聶萌瑤，王慶喜

（安陽工學(xué)院 計算機科學(xué)與信息工程學(xué)院，河南 安陽 455000）

基于云計算的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)研究

聶萌瑤，王慶喜

（安陽工學(xué)院 計算機科學(xué)與信息工程學(xué)院，河南 安陽 455000）

基于筆者對云計算的學(xué)習(xí)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)經(jīng)歷，文章從云計算的角度對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這門課程的教學(xué)模式進行思考和探索，結(jié)合云計算的無線傳感網(wǎng)結(jié)構(gòu)，學(xué)生分組進行設(shè)計模型，將理論與實踐緊密結(jié)合，進而發(fā)散學(xué)生的思維。

云計算；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；課程教學(xué)

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)于2010年被正式列為我國五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，同年我國教育部首次批準在高校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，2012年安陽工學(xué)院經(jīng)批準開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。此外，云計算也作為一種新的趨勢出現(xiàn)在生活的各個方面，云物聯(lián)這個名詞也應(yīng)運而生。云計算和物聯(lián)網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)系是非常微妙的：云計算是實現(xiàn)物物相連的基礎(chǔ)，采用云計算的模式使物聯(lián)網(wǎng)中以兆計算的各種物品的及時動態(tài)管理和智能分析成為可能。此外，云計算促進互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的相互融合，從而為智慧地球的構(gòu)建作了鋪墊[1]。

無線傳感網(wǎng)（Wireless Sensor Network，WSN）是物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的一個組成部分，因此將云計算的一些相關(guān)知識引入“無線傳感網(wǎng)”課程，對學(xué)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(xué)情況，分析存在的問題，結(jié)合云計算的角度，探討本課程的教學(xué)改革意見。

在教學(xué)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(xué)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(xué)生對無線傳感網(wǎng)有了更深層次的認識。

1 無線傳感網(wǎng)課程的特點

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由傳感器節(jié)點構(gòu)成的多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，應(yīng)用廣泛，在高校中開設(shè)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(wǎng)的物理層、路由、MAC協(xié)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(fā)環(huán)境等實踐操作平臺。

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

（3）與應(yīng)用相關(guān)，發(fā)展迅速：與現(xiàn)實生活緊密相連，比如智能交通、智能家居，需要不斷與學(xué)科前沿跟進，由于云計算是一種新型技術(shù)，它在技術(shù)層面與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著密不可分的關(guān)聯(lián)。

2 課程的教學(xué)方法研究與探討

2.1 理論教學(xué)

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?guī)妆窘滩倪M行比對，根據(jù)自己的經(jīng)驗以及同行的推薦，篩選出內(nèi)容講解通俗易懂且知識點全面的教材，另外，國內(nèi)對無線傳感網(wǎng)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(fā)展的眼光和專業(yè)的態(tài)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(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，這種新穎的概念是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個脈絡(luò)。在WSN中有3種類型的節(jié)點: 傳感器節(jié)點、管理節(jié)點和匯聚節(jié)點。而在基于云計算的WSN體系結(jié)構(gòu)中有一組特殊的節(jié)點—云節(jié)點[3]，它們處在WSN區(qū)域中，這些云節(jié)點比WSN中的傳感器節(jié)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(jié)點相互通信，并且能夠收集附近傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，又被稱為匯聚節(jié)點，另一方面，這些節(jié)點構(gòu)成云，是云的一部分；傳感器節(jié)點將感知到的數(shù)據(jù)以多跳的方式發(fā)送到某一個匯聚節(jié)點，匯聚點再將數(shù)據(jù)存儲到云中。把數(shù)據(jù)發(fā)往同一個匯聚節(jié)點的傳感器構(gòu)成一個組，這種組為分區(qū)（zone）。對每一個傳感器節(jié)點來說，整個云就是一個虛擬匯聚節(jié)點（Virtual Sink，VS）。在學(xué)習(xí)的過程中，讓學(xué)生充分理解基于云計算的WSN體系結(jié)構(gòu)，并把它融合到新模型中，這是學(xué)習(xí)無線傳感網(wǎng)課程的一個新思路。

