基于云计算的无线传感器网络课程教学研究

聂萌瑶，王庆喜

（安阳工学院 计算机科学与信息工程学院，河南 安阳 455000）

基于云计算的无线传感器网络课程教学研究

聂萌瑶，王庆喜

（安阳工学院 计算机科学与信息工程学院，河南 安阳 455000）

基于笔者对云计算的学习和无线传感器网络的教学经历，文章从云计算的角度对无线传感器网络这门课程的教学模式进行思考和探索，结合云计算的无线传感网结构，学生分组进行设计模型，将理论与实践紧密结合，进而发散学生的思维。

云计算；无线传感器网络；课程教学

伴随着物联网于2010年被正式列为我国五大新兴战略性产业之一，同年我国教育部首次批准在高校开设物联网工程专业，2012年安阳工学院经批准开设了物联网工程专业。此外，云计算也作为一种新的趋势出现在生活的各个方面，云物联这个名词也应运而生。云计算和物联网在互联网中的关系是非常微妙的：云计算是实现物物相连的基础，采用云计算的模式使物联网中以兆计算的各种物品的及时动态管理和智能分析成为可能。此外，云计算促进互联网和物联网的相互融合，从而为智慧地球的构建作了铺垫[1]。

无线传感网（Wireless Sensor Network，WSN）是物联网不可或缺的一个组成部分，因此将云计算的一些相关知识引入“无线传感网”课程，对学生而言具有十分重要的意义。本文针对以往本课程的实际教学情况，分析存在的问题，结合云计算的角度，探讨本课程的教学改革意见。

在教学的整个过程中，理论课采用的课本是[2]。由于课程难度大，因而让学生用模拟软件来完成对实践课程，用到的模拟软件是Cgwin等，模拟实验的方法使学生对无线传感网有了更深层次的认识。

1 无线传感网课程的特点

无线传感器网络是由传感器节点构成的多跳自组织的网络系统，应用广泛，在高校中开设的此课程，特点如下。

（1）课程涉及的知识面广：不仅涉及无线传感网的物理层、路由、MAC协议等一些理论性较抽象的知识，还包括WSN的仿真平台以及开发环境等实践操作平台。

（2）难度大：它是一门交叉性学科，包括传感器技术，通信技术，嵌入式技术等，涉及的技术交叉性强，需要对每一类技术都熟悉。

（3）与应用相关，发展迅速：与现实生活紧密相连，比如智能交通、智能家居，需要不断与学科前沿跟进，由于云计算是一种新型技术，它在技术层面与无线传感器网络有着密不可分的关联。

2 课程的教学方法研究与探讨

2.1 理论教学

首先，教材的选择，目前的教材多种多样，因而在确定教材前需要自己先找几本教材进行比对，根据自己的经验以及同行的推荐，筛选出内容讲解通俗易懂且知识点全面的教材，另外，国内对无线传感网的研究还处于初级阶段，可以借鉴国外的一些著作及论文，以便使教师用发展的眼光和专业的态度对待课程。

其次，在文献[3]中提出的基于云计算的无线传感网体系结构，这种新颖的概念是学生学习的一个脉络。在WSN中有3种类型的节点: 传感器节点、管理节点和汇聚节点。而在基于云计算的WSN体系结构中有一组特殊的节点—云节点[3]，它们处在WSN区域中，这些云节点比WSN中的传感器节点具有更丰富的资源和功能，一方面，它们可以与除自己外的传感器节点相互通信，并且能够收集附近传感器节点的数据，又被称为汇聚节点，另一方面，这些节点构成云，是云的一部分；传感器节点将感知到的数据以多跳的方式发送到某一个汇聚节点，汇聚点再将数据存储到云中。把数据发往同一个汇聚节点的传感器构成一个组，这种组为分区（zone）。对每一个传感器节点来说，整个云就是一个虚拟汇聚节点（Virtual Sink，VS）。在学习的过程中，让学生充分理解基于云计算的WSN体系结构，并把它融合到新模型中，这是学习无线传感网课程的一个新思路。

