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1、高纲1353江苏省高等教育自学考试大纲30451 无线传感器网络南京理工大学编江苏省高等教育自学考试委员会办公室 课程性质与课程目标一、课程性质和特点无线传感器网络是江苏省高等教育自学考试电子工程专业的必修课，是为了培养和检验自学应考者的通信工程、信息工程基本知识和基本技能而设置的一门专业课程。无线传感器网络是集传感器技术、微电机技术、现代网络和无线通信技术于一体的综合信息处理平台，具有广泛的应用前景，是计算机信息领域最活跃的研究热点之一。通过本课程的学习，要求学生掌握无线传感器网络的体系结构和网络管理技术，着重掌握无线传感器网络的通信协议，了解无线传感器网络的节点定位、目标跟踪和时间同步等几
2、大支撑技术，为在基于无线传感器网络的系统开发和应用中，深入利用关键技术，设计优质的应用系统打下基础。二、课程目标本课程主要讲授传感器网络的基本概念、基本原理与基本方法，并介绍国内外的最新技术发展和当前的研究热点。课程设置的目标是：1.通过本课程让学生了解无线传感器网络的体系结构和网络管理技术。2.掌握无线传感器网络中的物理层协议、MAC协议、路由协议、拓扑控制协议以及无线网络协议IEEE802.15.4等通信协议。3.了解无线传感器网络的节点定位、目标跟踪和时间同步等几大支撑技术。4.掌握基于无线传感器网络的智能应用的基本设计方法，掌握其软硬件开发平台和仿真环境的使用。三、与相关课程的联系与区
3、别本课程的先修课程为通信原理、计算机网络技术 考核目标用学科化的语言对三个或四个认知层次予以表述。以物理（工）课程为例：本大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。各能力层次的含义是：识记（）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关物理概念及规律的主要内容（如定义、定理、定律、表达式、公式、原理、重要结论、方法及特征、特点等），并能够根据考核的不同要求，做正确的表述、选择和判断。领会（）：要求考生能够领悟和理解本课程中有关物理概念及规律的内涵及外延，理解物理概念、物理规律的确切含义，物理规律的适用条
4、件，能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法；理解相关知识的区别和联系，并能根据考核的不同要求对物理问题进行逻辑推理和论证，做出正确的判断、解释和说明。简单应用（）：要求考生能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或做出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来。还可运用本课程中的少量知识点，利用简单的数学方法分析和解决一般应用问题，如简单的计算、绘图和分析等。综合应用（）：要求考生能够面对具体、实际的物理情境发现问题，并能探究解决问题的方法，建立合理的物理模型，根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，必要时会用简单的微积分和矢量方法解决问题，并
5、根据结果得出物理结论，如分析、计算、绘图和论证等。 课程内容与考核要求第一章概述一、学习目的与要求了解传感器网络的基本体系结构及应用系统构架，掌握传感器网络的特征及组网特点，分辨其与其他现有无线网络的区别，了解传感器网络在现在各领域的应用，了解传感器网络的发展过程。二、课程内容本章主要介绍了传感器网络的体系结构，传感器网的特征，传感器网在各领域的应用以及传感器网络的发展历史。三、考核知识点与考核要求 1. 传感器网络的体系结构 识记：1）无线传感器网络的标准定义； 2）无线网络的分类；3）无线传感器网络的宏观系统构架；4）传感器网络结点的6个功能模块及其主要功能；5）运行网络的5层协议及其各自
6、功能；6）传感器网络终端结点的结构；7）传感器网络的2种结构，平面结构和分级结构。 领会：1）传感器网络结点体系的三个组成部分； 2）传感器网络通信协议的分层结构。 应用：1）无线传感器网络的系统构架图例； 2）传感器网络结点功能模块图例； 3）传感器网络协议分层的图例结构； 4）传感器网络终端结点结构； 5）无线传感器网络结点体系组成示意图。 2. 传感器网络的特征 识记：1）传感器网络与现有无线网络和现场总线的区别； 2）传感器结点的3个限制条件。 领会：1）无线传感器网络的6大组网特点。 应用：1）无线通信能量消耗与通信距离的计算应用。 3. 传感器网络的应用及发展历史 识记：1）了解传
7、感器网络在各方面的应用 2）无线传感器网络发展的3个阶段； 3）我国传感器网络的发展情况。四、本章重点、难点 重点：无线传感器网络的定义；无线传感器网络的结构；传感器结点的限制条件。 难点：无线传感器网络的系统构架；无线传感器网络组网特点。第二章微型传感器的基本知识一、学习目的与要求使电子科学与技术专业学生在传感技术方面具有较广的知识，了解工程检测中常用传感器的结构、工作原理、特性、应用及当代传感器的发展方向。使学生掌握传感器静态、动态的数学模型的推导以及系统的分析方法，并结合实际应用例，培养和锻炼学生的实际能力。课程在内容上应尽量联系实际，在讲解上着重物理概念的阐述，讲清结构、原理、特性，不
