基于云計算的無線傳感器網絡課程教學研究

聶萌瑤，王慶喜

（安陽工學院 計算機科學與信息工程學院，河南 安陽 455000）

基于云計算的無線傳感器網絡課程教學研究

聶萌瑤，王慶喜

（安陽工學院 計算機科學與信息工程學院，河南 安陽 455000）

基于筆者對云計算的學習和無線傳感器網絡的教學經歷，文章從云計算的角度對無線傳感器網絡這門課程的教學模式進行思考和探索，結合云計算的無線傳感網結構，學生分組進行設計模型，將理論與實踐緊密結合，進而發散學生的思維。

云計算；無線傳感器網絡；課程教學

伴隨著物聯網于2010年被正式列為我國五大新興戰略性產業之一，同年我國教育部首次批準在高校開設物聯網工程專業，2012年安陽工學院經批準開設了物聯網工程專業。此外，云計算也作為一種新的趨勢出現在生活的各個方面，云物聯這個名詞也應運而生。云計算和物聯網在互聯網中的關系是非常微妙的：云計算是實現物物相連的基礎，采用云計算的模式使物聯網中以兆計算的各種物品的及時動態管理和智能分析成為可能。此外，云計算促進互聯網和物聯網的相互融合，從而為智慧地球的構建作了鋪墊[1]。

無線傳感網（Wireless Sensor Network，WSN）是物聯網不可或缺的一個組成部分，因此將云計算的一些相關知識引入“無線傳感網”課程，對學生而言具有十分重要的意義。本文針對以往本課程的實際教學情況，分析存在的問題，結合云計算的角度，探討本課程的教學改革意見。

在教學的整個過程中，理論課采用的課本是[2]。由于課程難度大，因而讓學生用模擬軟件來完成對實踐課程，用到的模擬軟件是Cgwin等，模擬實驗的方法使學生對無線傳感網有了更深層次的認識。

1 無線傳感網課程的特點

無線傳感器網絡是由傳感器節點構成的多跳自組織的網絡系統，應用廣泛，在高校中開設的此課程，特點如下。

（1）課程涉及的知識面廣：不僅涉及無線傳感網的物理層、路由、MAC協議等一些理論性較抽象的知識，還包括WSN的仿真平臺以及開發環境等實踐操作平臺。

（2）難度大：它是一門交叉性學科，包括傳感器技術，通信技術，嵌入式技術等，涉及的技術交叉性強，需要對每一類技術都熟悉。

（3）與應用相關，發展迅速：與現實生活緊密相連，比如智能交通、智能家居，需要不斷與學科前沿跟進，由于云計算是一種新型技術，它在技術層面與無線傳感器網絡有著密不可分的關聯。

2 課程的教學方法研究與探討

2.1 理論教學

首先，教材的選擇，目前的教材多種多樣，因而在確定教材前需要自己先找幾本教材進行比對，根據自己的經驗以及同行的推薦，篩選出內容講解通俗易懂且知識點全面的教材，另外，國內對無線傳感網的研究還處于初級階段，可以借鑒國外的一些著作及論文，以便使教師用發展的眼光和專業的態度對待課程。

其次，在文獻[3]中提出的基于云計算的無線傳感網體系結構，這種新穎的概念是學生學習的一個脈絡。在WSN中有3種類型的節點: 傳感器節點、管理節點和匯聚節點。而在基于云計算的WSN體系結構中有一組特殊的節點—云節點[3]，它們處在WSN區域中，這些云節點比WSN中的傳感器節點具有更豐富的資源和功能，一方面，它們可以與除自己外的傳感器節點相互通信，并且能夠收集附近傳感器節點的數據，又被稱為匯聚節點，另一方面，這些節點構成云，是云的一部分；傳感器節點將感知到的數據以多跳的方式發送到某一個匯聚節點，匯聚點再將數據存儲到云中。把數據發往同一個匯聚節點的傳感器構成一個組，這種組為分區（zone）。對每一個傳感器節點來說，整個云就是一個虛擬匯聚節點（Virtual Sink，VS）。在學習的過程中，讓學生充分理解基于云計算的WSN體系結構，并把它融合到新模型中，這是學習無線傳感網課程的一個新思路。

2.2 實驗教學

基于以上的想法，不是使用傳統的“教師教學生學”的方法，而是讓學生充分參與其中，以學生為主導，讓他們選擇與無線傳感網有關的課題，結合云計算的WSN體系結構，以小組為單位設計新的無線傳感網模型，并選派一人或多人在課堂上與大家共同分享各自的模型。此方法主要有7個環節：

