《无线网络技术》课程教学大纲.doc

无线网络技术无线网络技术课程教学大纲课程教学大纲一、课程基本情况一、课程基本情况课程编号：103T26B 学分：2.5 周学时：3(理论 2/实验 1) 总学时：51 开课学期：3.1开课学院：信息科学与工程学院英文名称：Wireless Networking Techniques适用专业：计算机科学与技术、网络工程、通信工程、物联网工程、软件工程、电气自动化、电子科学与技术等课程类别：专业方向模块课前序课程：计算机网络后续课程：网络集成实践课程负责人：金光 所属基层学术组织：计算机科学与技术系/所二、课程简介二、课程简介本课程全面系统讲授了无线网络技术全貌和相关技术细节，重点围绕各种主流的无线网络技术和应用。通过修读本课程，学生将系统掌握无线网络的主要基础知识，深入学习和领会多种主流无线网络协议的工作原理和功能、无线网络协议仿真技术、无线网络应用方法等专业知识。本课程是计算机、通信、物联网、电子、自动化等多个 IT 专业的选修课程，是“计算机网络”课程的主要后续课程。三、教学目标三、教学目标要求学生系统掌握无线网络的基本知识、体系结构、主要功能。掌握无线网络的实现方法、主要的无线网络应用技术等。学生将深入学习无线通信基础和网络仿真技术基础、无线局域网、无线城域网和蜂窝通信网络、卫星网络、无线自组织网、无线传感网、无线个域网、物联网、无线车载网和智能交通、无线体域网、无线室内定位、无线家居网、无线网络安全等专业知识。学生将初步掌握分析和设计无线网络、无线网络仿真技术等的知识和技能，为今后从事无线网络技术领域的相关应用、开发和研究打下良好基础。本课程应支撑毕业要求指标点指标点1-3指标点2-4指标点3-1指标点4-1指标点5-1指标点5-3指标点6-1指标点10-2HLHHHLHH1. 深入掌握无线网络的概念/体系/层次，理解各种主流无线网络技术如无线局域网/无线城域网/蜂窝网络/卫星网络/无线自组织网/无线传感网/无线个域网/物联网/无线车载网和智能交通/无线体域网/无线室内定位/无线家居网/无线网络安全等专业知识，能用于实际的无线网络及应用系统中。 （指标点 1-3）2. 能针对实际的无线网络应用问题，分析、设计和构建相应的无线网络系统，应用各种相关网络协议，分析无线网络数据分组传输和网络协议运行过程。 （指标点 2-4）3. 掌握无线网络的各种主流协议、组网方法和步骤，具有应用无线网络协议和设计/构建实际无线网络应用系统的基本能力，包括程序软件的设计和实现。 （指标点 3-1）4. 能够研究无线网络系统及协议的原理、步骤及使用方法等，通过分析与理解结果，调整系统相关组成部分，改善无线网络整体性能及可用性。 （指标点 4-1）5. 能使用典型的无线网络硬件工具仪器(如 AP/传感器等)、数据分组分析软件(如WireShark)、无线网络信号分析软件(如 inSSIDer)、网络仿真软件(如 NS2)等，用于无线网络应用系统的分析、构建和开发，分析其优缺点。 （指标点 5-1）6. 能有效使用互联网，访问各种技术标准库(如 RFC/802/3GPP)、专业文献数据库(如IEEE/ACM)等，搜集无线网络技术领域相关标准、文献等，用于分析解决各种复杂问题。（指标点 5-3）7. 了解无线网络技术的发展历程，各种技术标准演进过程，各类协议发展和变化过程，熟悉相关的技术标准、知识产权和法律法规。 （指标点 6-1）8. 通过搜集无线网络领域的国际标准和前沿文献，通过文献阅读翻译、主题报告演讲等形式，了解相关领域学术动态，把握技术前进脉搏。 （指标点 10-2）四、课程教学方法四、课程教学方法课程教学以课堂讲授为主，结合问答互动/文献阅读翻译/主题报告演讲/实验/课外探索实践等共同实施。课堂讲授讲解无线网络技术的基本概念，注重扩展学生的知识面，培养学生的分析、设计方法，了解无线网络原理和主流应用技术，通过问答互动等方式提高学生对本课程的学习兴趣、思维方式和研究方法。文献阅读翻译通过教师提供和学生自行搜集相结合的方式，获取无线网络领域的前沿文献，学生分小组进行，每人均参与阅读翻译英文文献，共同完成文献翻译报告。主题报告演讲基于各组的文献阅读翻译成果，制作 PPT，到讲台上围绕各个技术主题进行演讲，并回答师生听众的问题。实验前学生须对实验项目充分预习。实验过程中，要求独立或分组在规定学时内完成实验操作，操作过程中学生遇到问题，教师以引导学生思考为主，训练学生独立分析与解决问题的能力。通过实验，要求学生掌握各种无线网络技术的基本原理和操作，熟悉和掌握主流协议技术，能够解释实验结果。课外实践由学生分组，自行组织有关无线网络/物联网/移动互联网技术的实践活动，可结合实验内容中的复杂实测性实验，或其它相关科技作品创新实践/新协议仿真/户外实践/应用 APP 等。尤其鼓励同学完成科技作品后，积极完成软件著作权/发明专利/实用新型专利、撰写学术论文等。五、教学内容及学时分配五、教学内容及学时分配理论学时共 34 学时。章节基本内容课堂学时课外学时1从计算机网络到无线网络，内容包括：计算机网络概述、网络协议体系、无线网络简史、无线网络分类、计算机网络和无线网络应用、计算机网络技术进展、相关标准化和权威组织等。布置课外探究式学习主题。222无线通信和网络仿真技术基础，内容包括：无线电频谱、无线传输介质和方式、损耗和衰落、调制、扩频、复用和多址、天线、MIMO、认知无线电、可见光通信和激光通信、无线充电、网络仿真技术、NS2 基础等。课外学习无线通信和网络仿真知识。343无线局域网，内容包括：无线局域网组成和服务、802.11 协议体系结构和主流标准、802.11AC 技术细节、802.11 测量及工具、其它无线局域网技术标准、无线局域网应用。课外学习、分析无线局域网相关技术标准。334无线城域网和无线广域网，内容包括：无线城域网和无线广域网概述、802.16、802.20、2G/3G/4G/5G 技术、无线城域网和无线广域网的应用等。课外学习了解无线城域网、无线广域网、蜂窝通信等技术的发展和应用。235卫星网络和空天信息网络，内容包括：卫星网络概述、卫星网络原理、典型的卫星网络系统、移动卫星系统通信标准和网络设计、卫星网络的应用、卫星网络的发展前景、空天信息网络如星际深空网络和时延容忍网络等。课外学习了解卫星网络的实际应用。226无线自组织网络，内容包括：Ad Hoc 网络概述、MANET 体系结构、MANET 路由协议、MANET 的其它技术、无线网状网、Ad Hoc 网络的应用等。课外学习了解有关自组织网络相关技术。237无线传感器网络，内容包括：传感器简介、无线传感网概述、无线传感网体系结构、无线传感网协议分析、无线传感网应用、水声通信和水下无线传感网、研究进展。课外学习有关传感器和无线传感网的的应用知识。238无线个域网，内容包括：概述、无线个域网关键技术、802.15、蓝牙、ZigBee 协议体系结构、802.15.4 协议、主流的无线个域网协议、无线个域网的应用。课外学习无线个域网、ZigBee相关应用。239物联网，内容包括：概述、架构/标准/中间件、RFID/NFC、硬件平台、操作系统、典型技术协议、应用、低功耗广域物联网和窄33带物联网、发展和技术挑战。课外学习了解物联网发展和应用。