、手持计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话、笔式计算机和寻呼机。无线技术用于多种实际用途。例如，手机用户可以使用移动电话查看电子邮件。使用便携式计算机的旅客可以通过安装在机场、火车站和其他公共场所的基站连接到Internet。在家中，用户可以连接桌面设备来同步数据和发送文件。

二、无线网络的标准

为了解决各种无线网络设备互连的问题，美国电机电子工程师协会(IEEE)推出了IEEE802.11无线协议标注。目前802.11主要有802.11b、802.11a、802.11g三个标准。最开始推出的是802,11b，它的传输速度为lIMB／s，最大距离室外300米，室内约50米。因为它的连接速度比较低，随后推出了802.11a标准，它的连接速度可达54MB／s。但由于两者不互相兼容，致使一些早已购买802.11b标准的无线网络设备在新的802，11a网络中不能用，所以IEEE又正式推出了完全兼容802.11b标准且与802.11a速率上兼容的802.11g标准，这样通过802.11g，原有的802.11b和802.11a两种标准的设备就可以在同一网络中使用。IEEE802.11g同802.11b一样，也工作在2.4GHz频段内，比现在通用的802.11b速度要快出5倍，并且与802，11完全兼容，在选购设备时建议弄清是否支持该协议标准。选择适合自己的，802.11g标准现在已经开始普及。

三、无线网络类型

(一)无线广域网(WWAN)。无限广域网技术可使用户通过远程公用网络或专用网络建立无线网络连接。通过使用由无线服务提供商负责维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如若干城市或者国家(地区)。目前的WWAN技术被称为第二代(2G)系统。2G系统主要包括移动通信全球系统(GSM)、蜂窝式数字分组数据(CDPD)和码分多址(CDMA)。现在正努力从2G网络向第三代(3G)技术过渡。一些2G网络限制了漫游功能并且相互不兼容；而第三代(3G)技术将执行全球标准，并提供全球漫游功能。ITU正积极促进3G全球标准的指定。

(二)无线局域网(WLAN)。无线局域网技术可以使用户在本地创建无线连接(例如，在公司或校园的大楼里，或在某个公共场所，如机场)。WLAN可用于临时办公室或其他无法大范围布线的场所，或者用于增强现有的LAN，使用户可以在不同时间、在办公楼的不同地方工作。WLAN以两种不同方式运行。在基础结构WLAN中，无线站(具有无线电网卡或外置调制解调器的设备)连接到无线接入点，后者在无线站与现有网络中枢之间起桥梁作用。在点对点(临时)WLAN中，有限区域(例如会议室)内的几个用户可以在不需要访问网络资源时建立临时网络，而无需使用接入点。

(三)无线个人网(WPAN)。无线个人网技术使用户能够为个人操作空间(POS)设备(如PDA、移动电话和笔记本电脑等)创建临时无线通讯。POS指的是以个人为中心，最大距离为10米的一个空间范围。目前，两个主要的胛AN技术是“Bluetooth”和红外线。“Bluetooth”是一种电缆替代技术，可以在30英尺以内使用无线电波传送数据。Bluetooth数据可以穿过墙壁、口袋和公文包进行传输。“Bluetooth专门利益组(SIG)”推动着“Bluetooth”技术的发展，于1999年了Bluetooth版本1.0规范。作为替代方案，要近距离(一米以内)连接设备，用户还可以创建红外链接。

为了规范无线个人网技术的发展，IEEE已为无线个人网成立了802.15工作组。该工作组正在发展基于Bluetooth版本1.0规范的WPAN标准。该标准草案的主要目标是低复杂性、低能耗、交互性强并且能与802.11网络共存。

无线个人网和无线局域网并不一样。无线个人网是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速度和低价格的电缆替代技术。但无线局域网却是同时为许多用户服务的无线网络，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。

最早使用的WPAN是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是[EEE802.15.1[w-BLUE]。蓝牙的数据率为720kb／s，通信范围在10米左右。为了适应不同用户的需求，无线个人网还定义了另外两种低速WPAN和高速WPAN。

(四)无线城域网(WMAN)。无线城域网技术使用户可以在城区的多个场所之间创建无线连接(例如，在一个城市或大学校园的多个办公楼之间)，而不必花费高昂的费用铺设光缆、铜质电缆和租用线路。此外，当有线网络的主要租赁线路不能使用时，WWAN还可以作备用网络使用。WWAN使用无线电波或红外光波传送数据。为用户提供高速Internet接入的宽带无线接入网络的需求量正日益增长。尽管目前正在使用各种不同技术，例如多路多点分布服务(MMDS)和本地多点分布服务(LMDS)，但负责制定宽带无线访问标准的IEEE802.16工作组仍在开发规范以便实现这些技术的标准化。

