湖南自考12573无线传感网技术考试大纲

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湖南省高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称：无线传感网技术  课程代码：12573

第一部分课程性质与目标

一、课程性质与特点

无线传感网技术是高等教育自学考试物联网工程专业的选考课程，是为从事物联网应用系统相关的理论研究、工程实践提供基本知识储备和基本训练的基础理论性课程。课程具有典型的跨学科特点，涉及网络、通信、电子、自动化、计算机等不同领域的相关技术，包括传感器技术、嵌入式计算技术、计算机网络和无线通信技术等重要信息技术。通过本课程的学习，能加深考生对无线传感网的理解，为进一步研究和从事无线传感网应用开发和工程实践工作提供良好的基础。因此，对培养考生的辩证思维能力，树立理论联系实际的科学观点，以及提高考生分析问题、解决问题的能力，都有着重要的作用。

二、课程目标与基本要求

作为物联网工程专业的一门课程，要求考生在了解当今信息化社会发展的基础上，进一步掌握无线传感网技术的发展和应用，特别是无线传感网的核心技术手段，为之后物联网的工程实践打下基础。因此，本课程的主要目标是使考生深入理解和认识无线传感网的基本原理及应用实例，掌握基本概念和理论，熟悉无线传感器网络发展与应用，领会无线传感器网络的主要特点与关键技术。因此，本课程的主要目标是使考生既能够掌握无线传感器网络的基本概念和工作原理等基础知识，又能够了解前沿技术和热点研究内容。

基本要求：

1．熟悉无线传感器网络的体系结构；

2．掌握无线传感器网络中的物理层协议、MAC协议；

3．熟悉ZigBee、蓝牙、WiFi等短距离无线通信技术等无线通信协议；

4．熟练掌握无线传感器网络中的重要路由协议；

5．领会无线传感器网络拓扑控制技术、覆盖技术；

6．掌握无线传感器网络的时间同步与节点定位技术；

7．熟悉无线传感器网络的数据融合技术；

8．领会无线传感器网络安全策略；

9．了解物联网接入与车联网通信。

三、与本专业其他课程的关系

本课程与相关课程的联系和区别主要有以下三个方面：

1．与宽带IP网络课程的联系与区别：无线传感网技术和宽带IP网络都涉及到网络架构设计、通信协议、数据传输等方面的问题。主要区别在于应用场景和实现方式。宽带IP网络通常是建立在有线网络的基础上，具有大规模、复杂的特点，而无线传感网则是基于分布式、低功耗、小规模的传感器节点组成，用于采集环境数据等信息。因此，在无线传感网中，需要考虑节点间的通信和能源消耗等问题。

2．与数据通信基础课程的联系与区别：无线传感网技术和数据通信基础都涉及到数据通信的基本概念和技术，包括数据传输、信号传输、编码和调制等。两者都关注数据通信的性能、效率和可靠性，以及如何优化和改进它们。主要区别在于无线传感网中的节点通信需要考虑到低功耗、低数据传输速率等特点，而数据通信则一般需要考虑到高速率、高带宽等特点。此外，无线传感网中的节点通信一般是基于某些物理参数的感知，而数据通信则是基于通信协议和传输技术进行的。

3．与物联网工程导论课程的联系与区别：无线传感网技术和物联网工程导论都涉及到无线通信技术和传感器技术，涵盖了物联网的架构和组成部分。两者都需要了解物联网的应用以及物联网技术的未来发展方向。主要区别在于无线传感网技术更注重传感器的应用和数据的采集、传输、处理和存储等方面的内容，而物联网工程导论更注重物联网的整体架构和应用场景，涉及到物联网的各个层次和更广泛的领域，包括智慧城市、智能制造、智能交通等方面的应用。

第二部分考核内容与考核目标

第一章概述

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求了解无线传感网络的发展概况，掌握无线传感器网络的基本概念，理解无线传感网络的关键技术和应用领域，了解无线传感网与物联网的区别和联系，理解无线传感网络的典型应用及其原理。本章的难点内容为无线传感网的典型应用的举例说明，要求考生能够对这些应用案例进行分析，掌握其构成，工作原理和工作过程。

二、考核知识点与考核目标

（一）无线传感器网络的发展概况（一般）

识记：无线传感器网络的发展历程与方向

（二）无线传感器网络的基本概念（重点）

识记：1.无线网络及其分类

2.无线传感器网络的基本概念与组成

3.无线传感器网络的基本特征

（三）无线传感器网络的关键技术（重点）

理解：1.无线传感器网络高效低耗运行的关键措施

2.无线传感器网络协同工作的保障机制

3.无线传感器网络安全和抗干扰技术

（四）无线传感器网络与物联网（次重点）

理解：1.物联网的定义

2.无线传感器网络与物联网的区别与联系

（五）物联网体系结构（次重点）

理解：物联网体系结构的分层划分

（六）典型应用（重点）

应用：无线传感器网络的典型应用举例

第二章无线传感器网络体系结构

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求理解传感器节点结构、网络拓扑结构、网络协议结构无线传感器网络的体系结构的基本概念，了解无线传感器网络物理层的主要功能、传输介质、频率选择、调制解调机制及其主要用途，理解无线通信信道的分配，了解无线传感网数据链路层的介质访问控制，理解基于自动请求重传的差错控制技术，掌握无线传感网网络路由协议的特征、分类、平面路由协议及层次路由协议，理解无线传感网传输层的特点、关键问题、基于拥塞控制的传输层协议，了解基于可靠性传输层协议。本章的难点内容为多通信信道的特征、自动请求重传的三种常见处理方式、层次与平面路由协议。

