物联网工程专业专业规范概述

部学习专用 禁止外传

物联网工程专业

专业规概述

引自《高等学校物联网工程专业发展战略研究报告暨专业规（试行）》

《高等学校物联网工程专业实践教学体系与规（试行）》

章 前 关于物联网工程专业

 物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮

 《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》

 《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》

 物联网工程是一个“新建专业”，特别又是一个围绕“战略新兴产业”设 立的新专业

 2010 年、2011 年、2012 年，教育部先后进行了三批物联网相关专业 审批

 2010 年审批 30 个物联网工程专业、2011 年审批 25 个物联网工程专业、

2012 年审批 80 个物联网工程专业

 截至 2012 年 6 月，国已经开设近 150 个物联网工程专业

 2011 年 5 月，教育部发布了《普通高等学校本科专业目录（修订一稿）》， 明确将原电气信息类下设立的物联网工程和传感网技术专业合并，列入 计算机类专业，新专业名称为“物联网工程”

 2010 年 11 月 21 日，受计算机教指委委托，成立了“物联网工程专业

教学研究专家组”

 专家组成员：上海交通大学东、建伟，大学黄传河，大学 敏，交通大学桂小林，华中科技大学磊华、金海，西北工业大 学士宁

 物联网工程专业建设的几点建议：1、依托计算机类专业建设成果建设物 联网工程专业；2、重点进行应用型、工程型人才的培养，设计具有特色 的专业核心课程；3、加强师资队伍建设；4、加强实验、实践教学环境 的建设；5、开展物联网工程专业的教材建设

第一章 专业核心课程

第二章 课程实验

2.1 性质

课程实验是针对课程容相关知识点设置的实践教学活动，是课程教学的重要组成部 分，对加深理论知识的理解、弥补课堂教学的不足起着桥梁和促进作用。

一般来说，课程实验是侧重于课程中某一局部容所开展的实践性教学过程，其目的是 进一步巩固和加深对有关知识法的理解，发现存在的错误认识，启发学生对所学知识的深 入思考、敢于创新，并在此基础上培养学生分析问题及运用所学知识解决实际问题的能力， 达到理论联系实际的教学效果。

2.2 指导思想

课程实验的指导思想是紧密结合课程理论教学容，通过设计一组难度适中的实验题目 帮助学生加深课堂理论教学容的理解，培养学生实践操作能力和创新能力。

围绕一门课程主要知识点的实验通常由若干个实验组成，每个实验所针对的是某些知识 点或某一类问题的求解法。根据课程实验的性质，通常可以将实验分为验证性实验、设计 性实验和综合性实验。但是课程实验中的综合性实验不同于综合课程设计，它一般是某门课 程中关联多个知识点的实验。

从对知识点实验的要求来看，验证性实验通常是通过实验来验证有关知识点，而设计性 实验则是运用有关知识和法来求解特定的问题。对本科层次的学生，设计性实验应该是实 验的主要容。

2.3 课程实验的设置

2.3.1 设置法 课程实验的设计要遵循两个原则：一是要注意围绕课程教学展开，帮助学生更好地掌握

课程教学中介绍的理论、法和技术；二是要注意学生学习和掌握本课程知识和能力的规律 以及老师课程教学的规律，避免分裂割据和没有整体化的组织，强调形成统一完整的课程实 验体系，按体系循序渐进。

针对每一门专业核心课程的课程教学容，都列出由下至上、由基础到专业、由简单到 复杂的课程容组织体系，循序渐进地开展由基本认知、基本技术到综合实践的多层次容

word/media/image1.gif的教学。课程实验的设计也应该按课程教学的这个层次结构同步展开。

（1）基本认知 基本认知阶段的任务是通过课程教学，介绍基本概念，基本系统的组成和工作原理。与

课程教学同步展开关于基本系统组成和应用的课程实验，使学生对于课程将要面向的技术对 象和应用对象有一个概念性的、实感上的认知。在此基础上，课程教学再进一步阐述其教学、 电磁学、控制论等面的基本理论和技术基础。接着，结合物联网典型应用案例的讲解、实 验演示和实验操作，让学生了解课程理论和技术在应用系统中所处的位置和所起的作用，为 后续理念和技术的深入学习打好基础。