（1）基礎理論學習；（2）分析云計算的WSN結構；（3）篩選無線傳感網模型；（4）以小組為單位完成新課題的設計；（5）展示或演示新課題；（6）討論新課題，啟發對于云計算以及WSN的學習思路；（7）撰寫總結報告。

在這7個步驟中，是環環相扣的，具體的流程如下：

一是理論課的學習。理論課的學習是一個枯燥的過程，因而在授課的過程中必須找一些具體的實例在課堂上展示，通過案例教學來激發學生學習無線傳感網基礎理論的學習。比如無線傳感網路由協議這一部分內容非常抽象，但是可以類比在學習計算機網絡及無線網絡中的應用，去除學生對無線傳感網的恐懼心理。除此之外，對于無線傳感網的編程語言及模擬軟件的軟件也是基礎學習的過程，要求學生能夠熟練掌握，為設計新課題做好鋪墊。

二是分析云計算的無線傳感網結構。由于云計算本身就是一個抽象的概念，因而必須理解它的結構，讓學生參考有關云計算最新的文獻及書籍，并結合無線傳感網進行思考。

三是選擇合適的無線傳感網模型。篩選的原則是簡單，易懂且成熟的小型無線傳感網模型，比如智能家居、智能大棚等這些成熟的模型。

四是以小組為單位完成新課題的設計。設計方案的過程是學習過程中最重要的部分，這也決定了學生在學習這門課程的效果。小組確定好課題后，首先明確整個課題的方案，接著可以細化小組成員的具體任務，由小組成員獨立完成各自的分工，這樣有利于培養學生的自學能力，小組成員完成后再進行討論，形成本小組設計的模型。

五是演示方案。設計完成后是具體的實踐環節，因為每個小組內成員的程度有區分，因而可以給他們設定不同的標準，如若不能完成整個環境的搭建演示過程，可以選派一人講解整個新課題的設計思路，如若可以完成具體的實驗過程及演示，可以讓小組每個成員闡述所做工作的具體過程，以及設計實踐過程中出現的問題，包括解決問題的具體過程。

六是討論各小組提出的課題。通過“找問題”和評測的方法，讓每個小組都參與到其他小組的課題中，發現其他小組的優缺點，進而加深學習無線傳感網的深度，這樣也可以總結設計過程中的經驗和教訓。

七是通過撰寫小組總結報告。這使學生從系統的角度重新理解基于云計算的WSN，進而以創新的思路去學習其他相關課程。這種模式能讓學生對知識有更深入的理解和認識，使學生從發展的角度提出問題、分析問題、解決問題。

3 結語

本文根據筆者的研究和教學經歷，從云計算的角度對無線傳感網的課程教學進行探索，從課程特點出發，分析了理論和實踐教學過程中的思路，這樣的教學過程不僅使學生掌握了本課程的一些知識，而且明顯提高了學生的自學能力，這些思路對于高校教師教學具有一定的借鑒價值。

[1]馬濤.基于云計算的高校網絡教育平臺探究[D].長春：長春師范學院，2012.

[2]曹軍委.基于云計算的教學資源共享體系的研究與實現[D].淮南：安徽理工大學，2012.

[3]李志強.云計算教育服務平臺模型分析和應用研究[D].廣州：廣東技術師范學院，2013.

[4]賈俊婷.云計算綜述及云計算在通信行業的應用[D].呼和浩特：內蒙古大學，2014.

[5]陳思瑜.云計算平臺在教學中的應用分析與研究[D].上海：上海師范大學，2012.

Research on wireless sensor network course teaching based on cloud computing

Nie Mengyao, Wang Qingxi
（Computer Science and Information Engineering School of Anyang Institute of Technology, Anyang 455000, China）

Based on the author’s study of cloud computing and the teaching experience wireless sensor network, this paper explored the teaching mode of the course of wireless sensor network from the perspective of cloud computing. Combing with the wireless sensor network structure of cloud computing, students are divided into two parts to design the mode, which combines theory with practice, and then divergent thinking of students.

cloud computing; wireless sensor network ; course teaching

安陽工學院2016年高等教育教學改革研究項目；項目名稱：計算機應用人才培養保障機制研究；項目編號：AGJ2016037。

聶萌瑤（1989— ），女，河南濟源，碩士，助教；研究方向：智能計算，云計算。