基于云实验平台的无线传感器网络实验教学探索

王建彬

基金项目：广东省高等教育教学改革项目“基于学科交叉和科教融合的《无线传感网技术》课程改革及实践”、广东省高等学校特色专业建设项目“软件工程”、肇庆学院质量工程项目（项目编号：zlgc201842）和实践教学改革研究项目（项目编号：sjjx202013）成果。

摘要：随着信息化社会的不断发展进步，高新技术产业发展迅猛，无线传感器网络就是其迅猛发展的代表产物之一，无线传感网络不仅具有极为广阔市场发展前景，还具有十分重要的实用价值。我国大部分高校为了培养出高新技术产业发展所需的技术性优秀人才，不断改善传统模式下开展实验教学当中对实验资源浪费、维护成本相对较高以及深受时间、空间制约等具体问题，因此，本文主要阐述基于云实验平台对无线传感器网络开展实验教学进行探索，以供业界人士参考和借鉴。

关键词：云实验平台;无线传感器网络;实验教学

一、云实验平台的组织架构

（一）云实验平台用户

云实验平台用户实际上就是指使用该平台的使用者，即高校教师、大学生和平台管理员。用户可以在互联网前端页面提交一份简单的申请，通过身份认证信息审核或者经过用户管理员认证同意后，即为申请成功，同时各用户可以随时随地登录该实验平台。其与传统模式下实验平台相比较而言，并不会大量占用使用者的计算机资源，而且不受时间、空间限制，用户可以选择任意时间、任意地点登录访问该实验平台，其实际操作具有便捷性和灵活性特点。

（二）云实验平台

云实验平台可以为平台使用者提供虚拟机的创建服务。通过该平台的创建服务用户可以远程连接并控制到实验系统和实验环境，为此该服务分别创建出了教学平台、管理员平台以及使用平台。而创建教学平台是为了便于教师使用者制作实验模板、及时发布实验资料、为学生在线答疑解惑、进行实验考评、管理学生实验成绩等;创建管理平台是为了便于管理员及时管理实验资源，避免造成不必要的资源浪费，还为了便于管理员维护实验环境，管理平台功能相对较多，其中包括权限管理、系统配置、实验监控等。为用户提供不同的实验环境，给用户属于自己的实验空间，用户之间互不影响、互不干涉。而创建使用平台也是为高校学生提供一个可以预约实验、线上实验、分享交流和查询实验成绩的端口。

（三）实验室和实验装置

开展云实验，则需将具有实体的实验室和实验装置转化成一个可操作的载体。用户登录云实验平台中心后，用户可以通过远程控制连接软件对实验室当中的计算机实行远程访问，实验室当中的计算机和WSN实验装置通过网络线缆连接，可让实验实现全天运行。这不仅全面提升实验装置的实际利用率，还让开展的实验愈加具有便捷性、灵活性以及可扩展性。

二、云平台的实验内容

（一）无线片上实验

无线片上实验主要包括定时器实验、串口通信实验和外部中断实验等。登录云实验平台中心，学生对实验室当中的计算机实行远程操控，在查看实验结果时，可以对串口调试助手以及程序编译结果加以利用。实际上，其主要目的就是让开展实验的学生熟悉无线片上实验系统的基础功能，并对定时器、外部中断、串口通信等具体操作方法掌握的愈加全面，这样可以保证后续实验的顺利开展，也可以为后续实验奠定坚实基础。

（二）传感器实验

传感器实验主要包括光强实验、温度实验、烟雾实验、压力实验等。主系统的实验控制软件会把不同环境下的不同编译结果与搜集到的实验数据通过互联网前端直接反馈给云实验平台中心，并通过该实验平台反馈给线上实验的用户。利用云平台中心开展的一系列创新性实验，有助于高校学生对各种各样类型传感器制作原理理解的更为透彻，同时对传感器动态静态标定的实际用法进行扎实掌握，并学会利用所学的基础知识对数据处理与传感器信号进行全面分析，为了进一步实现传感器的特定功能，需结合所学基础知识开展无线片上实验，进一步提升高校学生自身测试测量的能力[1]。

（三）无线传感器组网试验

开展无线传感器组网试验主要为进一步强化学生独立自主学习能力、独立自主探索创新能力以及自身工程能力，其中主要包括Zigbee星型、树形组网试验以及无线MESH组网实验。利用这三种组网形式形成对比实验，有助于高校学生对这三种网络类型拓扑结构的优势、劣势进行直观且详细的深入了解。

（四）WSN实验

WSN实验是一种分布式温度、湿度进行无线测量的实验，其融合并全面提升上述提到的三种实验类型，即无线片上实验、传感器实验以及无线传感器组网试验，实验过程中不仅充满无限趣味性与较强挑战性，还可以培养高校学生的逻辑思维能力和理论与实践结合能力，让学生在思维得到发散的同时提升自身综合素养。这对推动学生未来发展具有十分重要的促进作用[2]。

综上所述，基于云平台实验中心，开展WSN实验教学模式，不仅可以全面提升实验资源的实际利用率，还可以为高校教师、学生提供便利条件，让教师和学生可以利用自身空余时间开展日常工作和进行日常学习，在提升教师工作效率的同时也提升学生的学习质量。WSN实验教学模式的开展，让学生拥有大量的精力和时间利用所学知识开展各项实验，且云平台安排的实验内容会从简单到困难，循序渐进，这样不仅可以激发大学生学习的积极主动性，还可以培养大学生实践操作能力，从而取得良好的教學效果。

参考文献：

[1]崔勇， 张茜， 宋晓，等. 无线传感器网络课程云实验模式探索[J]. 中国教育技术装备， 2019（12）.

[2]胡四泉， 王志良. “无线传感器网络”课程实验教学探讨[J]. 中国电力教育：上， 2010.