10无线车载网络和智能交通，内容包括：智能交通和无线车载网络概述、无线车载网络的应用分类和要求、智能交通系统组成/架构标准/应用、802.11P 协议标准、技术挑战、研究进展、无人驾驶汽车等。课外学习了解智能交通和无线车载网络的实际应用。2311无线体域网内容包括：简介、要求、关键技术、主流协议802.15.6、应用示例；无线室内定位包括：概述、室内定位和评价标准、基于无线射频的室内定位应用系统、其它无线室内定位系统等；无线家居网包括：应用场景、关键技术、主流标准等。课外学习了解有关室内定位相关技术和应用。3412无线网络安全，内容包括：网络安全概述、无线网络安全简史、无线网络安全威胁、无线网络攻击防御方案、无线局域网安全技术、MANET 安全技术等。课外学习了解无线网络安全相关技术和应用。2213讨论/总结/复习/机动66六、实验内容及学时分配六、实验内容及学时分配实验以 PC 机为主，嵌入式系统和其它设备为辅，单人/分组完成。根据实验内容安排，结合学生自身能力，自行选择实验项目和实验内容，实验课时间内要求完成不少于 12 项实验内容，其他内容可在课外探索实践环节自行进行。序 号实验项目名称实验类型 (或上机类 型)实验 类别时 数每组 人数1构建无线网络仿真实验环境演示专业112无线网络信号测量实验验证专业223无线局域网组网与管理实验操作专业114无线局域网数据包捕获与分析实验操作专业115无线局域网测量程序开发实验设计专业216OpenWRT 路由器配置 WiFi 网络打印服务实验操作专业127隐藏节点和暴露节点仿真实验验证专业118无线城域网 WiMax 协议仿真实验验证专业119蜂窝移动网络的数据传输实验综合专业2210卫星网络的 Iridium 和 Teledesic 系统仿真实验操作专业1111NS2 无线路由协议设计仿真实验设计专业2112无线自组织网的 AODV 和 DSR 协议仿真实验操作专业1113无线传感网的 DD 和 S-MAC 协议仿真实验操作专业1114水下无线传感网协议仿真实验操作专业1115Arduino 节点安装和通信配置实验操作专业22基础16ZigBee 节点和安装基础实验操作专业2217基于 ZigBee 的户外环境监测网络实验综合专业22-418IEEE 802.15.4 和 ZBR 路由协议仿真实验操作专业1119RFID 和 NFC 数据读写和传输实验操作专业 基础2220树莓派安装和配置 WiFi 路由器实验综合专业1221传感器节点 Contiki 系统安装配置实验综合专业1222Contiki 环境的 CoAP 协议仿真实验操作专业1123Contiki 环境的 RPL 协议仿真实验操作专业1124基于 Contiki 和 RPL 的无线传感网组网实测实 验综合专业2225无线车载网络的 IEEE 802.11P 和 VANET 协议 仿真实验验证专业1126无线体域网健康监测系统实验设计专业2227无线室内定位的仿真实验研究专业1128无线室内定位的实测实验研究专业1429无线网络安全的黑洞和灰洞攻击仿真实验研究专业1130无线网络安全的 Watchdog 监测仿真实验研究专业11七、考核及成绩评定方式七、考核及成绩评定方式（一）考核内容与评价依据（一）考核内容与评价依据毕业要毕业要 求指标求指标 点点课程目标课程目标达成途径达成途径评价与达成度计算依评价与达成度计算依 据据指标点 1-3深入掌握无线网络的概念/体系/层 次，理解各种主流无线网络技术如 无线局域网/无线城域网/蜂窝网络/ 卫星网络/无线自组织网/无线传感 网/无线个域网/物联网/无线车载网 和智能交通/无线体域网/无线室内 定位/无线家居网/无线网络安全等 专业知识，能用于实际的无线网络 及应用系统中。