基于云實驗平臺的無線傳感器網絡實驗教學探索

王建彬

基金項目：廣東省高等教育教學改革項目“基于學科交叉和科教融合的《無線傳感網技術》課程改革及實踐”、廣東省高等學校特色專業建設項目“軟件工程”、肇慶學院質量工程項目（項目編號：zlgc201842）和實踐教學改革研究項目（項目編號：sjjx202013）成果。

摘要：隨著信息化社會的不斷發展進步，高新技術產業發展迅猛，無線傳感器網絡就是其迅猛發展的代表產物之一，無線傳感網絡不僅具有極為廣闊市場發展前景，還具有十分重要的實用價值。我國大部分高校為了培養出高新技術產業發展所需的技術性優秀人才，不斷改善傳統模式下開展實驗教學當中對實驗資源浪費、維護成本相對較高以及深受時間、空間制約等具體問題，因此，本文主要闡述基于云實驗平臺對無線傳感器網絡開展實驗教學進行探索，以供業界人士參考和借鑒。

關鍵詞：云實驗平臺;無線傳感器網絡;實驗教學

一、云實驗平臺的組織架構

（一）云實驗平臺用戶

云實驗平臺用戶實際上就是指使用該平臺的使用者，即高校教師、大學生和平臺管理員。用戶可以在互聯網前端頁面提交一份簡單的申請，通過身份認證信息審核或者經過用戶管理員認證同意后，即為申請成功，同時各用戶可以隨時隨地登錄該實驗平臺。其與傳統模式下實驗平臺相比較而言，并不會大量占用使用者的計算機資源，而且不受時間、空間限制，用戶可以選擇任意時間、任意地點登錄訪問該實驗平臺，其實際操作具有便捷性和靈活性特點。

（二）云實驗平臺

云實驗平臺可以為平臺使用者提供虛擬機的創建服務。通過該平臺的創建服務用戶可以遠程連接并控制到實驗系統和實驗環境，為此該服務分別創建出了教學平臺、管理員平臺以及使用平臺。而創建教學平臺是為了便于教師使用者制作實驗模板、及時發布實驗資料、為學生在線答疑解惑、進行實驗考評、管理學生實驗成績等;創建管理平臺是為了便于管理員及時管理實驗資源，避免造成不必要的資源浪費，還為了便于管理員維護實驗環境，管理平臺功能相對較多，其中包括權限管理、系統配置、實驗監控等。為用戶提供不同的實驗環境，給用戶屬于自己的實驗空間，用戶之間互不影響、互不干涉。而創建使用平臺也是為高校學生提供一個可以預約實驗、線上實驗、分享交流和查詢實驗成績的端口。

（三）實驗室和實驗裝置

開展云實驗，則需將具有實體的實驗室和實驗裝置轉化成一個可操作的載體。用戶登錄云實驗平臺中心后，用戶可以通過遠程控制連接軟件對實驗室當中的計算機實行遠程訪問，實驗室當中的計算機和WSN實驗裝置通過網絡線纜連接，可讓實驗實現全天運行。這不僅全面提升實驗裝置的實際利用率，還讓開展的實驗愈加具有便捷性、靈活性以及可擴展性。

二、云平臺的實驗內容

（一）無線片上實驗

無線片上實驗主要包括定時器實驗、串口通信實驗和外部中斷實驗等。登錄云實驗平臺中心，學生對實驗室當中的計算機實行遠程操控，在查看實驗結果時，可以對串口調試助手以及程序編譯結果加以利用。實際上，其主要目的就是讓開展實驗的學生熟悉無線片上實驗系統的基礎功能，并對定時器、外部中斷、串口通信等具體操作方法掌握的愈加全面，這樣可以保證后續實驗的順利開展，也可以為后續實驗奠定堅實基礎。

（二）傳感器實驗

傳感器實驗主要包括光強實驗、溫度實驗、煙霧實驗、壓力實驗等。主系統的實驗控制軟件會把不同環境下的不同編譯結果與搜集到的實驗數據通過互聯網前端直接反饋給云實驗平臺中心，并通過該實驗平臺反饋給線上實驗的用戶。利用云平臺中心開展的一系列創新性實驗，有助于高校學生對各種各樣類型傳感器制作原理理解的更為透徹，同時對傳感器動態靜態標定的實際用法進行扎實掌握，并學會利用所學的基礎知識對數據處理與傳感器信號進行全面分析，為了進一步實現傳感器的特定功能，需結合所學基礎知識開展無線片上實驗，進一步提升高校學生自身測試測量的能力[1]。

（三）無線傳感器組網試驗

開展無線傳感器組網試驗主要為進一步強化學生獨立自主學習能力、獨立自主探索創新能力以及自身工程能力，其中主要包括Zigbee星型、樹形組網試驗以及無線MESH組網實驗。利用這三種組網形式形成對比實驗，有助于高校學生對這三種網絡類型拓撲結構的優勢、劣勢進行直觀且詳細的深入了解。

（四）WSN實驗

WSN實驗是一種分布式溫度、濕度進行無線測量的實驗，其融合并全面提升上述提到的三種實驗類型，即無線片上實驗、傳感器實驗以及無線傳感器組網試驗，實驗過程中不僅充滿無限趣味性與較強挑戰性，還可以培養高校學生的邏輯思維能力和理論與實踐結合能力，讓學生在思維得到發散的同時提升自身綜合素養。這對推動學生未來發展具有十分重要的促進作用[2]。

綜上所述，基于云平臺實驗中心，開展WSN實驗教學模式，不僅可以全面提升實驗資源的實際利用率，還可以為高校教師、學生提供便利條件，讓教師和學生可以利用自身空余時間開展日常工作和進行日常學習，在提升教師工作效率的同時也提升學生的學習質量。WSN實驗教學模式的開展，讓學生擁有大量的精力和時間利用所學知識開展各項實驗，且云平臺安排的實驗內容會從簡單到困難，循序漸進，這樣不僅可以激發大學生學習的積極主動性，還可以培養大學生實踐操作能力，從而取得良好的教學效果。

參考文獻：

[1]崔勇， 張茜， 宋曉，等. 無線傳感器網絡課程云實驗模式探索[J]. 中國教育技術裝備， 2019（12）.

[2]胡四泉， 王志良. “無線傳感器網絡”課程實驗教學探討[J]. 中國電力教育：上， 2010.