2.2 實驗教學(xué)

基于以上的想法，不是使用傳統(tǒng)的“教師教學(xué)生學(xué)”的方法，而是讓學(xué)生充分參與其中，以學(xué)生為主導(dǎo)，讓他們選擇與無線傳感網(wǎng)有關(guān)的課題，結(jié)合云計算的WSN體系結(jié)構(gòu)，以小組為單位設(shè)計新的無線傳感網(wǎng)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(huán)節(jié)：

（1）基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)；（2）分析云計算的WSN結(jié)構(gòu)；（3）篩選無線傳感網(wǎng)模型；（4）以小組為單位完成新課題的設(shè)計；（5）展示或演示新課題；（6）討論新課題，啟發(fā)對于云計算以及WSN的學(xué)習(xí)思路；（7）撰寫總結(jié)報告。

在這7個步驟中，是環(huán)環(huán)相扣的，具體的流程如下：

一是理論課的學(xué)習(xí)。理論課的學(xué)習(xí)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(xué)來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)無線傳感網(wǎng)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)。比如無線傳感網(wǎng)路由協(xié)議這一部分內(nèi)容非常抽象，但是可以類比在學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)及無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，去除學(xué)生對無線傳感網(wǎng)的恐懼心理。除此之外，對于無線傳感網(wǎng)的編程語言及模擬軟件的軟件也是基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的過程，要求學(xué)生能夠熟練掌握，為設(shè)計新課題做好鋪墊。

二是分析云計算的無線傳感網(wǎng)結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，讓學(xué)生參考有關(guān)云計算最新的文獻及書籍，并結(jié)合無線傳感網(wǎng)進行思考。

三是選擇合適的無線傳感網(wǎng)模型。篩選的原則是簡單，易懂且成熟的小型無線傳感網(wǎng)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(shè)計。設(shè)計方案的過程是學(xué)習(xí)過程中最重要的部分，這也決定了學(xué)生在學(xué)習(xí)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(wù)，由小組成員獨立完成各自的分工，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，小組成員完成后再進行討論，形成本小組設(shè)計的模型。

五是演示方案。設(shè)計完成后是具體的實踐環(huán)節(jié)，因為每個小組內(nèi)成員的程度有區(qū)分，因而可以給他們設(shè)定不同的標準，如若不能完成整個環(huán)境的搭建演示過程，可以選派一人講解整個新課題的設(shè)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(shè)計實踐過程中出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)其他小組的優(yōu)缺點，進而加深學(xué)習(xí)無線傳感網(wǎng)的深度，這樣也可以總結(jié)設(shè)計過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)。

七是通過撰寫小組總結(jié)報告。這使學(xué)生從系統(tǒng)的角度重新理解基于云計算的WSN，進而以創(chuàng)新的思路去學(xué)習(xí)其他相關(guān)課程。這種模式能讓學(xué)生對知識有更深入的理解和認識，使學(xué)生從發(fā)展的角度提出問題、分析問題、解決問題。

3 結(jié)語

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

[1]馬濤.基于云計算的高校網(wǎng)絡(luò)教育平臺探究[D].長春：長春師范學(xué)院，2012.

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

[3]李志強.云計算教育服務(wù)平臺模型分析和應(yīng)用研究[D].廣州：廣東技術(shù)師范學(xué)院，2013.

[4]賈俊婷.云計算綜述及云計算在通信行業(yè)的應(yīng)用[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2014.

[5]陳思瑜.云計算平臺在教學(xué)中的應(yīng)用分析與研究[D].上海：上海師范大學(xué)，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(xué)院2016年高等教育教學(xué)改革研究項目；項目名稱：計算機應(yīng)用人才培養(yǎng)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。