序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇網(wǎng)絡(luò)環(huán)境檢測范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛應(yīng)用于生活中，許多公共場所布設(shè)移動(dòng)WiFi接入點(diǎn)，為人們獲取信息提供便捷條件。人們應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)將個(gè)人信息、銀行賬戶等敏感數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到網(wǎng)絡(luò)中，重要數(shù)據(jù)傳遞帶來安全隱患造成網(wǎng)絡(luò)安全問題突出。本文利用云計(jì)算技術(shù)對大數(shù)據(jù)下網(wǎng)絡(luò)異常流量進(jìn)行檢測，并測試檢測效果。

1大數(shù)據(jù)下網(wǎng)絡(luò)異常流量檢測方法研究

光纖網(wǎng)絡(luò)利用光在玻璃纖維實(shí)現(xiàn)光波通信，大數(shù)據(jù)集成調(diào)度，然后通過交換機(jī)分配IP。光纖通信傳輸距離遠(yuǎn)，云計(jì)算環(huán)境通過波分復(fù)用技術(shù)使光強(qiáng)度變化，通信中受到干擾導(dǎo)致通信信道配置失衡，需要對云計(jì)算光纖網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)異常負(fù)載優(yōu)化檢測，提高網(wǎng)絡(luò)通信的輸出保真性[1]。云計(jì)算光纖網(wǎng)絡(luò)中大數(shù)據(jù)異常負(fù)載檢測模型研究需要提取大數(shù)據(jù)負(fù)載異常特征，實(shí)現(xiàn)異常負(fù)載檢測。

2網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)檢測大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)

網(wǎng)絡(luò)異常流量分為DDoS、NetworkScan等類型，異常流量類型可從目的IP地址、源IP地址、字節(jié)數(shù)等特征區(qū)分[2]。DDos異常流量可通過特征二四五七檢測；NetworkScan異常流量可采用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址對主機(jī)端口掃描動(dòng)作；FlashCrowd異常流量由異常用戶對訪問資源申請動(dòng)作。本文以影響網(wǎng)絡(luò)安全異常流量檢測為研究內(nèi)容，運(yùn)用現(xiàn)有數(shù)據(jù)樣本對建立檢測模型訓(xùn)練，對訓(xùn)練后識(shí)別分析模型檢驗(yàn)[3]。研究異常流量類型包括U2R攻擊類型、Probing攻擊類型等，需要對數(shù)據(jù)特征提取分析，對入侵事件進(jìn)行分類[4]。應(yīng)用多種入侵事件特征數(shù)據(jù)，包括離散不間斷協(xié)議、離散常規(guī)行為、離散接點(diǎn)狀態(tài)、不間斷數(shù)據(jù)源到目標(biāo)數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)、持續(xù)創(chuàng)建新文件個(gè)數(shù)等。為避免兩種衡量標(biāo)準(zhǔn)相互干擾，需對離散數(shù)據(jù)采用連續(xù)化操作。云計(jì)算平臺(tái)迅速占領(lǐng)市場，目前應(yīng)用廣泛的是Apache開源分布式平臺(tái)Hadoop，Hadoop云計(jì)算平臺(tái)由文件系統(tǒng)、分布式并行計(jì)算等部分組成[5]。MapReduce將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理任務(wù)分為多個(gè)任務(wù)，提高計(jì)算效率（見圖1）。MapReduce編程核心內(nèi)容是對Map函數(shù)進(jìn)行特定動(dòng)作定義，Map核心任務(wù)是對數(shù)據(jù)值讀取，InputFormat類將輸入樣本轉(zhuǎn)換為key/value對。發(fā)現(xiàn)tasktracker模塊處于空閑狀態(tài)，平臺(tái)把相應(yīng)數(shù)據(jù)Split分配到Map動(dòng)作中，采用createRecordReader法讀取數(shù)據(jù)信息，tasktracker處于工作狀態(tài)程序進(jìn)入等待。

