曲阜师范大学：物联网工程专业《无线传感器网络技术原理及应用》课程教学大纲

无线传感网技术及应用课程教学大纲教研室主任：执笔人：胡敏一、课程基本信息开课单位：物理工程学院课程名称：无线传感网技术及应用课程编号：073305英文名称：TechnologyandApplication of wSN课程类型：专业基础课总学时：66实验学时：12理论学时：54学分：3开设专业：物联网工程先修课程：物联网概论、计算机网络原理二、课程任务目标（一）课程任务本课程是一门物联网工程专业的一门专业基础课。本课程以无线传感器网络基础知识为出发点，详细介绍了无线传感器网络体系结构以及实现无线传感器网络所需要的相关技术一一Zigbee、RFID、GPRS、WIFI等技术原理，并使用相关技术搭建无线传感器网络应用平台，完整的体现无线传感器网体系的整体结构，让学生更直观的感受无线传感器网络在实际生活中的应用。（二）课程目标在学完本课程之后，学生能够：1.更清楚的了解和掌握无线传感器网络原理：2.了解目前所流行的和无线传感器相关的技术：3.可以更直观的感受无线传感器网络在现实生活中的应用。三、教学内容和要求（一）理论教学的内容及要求第一章WSN概述第一节概述1.理解无线通信技术的几个重要概念；2.掌握WSN的定义；

无线传感网技术及应用课程教学大纲 教研室主任： 执笔人：胡敏 一、课程基本信息 开课单位：物理工程学院 课程名称：无线传感网技术及应用 课程编号：073305 英文名称：Technology and Application of WSN 课程类型：专业基础课 总 学 时：66 理论学时：54 实验学时：12 学 分：3 开设专业：物联网工程 先修课程：物联网概论、计算机网络原理 二、课程任务目标 （一）课程任务 本课程是一门物联网工程专业的一门专业基础课。本课程以无线传感器网络基础知识为出发点， 详细介绍了无线传感器网络体系结构以及实现无线传感器网络所需要的相关技术——Zigbee、RFID、 GPRS、WIFI 等技术原理，并使用相关技术搭建无线传感器网络应用平台，完整的体现无线传感器 网体系的整体结构，让学生更直观的感受无线传感器网络在实际生活中的应用。 （二）课程目标 在学完本课程之后，学生能够： 1.更清楚的了解和掌握无线传感器网络原理; 2.了解目前所流行的和无线传感器相关的技术； 3.可以更直观的感受无线传感器网络在现实生活中的应用。 三、教学内容和要求 （一）理论教学的内容及要求 第一章 WSN 概述 第一节 概述 1.理解无线通信技术的几个重要概念； 2.掌握 WSN 的定义；

3.了解WSN的发展。第二节传感器与WSN的关系1.了解传感器；2.理解传感器与传感器网络的关系。第三节物联网与WSN1.理解物联网的概念；2.了解物联网的体系结构；3.掌握物联网与传感器网络的关系。第四节WSN体系结构1.理解网络结构；2.了解节点结构和节点限制3.理解WSN协议栈；4.了解体系结构设计。第五节WSN特点1.理解与现有无线网络的区别；2.掌握WSN的特点。第六节WSN操作系统1.了解现有的操作系统；2.了解TinyOS技术特点和体系结构。第七节WSN相关技术1.理解Zigbee技术和RFID技术：2.了解其他技术。第八节应用领域1.了解无线传感器在各个领域的应用。第二章物理层第一节概述1.了解概述内容。第二节频率分配1.了解频段划分及主要用途。第三节通信信道1.了解自由空间信道、多径信道、加性噪声信道