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2对无线传感器的安全技术造成破坏的因素

2.1破撞攻击。在发包作用处于正常的节点中时，破坏方则会附带的将另一个数据包进行发送，使得破坏的数据由于出现数据的叠加无法有效的被分离开，从而严重的阻碍了正常情况下的网络通信，并且破坏了网络通信的安全性，即为碰撞攻击。建立监听系统则是最好的防卸方法，它是利用纠错系统来查找数据包的叠加状况，并及时的对其进行清除，从而确保数据安全的传输。

2.2拥塞攻击。拥塞攻击指就是破换方对网络通信的频率进行深入的了解之后，通过通信频率附近的区域的得知，来发射相应的无线电波，从而进行一步对干扰予以加大。对于这种状况，则需要采用科学合理的预防方式，来将网络节点装换成另一个频率，才能进行正常的通信。

3加强无线传感器网络安全技术的相关措施分析

3.1密钥管理技术。通常在密钥的管理中，密钥从生成到完毕的这一过程所存在的不同问题在整个加密系统中是极其薄弱的一个环节，信息的泄漏问题尤为频繁。目前我国对密钥管理技术上最根本的管理是对称密钥机制的管理，其中包括非预共享的密钥模式、预共享密钥模式、概率性分配模式以及确定性分配模式。确定性分配模式为一个共享的密码钥匙，处于两个需要进行交换的数据节点间，且为一种非常确定的方式。而概率性分配则是将密码钥匙的共享得以实现，则要根据能够进行计算的合理概率，从而使得分配模式予以提出。

3.2安全路由技术。路由技术的实施就是想节省无线传感器网络中的节点所拥有能量，并最大程度体现无线传感器网络系统。但由于传播的范围较大，因此在传输网络数据信息时常常不同程度的遭受攻击，例如DD路由中最根本的协议，一些恶意的消息通过泛洪攻击方式进行拦截及获取，并利用网络将类似虚拟IP地址、hello时间以及保持时间这样的HSRP信息的HSRP协议数据单元进行寄发的方式，来对正常情况下的传输实行阻碍，使得网络无法进行正常且顺利的通信流程。但通过HSRP协议和TESLA协议进行有效结合所形成的SPINS协议，则可以有效的缓解且减少信息泄露的情况的出现，同时进一步加强了对攻击进行预防的能力，从而保证无线传感器网络整体的系统具有安全性。

3.3安全数据相融合。无线传感器网络就是通过丰富且复杂的数据所形成的一种网络，其中的相关数据会利用融合以及剔除，来对数据信息进行传送，因此在此过程中，必须谨慎仔细的对数据融合的安全性问题予以重视。同时数据融合节点的过程中，必须将数据具体的融合通过安全节点进行开展，并且在融合之后，将一些有效的数据通过供基站予以传送，才能进一步对监测的评价进行开展，从而保证融合的结果具有真实性以及安全性。

3.4密码技术。针对无线传感器网络中的一些极其不安全的特性，可通过密码设置、科学化的密码技术，从而进一步保证网络通信能够安全的进行。同时通过加大密码中相关代码以及数据的长度，来大大降低信息泄露的情况，从而可以有效的保证通信数据的安全性。由于出现的密钥算法无法达到对称性，其中所具备的保护因素较大，并且拥有简单方便的密码设置，从而广泛、普遍的被人们运用到日常生活中。而在应用不同的通信设备时，则需要将相应的密码技术进行使用。

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1引言

社会信息化、网络化已发展到一个全民普及的高度。作为计算机技术和信息社会的核心，计算机网络技术的发展日新月异，基于网络技术的各种创新性应用更是层出不穷，对人们的生产、工作、学习和生活等方面产生了深远的影响，也推动着整个社会和产业经济高速发展。根据第83次《中国互联网络发展状况统计报告》，中国的网民人数已达7亿。其中，手机网民占总人数的92.5%。互联网尤其移动互联网技术已广泛应用于各行各业，成为人们日常生活中必不可少的基础设施，熟悉并掌握相关技术和技能对现代工程技术人员非常重要[1]。高等学校是我国科技人才、工程技术人才培养的主力军。为顺应时代要求，高等学校紧跟社会发展的脚步，为培养适应行业性需求的高素质人才，高等学校信息技术类专业有必要适当调整、完善，进行教学内容的改革。无线网络技术是高校教学改革的核心课程之一。据统计，截至2017年上半年，计算机专业在各高校的覆盖面达到75%。与此形成对比的是，无线网络技术课程在各高校的课程开设率只有15%～20%，即便开设，也只是作为选修课[2]。这说明无线网络技术课程在未来有很大的发展空间和潜力。为此，有必要深入探讨无线网络的课程设计，为无线网络的进一步推广奠定基础。