（2）基本技术 在基本技术阶段，学生带着应用问题学习基本理论和技术，形成应用空间、问题空间和

知识空间的统一。同时，物联网强调应用，课程教学要就如提高应用性能、如降低应用 成本、如按照一定的法论进行应用实施等面，系统地介绍运用理论和技术进行应用系 统设计和实施的法。通过仿真的实验环境或企业真实的应用环境，让学生了解各种应用问 题，在实验中运用基本理论和技术解决问题，锻炼学生解决应用工程问题的能力。

（3）综合实践 在综合实践阶段，为了巩固课程学习成果，进一步锻炼学生综合运用理论和技术解决实

际问题的能力，应用设计综合性的课程实验，让学生进行应用系统软硬件的设计和开发。不 同类型的人才需要强调不同面的能力，对于工程型和应用型人才强调“设计形态”的容， 主要是在提供的实验软硬件基础上，进行完整应用系统的设计、开发和应用测试。对于研究 型人才则应强调“理论形态”的容，需要强化计算思维能力和软硬件设计能力的培养。除 了进行应用系统面的实验外，还进行相关软件硬件原型系统或装置的研究、设计、开发和 测试。

按照上述层次体系阶递地、同步地展开课程教学和课程实验的优势在于：

1） 使教师和学生能从总体上把握课程的知识体系，容之间的前后顺序关系和逻辑关 系，形成“大局观”，有助于提高课程的教学和学习效果。

2） 基本认知、基本技术、综合实践这一体系是围绕“应用”这一主线来进行展开的， 这与物联网强调应用是完全吻合的。

3） 可以更清楚地安排“物联网工程导论”课程与其它专业核心课程之间的容衔接。 基本认知可以通过“物联网工程导论”课程实现，基本技术、综合实践可以在后续 的专业课程中实现。

2.3.2 设置案

《物联网工程专业发展战略研究报告暨专业规（试行）》中建议将“物联网工程导论”、

“传感器原理及应用”、“RFID 原理及应用”、“传感网原理及应用”、“物联网通信技术”、“海 量数据存储”、“数据处理与智能决策”、“物联网控制”、“物联网信息安全”、“物联网工程设 计与实施”10 门课程作为专业核心课程。其中：

1） “物联网工程导论”作为概论课程，主要是介绍物联网的基本概念，总括专业核心 课程基础知识，让学生了解专业知识的概貌。为避免与后续核心课程的实验容重 复，建议主要以课程教学为主，原则上不设置课程实验。但各学校根据实际教学需 求，特别是仅仅开设“物联网工程导论”课程的其他专业或向，可以设置相关实 验配合导论课程教学的开展。

2） “物联网工程设计与实施”是一门强调综合性和实践性的课程，单纯依靠一些涵盖 单一知识点的课程实验是难以满足教学要求的，应设置综合课程设计作为支撑，因 而就不再专门设置课程实验。

3） 海量数据存储的法是与应用相关的，所以规将其实验容并入物联网数据处理 综合课程设计中，因而就不再专门设置课程实验。

2.4 基本要求

对于每门核心课程实验，均应按基本认知、基本技术、综合实践三个层次递阶展开实验 教学。每门课程的实验教学大纲参见附录 A。

1．传感器原理及应用

“传感器原理及应用”课程实验在容上包括传感器的核心知识点。学生通过实验，应 掌握传感器系统的工作原理和设计法，掌握典型传感器的应用法。

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综合实践 自动检测系统 自动检测系统综合分析与设计实验（16 学时）

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基本技术

智能传感器

传感器

温度和加速度无线传感器（课 2 学时） 位移和温度光纤传感器（课 2 学时）

温度、机械量、光电红外、环境量、检测传感器应 用实验（课 4 学时）

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传感器应用

各类传感器典型应用案例介绍（课外 2 学时）

基本认知

传感器结构

word/media/image5.gif传感器原理与结构实验（课外 2 学时）

“传感器原理及应用”课程实验教学案

基本认知实验通过搭建单一传感器节点构成的基本系统，进行温度传感等应用实验，使 学生对传感器的基本系统构件及应用系统有直观的认识。建议在课外进行，通过通观、视频 等式了解各类传感器及其典型应用。