针对概念、原理、 协议等内容，通 过课堂讲授，结 合自学、课堂讨 论、课后作业等 方式达成。1. 课堂表现评分。 2. 实验评分。 3. 期末试卷相关试题 评分。 4. 课堂表现10%、实 验40%、期末试卷相 关试题50%。指标点 2-4能针对实际的无线网络应用问题， 分析、设计和构建相应的无线网络 系统，应用各种相关网络协议，分 析无线网络数据分组传输和网络协 议运行过程。实验、课外实践 环节训练培养学 生分析、设计能 力。1. 实验评分。 2. 课外实践评分。 3. 期末试卷相关试题 评分。 4. 实验25%、课外实 践25%、期末试卷相关试题50%。指标点 3-1掌握无线网络的各种主流协议、组 网方法和步骤，具有应用无线网络 协议和设计/构建实际无线网络应用 系统的基本能力，包括程序软件的 设计和实现。实验、课外实践 环节训练培养学 生分析、设计能 力。1. 实验评分。 2. 课外实践评分。 3. 实验50%，课外实 践50%。指标点 4-1能够研究无线网络系统及协议的原 理、步骤及使用方法等，通过分析 与理解结果，调整系统相关组成部 分，改善无线网络整体性能及可用 性。课堂讲授有关原 理、步骤和方法， 辅以课外自学， 实验、课外实践 环节培养学生的 操作、动手、观 察、调整、优化 等能力。1. 实验评分。 2. 课外实践评分。 3. 期末试卷相关试题 评分。 4. 实验30%，课外实 践30%，期末试卷相 关试题40%。指标点 5-1能使用典型的无线网络硬件工具仪 器(如AP/传感器等)、数据分组分析 软件(如WireShark)、无线网络信号 分析软件(如inSSIDer)、网络仿真软 件(如NS2)等，用于无线网络应用系 统的分析、构建和开发，分析其优 缺点。通过实验和实践 环节，重点培养 学生对各种硬件 设备和软件工具， 进行应用、分析 和总结的能力。1. 实验环节评分。 2. 课外实践环节评分。3. 实验50%，课外实 践50%。指标点 5-3能有效使用互联网，访问各种技术 标准库(如RFC/802/3GPP)、专业文 献数据库(如IEEE/ACM)等，搜集无 线网络技术领域相关标准、文献等， 用于分析解决各种复杂问题。课堂讲授引导， 自学、文献阅读 环节进一步培养 学生查找/搜集/ 阅读文献、分析 问题的能力。文献阅读评分， 100%。指标点 6-1了解无线网络技术的发展历程，各 种技术标准演进过程，各类协议发 展和变化过程，熟悉相关的技术标 准、知识产权和法律法规。课堂讲授有关技 术发展演讲和标 准法规等，自学、 文献阅读环节培 养学生自主了解 /掌握/分析技术 发展历程、标准 规范、法律法规 等的能力。1. 文献阅读评分。 2. 报告演讲评分。 3. 文献阅读50%，报 告演讲50%。指标点 10-2通过搜集无线网络领域的国际标准 和前沿文献，通过文献阅读翻译、 主题报告演讲等形式，了解相关领 域学术动态，把握技术前进脉搏。文献阅读环节培 养学生搜集/阅 读/分析外文文 献的能力，提高 其国际视野，报 告演讲环节培养1. 文献阅读评分。 2. 报告演讲评分。 3. 期末试卷相关试题 评分。 4. 文献阅读25%，报 告演讲25%，期末试（二）评分标准（包括课堂表现、实验、课外实践、文献阅读、报告演讲，不含期末试卷）（二）评分标准（包括课堂表现、实验、课外实践、文献阅读、报告演讲，不含期末试卷）课堂表现得分基本概念清晰，解决问题的方案正确、合理，能提出不同的解决问题方案，积 极参与课堂交流。90-100基本概念清晰，解决问题的方案较正确、合理，较积极参与课堂交流。