3.了解 WSN 的发展。 第二节 传感器与 WSN 的关系 1.了解传感器； 2.理解传感器与传感器网络的关系。 第三节 物联网与 WSN 1.理解物联网的概念； 2.了解物联网的体系结构； 3.掌握物联网与传感器网络的关系。 第四节 WSN 体系结构 1.理解网络结构； 2.了解节点结构和节点限制； 3.理解 WSN 协议栈； 4.了解体系结构设计。 第五节 WSN 特点 1.理解与现有无线网络的区别； 2.掌握 WSN 的特点。 第六节 WSN 操作系统 1.了解现有的操作系统； 2.了解 TinyOS 技术特点和体系结构。 第七节 WSN 相关技术 1.理解 Zigbee 技术和 RFID 技术； 2.了解其他技术。 第八节 应用领域 1.了解无线传感器在各个领域的应用。 第二章 物理层 第一节 概述 1.了解概述内容。 第二节 频率分配 1.了解频段划分及主要用途。 第三节 通信信道 1.了解自由空间信道、多径信道、加性噪声信道

第四节调制与解调1.了解模拟调制：2.理解数字调制：3.了解UWB通信技术；4.理解扩频通信。第五节物理层设计1.了解相关概念；2.掌握帧结构；3.了解物理层功能和成本及功耗。第六节非理想特性1.了解非理想特性的来源和影响。第七节射频前端分析1.了解射频前端功耗和低功耗设计。第三章MAC层协议第一节概述1.了解MAC层功能；2.掌握MAC层顿结构；3.了解MAC层协议的分类。第二节竞争型MAC协议1.理解基于竞争的MAC协议的优点；2.掌握SMAC协议、TMAC协议、PMAC协议的基本思想：3.了解SMAC协议、TMAC协议、PMAC协议的关键技术。第三节分配型MAC协议1.理解基于分配型MAC协议的优点；2.掌握SMACS协议、TRAMA协议、DAMC协议的基本思想；3.了解SMACS协议、TRAMA协议、DAMC协议的关键技术。第四节混合型MAC协议1.掌握ZAMC协议的基本思想；2.理解ZAMC协议的算法描述；3.了解关键技术和混合型MAC协议的特点。第五节MAC层与跨层设计

第四节 调制与解调 1.了解模拟调制； 2.理解数字调制； 3.了解 UWB 通信技术； 4.理解扩频通信。 第五节 物理层设计 1.了解相关概念； 2.掌握帧结构； 3.了解物理层功能和成本及功耗。 第六节 非理想特性 1.了解非理想特性的来源和影响。 第七节 射频前端分析 1.了解射频前端功耗和低功耗设计。 第三章 MAC 层协议 第一节 概述 1.了解 MAC 层功能； 2.掌握 MAC 层帧结构； 3.了解 MAC 层协议的分类。 第二节 竞争型 MAC 协议 1.理解基于竞争的 MAC 协议的优点； 2.掌握 SMAC 协议、TMAC 协议、PMAC 协议的基本思想； 3.了解 SMAC 协议、TMAC 协议、PMAC 协议的关键技术。 第三节 分配型 MAC 协议 1.理解基于分配型 MAC 协议的优点； 2.掌握 SMACS 协议、TRAMA 协议、DAMC 协议的基本思想； 3.了解 SMACS 协议、TRAMA 协议、DAMC 协议的关键技术。 第四节 混合型 MAC 协议 1.掌握 ZAMC 协议的基本思想； 2.理解 ZAMC 协议的算法描述； 3.了解关键技术和混合型 MAC 协议的特点。 第五节 MAC 层与跨层设计