2课程设置方案

学习无线网络技术时需要有前期预备知识，要求学生先修一些专业课程，包括计算机网络、操作系统等。本课程的授课对象是三、四年级本科生和一年级研究生，面向的专业有网络工程、物联网、计算机科学与技术、通信工程、电子工程、信息安全和软件工程等。无线网络技术的学时安排为32个理论学时和16个实验学时。无线网络技术主要理论内容包括无线通信基础、网络仿真基础。按照覆盖区域划分的无线局域网、无线城域网、无线广域网、无线个域网和无线体域网。按照应用划分的无线传感器网络、移动自组织网络、车载自组织网络等。无线网络技术的实验项目包括面向各种不同无线网络进行的物理测量、室外组网、网络管理、介质访问控制/路由/传输协议仿真、室内定位以及智能穿戴等，由仿真和实测两种手段进行。课外学习以深入阅读前沿技术文献为主，习题为辅。教学方法以讲授为主，查阅资料和分组讨论为辅。

3课程教学设计

3.1课堂教学

通过本课程的学习，使学生了解当前主流的无线网络技术和发展趋势。无线网络技术课程首先讲述无线通信技术基础知识，包括无线网络的体系结构和参考模型，重点学习硬件基础——天线、无线信号传播的损伤与衰退特性、适合无线传输的信号编码方案与扩频技术以及在无线传输过程中的差错控制技术。在此基础上，从纵横两条线学习各类无线网络。纵向按照覆盖范围划分的六类无线网络：无线体域网WBAN、无线个域网WPAN、无线局域网WLAN、无线城域网WMAN、无线广域网WWAN和无线地域网WRAN。重点学习以上各种网络的概念、特点、应用、网络体系结构、协议栈和主要技术。横向按照应用划分的3类无线网络：移动AdHoc网络、无线传感器网络WS和车载自组织网络。重点学习这三种网络的概念、应用领域、主要难题、关键技术和解决方案。通过本课程的学习，要求学生理解无线网络的基本概念与技术，了解无线网络的发展趋势与动向。旨在将学生所掌握的互联网概念和原理拓展到无线领域[3]。

3.2实验设计

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中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）51-0271-02

一、设计说明

本节课主要介绍无线网络技术的一些基本概念、技术以及发展历程等，内容偏重理论、抽象，但又缺乏理论的深度，如果只由教师单纯讲解就会显得枯燥，因此本堂课的设计思路是从具体的案例入手，引导学生进行思考、讨论，最后得出基本的结论，形成一定的概念，达到理解和应用的目的。通过视频观摩进一步让学生了解无线网络的发展历程和各种新技术的特点及应用。教师在本节课的主要任务在于积极引导、调动学生的积极性，提高学生对《无线网络技术》课程的学习兴趣。

二、教学目标

1.知识与技能目标：了解当前无线网络领域的各种最新技术和主要研究成果，使学生能够快速对无线网络技术有一个全面、系统的认识；理解和掌握无线网络的技术特征，并通过实践教学（课堂小实验和课外实验）获得一定的综合技能和实践能力。

2.过程与方法目标：充分利用各种手段如案例法、视频观摩、小组讨论、课内小实验等激发学生学习兴趣，使其喜欢无线网络技术；并通过“分组合作”引导学生的合作与竞争，营造民主和谐的课堂气氛。

3.情感态度和价值观目标：通过情境的设计，激发学生的学习兴趣；通过完成一个又一个的小任务，培养学生的自主学习和与他人合作的精神。

三、重点与难点

本堂课的知识重点是无线网络定义、WiFi、蓝牙、Zigbee等技术的定义和特点。由于WiFi、蓝牙、Zigbee等概念非常抽象和枯燥，如何让学生理解WiFi、蓝牙、Zigbee定义以及掌握它们之间的区别是难点。