80-89基本概念较清晰，能提出解决问题的基本方案，能参与课堂交流。60-79不能提出解决问题的基本方案，参与课堂交流少。0-59实验实验准备实验操作实验报告得分准时到达实验室，预 习完成率 95%以上， 实验步骤完全清楚。按要求分组、遵守纪律、 操作正确、认真完成实验， 实验结果原始数据能完整 准确地获取和有效记录。报告内容完整，正确率 95%以上，书写端正并保 留完整清晰的计算过程， 无抄袭；对实验过程中存 在问题有详细透彻的分析。90-100准时到达实验室，预 习完成率 80%至 95%，实验步骤基本 清楚。按要求分组、遵守纪律、 操作基本正确、较认真完 成实验，实验结果原始数 据能较完整准确地获取和 有效记录。报告内容完整，正确率 80%至 95%，书写端正并 保留完整清晰的计算过程， 无抄袭。8089准时到达实验室，预 习完成率 60%至 80%，关键实验步骤 基本清楚。按要求分组，操作存在少 量错误，基本认真进行实 验，实验结果原始数据基 本完整准确，能予以记录。报告内容基本完整，正确 率 60%至 80%，无抄袭。 7079预习完成率 30%至 60%。按要求基本能完成实验， 原始数据基本完整。报告内容不完整，指导教 师指出后补充完整。6069预习完成率 30%以下。未能按要求完成实验，原 始数据存在错误。报告内容不完整，指导教 师指出后补充仍不完整。059课外实践得分实践过程认真，实践结果好，实践报告书写清晰、逻辑性强，正确率 90%以 上，无抄袭情况。90-100 实践过程较认真，实践结果较好，实践报告书写较清晰、符合逻辑，正确率 70-89%，无抄袭情况。75-89实践过程表现一般，实践结果基本合格，实践报告书写基本符合要求，正确率 在 60%至 69%，或存在轻度抄袭。60-74学生沟通交流表 达能力。卷相关试题50%。未有效开展实践，或未及时提交报告，或正确率<50%，或存在明显抄袭。0-59文献阅读翻译得分文献翻译过程认真，译文清晰，含义准确，文句通顺，格式和图表等规范。90-100文献翻译过程较认真，译文较清晰，含义较准确，文句较通顺，格式和图 表等较规范。80-89文献翻译过程基本认真，译文基本清晰，含义基本准确，文句基本通顺， 格式和图表等基本规范。60-79文献翻译过程较差，译文混乱，含义不准确，文句不通顺，格式和图表等 不规范。0-59主题报告演讲得分演讲过程认真，理解深入准确，材料准备充分，演讲流利，问答交流效果佳。90-100演讲过程较认真，理解较深入准确，材料准备较充分，演讲较流利，问答交流 效果较好。80-89演讲过程基本认真，理解程度一般，材料准备一般，演讲流利程度一般，问答 交流效果一般。60-79演讲过程不认真，理解程度较差，材料准备较差，演讲不流利，问答交流效果 差。0-59（三）成绩评定方式（三）成绩评定方式序号考核方式成绩比重（%）1课堂表现102实验103课外实践154文献阅读翻译105主题报告演讲156期末考试40合计总成绩100八、教材及参考书目：八、教材及参考书目：类别教材名称编者出版社出版时间教材无线网络技术教程(第 2 版)金光,江先亮清华大学出版社2017.3无线通信与网络（第 2 版）Stallings清华大学出版社2005.10无线网络技术原理与应用Rackley电子工业出版社2012.3无线局域网搭建与管理张瑞生等电子工业出版社2011.4参考书无线网络技术导论汪涛清华大学出版社2012.10无线传感器网络孙利民清华大学出版社2005.5网络技术实践教程金光电子工业出版社2009.6撰写人：审核人：制定时间：2017 年 7 月