《传感器网络》实验教学大纲
课程名称：
| 传感器网络
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课程编号：
| 420307
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适用专业：
| 网络工程
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总 学 分：
| 3
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总 学 时：
| 54
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其中实验学时
| 12
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一、实验课程性质、目的与任务
《传感器网络》课程是网络工程专业的一门方向课程。传感器网络在民用和军事领域广泛的应用，对《传感器网络》课程的教学提出了更高的要求。开设传感器网络实验，目的就是为了学生能够更好的掌握传感器结点的工作原理、传感器网络的形成过程，使课堂教学与实践环节紧密结合。希望学生能够充分利用实验条件，认真完成实验，从实验中得到应有的锻炼和培养，为今后进一步学习和应用传感器网络打下坚实的基础。
通过本实验课程，应达到以下几个教学目的
1. 加深对传感器网络的认识，掌握用VC模拟同构、异构网络的建立。
2. 掌握用VC模拟同构、异构网络定向扩散路由的建立。
3. 掌握用VC模拟E-G方案的密钥预分配、共享密钥建立、路径密钥建立并分析出局部连通率、抗毁性。
4. 掌握TinyOS的安装及使用。
二、实验教学基本要求
是为了使学生在课程学习的同时，通过实验教学验证课堂教学的理论，理解和掌握传感器网络中最基本、最广泛应用的概念、原理、理论和算法以及基本技术和方法，更好地掌握《传感器网络》课程教学大纲要求的内容。
上机实验要求：
1、认真做好实验内容的准备，就实验可能出现的情况提前做出思考和分析；
2、认真书写实验报告。实验报告包括实验项目名称、实验目的和要求、程序设计说明、程序清单。
三、实验项目与类型：
序号
| 实验项目
| 学时
| 实验性质
| 备注
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验证
| 综合
| 设计
| 研究
探索
| 必做
| 选做
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1
| 模拟同构网络的建立
| 2
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| √
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| √
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2
| 模拟异构网络的建立
| 2
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| √
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| √
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3
| 模拟同构网络基于扩散算法的路由建立过程
| 2
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| √
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| √
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4
| 模拟簇头之间基于扩散算法的路由建立过程
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| √
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| √
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5
| 模拟簇内节点之间基于扩散算法的路由建立过程
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| √
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| √
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6
| 模拟E-G方案的密钥预分配及共享密钥建立阶段
| 2
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| √
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| √
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7
| 模拟E-G方案路径密钥建立、分析出此方案的全局连通率
| 2
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| √
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| √
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8
| 分析出E-G方案的局部连通率、通信开销及抗毁性
| 2
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| √