基本技术实验主要包括进行温度检测、机械量检测、光电红外、数字式位置、环境量检 测等传感器应用实验，使学生掌握各类传感器的应用技术。通过温度和加速度无线传感器实 验、位移和温度光纤传感器实验，使学生掌握无线传感器和光纤传感器等智能传感器的工作 原理、结构、组网式和应用技术。建议在课学时中安排 8 学时。

综合实践要求学生综合运用课程学习到的理论和技术，动手设计基本的自动检测系统，

包括温度传感应用系统、加速度传感应用系统、成像传感应用系统、光纤位移传感应用系统 等。各个学校可以根据自身特点，在课开设或在课外开设，建议开设时间为 16 学时。

2．RFID 原理及应用

“RFID 原理及应用”课程实验在容上包括物品编码、条形码、RFID 等核心知识点。 学生通过实验，应更好地掌握 RFID 系统的工作原理、RFID 单元化技术和系统技术等基本理

论、技术及其应用法。

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综合实践 RFID 应用系统 RFID 应用工程综合实验（16 学时）

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基本技术

RFID 系统技术

RFID 单元化技 术

RFID 防冲突实验（课 1 学时）

RFID 公共服务体系实验（课 2 学时）

RFID 标签和读写器实验（课 4 学时）

RFID 中间件实验（课 1 学时）

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RFID 应用

RFID 典型应用案例介绍（课外 2 学时）

基本认知

RFID 系统结构

RFID 应用系统结构实验（课外 2 学时）

“RFID 原理及应用”课程实验教学案

基本认知实验的目标主要是通过 RFID 标签样本、读写器及 PC 搭建的 RFID 基本系统操 作演示，辅以视频等资料，使学生掌握 RFID 的工作原理。通过对 RFID 在物流、商业零售等 领域的典型应用进行实验演示和实验操作，使学生建立起 RFID 应用系统的总体观。建议安 排在课外进行。

基本技术实验的目的是通过 RFID 标签制作实验箱、RFID 读写器基本实验箱、主流读写 器实验套件等进行 RFID 标签、读写器的实验，加深对 RFID 单元化技术的理解，加深对防碰

撞原理的理解，结合 RFID 公共服务平台系统的实验，学习 RFID 安全与隐私、RFID 公共服务 体系设计、RFID 网络化应用等 RFID 系统技术。建议安排在课学时中安排 8 学时。

综合实践的目的是通过 RFID 标签选型系统、RFID 标签粘贴位置优化系统、读写器空间 辅助部署教学系统、RFID 应用流程建模与仿真系统等实验，加深对于包括标签选型技术、 标签空间部署技术、读写器参数调整技术、读写器空间部署技术、面向领域 RFID 中间件、 RFID 流程建模与仿真技术、RFID 系统 ROI 分析等 RFID 应用工程技术的理解和运用能力，提 高学生的实际问题解决能力。各学校可以根据自身特点，在课开设或在课外开设，建议开 设时间为 16 学时。

3．传感网原理及应用

“传感网原理及应用”课程实验容上包括传感网的主要核心知识点。学生通过实验， 应掌握传感网的通信协议、关键技术和设计法。

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综合实践 传感网应用系统 传感网应用系统综合实验（16 学时）