3大數(shù)據(jù)分析模型

隨著待處理數(shù)據(jù)規(guī)模劇增，單臺(tái)計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)速度過于緩慢，云計(jì)算系統(tǒng)以Hadoop為平臺(tái)基礎(chǔ)，提高計(jì)算效率?；贖adoop平臺(tái)對網(wǎng)絡(luò)異常流量操作，向平臺(tái)提交網(wǎng)絡(luò)流量檢測請求，工程JAR包運(yùn)行，通過JobClient指令把作業(yè)發(fā)送到JobTracker中，從HDFS中獲取作業(yè)分類情況。JobTracker模塊執(zhí)行任務(wù)初始化操作，運(yùn)用作業(yè)調(diào)度器可實(shí)現(xiàn)對任務(wù)調(diào)度動(dòng)作。任務(wù)分配后進(jìn)入Map階段，所需數(shù)據(jù)在本地磁盤中進(jìn)行存儲(chǔ)，依靠計(jì)算機(jī)Java虛擬機(jī)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)JAR文件加載，TaskTracker對作業(yè)任務(wù)處理，需要對文件庫網(wǎng)絡(luò)流量特征測試，Map動(dòng)作結(jié)果在本地計(jì)算機(jī)磁盤中存儲(chǔ)。系統(tǒng)獲得Map動(dòng)作階段計(jì)算結(jié)果后對網(wǎng)絡(luò)流量分類，中間結(jié)果鍵值相同會(huì)與對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量特征向量整合，ReduceTask模塊對MapTask輸出結(jié)果排序。Reduce動(dòng)作完成后，操作者通過JobTracker模塊獲取任務(wù)運(yùn)行結(jié)果參數(shù)，刪除Map動(dòng)作產(chǎn)生相應(yīng)中間數(shù)據(jù)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于建立網(wǎng)絡(luò)流量檢測模型，MapReduce平臺(tái)具有高效計(jì)算優(yōu)勢，最優(yōu)參數(shù)結(jié)果獲得需多次反復(fù)計(jì)算優(yōu)化，MapReduce平臺(tái)單詞不能實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算任務(wù)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立網(wǎng)絡(luò)流量檢測模型會(huì)加長計(jì)算時(shí)間。本文采用支持向量機(jī)算法建立網(wǎng)絡(luò)流量檢測模型。支持向量機(jī)以統(tǒng)計(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ)，達(dá)到經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小目的，算法可實(shí)現(xiàn)從少數(shù)樣本中獲得最優(yōu)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。設(shè)定使用向量機(jī)泛化能力訓(xùn)練樣本為（xi,yi），i=1，2，…，I，最優(yōu)分類平面為wx+b=0，簡化為s.t.yi（w?xi+b）-1≥0，求解問題最優(yōu)決策函數(shù)f(x)=sgn[∑i=1lyiai(x?xi)+b]，支持向量SVM把樣本x轉(zhuǎn)化到特定高維空間H，對應(yīng)最優(yōu)決策函數(shù)處理為f(x)=sgn[∑i=1lyiaiK(x?xi)+b]。云計(jì)算Hadoop平臺(tái)為建立網(wǎng)絡(luò)異常流量檢測模型提供便捷。MapReduce模型通過Reduce獲得整體支持向量AIISVs，通過Reduce操作對SVs收集，測試操作流量先運(yùn)用Map操作對測試數(shù)據(jù)子集計(jì)算，運(yùn)用Reduce操作對分量結(jié)果Rs統(tǒng)計(jì)。

