智能手机在《物联网通信技术》课程教学中的应用＊

史艳翠，廖富丽，杨巨成，陈亚瑞，李建荣

（天津科技大学 计算机科学与信息工程学院，天津 300457）

智能手机在《物联网通信技术》课程教学中的应用＊

史艳翠，廖富丽，杨巨成，陈亚瑞，李建荣

（天津科技大学 计算机科学与信息工程学院，天津 300457）

《物联网通信技术》课程主要介绍物联网中的传感网和核心网以及这些网络所涉及到的通信技术。随着软硬件的不断发展，智能手机中有多种通信技术可以应用在多种网络中。因此，为了提高学生的学习积极性，活跃课堂气氛，简要探讨了智能手机在《物联网通信技术》课程教学中的应用。

智能手机；物联网；传感器；移动通信网

1 背景阐述

物联网是将分布在不同地点的物体通过通信技术互连，并随时随地以任意方式通过任意终端为用户提供智能服务。物联网将人与人之间的通信扩展为人与人、人与物以及物与物之间的通信[1]。《物联网通信技术》课程主要介绍物联网中涉及的通信技术，它是为物联网工程专业的学生开设的一门专业必修课程[2]。学习这门课程，学生可以掌握物联网涉及的网络以及相应的通信技术。由于涉及的网络比较多，而每种网络又包括网络拓扑结构、地址标识、传输速率和使用的频段等内容，学生需要掌握的知识点多且容易混淆。

智能手机作为一种智能移动终端，为用户提供了便利服务。用户不仅可以使用手机进行基本的通信服务，还可以通过它随时随地上网、看视频、打游戏、听音乐、拍照和社交等[3]。然而，智能手机在为用户带来便利的同时，也带来了一些弊端，比如低头族。课堂上常见的现象是教师在讲台上讲，学生则利用手机看视频、打游戏、听音乐，或与其他人聊天。因此，为了提高学生的学习积极性，一些教学人员将智能手机应用到了教学中。例如，范钦对智能手机与“互联网+”课堂进行了研究。在该研究中，智能手机具有报名、信息提交、阅读新闻、存储教师讲述的内容、与教师或同学实时沟通以及调节和放松等功能[4]。阮家泉对智能手机与“互联网+课堂”在技工院校教学中的应用进行了探索，通过智能手机实现课前知识传播、课上知识内化和课后测试评价[5]。俞跃等人以智能手机和QQ群为例，研究了移动互联网环境下“混合式学习”方式，通过智能手机和QQ群完成教学设计、课前知识接纳、课上知识吸收和课后知识的合并[6]。但这些研究主要是利用智能手机上的软件进行线下学习或者实时交流，并没有研究智能手机的硬件及其通信技术。

智能手机是物联网中非常重要的设备之一。在硬件方面，智能手机上安装了多种传感器，支持多种通信技术，属于多种网络；在软件方面，智能手机可以安装各种APP，实现智能交通、智能生活、智能医疗等服务。

因此，本文以智能手机为例，将其与《物联网通信技术》课程的内容结合起来，进行理论知识的介绍和互动操作，从而提高学生学习的积极性和对知识掌握的牢固性。

2 智能手机在课程教学中的应用

2.1 传感器功能的体验

在物联网中，传感器用来采集物理世界的信息。在日常生活中，我们可以接触到很多传感器，智能手机上就安装了很多传感器。但是，这些传感器一般都嵌入在依附的主体上，所以，大多数人并不清楚每个传感器的功能和用途。在课堂上，如果教师只向学生介绍理论知识，他们不仅觉得枯燥，还没有直观的认识。为了增强学生对传感器的认知，在介绍传感器的相关内容时，可先以智能手机为例，介绍各种传感器的功能和用途；然后，教师和学生一起体验智能手机上各种传感器的功能。智能手机上安装有光线传感器、距离传感器、重力传感器、加速度传感器、磁场传感器、陀螺仪、指纹传感器、霍尔传感器和气压传感器等，学生在体验每种传感器的过程中，不仅加深了对传感器的认识，还理解了手机屏幕旋转、屏幕自动背光的亮度、摇一摇（晃动手机实现一些功能）、地图导航、重力感应类游戏等的原理。这样做，学生会觉得新奇、有趣而且非常实用，不仅提高了他们学习的积极性，还活跃了课堂的气氛。

2.2 蓝牙通信技术的介绍

在物联网中，短距离通信技术主要应用在传感网中，用于传输传感器节点采集的数据。《物联网通信技术》课程中主要介绍了3种短距离通信技术，即蓝牙、ZigBee（紫蜂）、UWB（超宽带通信技术）。由于智能手机上安装了蓝牙通信模块，因此，在介绍蓝牙通信技术时，可以将智能手机看作一台蓝牙设备。对于蓝牙通信技术这部分内容，需要学生掌握蓝牙的特点、蓝牙网络的建立、蓝牙的拓扑结构、蓝牙地址、蓝牙数据的传输等内容。