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基本技术

传 感 网 关 键 技 术

传 感 网 通 信 协 议

时间同步实验（课 2 学时）

路由实验（课 4 学时）

MAC 层实验（课 1 学时）

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传感网应用

传感网典型应用案例介绍（课外 2 学时）

基本认知

传感网结构

传感网结构实验（课外 2 学时）

“传感网原理及应用”课程实验教学案

基本技术实验建议在课学时中安排 8 学时，主要容应该包括通信协议中的 MAC 实 验、路由实验，以及关键技术中的时间同步实验等。

4．物联网通信技术

“物联网通信技术”包括通信基本原理、无线通信技术、通信网络、终端通信四部分 容，本课程实验在容上包括这些核心知识点。

基本认知实验建议在课外进行，通过参观、视频等式直观地了解带宽与质量的关系以 及无线发送与接收的过程。

综合实践 通信应用系统设 计

通信系统综合实验（16 学时）

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基本技术

通信网络

短 中 远 无 线 通 信

3G 通信网络实验（课 2 学时）

ADSL 接入网实验（课 2 学时）

WiFi、ZigBee、GPRS、GPS 卫星通信实验（课 4

学时）

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无线通信

无线发送与接收实验（课外 2 学时）

基本认知

通信原理

带宽与质量实验（课外 2 学时）

“物联网通信技术”课程实验教学案

基本技术实验通过搭建一个 WiFi 和 ZigBee 实验系统、GPRS 通信平台、GPS 通信平台， 掌握数据传输过程，通过实验套件实现 3G 通信、ADSL 接入通信的控制。建立在课学时中 安排 8 学时。

综合实践要求学生综合运用课程学习到的理论和技术，动手设计小型的基于 3G 的通信 系统、基于 GPRS 的通信系统、GPR 通信系统、基于 ZigBee 的通信系统，在其上实现一个简 单的应用。

5．数据处理与智能决策

“数据处理与智能决策”课程通过讲述物联网数据特点、数据的预处理、数据检索、数 据挖掘和智能决策等技术，使学生了解物联网工程应用中数据处理的基本过程，全面掌握其 主要法和工作原理，并利用这些法对典型物联网应用提出数据处理的解决案。数据处 理与智能决策课程实验在容上包括这些核心知识点。

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综合实践 物联网应用系统 数据处理

物联网数据处理综合实验（16 学时）

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基本技术

数 据 挖 掘 与 分 析

数 据 检 索 与 查 询

时间序列分析实验（课 2 学时）

OLAP 查询与数据挖掘实验（课 4 学时）

典型数据检索系统应用实验（课 2 学时）

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数据特点

物联网数据特点分析（课外 1 学时）

基本认知

数据采集来源

物联网数据采集来源（课外 1 学时）

“数据处理与智能决策”课程实验教学案

基本认知实验的目的主要是了解物联网数据来源和特点，建议在课外进行，在学习“传 感器原理及应用”、“RFID 原理及应用”等课程基础上，辅以视频等资源来完成，重点了解 物联网的数据实时采集过程和数据特点。

基本技术实验的目的是了解物联网不同层次中的数据处理法和基本工具，达到对具体 应用系统中的特定对象数据进行分析和处理目标。建议在课学时中安排 8 学时，主要容 包括数据检索、数据挖掘与分析。

综合实践的目的是依托具体应用系统，掌握并运用基本工具完成物联网环境中海量数据 的完整处理过程，可以结合物联网项目研发平台模拟搭建物联网应用环境，提出数据处理解 决案，对平台上的各类数据实施分析和监控。

6．物联网控制

“物联网控制”课程要求学生在掌握自动控制技术、计算机控制系统和分布式控制系统 的基本知识基础上，开展相关课程实验。针对物联网控制的几个逻辑层，利用现有自动控制 技术和案，进行物联网的智能控制实践。

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综合实践 物联网控制系统 物联网控制系统综合实验（16 学时）

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闭环控制系统 闭环控制软件模拟（课 2 学时）

基本技术

信号调理

控制校正算法

信号放大实验（课 1 学时） 信号变换实验（课 1 学时）

PID 算法实验（课 2 学时）

PID 算法模拟（课 2 学时）

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基本认知

执行机构

控制结构

可控硅实验（课外 1 学时） 继电器实验（课外 1 学时）

控制器结构实验（课外 2 学时）

“物联网控制”课程实验教学案

基本认知实验建议在课外进行，通过参观、视频等式了解物联网控制系统的结构和控 制执行机构，如控制器、放大器、继电器等。

基本技术实验建议在课学时中安排 8 学时，主要容应该包括常用 PID 控制校正算法、 信号调理实验、闭环控制系统软件模拟实验等。

对于综合实践，各个学校可以根据自身特点在课开设或在课外开设，建议开设时间为

16 学时。

7．物联网信息安全

“物联网信息安全”课程实验要求学生掌握物联网信息安全特点及基础知识，利用信息 安全基础知识实现物联网信息安全。主要针对物联网的几个逻辑层，利用现有信息安全技术 手段和解决案，进行物联网的信息安全实践。