4仿真實(shí)驗(yàn)分析

為測試實(shí)現(xiàn)云計(jì)算光纖網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)異常負(fù)載檢測應(yīng)用性能，采用MATLAB7進(jìn)行負(fù)載檢測算法設(shè)計(jì)進(jìn)行云計(jì)算光纖網(wǎng)絡(luò)中大數(shù)據(jù)異常負(fù)載檢測，數(shù)據(jù)樣本長度為1024，網(wǎng)絡(luò)傳輸信道均衡器階數(shù)為24，迭代步長為0.01。采用時(shí)頻分析法提取異常負(fù)載統(tǒng)計(jì)特征量進(jìn)行大數(shù)據(jù)異常負(fù)載檢測，重疊干擾得到有效抑制。采用不同方法進(jìn)行負(fù)載異常檢測，隨著干擾信噪比增大，檢測的準(zhǔn)確性提高。所以設(shè)計(jì)的方法可以有效檢測大數(shù)據(jù)中異常負(fù)載，并且輸出誤碼率比傳統(tǒng)方法降低。單機(jī)網(wǎng)絡(luò)異常流量檢測平臺(tái)使用相同配置計(jì)算機(jī)，調(diào)取實(shí)測數(shù)據(jù)為檢驗(yàn)訓(xùn)練源數(shù)據(jù)，選取典型異常流量200條數(shù)據(jù)樣本用于測試訓(xùn)練。采用反饋率參量衡量方法好壞，表達(dá)式為precision=TP/FP+FN×100%，其中，F(xiàn)N為未識(shí)別動(dòng)作A特征樣本數(shù)量；TP為準(zhǔn)確識(shí)別動(dòng)作A特征樣本數(shù)量；FP為錯(cuò)誤識(shí)別動(dòng)作A特征樣本數(shù)量。提出檢測方法平均準(zhǔn)確率提高17.08%，具有較好檢測性能。對提出網(wǎng)絡(luò)異常流量檢測方法進(jìn)行檢測耗時(shí)對比，使用提出網(wǎng)絡(luò)異常流量檢測方法耗時(shí)為常規(guī)方法的8.81%，由于使用檢測方法建立在大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)，將檢測任務(wù)分配給多個(gè)子任務(wù)計(jì)算平臺(tái)。使用KDDCUP99集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)異常流量檢測分析，選取R2L攻擊，Probing攻擊異常流量數(shù)據(jù)用于檢測分析，采用準(zhǔn)確率參數(shù)衡量檢測方法宏觀評價(jià)網(wǎng)絡(luò)流量檢測識(shí)別方法：r=TP/FP+FN×100%。使用單機(jī)平臺(tái)下SVM算法建立網(wǎng)絡(luò)異常檢測模型對比分析，本文研究檢測模型平均識(shí)別率為68.5%，研究網(wǎng)絡(luò)異常流量檢測模型檢測準(zhǔn)確率提高28.3%。多次試驗(yàn)對比檢測耗時(shí)，使用本文提出網(wǎng)絡(luò)異常流量檢測耗時(shí)較短。

【參考文獻(xiàn)】

[1]林昕，呂峰，姜亞光，等.網(wǎng)絡(luò)異常流量智能感知模型構(gòu)建[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2021（3）：7-14.

[2]武海龍，武海艷.云計(jì)算光纖網(wǎng)絡(luò)中大數(shù)據(jù)異常負(fù)載檢測模型[J].激光雜志，2019（6）：207-211.

[3]農(nóng)婷.大數(shù)據(jù)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)流量異常檢測研究[J].科技風(fēng)，2019（17）：84.

篇（2）

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)18-2pppp-0c

Research of Network Intrusion Detection System Based on IPv6 Environment

ZHANG Jun,ZHONG Le-hai

(College of Computer Science, China West Normal University,Nanchong 637002,China)

Abstract: IPv6 will be the core technology in the next generation Internet. Therefore, the study on intrusion detection system in IPv6 is closely linked with the next generation Internet .After analyzing the fundamentals of network security system today and the primary characteristics of IPv6,a framework of intrusion detection system in IPv6 was put forward. A pattern matching by using improved KMP, and using Honeypot technology.

Key words:IPv6;network intrusion detection;pattern matching;Honeypot technology

1 引言

防火墻作為一種邊界安全設(shè)施能比較有效地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的非法訪問。由于傳統(tǒng)防火墻所暴露出來的不足和弱點(diǎn)，引發(fā)了人們對入侵檢測系統(tǒng)（IDS）技術(shù)的研究和開發(fā)。入侵檢測系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)安全提供實(shí)時(shí)的入侵檢測及采取相應(yīng)的防護(hù)手段。隨著下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IPv6提供了較好的安全體系結(jié)構(gòu)，IPv6安全機(jī)制的引進(jìn)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)層的安全性。同時(shí)，IPv6安全機(jī)制的應(yīng)用對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)安全體系也提出了新的要求和挑戰(zhàn)。由于入侵手法層出不窮，入侵檢測系統(tǒng)很難檢測到新的入侵行為，蜜罐技術(shù)的引入能夠很好的解決這一問題。

入侵檢測是指通過對行為、安全日志或?qū)徲?jì)數(shù)據(jù)或其它網(wǎng)絡(luò)上可以獲得的信息進(jìn)行操作，檢測到系統(tǒng)的闖入或闖入的企圖。入侵檢測技術(shù)，它是一種主動(dòng)保護(hù)自己免受黑客攻擊的新型網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，進(jìn)行入侵檢測的軟件與硬件的組合便是入侵檢測系統(tǒng)[1]。