二、考核知识点与考核目标

（一）体系结构概述（重点）

识记：1.传感器节点结构

2.无线传感器网络的典型操作系统

3.无线通信模块的4种状态

理解：1.无线传感器网络的基本协议结构

2.平面网络结构

3.层次网络结构

4.混合网络结构

5.Mesh网络结构

（二）物理层（次重点）

识记：1.互联设备类型

2.传输介质类型

理解：1.无线电频谱段的分配

2.调制解调技术

3.物理层的功能

应用：多信道通信

（三）数据链路层（重点）

理解：1.数据链路层的功能

2.数据链路层能耗控制

3.数据链路层MAC协议分类

应用：自动请求重传技术的常见处理方式

（四）网络层（重点）

理解：1.无线传感器网络路由协议的特征

2.无线传感器网络路由协议的分类

3.能量感知路由协议

4.平面路由协议

5.层次路由协议

6.基于查询的路由协议

7.基于地理位置的路由协议

应用：LEACH协议的工作原理

（五）传输层（次重点）

理解：1.无线传感器网络传输层协议设计考虑的三个关键问题

2.基于拥塞控制的传输层协议

3.基于可靠性的传输层协议

（六）应用层（一般）

识记：应用层相关技术

第三章无线传感器网络支撑技术

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求了解无线传感网络覆盖控制的概念、评价指标、节点部署方式和覆盖控制类型，进而掌握几种典型的覆盖控制算法及其实现，了解无线传感网络拓扑控制的任务和目标，了解无线传感网络拓扑结构形式，掌握各种拓扑控制方法，了解无线传感网时间同步技术的意义与相关概念，掌握传统时间同步技术（RBS同步、TPSN同步），理解节点定位技术的特点与关键问题，掌握基于测距的定位技术和基于非测距的定位技术，了解无线传感器网络故障来源，理解无线传感器网络故障检测与容错模式。理解数据融合技术的作用，了解数据融合技术的分类方式。本章的难点内容为基于分簇的拓扑控制方法中的LEACH算法、节点部署方式和感知模型、TPSN时间同步机制和基于测距的定位方法。

二、考核知识点与考核目标

（一）网络覆盖与拓扑控制技术（重点）

识记：1.无线传感网络覆盖控制技术的概念

2.覆盖控制算法的评价指标

3.覆盖方式分类

4.拓扑控制方法分类

理解：1.节点部署方法

2.节点感知模型

3.拓扑控制的任务与目标

4.基于网格的覆盖控制算法

5.基于轮换活跃/休眠的覆盖控制算法

（二）能量管理技术（一般）

识记：1.节点硬件能耗分布情况

2.能量管理方法分类

（三）时间同步技术（重点）

识记：1.时间同步技术的意义

2.节点时钟模型的分类

3.无线传感器网络时间同步机制分类

理解：1.设计时间同步机制的关键因素

2.RBS时间同步机制

3.TPSN时间同步机制

应用：1.时间同步机制之间的比较

（四）定位技术（重点）

识记：1.无线传感网络节点定位概念

2.无线传感网络节点定位特性

3.无线传感网络定位算法分类

理解：1.无线传感器网络定位原理

2.基于测距的定位算法

3.无须测距的定位算法

4.无线传感网络定位方法的技术指标

应用：1.基于TOA的测距计算

2.采用三边定位法计算节点的坐标

（五）容错技术（次重点）

识记：1.容错技术基本概念

2.无线传感网络节点故障分类

理解：1.容错技术与网络协议间的关系

2.基于空间相关性的故障检测方法

3.无线传感器网络故障检测与容错模式

（六）数据融合技术（重点）

识记：数据融合技术的分类方式

理解：1.数据级融合过程

2.特征级融合过程

3.决策级融合过程

第四章无线传感器网络安全技术

一、学习目的与要求

过本章学习，要求了解无线传感网络安全体系、安全框架、安全认证方式和的密钥管理，进而理解几种典型的安全路由算法及其实现，了解无线传感网络，了解无线传感网络隐私保护技术。本章的难点内容为安全认证中的身份认证与消息认证。