2.2.1 蓝牙的传输距离

在学习过程中，让每个学生都激活智能手机上的蓝牙功能，每个蓝牙设备会对应一个唯一的ID，然后，让后排的同学逐排检查是否能收到第一排同学的蓝牙信号，从而对蓝牙的传输距离有一定的认知。

2.2.2 蓝牙网络的建立

打开蓝牙后，智能手机上会出现周围可用设备的列表，让每个学生随意选择列表中的3个设备连接，随后出现配对信息，显示设备的名称和密码，如果对方同意配对则完成连接。在学生操作的过程中，教师讲解每一步的作用。学生在体验蓝牙网络建立的同时，还可以体验蓝牙的安全模式。

2.2.3 蓝牙的拓扑结构

蓝牙的基本单元是微微网，它是由1个主单元和最多7个从单元组成的。为了让学生体验微微网的容量，让置顶的某位学生分别尝试连接7台和8台设备，看是否能连接成功，并根据连接结果分析原因。

2.2.4 蓝牙地址

蓝牙地址的长度是48位，在实际应用中的表示方式为：XX:XX:XX:XX:XX:XX，X是十六进制，可以是0～9的数字，也可以是A～F的字母。为了加深学生的记忆，让每位学生将自己智能手机上的蓝牙地址写下来，分析厂商号和设备号，并以作业的形式上交。

2.2.5 蓝牙数据的传输

蓝牙既可以传输语音信息，也可以传输数据信息。在学习过程中，让2个学生一组通过蓝牙传输信息，传输的内容可以是图片、视频和音乐等。学生在体验蓝牙通信技术的过程中，不仅加深了对理论知识的理解，还掌握了一种在没有Wi-Fi和移动流量的情况下传输数据的方法。

2.3 无线局域网通信技术的学习

无线局域网（WLAN）是有线计算机网络的补充，具有成本低、搭建灵活等特点。在课堂上，教师先介绍无线局域网的特点、拓扑结构、使用的技术标准等知识点；然后，让学生通过智能手机体验无线局域网，学习与其相关的技术。

2.3.1 拓扑结构

无线局域网包括2类拓扑结构，即有中心的拓扑结构和无中心的拓扑结构。在有中心的拓扑结构中，终端之间无法直接通信，需要通过无线接入点（AP）完成2个终端之间的信息交互，以及终端和外网的交互，无线接入点（AP）可以是桥接器、无线路由器、热点等。在无中心的拓扑结构中，没有无线接入点，终端之间可以直接通信，但无法与外网交互。

在体验有中心的拓扑结构时，教师先打开无线路由器，让每位学生关闭移动流量，开启手机上的WLAN功能，并连接到无线路由器，体验任务包括：每个学生体验网页的浏览；2个学生一组体验通过WLAN进行交互和文件传输。然后，教师关闭无线路由器，让学生同样体验上述2项任务。在体验无中心的拓扑结构时，教师关闭无线路由器，让每位学生关闭移动流量，开启手机上的WLAN直连功能，然后，让学生体验与有中心的拓扑结构时相同的2项任务。

根据体验结果，让学生分析原因，加深学生对有中心的拓扑结构和无中心的拓扑结构的认知，掌握它们之间的区别。

2.3.2 无线局域网信息

让每位学生在智能手机“设置”菜单中查看使用的无线局域网的信息，包括使用的标准、传输速率、使用的频段、加密技术等信息，并发到班级的微信群中交流。

2.3.3MAC地址

WLAN的MAC地址与蓝牙地址格式一样，让每位学生将WLAN的MAC地址写下来，并以作业的形式提交。

学生在体验WLAN通信技术的过程中，不仅加深了对理论知识的理解，还掌握了一种在没有无线接入点和移动流量的情况下传输数据的方法。

2.4 移动通信技术的学习

2.4.1 移动台涉及的号码

在移动通信网中，由于用户的移动性，需要使用多种号码对用户进行识别、位置登记和管理，常用的号码有移动台号簿号码、国际移动用户标识号、国际移动台设备标识号、移动台漫游号码和临时移动用户识别码。这些号码长短不同，用途不同，为了便于区分，可让学生通过查看智能手机上的信息了解这些号码。

2.4.1.1 移动台号簿号码

对于学生而言，他们最熟悉的号码是移动台号簿号码，也就是用户俗称的手机号，很多人误认为手机号是手机的识别码。但是，该号码是运营商为了便于管理、计费而分配给用户的号码。