Spitzner認(rèn)為，蜜罐是一個(gè)信息系統(tǒng)資源，其價(jià)值就在于它的資源被未授權(quán)或非法使用。蜜罐系統(tǒng)通過偽裝成帶有漏洞的真實(shí)系統(tǒng)來吸引黑客進(jìn)入，并記錄黑客在其中的活動(dòng)。我們通過分析蜜罐記錄的數(shù)據(jù)就可以很輕松的了解到黑客的動(dòng)向及其使用的新方法等信息。本文引入蜜罐技術(shù)是為了記錄黑客行為，提取出入侵規(guī)則，把新的入侵規(guī)則添加到入侵檢測系統(tǒng)的規(guī)則庫中，從而使入侵檢測系統(tǒng)能夠檢測出新的入侵行為。

由于IPSec作為IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)的必選協(xié)議，它從協(xié)議上保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。該協(xié)議定義了認(rèn)證報(bào)頭和封裝安全載荷報(bào)頭，實(shí)現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)層的身份認(rèn)證，確保了數(shù)據(jù)包的完整性和機(jī)密性，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層安全[2]。由于在IPv6環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)的安全問題仍然突出，入侵檢測系統(tǒng)作為一種有效的網(wǎng)絡(luò)安全工具，它依然在IPv6環(huán)境下發(fā)揮著重要作用。

2 IPv6網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

入侵檢測系統(tǒng)廣泛采用成熟的模式匹配技術(shù)，針對IPv6的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用將協(xié)議分析技術(shù)與規(guī)則

匹配技術(shù)相結(jié)合的IPv6網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)框架，使用改進(jìn)的KMP算法來檢測入侵行為。IPv6網(wǎng)絡(luò)入侵檢

基金項(xiàng)目：四川省科技攻關(guān)資助項(xiàng)目（No:05GG009-018）

作者簡介：張?。?981-），女，河南洛陽人，西華師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)碩士研究生，研究方向：基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用；鐘樂海（1963-），男，四川廣安人，博士，西華師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授，碩士導(dǎo)師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)及信息安全技術(shù)

測的基本思想是：捕獲目標(biāo)地址屬于受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包，送往協(xié)議分析模塊，通過具體協(xié)議字段分層次協(xié)議，送往相應(yīng)協(xié)議解析器，分析數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)部分，再根據(jù)特征庫中的模式進(jìn)行模式匹配，判斷該數(shù)據(jù)包是否有入侵企圖，最后由響應(yīng)模塊對該數(shù)據(jù)包做出相應(yīng)的響應(yīng)[3]，IPv6網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 IPv6網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊是底層模塊，它是網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)的基本組成部分，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)入侵檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該模塊按一定的規(guī)則從網(wǎng)絡(luò)上獲取與安全事件相關(guān)的數(shù)據(jù)包，然后傳遞給協(xié)議解析模塊解析處理，為整個(gè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)來源。

基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)采用專門為數(shù)據(jù)監(jiān)聽?wèi)?yīng)用程序設(shè)計(jì)的庫文件WinPacp來實(shí)現(xiàn)包捕獲模塊，這樣可以不了解網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層細(xì)節(jié)。

WinPacp是基于BSD系統(tǒng)內(nèi)核提供的BPF設(shè)計(jì)的，利用BPF的信息過濾機(jī)制可以去掉用戶不關(guān)心的數(shù)據(jù)包，從而提高系統(tǒng)的工作效率[4]。

2.2 中層模塊

中層模塊是IPv6網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)的核心，它由協(xié)議解碼模塊和規(guī)則匹配模塊組成。協(xié)議解碼模塊是對捕獲的數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議解碼，解析成協(xié)議數(shù)據(jù)的格式，并分辨各個(gè)協(xié)議的頭部和負(fù)載，進(jìn)一步分析出頭部中的各個(gè)字段；規(guī)則匹配模塊對協(xié)議解析模塊提交的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配算法和規(guī)則庫中的規(guī)則進(jìn)行比較分析，從而判斷是否有入侵行為。

2.3 高層模塊

高層模塊包括響應(yīng)模塊和界面管理模塊。當(dāng)入侵檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有入侵事件發(fā)生時(shí)，就要讓系統(tǒng)管理員等相關(guān)安全人員指導(dǎo)已經(jīng)有安全問題發(fā)生，并需要采取相應(yīng)的響應(yīng)措施。響應(yīng)模塊主要功能是對經(jīng)過檢測的數(shù)據(jù)包執(zhí)行具體的響應(yīng)，是入侵檢測系統(tǒng)不可缺少的一部分。