8、进行复杂的数学推导，必要时直接引用公式。力求做到重点突出，由浅入深，便于学生理解、掌握和选用。 在应用方面介绍相关典型物理量测量的例子，使学生对传感器有一个实用的概念。对于更深入的问题，学生可参阅相关参考资料 。教学应以课堂讲授为主，为使学生在较少的学时内获取更多的信息，教学中应辅之以多媒体、测试仪器、测试装置等实物。二、课程内容主要的内容有传感器的定义，传感器的功能与意义。掌握传感器一的组成。各种常用传感器的结构、原理、特性及应用；工程检测中常用的测量电路及工作原理。三、考核知识点与考核要求1. 传感器概述 识记：1）传感器的定义； 2）传感器的组成结构； 3）传感器的分类； 应用：1）传感
9、器采集接口框图示例。2. 常见传感器介绍 识记：1）各传感器的工作原理。3. 传感器的特性和选型 识记：1）传感器的9种基本特性及其各自定义计算公式； 2）传感器选型的6个原则。 应用：1）传感器灵敏度、重复性、漂移、精度、迟滞的计算应用。4. 微型传感器 识记：1）了解磁阻传感器的探测原理。 领会：1）微型传感器在车辆探测方面的应用。 综合应用：1）磁阻传感器用于车辆探测中消磁电路的设计、漂移问题的分析以及探测的基本流程。四、本章重点、难点重点：了解什么是传感器，传感器的组成和各部分功能；传感器的分类；常用传感器的类型与工作原理；集成传感器和智能传感器各自特点；传感器的9种特性；传感器选型的
10、6个原则；传感器的漂移特性。 难点：磁阻传感器探测运动车辆的原理；传感器的9种特性；传感器选型的6个原则。第三章传感器网络的通信与组网技术一、学习目的与要求掌握物理层协议的基本概念，掌握无线信道和通信的基础知识，了解WSN中物理层。掌握无线MAC协议基础知识，掌握低占空比协议和唤醒概念，掌握基于竞争的CSMA协议，掌握基于时刻表的协议的基本概念，了解S-MAC协议，掌握IEEE 802.11 MAC协议。掌握网络层的基础知识，掌握典型路由协议：定向扩散路由。二、课程内容传感器网络的通信与组网技术简介，物理层协议简介，无线信道和通信基础知识，WSN中物理层。无线MAC协议基础知识，低占空比协议和
11、唤醒概念，基于竞争的协议，基于时刻表的协议，IEEE 802.11 MAC协议。网络层的基础知识，典型路由协议。三、考核知识点与考核要求1、物理层 识记：1）物理层的基本概念； 2）OSI参考模型中设立物理层的目的； 3）物理层的3个功能； 4）通信所用的互连设备，数据终端设备的概念； 5）物理层的四个主要技术。 领会：1）物理接口的四个特性； 2）物理层三个设计重点问题。 应用：1）传感器网络物理层帧结构。2、MAC协议 识记：1）MAC协议的定义及作用； 2）设计MAC层协议的三个问题； 2）MAC协议的分类； 3）带冲突避免的载波侦听多路访问（CSMA/CA）协议概念。 领会：1）MAC
12、协议两种访问控制方式的工作原理； 2）MAC协议的退避机制和退避时间的计算； 3）802.11 MAC协议的应答和预留机制； 4）S-MAC协议的4种主要机制。 应用：1）CSMA/CA的访问机制； 2）MAC协议退避机制示例。3、路由协议 识记：1）路由协议的两个功能； 2）路由协议的主要任务； 3）无线网络路由协议的4个特点以及对应的设计要求； 4）路由协议的分类 领会：1）定向扩散路由工作机制； 2）定向扩散路由机制的三个阶段。 应用：1）定向扩散路由工作机制的示例与分析。四、本章重点、难点重点：掌握IEEE 802.11MAC协议与S-MAC协议、掌握传感器网络分组传输路由协议与定向扩
13、散路由IEEE 802.11MAC协议、S-MAC协议、定向扩散路由。难点：S-MAC协议、定向扩散路由第四章 传感器网络的支撑技术一、学习目的与要求掌握命名和寻址的基本概念，一般性了解WSN中的地址和名称管理，MAC地址的分配，局部唯一地址的分布式分配，基于内容的和基于地理的寻址。了解时间同步的基本概念，基于收发同步的协议，基于收收同步的协议。掌握定位和定点的概念，了解定位的可能途径，以及最小二乘法的数学知识单跳和多跳环境下的定位。数据融合的概念及作用，数据融合的主要方法。传感器网络的能量管理。安全机制的概念，安全设计的分析。二、课程内容命名和寻址的基本概念，WSN中的地址和名称管理，MAC地址的分配，局部唯一地址的分布式分配，基于内容的和基于地理的寻址。时间同步的基本概念，基于收发同步的协议，基于收收同步的协议。定位和定点的概念，可能的途径，最小二乘法的数学知识单跳和多跳环境下的定位。数据融合的概念及作用，数据融合的主要方法。传感器网络的能量管理。安全机制的概念，安全设计的分析。三、考核知识点与考核要求1、时间同步机制 识记：1）传感器网络时间同步的概念； 2）同步机制的意义和作用； 3）时间同步协议的4个特点。 4）RBS、Ting/Mini-Sync、TPSN三种时间同步机制的基本思想 领会：1）TPSN协议的操作过程，主要包括的两个阶段；