四、学情分析

1.学生基础不相同：《无线网络技术》课程是专业选修课，授课对象是针对大四的通信专业和网络专业学生，其前驱课程是计算机网络。根据信电学院不同专业的培养方案，计算机网络是通信专业的选修课，这导致授课学生的网络基础不一。因此，教学内容根据学生的接受程度进行动态调整。

2.内容枯燥及抽象：无线网络技术涉及到很多协议、算法、数学推理等，这些内容抽象、概念枯燥、原理复杂，使得部分学生对网络存在偏见和抵触心理。因此，采用案例、演示、实验等教学手段剖解知识、举例认证，吸引学生的兴趣和提高学习主动性。

3.实验设备不足：无线网络技术更新快，导致现有的实验设备无法应用于协议、技术原理的验证和设计。因此，采用实践教学和拓展性教学弥补设备不足问题，提高学生的实践动手能力。

五、教学方式与方法

1.理论教学：理论教学针对课程的基本概念、原理、方法、技能等，主要在课堂上通过教师讲解、示范、案例分析讨论等方式进行。例如：精心设计情境问题导入无线网络定义概念；举例实际生活中遇到的无线网络技术的案例等。

2.实践教学：实践教学包括课内实验、本科生开放实验项目以及院、校学生创新项目等课外学术科技活动等，不占用课堂教学时间，在课后进行。例如：让学生做课内实验-蓝牙传输文件实验，课外实验-寝室WiFi组建，校级学生创新项目-Adhoc网络中位置服务应用等。

3.拓展性学习：拓展性学习主要针对学有余力的学生，借助于互网络提供的各种学习素材和网络资源，鼓励学生参与老师的科研项目和课程建设，使爱好无线网络的学生有进一步自由研究的空间。

六、教学过程安排

1.课前说明3'。教师活动：通过投影介绍《无线网络技术》课程。学生活动：提出对该课程的相关问题。设计意图及学生反映：课前说明的目的是为了让学生对《无线网络技术》课程结构有所了解，在心里形成《无线网络技术》课程整体授课框架的初步印象。

2.创设情境问题引入5'。教师活动：通过投影给出下述问题：某煤矿员工在矿下作业，突然矿井倒塌。搜救部队需要进入矿下搜索。员工在下井作业时需要带哪些设备，使得搜救部队以最短时间解救员工？请三名同学自由组合成探究小组，在2分钟内给出一个可能的答案。通过学生的讨论，得出结论为无线通讯设备。学生活动：讨论应该带什么设备保证自己顺利得救。设计意图及学生反映：这个导入比较容易激发学生兴趣，能让学生很快进入《无线网络技术》的课堂氛围，而且学生在讨论矿工搜救时有多种答案，很容易让学生感觉到自己主导该问题。

3.新授：蓝牙技术8'。教师活动：简单介绍蓝牙的定义、技术特征、发展历程、应用。让学生自由组队，用手机通过蓝牙传输文件和歌曲等。然后归纳蓝牙技术的特点。学生活动：从不同距离、阻挡物等情况做蓝牙传输文件小测验。设计意图及学生反映：把所学内容与学生实际中碰到的问题联系起来，学以致用，帮助学生解决问题并提供思路，又使学生进一步感觉到《无线网络技术》课程的知识是有用的。

4.新授：Zigbee、3G、WiFi20'。教师活动：让学生根据例子列举WiFi与3G之间的区别。分别给出WiFi、3G、Zigbee的定义、技术特征、发展历程、应用。结合就业、职业、岗位等描述这些新技术。学生活动：学生在教师的启发下自己得出WiFi、Zigbee与3G之间的区别。通过阅读教材让学生简述WiFi和3G的定义、技术特征。设计意图及学生反映：让学生自己总结、归纳它们之间的区别，而不是教师照本宣科地告诉学生答案。此外，进一步让学生觉得关于无线网络技术的产品和工作岗位非常多，这对于大四的学生来说，更加有动力学习《无线网络技术》课程。

5.课堂总结4'。教师活动：回顾本堂课学过的主要知识点。学生活动：一起回顾本堂知识点。设计意图及学生反映：回顾本课，对所学内容作总结，学生再回忆一遍，加深印象。

七、教学反思

1.几轮教学，我感觉到教师对于课程案例的选取和设计并非易事，更重要的是在学生基础尚且欠缺的情况下，选取的案例载体要能确保学生的主体性和学习内容的具体性。只有选择好有利于学生对理论知识领会的典型案例，才能带动知识点的“教”、“学”、“做”一体化，方便教师开展教学设计，并掌控教学过程。