從響應(yīng)的方式上分，入侵檢測系統(tǒng)的響應(yīng)可分為主動(dòng)響應(yīng)和被動(dòng)響應(yīng)，本文采用主動(dòng)響應(yīng)和被動(dòng)響應(yīng)向結(jié)合的方式來對入侵行為做出響應(yīng)。

篇（3）

基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的教學(xué)設(shè)計(jì)是指合理安排網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中的各種要素，組織學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)、自我建構(gòu)知識(shí)的教學(xué)控制與管理過程。以《傳感器與檢測技術(shù)》為例，該課程是電子信息、電氣、測控、自動(dòng)化等專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是成人教育、開放教育電氣類、機(jī)電類及工程技術(shù)類專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)技能課，是一門實(shí)踐性、綜合性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程[1]。通過該課程的學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目訓(xùn)練，使學(xué)生了解和掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及測量電路，建立非電量與電量的轉(zhuǎn)換思想，從而檢測相關(guān)物理量。并且目前該課程的高職教育和成人教育都采用項(xiàng)目教學(xué)法，所學(xué)內(nèi)容直接面向工程實(shí)際，因此學(xué)好這門課程即為就業(yè)增加了一個(gè)重要砝碼。

2 研究內(nèi)容

2.1教學(xué)模式研究

現(xiàn)有的理論教學(xué)是以教師講解為主導(dǎo)的教學(xué)模式[2]；實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生看不見傳感器的敏感元件，也不進(jìn)行傳感器檢測電路的設(shè)計(jì)，更談不上形成傳感器產(chǎn)品[3]；考核方法也存在較大的弊端，主要以試卷得分評定成績。這種教學(xué)方法存在著明顯的不足，不能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新意識(shí)。

基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的《傳感器與檢測技術(shù)》課程教學(xué)設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)課程中的教學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展，它繼承了傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)的很多特點(diǎn)，但在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，完全照搬弊端凸顯的傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)模式顯然是行不通的。因此有必要對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下課程教學(xué)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。

本文針對以上問題，在設(shè)計(jì)教學(xué)模式和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源時(shí)結(jié)合當(dāng)下熱門的項(xiàng)目教學(xué)法，同時(shí)結(jié)合工程學(xué)科特點(diǎn)，體現(xiàn)出“職業(yè)技能性”[4]，從而讓本門課程的學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境學(xué)習(xí)中得到理論和實(shí)踐的雙重鍛煉，增強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力，提高職業(yè)競爭力。

2.2程教學(xué)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)研究

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下教學(xué)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)理論依據(jù)有所不同，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境下教學(xué)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)主要有傳播理論、學(xué)習(xí)理論和教學(xué)理論或者是一般系統(tǒng)理論、傳播理論、學(xué)習(xí)理論和教學(xué)理論。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下教學(xué)設(shè)計(jì)在遵循這些理論的同時(shí)，還應(yīng)關(guān)注基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的理論，這些理論對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下教學(xué)設(shè)計(jì)具有非常重要的影響。

2.3教學(xué)設(shè)計(jì)主要構(gòu)成要素研究

教學(xué)設(shè)計(jì)中的主要構(gòu)成要素一般包括學(xué)生、教師、交互學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)情境、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)評價(jià)等。因網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不同于一般傳統(tǒng)環(huán)境，具有開放性、綜合性、及時(shí)性等特點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下教學(xué)設(shè)計(jì)的主要構(gòu)成要素也不一樣，而在教學(xué)設(shè)計(jì)中，對主要構(gòu)成因素進(jìn)行合理安排是獲取良好的教學(xué)效果的保證。教學(xué)實(shí)施中如果安排不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致教學(xué)效果低下，尤其在目前網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)展還不成熟的時(shí)候，更應(yīng)該對各要素進(jìn)行合理規(guī)劃。

3.資源的主要特色

與傳統(tǒng)的教學(xué)相比，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的教學(xué)對象主要是各單位、企事業(yè)的在職人員，其工作和學(xué)習(xí)矛盾突出，沒有老師的敦促和指導(dǎo)。因此要學(xué)習(xí)掌握該課程，必須更加強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上對教學(xué)過程的安排。本項(xiàng)目在完成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源時(shí)，除了合理設(shè)計(jì)教學(xué)模式之外，還建立了豐富的交互式動(dòng)畫實(shí)驗(yàn)，以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。 本次研究的資源建設(shè)集中體現(xiàn)了電大的“技能型”和高職的“開放性”，并且資源建設(shè)結(jié)合工科特點(diǎn)，對實(shí)訓(xùn)進(jìn)行教學(xué)重點(diǎn)設(shè)計(jì)。