1.了解MINE网络框架和UNPF协议框架；2.了解AIMRP协议。第四章路由层协议第一节概述1.了解路由层的功能、特点、关键技术；2.理解路由层协议的分类：3.了解路由层协议的发展。第二节以数据为中心的路由协议1.掌握SPIN协议的基本思想；2.理解SPIN协议的关键技术；3.掌握DD协议的基本思想；4.理解DD协议的关键技术。第三节分层结构的路由协议1.理解LEACH、PEGASIS、TTDD、TEEN、APTEEN协议的基本思想：2.了解LEACH、PEGASIS、TTDD、TEEN、APTEEN协议的关键技术。第四节地理位置信息路由协议1.理解GPSR、GAF、LAR、GEAR协议的基本思想；2.了解GPSR、GAF、LAR、GEAR协议的关键技术。第五节可靠路由协议1.理解可靠路由协议的基本思想；2.了解关键技术。第六节按需路由协议1.掌握三种按需路由协议的基本思想：2.了解三种按需路由协议的关键技术。第五章服务支撑技术第一节时间同步技术1.了解时间同步协议和时间同步协议的应用；2.理解时间同步的方法。第二节数据融合技术1.掌握数据融合的概念；2.理解融合的策略；

1.了解 MINE 网络框架和 UNPF 协议框架； 2.了解 AIMRP 协议。 第四章 路由层协议 第一节 概述 1.了解路由层的功能、特点、关键技术； 2.理解路由层协议的分类； 3.了解路由层协议的发展。 第二节 以数据为中心的路由协议 １.掌握 SPIN 协议的基本思想； ２.理解 SPIN 协议的关键技术； ３.掌握ＤＤ协议的基本思想； ４.理解ＤＤ协议的关键技术。 第三节 分层结构的路由协议 1.理解 LEACH、PEGASIS、TTDD、TEEN、APTEEN 协议的基本思想； 2.了解 LEACH、PEGASIS、TTDD、TEEN、APTEEN 协议的关键技术。 第四节 地理位置信息路由协议 1.理解 GPSR、GAF、LAR、GEAR 协议的基本思想； 2.了解 GPSR、GAF、LAR、GEAR 协议的关键技术。 第五节 可靠路由协议 1.理解可靠路由协议的基本思想； 2.了解关键技术。 第六节 按需路由协议 1.掌握三种按需路由协议的基本思想； 2.了解三种按需路由协议的关键技术。 第五章 服务支撑技术 第一节 时间同步技术 1.了解时间同步协议和时间同步协议的应用； 2.理解时间同步的方法。 第二节 数据融合技术 1.掌握数据融合的概念； 2.理解融合的策略；

3.了解数据融合的作用。第三节定位技术1.理解基于测距的定位和无需测距的定位技术：2.了解定位系统；3.了解定位技术的应用。第四节网络安全技术1.了解安全协议、密钥分配管理；2.了解安全支撑技术。第五节容错设计技术1.了解故障模型、故障的检测和诊断、故障修复技术；2.了解系统可靠性分析。第六节服务质量保证1.了解服务质量标准参数。第六章Zigbee网络技术第一节Zigbee技术概述1.掌握Zigbee的定义和协议架构：2.了解Zigbee的特点。第二节应用系统组成1.掌握常见芯片的特点；2.掌握常见的Zigbee协议栈：3.掌握应用系统组成。第三节网络拓扑和协议栈结构1.掌握Zigbee拓扑结构和协议栈体系结构。第四节应用简介1.了解Zigbee的应用。第七章RFID技术第一节RFID技术原理1.掌握RFID的组成和工作原理：2.理解RFID的分类。第二节RFID标准1.了解标准的主要内容；

3.了解数据融合的作用。 第三节 定位技术 1.理解基于测距的定位和无需测距的定位技术； 2.了解定位系统； 3.了解定位技术的应用。 第四节 网络安全技术 1.了解安全协议、密钥分配管理； 2.了解安全支撑技术。 第五节 容错设计技术 1.了解故障模型、故障的检测和诊断、故障修复技术； 2.了解系统可靠性分析。 第六节 服务质量保证 1.了解服务质量标准参数。 第六章 Zigbee 网络技术 第一节 Zigbee 技术概述 1.掌握 Zigbee 的定义和协议架构； 2.了解 Zigbee 的特点。 第二节 应用系统组成 1.掌握常见芯片的特点； 2.掌握常见的 Zigbee 协议栈； 3.掌握应用系统组成。 第三节 网络拓扑和协议栈结构 1.掌握 Zigbee 拓扑结构和协议栈体系结构。 第四节 应用简介 1.了解 Zigbee 的应用。 第七章 RFID 技术 第一节 RFID 技术原理 1.掌握 RFID 的组成和工作原理； 2.理解 RFID 的分类。 第二节 RFID 标准 1.了解标准的主要内容；

