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【摘要】物聯網為現代信息技術的一項關鍵組成部分,也為信息化時代下的一個重要階段,高校物聯網課程有著諸多學科的交叉性特征,在此情況下,在設計實驗體系過程中也存在著不小的困難。所以,應積極對物聯網實驗教學方法進行探討,以探討出最為良好的教學方法,激發學生學習物聯網的興趣,培養學生解決與分析問題的能力,從而保障物聯網實驗教學質量。
【關鍵詞】物聯網實驗教學方法
一、物聯網實驗教學主要特征
物聯網技術主要是由應用層、感知層、處理層以及傳輸層等四方面組成,物聯網技術自身包含的專業課程有很多,如網絡課程以及通訊課程等。再者,我國很多高校在實際教學中,都存在重視理論教學,而忽視實踐教學這一特征,對高校來說,必須良好開展物聯網實驗教學,并對該教學進行積極的革新,從而彰顯出物聯網實驗教學的積極作用。
二、實驗硬件平臺與軟件運用
在此次實驗中,傳感器節點運用了模塊化設計方式,可在同一時間外接很多個具備通用連接口的執行器與傳感器,傳感器模塊和通信模塊能夠隨意分離與運用,如此則利于凸顯其開發的變通性。傳感器節點支持電池與電源供電這兩種供電形式,也能夠運用大容量電池供電,同時也能夠以電源對鋰電池進行充電,在此過程中并不需要獨立拆除電池,而后再進行充電。在整個實驗過程中,每個小組的學生均需配套完整的開發套件,主要涵蓋4~5個傳感器節點、鋰電池與燒錄器等,無線通信網絡軟件是以ZSTACk為協議棧的。在進行實驗時,學生應先了解開發環境,而后再進行科學安裝,這種環境不但需提供編譯連接,也需提供程序編寫等功能。ns2為一項網絡仿真器,運用C++與OTci為開發語言,ns2能夠作為OTci的一種腳本解釋器。在結束仿真后,ns2就會出現很多文本跟蹤文件。在此情況下,只需在腳本中輸入幾句話,在這一文件中就會涵蓋較為細致的跟蹤信息文件,所得出的數據也能夠用作之后的處理與分析之中,同時也能夠運用NAM把仿真的各個階段體現出來。再者,在實驗期間,學生也應該了解與借助仿真器實施調試與仿真,讓學生能夠學會運用packetsniffer,來實施分析以及探測等。sniffer能夠顯現出相對環境狀態中,ZIGBEEN的主要節點信息,監測各個頻段的信號情況,涵蓋信號強度與速率報文分布情況等,若處于監聽狀態下的數據包,能夠支持channl過濾等諸多方式的數據讀取,且也具備報文統計這一有效功能。例如,在學習《傳感器》一課時,教師則需讓學生以小組的形式,來共同分析傳感器的主要功能,以及使用用途等,從而促進學生學習傳感器一課相關知識,實現課堂教學目標。
三、組網實驗涵蓋的主要內容
學生在學習與掌握程序燒錄方法、硬件平臺等諸多方式后,則需學習與修改ZStack協議棧程序,燒錄協調器節點與終端節點一前一后上電,終端節點與協調器節點可利用串口助手這一工具,來了解數據的收入情況,進而依據此,來分析通信連接成功與否,之后再去燒錄嗅探節點,借助sniffer軟件分析通訊階段。另外,教師還需對學生進行良好引導,讓學生能夠分析數據包,然后了解到數據包的通信格式,如確認幀、廣播幀以及探尋幀等,且還需幫助學生了解ZIGBEE協議的主要組網流程,針對實驗過程中所存在的問題,教師也可指導學生,借助抓包來加以分析,以及時找出其中所存在的問題,之后再去合理的解決問題。例如,在學習《近距離通信》一課時,教師則應積極開展物聯網實驗教學,幫助學生理解與掌握到近距離通信的主要方式,以促進學生的有效學習。在此期間,若學生在學習亦或操作時存在問題,教師需及時指導與幫助學生,使學生能夠在第一時間改正問題。協調器負責啟動網絡,其也為網絡環境中的一項重要設備,協議器選擇網絡ID與信道,之后就能夠啟動網絡。路由器的主要功能在于能夠讓其他設備進入網絡通信。減小發射功率及延長通訊距離,會使得終端節點和協調器節點難以正常通信。在網絡環境中添加路由節點,讓路由節點和上方兩節點實施無線傳輸。之后節點會通過協議器節點與路由節點進行通信。且也可借助其它節點為包嗅探器節點,把網絡環境中的各項傳輸數據予以有效記錄,而后分析信令流程圖。在完成上述內容后,學生則能夠利用開發套件之中所預留的接口,去連接濕度與溫度傳感器,最終構建出物聯網工程運用。總而言之,在物聯網課堂教學中,為激發學生的學習興趣,燃起學生的學習熱情,提高學生的專業能力,教師則需積極改革與創新教學方法,建立良好的實驗教學體系,從而確保學生的學習成效。
作者:劉洪丹 張蘭勇 王巍 孫蓉 單位:哈爾濱工程大學