2.通过学生问卷调查、访谈法对最近几年的教学效果、成绩通过率、学习积极性以及学生就业方向等进行调查，09级的学生成绩通过率比08级、07级的学生成绩通过率要高；学生对教学方法的反馈意见与前几年相比，教学效果好，学习积极性高。

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作者简介：吴迪（1980-），女，江苏徐州人，河海大学计算机与信息学院（常州），讲师；朱昌平（1956-），男，湖北荆门人，河海大学计算机与信息学院（常州），教授。（江苏?常州?213022）

基金项目：本文系河海大学常州校区青年科技基金项目的研究成果。

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）20-0063-02

国务院总理于2009年8月在无锡提出“感知中国”的中心战略，并于2010年“两会”把物联网被写入“政府工作报告”，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一。同年，教育部下达了在中国高校设置物联网专业申报通知，首批批准开设物联网专业的有32所大学，河海大学（以下简称“我校”）是其中之一。

2005年，国际电信联盟（ITU）正式提出了物联网的概念。物联网简称IOT（Internet of Things），目前比较认可的定义是：[1-5]物联网是通过射频识别（RFID）技术、无线通信技术、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把物品与网络连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

一、“无线传感器网络”课程设置的必要性

物联网工程专业主要有三大支撑技术，分别是：无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）、RFID和云计算。其中，无线传感器网络作为物联网领域的关键技术之一，是新兴的下一代网络，被认为是21世纪最重要的技术之一。2003年2月，美国《技术评论》杂志把传感器网络列为对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术之榜首；2003年8月，美国《商业周刊》杂志在其“未来技术专版”中发表文章指出传感器网络是未来的四大高技术产业之一；美国《今日防务》杂志认为无线传感器网络的应用和发展将会引起军事技术革命和未来战争的变革；2004年，《IEEE Spectrum》杂志发表一期专集《传感器的国度》，论述了WSN的发展和可能的广泛应用。

我国也非常重视无线传感器网络的研究。从2002年开始，国家自然科学基金委员会已经审批了和WSN相关的多个课题，在国家发展改革委员会的下一代互联网示范工程中，也部署了WSN相关的课题。传感器网络被明确列入我国的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》。[6]因此，无论是从物联网工程专业的角度出发，还是从无线传感器网络技术自身的角度出发，在相关本科院校开设无线传感器网络课程都是相当必要的，应当引起重视。

“无线传感器网络”是一门在高校新开设的课程，我校在2010年就为电子信息工程专业的学生开设了“无线传感器网络”课程，对该课程的教学进行了一定的实践与探索，并取得了一定的经验。

二、课程特点及问题

无线传感器网络集传感器技术、嵌入式技术、无线通信以及分布式信息处理等技术于一体。无线传感器网络是由一组传感器以自组织方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。[6]无线传感器网络的重要特征是大量微型节点的广泛分布，主要具有以下特点：节点众多；硬件资源及能量极端受限；自组织网络；以数据为中心；网络拓扑动态变化；与应用背景高度相关。无线传感器网络技术具有多学科高度交叉的特点，而且属于前沿课题，涉及的知识面广、难度大、发展快，所以在本科生中开设该课程具有一定的挑战性。

为本科生开设“无线传感器网络”课程，主要具有以下几方面的困难：

1.理论教学内容丰富、跨度大、难度大

该课程理论教学需要涵盖的内容主要有：硬件平台基础、nesC语言、TinyOS操作系统、路由协议、MAC协议、物理层设计、定位技术、时间同步技术、安全技术、数据管理与数据融合、IEEE 802.15.4标准、ZigBee标准、仿真平台、开发环境等。

2.对学生素质要求较高

在普通本科院校开设“无线传感器网络”课程，不仅要求学生基础知识扎实、知识面广，而且要求学生具有较好的学习主动性与专研能力，接受新知识、新技术的能力强。

3.无线传感器网络技术本身属于前沿技术，“无线传感器网络”作为一门新课程，师资力量缺乏

只有一些在这个领域科研起步较早的高校具备开设“无线传感器网络”课程的条件，但仍需着力培养一批无线传感器网络的骨干教师。

4.技术标准不统一、实验设备不完善，如何开设无线传感器网络实验课成为一个探索性课题

实验设备不成熟，仿真平台、开发环境的多样化，给“无线传感器网络”课程的实验教学带来一定难度，不但容易给学生造成思维的混乱，也增加了教师备课的困难。

三、合理确定课程教学内容

无线传感器网络作为新兴的前沿研究热点领域，其课程的讲授需要综合无线通信、网络技术、传感器技术、嵌入式技术、信号处理、微机电系统、分布式信息处理等众多相关课程，如图1所示。