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综合实践 物联网应用系统 数据处理

加密检索实验（课外 8 学时） 加密计算实验（课外 8 学时）

物 联 网 访 问 控 制

基于角色访问控制实验（课 2 学时）

基本技术

数据签名

数据加解密

公钥加密实验（课 2 学时） 数字签名实验（课 2 学时）

物联网数据加密实验（课 2 学时）

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防火墙

防火墙配置（课外 2 学时）

基本认知

数据变换

字母序号变换实验（课外 2 学时）

“物联网信息安全”课程实验教学案

基本认知实验建议在课外进行，通过参观、视频等式了解物联网信息安全系统的结构、 基本数据变换法和常用信息安全设备，如防火墙等。

基本技术实验建议在课学时中安排 8 学时，主要容应该包括基于私钥的数据加解密 实验、基于公钥的数字签名实验、基于角色的访问控制实验等。

对于综合实践，各个学校可以根据自身特点在课开设或在课外开设，建议开设时间为

16 学时。

附录 A 课程实验教学大纲

物联网工程专业核心课程实验主要围绕着“应用能力培养”这一目标，按基本认知、基 本技术、综合实践的主线展开。

A1“传感器原理及应用”课程实验教学大纲

1．实验概述

“传感器原理及应用”课程实验在容上包含传感器的核心知识点。学生通过实验，应 掌握传感器系统的工作原理和设计法，掌握典型传感器的应用法，为今后从事物联网应 用系统设计和传感器产品开发打下基础。

2．实验目的和要求

“传感器原理及应用”课程的实验目的是使学生掌握传感器的工作原理，掌握运用传感 器进行应用系统的设计法，了解传感器的设计法。

3．主要原理及概念

本实验涉及传感器应用系统设计和传感器产品开发的主要原理和基本实现技术。

4．实验环境

无线传感器实验套件、光纤传感器实验套件、成像传感器实验套件。

5．实验容

第一部分 基本认知 通过搭建单一传感器节点构成的基本系统，进行温度传感等应用实验，使学生对传感器

的基本系统构件及应用系统建立直观的认识。 第二部分 基本技术

主要包括进行温度检测、枪械量检测、光电红外、数字式位置、环境量检测等传感器应

用实验，使学生掌握各类传感器的应用技术。 第三部分 综合实践

各学校可以根据自身的特点，在课开设或在课外开设。

要求学生综合运用课程中学到的理论和技术，动手设计基本的温度传感应用系统、加速 度传感应用系统。应用系统以实验套件为基础，具有感知、传输、数据处理和发布等功能。

传感器产品以无线传感器为目标，以 FPGA 式，设计传感模块、处理模块、通信模块， 并将 T inyOS 集成在一起，具有无线传感器的基本功能。

A2“RFID 原理及应用”课程实验教学大纲

1．实验概述

“RFID 原理及应用”课程实验在容上包括标识、条形码、RFID 等核心知识点。学生

通过实验，应掌握 RFID 系统的工作原理和设计法，掌握运用 RFID 应用工程理论解决应用 系统实施过程中问题的法，为今后从事物联网 RFID 应用系统设计和 RFID 产品开发打下坚 实的基础。

2．实验目的和要求

“RFID 原理及应用”课程实验的目的是使学生掌握 RFID 系统的工作原理，掌握 RFID 标 签、读写器、中间件等 RFID 应用系统的设计法，掌握运用 RFID 应用工程技术解决 RFID 应用系统实施过程中问题的法，既配合课堂教学加深学生对基础理论知识的理解与掌握， 又使学生具备应用相关知识从事 RFID 应用系统设计和实施能力。

