2-1名称

低功耗远距离物联网监测系统实验

2-2实验目的

本实验通过一个低功耗远距离物联网监测系统的完整实现及应用，主要达到以下目的：

      1）使学生了解并掌握目前低功耗远距离物联网的最新技术；

      2） 通过实验使学生掌握物联网的组成模块及关键协议；

      3） 通过本实验，使学生能熟练使用物联网相关设备以及掌握物联网在社会生活中的各种应用。

2-3实验原理（或对应的知识点）

本实验涉及低功耗物联网从感知、传输到分析展示的完整过程，主要知识点包括：

      1） 低功耗远距离物联网主要通信技术的描述及信号仿真；

      2） 低功耗远距离物联网拓扑设计、高可靠性数据传输方法设计；

      3） 低功耗远距离物联网信号感知应用；

      4） 网络信号冲突、并发及时间同步控制；

      5） 信号的接收及分析；

      6） 低功耗远距离物联网监测应用实时展示系统。

2-4实验仪器设备（装置或软件等）

      A． 硬件：

物联网感知节点（包括LoRa节点及网关、NBIoT节点及网关、RFID标签及阅读器、路由器、USRP、示波器、无线网卡）；

服务器（Linux/UNIX操作系统）；

个人PC机终端。

B．软件：

1）各硬件配套的开发平台；

2）MATLAB

3）TensorFlow

2-5实验材料（或预设参数等）

USB连接线及下载器。

2-6 实验教学方法（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果）

在实验中采用的教学方法有：

      1）   实验演示

每次实验，指导老师先进行一个基本的实验流程操作，对一些关键或容易出错之处进行强调，使学生首先有一个感性的认识；然后，安排较综合的实验操作，使学生从实验操作过程不忙乱。

      2）   操作过程实验报告

每次实验都编排有依实验过程的相关问题的实验报告，学生一边实验操作一边思考回答问题，达到对理论或难点知识的深刻理解。

      3）   网络教学

实验教学课堂时间的安排毕竟有限。为了给对低功耗远距离物联网有兴趣的同学提供一个良好的实验条件，低功耗远距离物联网实验在课后仍开放实验环境，学生在校园网内任何网络端口可全天候上机实践，并与指导老师进行交互。大大激发了学生的实验兴趣。

2-7实验方法与步骤要求（学生操作步骤应不少于10步）

      1）   低功耗远距离物联网基础知识介绍（2课时）

向学生们介绍低功耗远距离物联网的发展现状以及面临的基本问题，学生对先转进行整理，完成系统的分析报告。

      2）   实验内容介绍（2课时）

⑴ 熟悉低功耗远距离物联网监测系统的基本工作原理、结构组成；

⑵ 参考已有的应用，每位学生提出一种监测系统可应用的场景；

      3） 低功耗远距离物联网手势识别应用（6课时）

⑴ 熟悉如何使用物联网进行手势识别、以及目前在这方面国内外的研究现状；

⑵ 熟悉物联网手势识别硬件的基本功能与操作；

⑶ 以小组为单位进行手势信号的收集；

⑷ 将收集到的手势信号进行分析，通过物联网信号的变化识别出不同的手势；

⑸ 完成实验报告。

      4） 低功耗远距离物联网睡眠监测应用（6课时）

⑴ 熟悉如何使用物联网进行睡眠监测、以及目前在这方面国内外的研究现状；

⑵ 熟悉物联网睡眠监测硬件的基本功能与操作；

⑶ 以小组为单位进行睡眠状态监测数据的收集；

⑷ 将收集到的睡眠监测数据进行分析，通过数据的变化判断出出不同的人在不同时间的睡眠质量如何；

⑸ 完成实验报告。

      5） 低功耗远距离物联网数据传输实验（10课时）

⑴ 熟悉低功耗远距离物联网信号传输方式；

⑵ 理解网络拓扑、负载、吞吐、延迟、能耗等性能指标；

⑶ 对不同环境下不同拓扑结构的监测网络的传输性能进行实验、分析冲突、并发等性能，对网络的各个性能进行评估。

⑷ 完成实验报告。

      6） 低功耗远距离物联网在车联网中的应用仿真（4课时）

⑴ 熟悉车联网面临的主要问题，以及是否可以利用低功耗远距离物联网协助解决车联网所面临的问题。

⑵ 仿真车联网中车辆之间数据传输模型；

⑶ 对车联网中的数据传输模型进行实时分析和展示；

⑸ 完成实验报告。

      7） 低功耗远距离物联网网关接收转发数据实验分析（6课时）

⑴ 熟悉低功耗远距离物联网网关的工作流程；

⑵ 分别对网关的接收和发送过程进行模拟分析；

⑶ 找出对应的协议并分析其中存在的不足；

⑷ 尝试改进现有协议中存在的不足；

⑸ 完成实验报告。

2-8实验结果与结论要求

      1)    完成各次的实验报告。

      2)    在提交的实验报告中提供以下内容：

① 本次实验目的及实验意义；

② 实验具体操作步骤（配实验操作照片）；

③ 实验数据分析及展示（包括结果展示）；

④ 实验性能分析；

⑤ 评估本次实验在实际应用中的效果；

⑥ 本次实验中存在的问题。

2-9考核要求

      1） 每次实验报告评阅，百分制。占总评的40%；

      2） 实验操作上机考评：百分制，随机抽题。占总评的40%；

      3）  实验出勤，20%。

2-10面向学生要求

       （1） 专业与年级要求

物联网工程专业三年级、四年级学生。

       （2） 基本知识和能力要求等

要求学生了解基本的物联网通信技术。具有信号分析、软件开发的基本理论知识背景。

3-2网络条件要求

       （1） 需要提供相应的无线网络

3-3用户操作系统要求（如Windows、Unix、IOS、Android等）

       （1） 其它计算终端操作系统和版本要求

个人终端PC机操作系统：Windows XP以上。

3-4用户非操作系统软件配置要求（如浏览器、特定软件等）

       （1） 计算机非操作系统软件配置要求（需说明是否可提供相关软件下载服务）

MATLAB等常用分析软件

3-5用户硬件配置要求（如主频、内存、显存、存储容量等）

       （1） 计算机硬件配置要求

     A.   服务器

CPU数：> 4个，每个CPU不少于16核

CPU主频：> 2.4 GHz

内存： > 256 GB

显存： > 256 MB

存储容量（硬盘）： > 2 TB

B.个人PC终端

CPU主频：> 3 GHz

内存： > 4 GB

显存： > 256 MB

存储容量（硬盘）： > 500 GB

       （2） 其它计算终端硬件配置要求

无