2.理解RFID的国际标准、国家标准、行业标准。第三节RFID系统原理1.掌握RFID系统原理。第四节RFID组网技术1.了解读写器网络部署特点；2.理解Zigbee与RFID组网。第五节RFID技术应用1.了解RFID技术在各个领域的应用。第八章蜂窝移动通信第一节概述1.理解蜂窝移动通信的概念：2.了解蜂窝移动通信的发展。第二节GSM移动通信1.掌握GSM的网络结构；2.了解无线接口。第三节GPRS技术1.了解GPRS的产生和发展；2.理解GPRS的功能及业务；3.掌握GPRS网络总体架构。4.了解GPRS使用的逻辑接口和协议。第四节第三代移动通信1.掌握第三代移动通信的三个标准：2.了解WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA系统。第五节蜂窝移动通信技术应用1.了解蜂窝移动通信技术应用。WIFI技术第九章第一节WIFI技术概述1.理解WIFI的概念：2.了解WIFI的技术标准和组网方式。第二节WIFI协议架构1.了解WIFI协议架构

2.理解 RFID 的国际标准、国家标准、行业标准。 第三节 RFID 系统原理 1.掌握 RFID 系统原理。 第四节 RFID 组网技术 1.了解读写器网络部署特点； 2．理解 Zigbee 与 RFID 组网。 第五节 RFID 技术应用 1.了解 RFID 技术在各个领域的应用。 第八章 蜂窝移动通信 第一节 概述 1.理解蜂窝移动通信的概念； 2.了解蜂窝移动通信的发展。 第二节 GSM 移动通信 1.掌握 GSM 的网络结构； 2.了解无线接口。 第三节 GPRS 技术 1.了解 GPRS 的产生和发展； 2.理解 GPRS 的功能及业务； 3.掌握 GPRS 网络总体架构。 4.了解 GPRS 使用的逻辑接口和协议。 第四节 第三代移动通信 1.掌握第三代移动通信的三个标准； 2.了解 WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA 系统。 第五节 蜂窝移动通信技术应用 1.了解蜂窝移动通信技术应用。 第九章 WIFI 技术 第一节 WIFI 技术概述 1.理解 WIFI 的概念； 2.了解 WIFI 的技术标准和组网方式。 第二节 WIFI 协议架构 1.了解 WIFI 协议架构

第三节WIFI技术应用1.了解WIFI技术应用。第十章网关技术第一节概述1.理解网管的概念。第二节网关的分类1.理解无线传感器网关的分类。第三节网关的特点与功能1.了解网关的特点；2.理解网关的功能。第四节WSN网关1.了解网关开发板；2.掌握网关协议的转换。（二）实践教学的内容及要求1.MAC层帧捕获及结构认知了解实验硬件设备的组成，掌握用嗅探器捕获MAC层帧的方法，分析和理解MAC层帧结构。2.Zigbee网络的建立理解Zigbee网络的建立和无线传感器网络中的路由功能，理解Z-AODV路由协议的特点。3.Zigbee网络技术基础实验了解Zstack协议栈设备类型配置、网络类型配置，理解信道分配和PANID的设置。4.基于Zigbee的环境监测实验理解Zigbee的应用，了解Zigbee应用场景。5.RFID的公交/地铁乘车卡消费系统认知读写器基本构成，了解射频标签的分类，认知RFID的公交/地铁乘车卡消费系统。6.GPRS系统认知实验了解GPRS硬件的构成及软件平台。四、学时分配（本项编写要求：按章节简要编写各教学环节的学时分配）各教学环节学时分配章小上习讨课次讲实备注外计授机题论验