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| √
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9
| TinyOS的安装及使用
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| √
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|
| √
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四、实验教学内容
实验一：模拟同构网络的建立
1、实验目的
掌握传感器网络节点部署的实际过程、创建传感器节点的邻居列表、求出传感器网络的物理连通分量（物理连通图）。
2、方法原理
根据传感器节点的通信原理，在理想的部署环境下模拟出节点的部署过程及节点邻居列表的创建过程、根据遍历算法求出传感器网络的物理连通分量（物理连通图）。
3、主要实验仪器及材料
计算机、Windows XP操作系统、VC。
4、实验内容
主要实现：（一）模拟出节点部署过程、（二）创建节点的邻居列表、（三）层次遍历算法。
实验二：模拟异构网络的建立
1、实验目的
掌握传感器网络节点部署的实际过程、创建簇头的邻居列表、低能节点选出自己的簇头。
2、方法原理
根据低能节点和高能节点的通信原理，在理想的部署环境下模拟出节点的部署过程、创建出簇头的邻居列表、低能节点选出自己的簇头。
3、主要实验仪器及材
计算机、Windows XP操作系统、VC。
4、实验内容
主要实现：（一）模拟出节点部署过程、（二）创建簇头的邻居列表、（三）低能节点选出自己的簇头。
实验三：模拟同构网络基于扩散算法的路由建立过程
1、实验目的
在同构网络中，基于扩散路由算法创建出每个传感器节点的路由表。
2、方法原理
根据扩散路由算法建立每个传感器节点的路由表。
3、主要实验仪器及材料
计算机、Windows XP操作系统、VC。
4、实验内容
创建每个传感器的路由表。
实验四：模拟簇头之间基于扩散算法的路由建立过程
1、实验目的
在异构网络中，基于扩散路由算法创建出每个高能节点的路由表。
2、方法原理
根据扩散路由算法建立每个高能节点的路由表。
3、主要实验仪器及材料
计算机、Windows XP操作系统、VC。
4、实验内容
创建每个高能节点的路由表
实验五：模拟簇内节点之间基于扩散算法的路由建立过程
1、实验目的
在簇内，基于扩散路由算法创建出每个簇内节点的路由表。
2、方法原理
根据扩散路由算法建立簇内节点的路由表。
3、主要实验仪器及材料
计算机、Windows XP操作系统、VC。
4、实验内容
创建每个簇内节点的路由表
实验六：模拟E-G方案的密钥预分配及共享密钥建立阶段
1、实验目的
掌握E-G方案密钥服务器分发密钥的过程、掌握两相邻传感器节点之间建立共享的过程。
2、方法原理
根据E-G方案随机密钥预分配方法给传感器节点分配密钥、根据共享密钥建立算法建立两相邻传感器节点之间的共享密钥。
3、主要实验仪器及材料
计算机、Windows XP操作系统、VC。
4、实验内容
主要实现：（一）随机密钥预分配算法；（二）共享密钥建立算法。
实验七：模拟E-G方案路径密钥建立、分析出此方案的全局连通率
1、实验目的
掌握E-G路径密钥建立过程、在物理连通图中求出密钥连通分量（密钥连通图）、掌握全局连通率的计算方法。
2、方法原理
根据路径密钥建立算法为不能直接建立密钥的节点建立共享密钥、根据层次遍历的方法求出密钥连通图、根据全局连通率的定义计算出E-G方案的全局连通率。
3、主要实验仪器及材料
计算机、Windows XP操作系统、VC。
4、实验内容
主要实现：（一）路径密钥建立算法；（二）层次遍历算法；（三）求出全局连通率。
实验八：分析出E-G方案的局部连通率、通信开销及抗毁性
1、实验目的
掌握局部连通率、通信开销及抗毁性的定义及其计算方法
2、方法原理
根据局部连通率、通信开销及抗毁性的定义得到求解这三个参数的算法。
3、主要实验仪器及材料
计算机、Windows XP操作系统、VC。
4、实验内容
主要实现：（一）求出局部连通率；（二）求出通信开销；（三）求出抗毁性。
实验九：TinyOS的安装及使用
1、实验目的
掌握TinyOS的安装过程、了解TinyOS的开发过程。
2、方法原理
在网上下载TinyOS并按照安装说明正确安装TinyOS。
3、主要实验仪器及材料
计算机、Cygwin、TinyOS、NetC。
4、实验内容
从网上下载TinyOS及其安装说明、按照安装说明书正确安装TinyOS、查找TinyOS的相关信息，了解TinyOS适用对象及其开发过程。
五、考核方法
1．教师对学生实验过程完成情况进行详细登记，记入实验成绩中。
2．学生完成实验后按要求撰写实验报告，根据实验报告确定每次实验的等级。
3．实验成绩按20%比例计入课程期评总成绩中。
六、实验指导书及主要参考书目
1、实验指导书
[1]自编《传感器网络实验指导书》
2、 主要参考书及论文
[1]《无线传感器网络简明教程》，崔逊学主编，清华大学出版社，2009年7月。
[2]《C++语言基础教程》，吕凤煮著，北京：清华出版社，1999。
[3]《C++程序设计》，冯博琴主编，北京：中国铁道出版社，2011。
[4]Eschenauer L, Gligor VD. A key-management scheme for distributed sensor networks. Proc. the 9th ACM Conference on Computer and Communications Security 2002; 41-47.
[5] Liu D, Ning P and Li R. Establishing Pairwise Keys in Distributed Sensor Networks. ACM Computer and Comm. Security 2005; 8(1): 41–77.
主 撰 人：李素君
审 核 人：彭智朝
2012.6