篇（4）

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）03?0012?03

Research on IOT equipment environmental monitoring technology

based on neural network

PAN Xiang

（Department of Computer， Guangxi Cadres University of Economic and Management， Nanning 530007， China）

Abstract： The parameters of smog， water logging， temperature and humidity in the equipment working environment are collected and processed by means of the related technical methods based on Internet of Things （IOT）， and analyzed by means of BP neural network to evaluate the equipment working environment. The simulation results show that the method proposed in this paper can monitor the environmental parameters effectively and issue an early warning according to the parameters， and let the system users understand the status of the current environment explicitly.

Keywords： IOT； BP neural network； environmental parameter monitoring； equipment environment

0 引 言

各種電子設(shè)備所處的環(huán)境對其工作性能和使用壽命有著重要的影響，所以目前人們開始越來越多的對設(shè)備工作環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。對設(shè)備環(huán)境進(jìn)行有效的監(jiān)測，一方面必須利用各種傳感器技術(shù)對溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的獲取和處理；另一方面，必須構(gòu)建一個(gè)有效的分析監(jiān)測模型，能夠?qū)@些復(fù)雜的參數(shù)綜合表征的環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)和判斷。而這兩個(gè)方面都涉及許多技術(shù)難點(diǎn)，因此，本文參照目前比較新的研究思路，引入物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)和方法對溫度等四個(gè)環(huán)境因素進(jìn)行準(zhǔn)確的采集和處理，再利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以判斷目前環(huán)境的情況，該方法具有實(shí)現(xiàn)簡單，監(jiān)測準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)。

1 物聯(lián)網(wǎng)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是伴隨著計(jì)算C和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一個(gè)全新概念。它一般指采用多種智能傳感設(shè)備，諸如各種傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、GPS、激光或紅外探測器等各種裝置，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，以進(jìn)行信息交換和通信[1]。 一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)一般由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，如圖1所示。

其中，感知層網(wǎng)絡(luò)的主要作用是對實(shí)體信息的感知，信息的采集和智能識(shí)別等功能；網(wǎng)絡(luò)層是人與人之間、人與物之間和物與物之間通信的傳輸媒介，主要向應(yīng)用層提供安全可靠的傳輸機(jī)制；應(yīng)用層的主要功能就是對網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)暮Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和智能處理等，根據(jù)不同的應(yīng)用需求對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[2]。

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備環(huán)境監(jiān)測原理

為了對設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以使相關(guān)人員能夠清楚地了解到目前環(huán)境的狀況。本文通過物聯(lián)網(wǎng)，利用IPv6等無線通信技術(shù)，將各種傳感器、路由網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)對溫度、煙霧、水浸等環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)主要由感知層的18個(gè)無線傳感器和應(yīng)用層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測分析系統(tǒng)組成。在底層，各種不同的傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過IPv6組成的無線網(wǎng)絡(luò)通過各自的路由器發(fā)送至無線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)通過交換機(jī)與服務(wù)器相連，服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，會(huì)利用構(gòu)建好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，以判斷環(huán)境所處的具體狀態(tài)。

2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種前饋型誤差修正網(wǎng)絡(luò)，它通過不斷調(diào)整各個(gè)單元層之間的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要運(yùn)行由信號(hào)的正向傳播和誤差的逆向傳播兩個(gè)過程組成，通過不斷地權(quán)重調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)誤差的不斷縮小。

2.2 原始數(shù)據(jù)的獲得

位于底層的傳感器網(wǎng)絡(luò)一共包含4個(gè)路由器（含網(wǎng)卡）和18個(gè)無線傳感器（含3個(gè)水浸傳感器、4個(gè)煙霧傳感器、6個(gè)溫度傳感器和5個(gè)濕度傳感器）。通過傳感器和路由器組建傳感器的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對環(huán)境信息的獲取，并上傳至數(shù)據(jù)處理中心。將各個(gè)類型傳感器收集到的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行加權(quán)平均，由于水浸和煙霧為簡單的“是否”問題，因此用0和1表示，結(jié)果如表1所示。