第三节 WIFI 技术应用 1.了解 WIFI 技术应用。 第十章 网关技术 第一节 概述 1.理解网管的概念。 第二节 网关的分类 1.理解无线传感器网关的分类。 第三节 网关的特点与功能 1.了解网关的特点； 2.理解网关的功能。 第四节 WSN 网关 1.了解网关开发板； 2.掌握网关协议的转换。 （二）实践教学的内容及要求 1．MAC 层帧捕获及帧结构认知 了解实验硬件设备的组成，掌握用嗅探器捕获 MAC 层帧的方法，分析和理解 MAC 层帧结构。 2．Zigbee 网络的建立 理解 Zigbee 网络的建立和无线传感器网络中的路由功能，理解 Z-AODV 路由协议的特点。 3. Zigbee 网络技术基础实验 了解 Zstack 协议栈设备类型配置、网络类型配置，理解信道分配和 PANID 的设置。 4. 基于 Zigbee 的环境监测实验 理解 Zigbee 的应用，了解 Zigbee 应用场景。 5.RFID 的公交/地铁乘车卡消费系统 认知读写器基本构成，了解射频标签的分类，认知 RFID 的公交/地铁乘车卡消费系统。 6.GPRS 系统认知实验 了解 GPRS 硬件的构成及软件平台。 四、学时分配 （本项编写要求：按章节简要编写各教学环节的学时分配） 章 次 各教学环节学时分配 小 计 讲 授 实 验 上 机 习 题 讨 论 课 外 备 注

44第一章WSN概述66第二章物理层062第三章MAC层协议2108第四章路由层协议66第五章服务支撑技术594第六章zigbee网络技术862第七章RFID技术862第八章蜂窝移动通信技术22第九章WIFI技术55第十章网关技术665412合计五、考核说明闭卷考试（课程总成绩=期末考试成绩（闭卷）*0.6+平时成绩*0.1+实验成绩*0.2+期中考试成绩*0.1）六、主要教材及教学参考书目（一）主要教材1.青岛东合信息技术有限公司，《无线传感器网络技术原理及应用》，西安电子科技大学出版社，2013年。（二）主要参考书目1：青岛东合信息技术有限公司，《无线传感器网络技术原理及应用》，西安电子科技大学出版社，2013年。2.李晓维，《无线传感器网络技术》，北京工业大学出版社，2007年第1版。3.孙利民，《无线传感器网络》，清华大学出版社，2005年3月第1版。4.郭渊博，《2igbee技术应用》，国防工业出版社，2010年6月第1版

第一章 WSN 概述 4 4 第二章 物理层 6 6 第三章 MAC 层协议 8 6 2 第四章 路由层协议 10 8 2 第五章 服务支撑技术 6 6 第六章 zigbee 网络技术 9 5 4 第七章 RFID 技术 8 6 2 第八章 蜂窝移动通信技术 8 6 2 第九章 WIFI 技术 2 2 第十章 网关技术 5 5 合 计 66 54 12 五、考核说明 闭卷考试（课程总成绩=期末考试成绩(闭卷)*0.6+平时成绩*0.1+实验成绩*0.2+期中考试成绩*0.1） 六、主要教材及教学参考书目 （一）主要教材 1．青岛东合信息技术有限公司，《无线传感器网络技术原理及应用》，西安电子科技大学出版 社，2013 年。 （二）主要参考书目 1．青岛东合信息技术有限公司，《无线传感器网络技术原理及应用》，西安电子科技大学出版 社，2013 年。 2.李晓维，《无线传感器网络技术》，北京工业大学出版社，2007 年第 1 版。 3.孙利民，《无线传感器网络》，清华大学出版社，2005 年 3 月第 1 版。 4.郭渊博，《Zigbee 技术应用》，国防工业出版社，2010 年 6 月第 1 版