本课程实验要求：

● 理解 RFID 系统的基本组成和工作原理；

● 理解 RFID 在典型领域的应用系统及其工作法；

● 理解 RFID 标签、读写器、中间件等单元化技术的设计原理；

● 理解 RFID 空中接口协议；

● 理解 RFID 防冲突；

● 理解 RFID 安全与隐私；

● 理解 RFID 公共服务体系等 RFID 系统技术的原理与法；

● 掌握 RFID 应用工程技术。

3．主要原理及概念

涉及 RFID 应用系统设计的主要原理和基本实现技术，包括 RFID 芯片、标签封装、后道 封装、读写器、中间件、空中接口协议、防碰撞原理、安全与隐私、RFID 公共服务体系、 RFID 应用工程技术等。

4．实验环境

要求具有进行 RFID 系统基本组成、RFID 应用系统操作、RFID 应用工程等面实验的软 硬件环境。典型的环境包括：RFID 标签库、RFID 标签实验箱、RFID 读写器基础实验箱、RFID 典型应用演示系统等。

5．实验容

第一部分 基本认知

通过 RFID 标签样本、读写器及 PC 搭建的 RFID 基本系统操作演示，使学生对 RFID 标签、 读写器、中间件等 RFID 基本系统构件，以及 RFID 应用系统建立直观的认识。对基本 RFID 的未来商店系统、基于 RFID 的物流出入库系统、基于 RFID 的物流分拣系统、面向防伪的 RFID 公共服务平台系统、图书馆 RFID 应用系统等进行实验演示和实验操作，同时配合播放相关 视频让学生建立起 RFID 应用系统的总体观。

第二部分 基本技术

学生带着应用问题学习 RFID 芯片、标签封装、后道封装、读写器、空中接口协议等 RFID 单元化技术，通过 RFID 标签制作实验箱、RFID 读写器基础实验箱、主流读写器实验套件等 进行 RFID 标签、读写器的实验实践，加深对 RFID 单元化技术的理解，提高运用技能。通过 对 RFID 读写器基础实验箱、主流读写器实验套件的操作，加深对防碰撞原理的理解。结合 面向防伪的 RFID 公共服务平台系统的操作，学习 RFID 安全与隐私、RFID 公共服务体系设计 等 RFID 系统技术。

第三部分 综合实践

通过 RFID 标签选型系统、RFID 标签粘贴位置优化系统、读写器空间辅助部署教学系统、 RFID 应用流程建模与仿真系统等操作实验，加深对于包括标签选型技术、标签空间部署技 术、读写器参数调整技术、读写器空间部署技术、面向领域 RFID 中间件、RFID 流程建模与 仿真技术、RFID 系统 ROI 分析等 RFID 应用工程理论和技术的理解，使学生了解实际 RFID 应 用项目中经常会遇到的一些问题及解决法，提高学生的实际问题解决能力。

A3“传感网原理及应用”课程实验教学大纲

1．实验概述

“传感网原理及应用”课程实验在容上包括传感网的核心知识点。学生通过实验，应 掌握传感网的通信协议、关键技术和设计法，为今后从事物联网传感网应用系统设计打下 坚实的基础。

2．实验目的和要求

“传感网原理及应用”课程实验的目的是使学生掌握传感网系统的工作原理，掌握运用 传感网通信协议、关键技术进行传感网应用系统设计的法，配合课堂教学加深学生对基础 理论知识的理解与掌握。

本课程实验要求理解传感网的基本组成和工作原理；理解传感网在典型领域的应用系统

及其工作法；理解传感网通信协议设计原理；理解传感网时间同步等关键技术设计法； 理解传感网应用系统设计法。

3．主要原理及概念

本实验涉及物联网中传感网应用系统设计和相关产品开发的主要原理和基本实现技术。 具体包括通信协议、时间同步、传感网应用系统等。

4．实验环境

传感网实验箱、软件仿真工具。

5．实验容

第一部分 基本认知 配合传感网基本概念、特点、传感网应用系统组成的课程教学，通过传感节点（包含传

感器）、网关及 PC 搭建的传感网基本系统操作，使学生对传感器节点、网关等传感网基本系 统构件，以及传感网应用系统建立直观的认识。在此基础上播放传感网工作原理录像，使学 生初步了解传感网的工作原理。同时，要求学生搜集资料，寻找传感网在环境监测、精准农 业、智能交通、工业监控领域的典型应用案例，让学生了解传感网技术的应用价值，通过案 例使学生建立起传感网应用系统的总体认识。