而且，无线传感器网络的每一个相关技术都有许多研究方向，下面以网络方面为例进行说明，如图2所示。[7]

从图2可以看出“无线传感器网络”课程涉及内容相当广泛，因此其理论授课需要合理安排教学次序、循序渐进、深入浅出。对于授课内容要有选择，力求全面且突出重点，对典型的机制、协议进行重点讲解，还要合理分配课时。

根据实际授课经验，对“无线传感器网络”的课时安排进行精心设计，同时考虑到理论课程的学时限制，对具体授课内容及学时安排如下：无线传感器网络的现状与发展，2学时；无线传感器网络路由协议，5学时；无线传感器网络MAC协议，4学时；无线传感器网络物理层设计，4学时；ZigBee标准，6学时；无线传感器网络时间同步技术，2学时；无线传感器网络节点定位技术，4学时；无线传感器网络容错设计技术，2学时；无线传感器网络安全设计技术，2学时；无线传感器网络服务质量保证，2学时；网络管理，2学时；无线传感器网络操作系统，4学时；无线传感器网络开发环境，2学时；专题交流，6学时。

四、教学方法

无线传感器网络本身技术复杂、内涵丰富，该课程的信息量大、概念多、难点多。鉴于“无线传感器网络”课程的特点，传统的教学方法并不合适，因此，需要灵活选择教学方法。笔者提出了具有层次性的阶段教学，并将该课程的教学分成四个阶段，如图3所示。

1.启发阶段，培养学生兴趣

由于无线传感器网络集无线通信、计算机网络、传感器应用、嵌入式、信号处理、微机电系统、分布式信息处理等技术于一体，导致许多学生对该课程产生畏难情绪。良好的开端是成功的一半，教师有必要在开课之初就对学生进行恰当地启发、引导，排除学生对这门课的畏难心理，帮助他们建立学好这门课程的信心。

2.调研阶段，撰写报告并交流

为加深学生对该课程的理解，发挥学生学习的主观能动性，要求学生课后查阅资料，进行专题调研，撰写调研报告并交流。教师可以根据课程内容，重点选择如下专题进行交流：路由协议专题、MAC协议专题、物理层专题、ZigBee专题、定位技术专题、TinyOS专题等。

3.验证阶段

无线传感器网络的理论课程比较抽象，为了加深学生对无线传感器网络基本概念和主要技术的理解，需要安排实验环节。教师可以以单列学分的形式安排无线传感器网络基础实验课，让学生亲自动手进行实验操作，加深对抽象问题的理解，主要验证无线传感器网络的基本概念，帮助学生掌握无线传感器网络所用到的基础知识。

4.创新阶段

创新型教学主要是为了发挥学生的主观能动性，加强学生的主体地位，激发学生的潜能，让学生在前面学习的基础上，结合自己的兴趣特长，选择无线传感器网络技术的某一研究方向进行深入研究，提倡学生自己动手、自己设计，培养学生的创新思维。

五、总结

无线传感器网络技术作为当今科研领域的前沿课题本身颇具发展潜力，而且必将随着我国高校物联网工程专业的兴办而蓬勃发展。本文根据在我校开设“无线传感器网络”课程的教学实践，分析了该课程的重要性；指出开设“无线传感器网络”课程主要存在理论教学内容丰富、跨度大、难度大，对学生素质要求较高，师资力量缺乏，技术标准不统一、实验设备不完善等系列问题；研究与探讨了无线传感器网络的课程体系、课时安排等问题；提出具有层次性四阶段教学法启发阶段、调研阶段、验证阶段、创新阶段，并将上述理论用于教学实践，取得较好效果。

参考文献：

[1]ITU Internet Reports 2005:The Internet of Things9[R].2005.

[2]ATZORI L,IERA A,GIACOMO M.The internet of things:a survey[J].Computer Networks 2010,(54):2787-2805.

[3]朱晓荣,孙君,齐丽娜,等.物联网与泛在通信技术[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[4]Internet of Things in 2020:Roadmap for the Future[R].2009.

[5]朱洪波,杨龙祥,于全.物联网的技术思想与应用策略研究[J].通信学报,2010,(11).