二、考核知识点与考核目标

（一）无线传感器网络安全体系（重点）

识记：1.无线传感网络安全的重要性

2.无线传感网络的安全目标

理解：无线传感网络的安全体系结构

（二）无线传感器网络攻击与安全框架（重点）

识记：1.无线传感网络主动攻击的分类

2.路由攻击的分类

理解：无线传感网络的安全路由机制

（三）无线传感器网络安全认证（重点）

识记：1.常用的身份认证方法

2.消息认证的定义

理解：单跳和多跳广播消息认证的区别

应用：安全认证过程与方法

（四）无线传感器网络密钥管理（重点）

识记：无线传感器网络密钥管理的概念

理解：1.预分配密钥管理方案

2.无线传感器网络密钥管理面临的挑战应用：就地密钥管理方案的实现方式

（五）无线传感器网络安全路由协议（重点）

识记：无线传感器网络安全路由协议的特点

理解：无线传感器网络安全路由协议考虑的因素

（六）无线传感器网络隐私保护（次重点）

识记：无线传感器网络隐私保护的基本需求

理解：面向数据的隐私保护的攻击方式

第五章物联网无线通信技术

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求了解当前比较流行的ZigBee标准、蓝牙技术、WiFI等各种短距离无线通信技术与标准，掌握这些技术和标准的基本原理、关键技术和实现方法，了解和掌握不同短距离无线通信技术与标准各自的适用领域以及发展趋势等方面的内容。本章的难点内容为ZigBee的工作过程以及蓝牙的功能单元和通信过程。

二、考核知识点与考核目标

（一）蓝牙技术（重点）

识记：1.蓝牙的载波频段

2.蓝牙设备的功率等级

3.蓝牙技术分类

理解：1.蓝牙的协议栈的体系结构

2.低功耗蓝牙技术优势

（二）WiFi技术（重点）

识记：Wi-Fi技术标准的制定

12573无线传感网技术考试大纲第6页（共10页）

理解：1.Wi-Fi技术的应用优势

2.Wi-Fi无线网络拓扑结构的构成

（三）ZigBee技术（重点）

识记：1.ZigBee技术的特点

2.ZigBee节点设备类型理解：1.ZigBee的体系结构

2.ZigBee网络的建立与维护过程

（四）LoRa技术（次重点）

识记：LoRa协议工作频段

理解：LoRa网络结构的组成

（五）NB-IoT技术（次重点）

识记：NB-IoT协议工作频段

理解：NB-IoT部署方式

（六）5G技术（一般）

识记：1.非正交多址接入技术（NOMA）

2.正交频分复用技术（OFDM）

第六章物联网接入与互联技术

一、学习目的与要求

通过本章学习，要求了解物联网接入技术与互联技术的体系结构、协议层次，理解互联网络的路由技术和交换技术的基本原理。

二、考核知识点与考核目标

（一）物联网接入技术（重点）

识记：1.面向无线传感器网络的接入技术

2.面向互联网的接入技术

（二）网络互联技术（次重点）

识记：网络设备划分

理解：网络时延的构成

（三）互联网络路由技术（重点）

识记：路由器的硬件组成

理解：1.RIP协议解决环路的方法

2.RIP协议的工作过程

（四）互联网络交换技术（一般）

理解：1.交换技术类型

2.交换机上的端口状态

应用：交换机和路由器间的关系和区别

第七章车联网通信技术（不作考核要求）

第三部分有关说明与实施要求

一、考核的能力层次表述

本大纲在考核目标中，按照“识记”“理解”“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：

识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。

理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。

应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知

识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。

二、教材

指定教材：《无线传感器网络与物联网通信技术》，李强等，电子工业出版社，2024年第1版

三、自学方法指导

1．在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

2．阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。

3．在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。

4．完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。

四、对社会助学的要求

1．应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。

2．应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。

3．辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。

4．辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。

5．辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。

6．注意对考生能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。

7．要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。

8．助学学时：本课程共4学分，建议总课时72学时，其中助学课时分配如下：

五、关于命题考试的若干规定

1．本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。

2．试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为 30 %、“理解”为 40%、 “应用”为 30 %。

3．试题难易程度应合理：容易、中等、难比例为 3：4：3。

4 ．每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占 60%，次重点占 30% ，一般占10%。

5．试题类型一般分为：单项选择题、名词解释题、简答题、分析计算题、论述题。

6．考试采用闭卷笔试，考试时间 150 分钟，采用百分制评分，60 分合格。

六、题型示例（样题）

一、单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）

在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡”上的相应字母涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。

1．传感器节点的能耗主要集中在

A ．连接          B ．电池         C ．通信        D．传感

二、名词解释题（本大题共 5 小题，每小题 3分，共 15 分）

11．WSN

三、简答题（本大题共 5 小题，每小题 6 分，共 30 分）

16．简述无线传感网络定义及特点。

四、计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分）

21．发射节点在 T0、T2 时刻发射无线射频信号和超声波信号，接收节点记录下这两种信号的到达时间 T1、T3，已知无线射频信号和超声波的传播速度为v1、v2,计算两个节点之间的距离 d。

五、论述题（本大题共 1 小题，每小题 11 分，共 11 分）

23．请论述无线传感网络与物联网的关系。