《无线网络技术》课程教学大纲

《无线网络技术》课程教学大纲

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

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

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 H 指标点 2-4 L 指标点 3-1 H 指标点 4-1 H 指标点 5-1 H 指标点 5-3 L 指标点 6-1 H 指标点 10-2 H 1. 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 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

理论学时共34学时。 章节 基本内容 从计算机网络到无线网络，内容包括：计算机网络概述、网络1 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。 无线通信和网络仿真技术基础，内容包括：无线电频谱、无线2 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。 无线局域网，内容包括：无线局域网组成和服务、802.11协议3 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。 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4 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。 卫星网络和空天信息网络，内容包括：卫星网络概述、卫星网5 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。 无线自组织网络，内容包括：Ad Hoc网络概述、MANET体系6 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。 无线传感器网络，内容包括：传感器简介、无线传感网概述、7 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。 无线个域网，内容包括：概述、无线个域网关键技术、802.15、8 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。 物联网，内容包括：概述、架构/标准/中间件、RFID/NFC、硬9 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2 3 3 3 2 3 2 3 2 3 2 2 2 3 3 3 3 4 2 2 课堂课外学时 学时 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。 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11 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。 无线网络安全，内容包括：网络安全概述、无线网络安全简史、12 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。 13 讨论/总结/复习/机动 6 6 2 2 3 4

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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 实验项目名称 构建无线网络仿真实验环境 无线网络信号测量实验 无线局域网组网与管理实验 无线局域网数据包捕获与分析实验 无线局域网测量程序开发实验 OpenWRT路由器配置WiFi网络打印服务实验 隐藏节点和暴露节点仿真实验 无线城域网WiMax 协议仿真实验 蜂窝移动网络的数据传输实验 卫星网络的Iridium和Teledesic系统仿真实验 NS2 无线路由协议设计仿真实验 无线自组织网的AODV和DSR协议仿真实验 无线传感网的DD和S-MAC协议仿真实验 水下无线传感网协议仿真实验 Arduino节点安装和通信配置实验 ZigBee节点和安装基础实验 基于ZigBee的户外环境监测网络实验 IEEE 802.15.4和ZBR路由协议仿真实验 RFID 和NFC数据读写和传输实验 实验类型 (或上机类型) 演示 验证 操作 操作 设计 操作 验证 验证 综合 操作 设计 操作 操作 操作 操作 操作 综合 操作 操作 实验类别 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业基础 专业 专业 专业 专业基础 时数 1 2 1 1 2 1 1 1 2 1 2 1 1 1 2 2 2 1 2 每组人数 1 2 1 1 1 2 1 1 2 1 1 1 1 1 2 2 2-4 1 2 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 树莓派安装和配置WiFi路由器实验 传感器节点Contiki系统安装配置实验 Contiki环境的CoAP协议仿真实验 Contiki环境的RPL协议仿真实验 无线车载网络的IEEE 802.11P 和VANET协议仿真实验 无线体域网健康监测系统实验 无线室内定位的仿真实验 无线室内定位的实测实验 无线网络安全的黑洞和灰洞攻击仿真实验 无线网络安全的Watchdog监测仿真实验 综合 综合 操作 操作 验证 设计 研究 研究 研究 研究 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 专业 1 1 1 1 2 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 2 1 2 1 4 1 1 基于Contiki和RPL的无线传感网组网实测实验 综合

七、考核及成绩评定方式

（一）考核内容与评价依据 毕业要求指标点 指标点1-3 评价与达成度计算依据 课程目标 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。 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。 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。 达成途径 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%。 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%。 1. 实验评分。 2. 课外实践评分。 3. 实验50%，课外实践50%。 指标点2-4 实验、课外实践环节训练培养学生分析、设计能力。 指标点3-1 实验、课外实践环节训练培养学生分析、设计能力。 指标点4-1 课堂讲授有关原理、步骤和方法，能够研究无线网络系统及协议的原辅以课外自学，理、步骤及使用方法等，通过分析与实验、课外实践理解结果，调整系统相关组成部分，环节培养学生的改善无线网络整体性能及可用性。 操作、动手、观察、调整、优化等能力。 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。 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。 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。 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。 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。 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，报告演讲环节培养学生沟通交流表达能力。 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 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 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。 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。 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%，期末试卷相关试题50%。

（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 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。 得分 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。 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。 不能提出解决问题的基本方案，参与课堂交流少。 实验 实验准备 实验操作 实验报告 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。 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。 80-89 60-79 0-59 得分 准时到达实验室，预按要求分组、遵守纪律、习完成率95%以上，操作正确、认真完成实验，实验步骤完全清楚。 实验结果原始数据能完整准确地获取和有效记录。 准时到达实验室，预习完成率80%至95%，实验步骤基本清楚。 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。 预习完成率30%至60%。 预习完成率30%以下。 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。 90-100 80－89 按要求分组，操作存在少报告内容基本完整，正确率量错误，基本认真进行实60%至80%，无抄袭。 验，实验结果原始数据基本完整准确，能予以记录。 按要求基本能完成实验，原始数据基本完整。 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完整。 报告内容不完整，指导教师指出后补充仍不完整。 70－79 60－69 0－59 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，90-100 无抄袭情况。 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75-89 70-89%，无抄袭情况。 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60-74 在60%至69%，或存在轻度抄袭。 0-59 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。

文献阅读翻译 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。 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。 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。 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。 得分 90-100 80-89 60-79 0-59

主题报告演讲 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。 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。 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。 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。 （三）成绩评定方式

序号 1 2 3 4 5 6 合计

考核方式 课堂表现 实验 课外实践 文献阅读翻译 主题报告演讲 期末考试 总成绩 成绩比重（%） 10 10 15 10 15 40 100 得分 90-100 80-89 60-79 0-59 八、教材及参考书目：

类别 教材 教材名称 无线网络技术教程(第2版) 无线通信与网络（第2版） 无线网络技术原理与应用 参考书 无线局域网搭建与管理 无线网络技术导论 无线传感器网络 网络技术实践教程 编者 金光,江先亮 Stallings Rackley 张瑞生等 汪涛 孙利民 金光 出版社 清华大学出版社 清华大学出版社 电子工业出版社 电子工业出版社 清华大学出版社 清华大学出版社 电子工业出版社 出版时间 2017.3 2005.10 2012.3 2011.4 2012.10 2005.5 2009.6

撰写人： 审核人：

制定时间：2017年7月