2.3 定義輸入和輸出樣本數(shù)據(jù)

定義輸入樣本數(shù)據(jù)，從表1的20組數(shù)據(jù)中選擇10組作為輸入樣本，在Matlab命令空間中輸入歸一后的數(shù)據(jù)，歸一化按照式（1）進(jìn)行：

[yi=xi-minximaxxi-minxi， i=1，2…，n] （1）

本文直接調(diào)用Matlab軟件中的premnmx函數(shù)進(jìn)行歸一化運(yùn)算，經(jīng)過歸一化后的評價(jià)指標(biāo)[yi]在[0，1]之間。為了簡化仿真模型，特對輸出狀態(tài)進(jìn)行編碼，模型輸出為評價(jià)環(huán)境的優(yōu)、良、中、差、危險(xiǎn)5種狀態(tài)，定義期望輸出向量如表2所示。

2.4 構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

本文采用含一個(gè)隱藏層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，由于輸入單元為4，輸出單元為5，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可選隱含層單元數(shù)為1～10之間的整數(shù)，采用試湊法得到了隱含層神經(jīng)元與均方平均值（MSE）的曲線關(guān)系，如圖2所示。其中隱層神經(jīng)元數(shù)目為9時(shí)，得到的MSE值最小為14，所以確定的隱含層神經(jīng)元數(shù)為9。

2.5 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練

在Matlab中代入這8組樣本向量對構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，期望誤差設(shè)為10?6，訓(xùn)練過程中，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差的變化形式如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)訓(xùn)練經(jīng)過58次迭代之后，達(dá)到了滿意的誤差期望。獲得理想的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型后，在剩余樣本中選擇8組數(shù)據(jù)對該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗(yàn)測試實(shí)驗(yàn)，輸入主代碼：result_test=sim（net，ptest）[′]。

在Matlab中輸入表1中的所有數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理的結(jié)果如表4所示。

由表4可以看到，表中字體加深的數(shù)據(jù)，即第2組環(huán)境狀態(tài)為中，第四組環(huán)境狀態(tài)為良的檢測數(shù)據(jù)分別誤判為良和中。為了提高模型的檢測精度，將這兩組作為訓(xùn)練樣本加入訓(xùn)練集中，重新對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，圖4是新構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)使誤差下降的情況。

由圖4可知，增加這兩組數(shù)據(jù)后，模型的收斂速度獲得了提升，達(dá)到相同精度，僅需要33步即可收斂，表5是用剩下的8組數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測的仿真結(jié)果。

由表5可以看到，經(jīng)過2次訓(xùn)練后，本文構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對樣本的判斷結(jié)果均正確，對環(huán)境具有較好的監(jiān)測功能。

3 結(jié) 論

本文主要研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備環(huán)境監(jiān)測方法，構(gòu)建了能夠根據(jù)煙霧、水浸、溫度和濕度等環(huán)境參數(shù)準(zhǔn)確判斷環(huán)境狀態(tài)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。在仿真過程中發(fā)現(xiàn)將第一次訓(xùn)練的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)代入原模型作為訓(xùn)練樣本，并進(jìn)行兩次訓(xùn)練可以大大提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的精度。系統(tǒng)可在環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)異常狀況前告知使用者，從而避免事故發(fā)生，具有較大的實(shí)用意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉飛.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用分析研究[J].電子技術(shù)，2013（1）：12?18.

[2] 鄭偉.一N基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2015.

[3] 王億之.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2015（3）：128?132.

