物联网实验教学方法实践与探讨

刘洪丹 张兰勇 王巍 孙蓉

【摘要】物联网为现代信息技术的一项关键组成部分，也为信息化时代下的一个重要阶段，高校物联网课程有着诸多学科的交叉性特征，在此情况下，在设计实验体系过程中也存在着不小的困难。所以，应积极对物联网实验教学方法进行探讨，以探讨出最为良好的教学方法，激发学生学习物联网的兴趣，培养学生解决与分析问题的能力，从而保障物联网实验教学质量。

【关键词】物联网  实验教学  方法

【基金项目】黑龙江省教育教学改革项目（JG2013010203）;黑龙江省高等学校教改工程项目（JG201201047）。

【中图分类号】G642.4   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）50-0174-01

一、物联网实验教学主要特征

物联网技术主要是由应用层、感知層、处理层以及传输层等四方面组成，物联网技术自身包含的专业课程有很多，如网络课程以及通讯课程等。再者，我国很多高校在实际教学中，都存在重视理论教学，而忽视实践教学这一特征，对高校来说，必须良好开展物联网实验教学，并对该教学进行积极的革新，从而彰显出物联网实验教学的积极作用。

二、实验硬件平台与软件运用

在此次实验中，传感器节点运用了模块化设计方式，可在同一时间外接很多个具备通用连接口的执行器与传感器，传感器模块和通信模块能够随意分离与运用，如此则利于凸显其开发的变通性。传感器节点支持电池与电源供电这两种供电形式，也能够运用大容量电池供电，同时也能够以电源对锂电池进行充电，在此过程中并不需要独立拆除电池，而后再进行充电。在整个实验过程中，每个小组的学生均需配套完整的开发套件，主要涵盖4～5个传感器节点、锂电池与烧录器等，无线通信网络软件是以ZSTACk为协议栈的。在进行实验时，学生应先了解开发环境，而后再进行科学安装，这种环境不但需提供编译连接，也需提供程序编写等功能。

ns2为一项网络仿真器，运用C++与OTci为开发语言，ns2能够作为OTci的一种脚本解释器。在结束仿真后，ns2就会出现很多文本跟踪文件。在此情况下，只需在脚本中输入几句话，在这一文件中就会涵盖较为细致的跟踪信息文件，所得出的数据也能够用作之后的处理与分析之中，同时也能够运用NAM把仿真的各个阶段体现出来。再者，在实验期间，学生也应该了解与借助仿真器实施调试与仿真，让学生能够学会运用packet sniffer，来实施分析以及探测等。sniffer能够显现出相对环境状态中，ZIGBEEN的主要节点信息，监测各个频段的信号情况，涵盖信号强度与速率报文分布情况等，若处于监听状态下的数据包，能够支持channl过滤等诸多方式的数据读取，且也具备报文统计这一有效功能。例如，在学习《传感器》一课时，教师则需让学生以小组的形式，来共同分析传感器的主要功能，以及使用用途等，从而促进学生学习传感器一课相关知识，实现课堂教学目标。

三、组网实验涵盖的主要内容

学生在学习与掌握程序烧录方法、硬件平台等诸多方式后，则需学习与修改ZStack协议栈程序，烧录协调器节点与终端节点一前一后上电，终端节点与协调器节点可利用串口助手这一工具，来了解数据的收入情况，进而依据此，来分析通信连接成功与否，之后再去烧录嗅探节点，借助sniffer软件分析通讯阶段。另外，教师还需对学生进行良好引导，让学生能够分析数据包，然后了解到数据包的通信格式，如确认帧、广播帧以及探寻帧等，且还需帮助学生了解ZIGBEE协议的主要组网流程，针对实验过程中所存在的问题，教师也可指导学生，借助抓包来加以分析，以及时找出其中所存在的问题，之后再去合理的解决问题。例如，在学习《近距离通信》一课时，教师则应积极开展物联网实验教学，帮助学生理解与掌握到近距离通信的主要方式，以促进学生的有效学习。在此期间，若学生在学习亦或操作时存在问题，教师需及时指导与帮助学生，使学生能够在第一时间改正问题。

协调器负责启动网络，其也为网络环境中的一项重要设备，协议器选择网络ID与信道，之后就能够启动网络。路由器的主要功能在于能够让其他设备进入网络通信。

减小发射功率及延长通讯距离，会使得终端节点和协调器节点难以正常通信。在网络环境中添加路由节点，让路由节点和上方两节点实施无线传输。之后节点会通过协议器节点与路由节点进行通信。且也可借助其它节点为包嗅探器节点，把网络环境中的各项传输数据予以有效记录，而后分析信令流程图。在完成上述内容后，学生则能够利用开发套件之中所预留的接口，去连接湿度与温度传感器，最终构建出物联网工程运用。

总而言之，在物联网课堂教学中，为激发学生的学习兴趣，燃起学生的学习热情，提高学生的专业能力，教师则需积极改革与创新教学方法，建立良好的实验教学体系，从而确保学生的学习成效。