2.4.1.2 国际移动用户标识号

国际移动用户标识号是写入SIM卡中的、唯一识别用户的国际通用号码。通过该号码，人们可以了解移动用户属于哪个国家、哪个移动运营商以及用户的识别码。

为了加深学生的理解，在学习过程中，可以让每位学生查看自己智能手机上的SIM卡信息，找出国家码、移动网号，并分析出该SIM卡属于哪个国家、哪个运行商，以作业的形式上交。

2.4.1.3 国际移动台设备标识号

国际移动台设备标识号是唯一标识移动台（比如智能手机）的号码，可用于监控被窃或无效的移动设备。

为了让学生加深理解，可以使用3种方法让每位学生查看智能手机的国际移动台设备标识号：①直接查看手机机身背面的标志；②在手机上输入“*#06#”查看；③在手机“设置”菜单中找到手机信息查看。移动台漫游号码和临时移动用户识别码分别对应移动台号簿号码和国际移动用户标识号。由于这2种号码是移动运营商临时分配的，在智能手机上无法查看，因此，学生无法自己操作了解。

2.4.2 移动网络类型

目前，常用的移动通信网络有2G、3G和4G，在2G通信技术中，移动网络的类型是GSM、CDMA等；在3G通信技术中，移动网络的类型是UMTS、EVDO等；在4G通信技术中，移动网络的类型是LTE。在让每位学生体验移动网络时，首先让他们查看使用的通信技术，然后在“网络”菜单中查看使用的类型，并与周围的同学互相交流使用的移动网络类型，看看有哪些不同，分析原因。

2.4.3 拓扑结构

在移动通信中，主要使用的拓扑结构是星型结构，即每个移动台都要连接到基站，通过基站转发完成信息的传递。为了让学生体验移动通信的拓扑结构，教师特别设计了2种情况：①不做任何处理，让2位学生一组进行拨号操作，查看智能手机是否能接通；②在教室里放置2个屏蔽器，重复上述操作，查看智能手机是否能接通，让学生根据观察的结果分析原因。

2.4.4 网络融合

智能手机在通信时，有时还需要移动通信网和其他网络协同完成任务。本文以飞信为例，让学生体验（开启教室里的无线路由器）。

在具体操作时，先让每位学生在智能手机上安装飞信客户端，然后，2人一组按照以下2种情况发送短信：①关闭移动流量，同一组的2位学生都开启WLAN，使用手机上的飞信客户端互相发送信息；②关闭移动流量，一位学生开启WLAN、一位同学关闭WLAN，开启WLAN的学生使用手机上的飞信客户端以短信的形式向同组的同学发送信息。操作完成后，让学生比较2次收到信息的不同，并分析2次操作中所涉及到的网络。

3 结束语

随着智能手机软硬件的不断完善，用户不仅可以使用智能手机进行基本的通信，例如语音通信和短信，还可以通过移动流量或WLAN上网，使用蓝牙或WLAN直连传递信息等。智能手机可以完成移动通信、WLAN通信和蓝牙通信，这些通信技术都是《物联网通信技术》课程中需要学生掌握的内容。为了调动学生的学习积极性，活跃课堂气氛，本文以智能手机作为一种通信终端，让学生体验智能手机上涉及到的通信技术。学生在体验的过程中，不仅可以了解通信技术，还可以掌握智能手机上很多实用的功能，从而提高其学习的主动性。

［1］孙其博，刘杰，黎羴，等.物联网：概念，架构与关键技术研究综述［J］.北京邮电大学学报，2010，33（3）：1-9.

［2］史艳翠，郝宇，杨巨成，等.探究式教学模式在《物联网通信技术》课程中的应用［J］.科技与创新， 2017（1）：137-138.

［3］陈龙彪，李石坚，潘纲.智能手机：普适感知与应用［J］.计算机学报，2015，38（2）：423-437.

［4］范钦.智能手机与“互联网+”课堂——信息技术与教学整合的新思维，新路径［J］.湖南税务高等专科学校学报，2016， 29（4）：57-59.

［5］阮家泉.智能手机与“互联网+课堂”在技工院校教学的应用探索［J］.电脑知识与技术，2016，12（19）：114-115.

［6］俞跃，赵玉阁.移动互联网环境下“混合式学习”方式研究——以智能手机和QQ群为例［J］.高等工程教育研究，2017（4）：187-191.

史艳翠（1982—），女，讲师，博士，研究方向为推荐系统、上下文感知、用户需求获取。

〔编辑：白洁〕

G434

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.106

2095－6835（2017）23－0106－03

产教融合育人体制机制研究——基于物联网工程专业产教融合实践（重点课题，课题编号：HE1018）；天津市滨海新区开发开放与高等教育的互动研究——以物联网工程专业教育为例（青年专项，课题编号：HEYP5014）