2.2 实验教学

基于以上的想法，不是使用传统的“教师教学生学”的方法，而是让学生充分参与其中，以学生为主导，让他们选择与无线传感网有关的课题，结合云计算的WSN体系结构，以小组为单位设计新的无线传感网模型，并选派一人或多人在课堂上与大家共同分享各自的模型。此方法主要有7个环节：

（1）基础理论学习；（2）分析云计算的WSN结构；（3）筛选无线传感网模型；（4）以小组为单位完成新课题的设计；（5）展示或演示新课题；（6）讨论新课题，启发对于云计算以及WSN的学习思路；（7）撰写总结报告。

在这7个步骤中，是环环相扣的，具体的流程如下：

一是理论课的学习。理论课的学习是一个枯燥的过程，因而在授课的过程中必须找一些具体的实例在课堂上展示，通过案例教学来激发学生学习无线传感网基础理论的学习。比如无线传感网路由协议这一部分内容非常抽象，但是可以类比在学习计算机网络及无线网络中的应用，去除学生对无线传感网的恐惧心理。除此之外，对于无线传感网的编程语言及模拟软件的软件也是基础学习的过程，要求学生能够熟练掌握，为设计新课题做好铺垫。

二是分析云计算的无线传感网结构。由于云计算本身就是一个抽象的概念，因而必须理解它的结构，让学生参考有关云计算最新的文献及书籍，并结合无线传感网进行思考。

三是选择合适的无线传感网模型。筛选的原则是简单，易懂且成熟的小型无线传感网模型，比如智能家居、智能大棚等这些成熟的模型。

四是以小组为单位完成新课题的设计。设计方案的过程是学习过程中最重要的部分，这也决定了学生在学习这门课程的效果。小组确定好课题后，首先明确整个课题的方案，接着可以细化小组成员的具体任务，由小组成员独立完成各自的分工，这样有利于培养学生的自学能力，小组成员完成后再进行讨论，形成本小组设计的模型。

五是演示方案。设计完成后是具体的实践环节，因为每个小组内成员的程度有区分，因而可以给他们设定不同的标准，如若不能完成整个环境的搭建演示过程，可以选派一人讲解整个新课题的设计思路，如若可以完成具体的实验过程及演示，可以让小组每个成员阐述所做工作的具体过程，以及设计实践过程中出现的问题，包括解决问题的具体过程。

六是讨论各小组提出的课题。通过“找问题”和评测的方法，让每个小组都参与到其他小组的课题中，发现其他小组的优缺点，进而加深学习无线传感网的深度，这样也可以总结设计过程中的经验和教训。

七是通过撰写小组总结报告。这使学生从系统的角度重新理解基于云计算的WSN，进而以创新的思路去学习其他相关课程。这种模式能让学生对知识有更深入的理解和认识，使学生从发展的角度提出问题、分析问题、解决问题。

3 结语

本文根据笔者的研究和教学经历，从云计算的角度对无线传感网的课程教学进行探索，从课程特点出发，分析了理论和实践教学过程中的思路，这样的教学过程不仅使学生掌握了本课程的一些知识，而且明显提高了学生的自学能力，这些思路对于高校教师教学具有一定的借鉴价值。

[1]马涛.基于云计算的高校网络教育平台探究[D].长春：长春师范学院，2012.

[2]曹军委.基于云计算的教学资源共享体系的研究与实现[D].淮南：安徽理工大学，2012.

[3]李志强.云计算教育服务平台模型分析和应用研究[D].广州：广东技术师范学院，2013.

[4]贾俊婷.云计算综述及云计算在通信行业的应用[D].呼和浩特：内蒙古大学，2014.

[5]陈思瑜.云计算平台在教学中的应用分析与研究[D].上海：上海师范大学，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

安阳工学院2016年高等教育教学改革研究项目；项目名称：计算机应用人才培养保障机制研究；项目编号：AGJ2016037。

聂萌瑶（1989— ），女，河南济源，硕士，助教；研究方向：智能计算，云计算。