篇（5）

2數(shù)據(jù)采集功能

無線傳感器模塊是養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在養(yǎng)殖池適當(dāng)?shù)膮^(qū)域安放溫度、溶解氧、pH值及光照數(shù)據(jù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，準(zhǔn)確采集水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的數(shù)據(jù)信息。無線傳感器模塊的設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。圖中包括傳感器、處理器、通信功能以及電源4個(gè)子模塊。由于實(shí)際要求的差異，無線傳感器模塊4個(gè)子模塊的硬件構(gòu)成不盡相同，然而各子模塊的功能基本相同。傳感器子模塊實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境的數(shù)據(jù)采集功能，并將采集到的信息轉(zhuǎn)換成處理器可以識(shí)別的信息；處理器子模塊調(diào)節(jié)整個(gè)無線傳感器模塊的工作狀態(tài)，完成對自身采集信息和來自其他模塊數(shù)據(jù)的處理，并實(shí)現(xiàn)與其他模塊間的信息交流；通信功能子模塊完成與其他模塊間的信息通信以及收發(fā)采集到的數(shù)據(jù)；電源子模塊主要負(fù)責(zé)提供模塊正常工作需要的能量，一般使用微型電池。本文選用Ateml公司生產(chǎn)的AVR系列高性能、低功耗8位單片機(jī)ATmega128L，該芯片是一顆真正的系統(tǒng)芯片；在芯片內(nèi)部集成了128KB的可編程閃存，具有獨(dú)立鎖定位、可選擇的啟動(dòng)代碼區(qū)進(jìn)而通過片內(nèi)的啟動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，同時(shí)，其電壓工作范圍為2．7～5．5V。傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息通過AT－mega128L進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由無線通信模塊負(fù)責(zé)將得到的數(shù)字信號(hào)輸出。

3信息通信功能

3．1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星網(wǎng)結(jié)合，各個(gè)采集點(diǎn)單獨(dú)形成局部的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過中繼節(jié)點(diǎn)將局部網(wǎng)絡(luò)傳出的數(shù)據(jù)匯聚傳送到信息中心。各個(gè)采集點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中都布置了傳感器，這些傳感器負(fù)責(zé)完成養(yǎng)殖環(huán)境的信息檢測，即對池水溫度、溶解氧濃度、pH值以及光照強(qiáng)度的信息采集。傳感器采集到原始信號(hào)后，只有將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才能通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，轉(zhuǎn)換過程需要模擬信號(hào)放大器、A／D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器等。傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織功能將采集到的數(shù)據(jù)以單跳或者多跳的形式發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)。

3．2Wi－Fi傳輸

通常架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)的基本配備是無線網(wǎng)卡及一臺(tái)AP，足以實(shí)現(xiàn)無線模式，架設(shè)費(fèi)用和復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)。中繼節(jié)點(diǎn)匯集到信息后通過Wi－Fi無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行?，通過Wi－Fi接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)之間的信息通信以及數(shù)據(jù)處理功能，Wi－Fi接入點(diǎn)既有普通站點(diǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)接入到分配系統(tǒng)的功能。

4信息處理中心

4．1數(shù)據(jù)庫管理

應(yīng)用軟件使用ADO設(shè)計(jì)連接ORACLE，具有采集信息的存檔、當(dāng)前或者歷史信息的檢索功能，實(shí)現(xiàn)對采集點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)的處理與存儲(chǔ)。ADO設(shè)計(jì)開發(fā)中采用了較多的Command對象，同時(shí)采用ANSISQL語句實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的控制。鑒于實(shí)際操作中數(shù)據(jù)庫中需要存檔的數(shù)據(jù)量較大，因此數(shù)據(jù)的訪問能力非常重要。而Command類的重復(fù)應(yīng)用性比較好，可以把數(shù)據(jù)庫的細(xì)節(jié)封入SQL里，當(dāng)數(shù)據(jù)鏈表的內(nèi)容改變時(shí)，可以只改正SQL語句就可以保證應(yīng)用程序架構(gòu)的穩(wěn)定性。

4．2監(jiān)控系統(tǒng)

為提高養(yǎng)殖人員對養(yǎng)殖環(huán)境的監(jiān)視效率，本系統(tǒng)提供了良好的人機(jī)交互模塊，含有信息實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)的歷史查詢模塊、巡檢人員的路徑顯示模塊等功能。

篇（6）

中圖分類號(hào)：P185.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

環(huán)境問題已經(jīng)成為了我國甚至是全球都非常重視的問題，也是我國現(xiàn)代化建設(shè)的重要問題之一。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，我們也非常重視環(huán)境污染的防治和對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，把環(huán)境保護(hù)納入國家、地方的發(fā)展之中。

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境科學(xué)的一個(gè)重要分支，是在環(huán)境分析的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門學(xué)科。環(huán)境監(jiān)測是運(yùn)用各種分析、測試手段，對影響環(huán)境質(zhì)量的代表值進(jìn)行測定，取得反映環(huán)境質(zhì)量或環(huán)境污染程度的各項(xiàng)數(shù)據(jù)的過程。環(huán)境監(jiān)測的目的是運(yùn)用監(jiān)測數(shù)據(jù)來表示環(huán)境質(zhì)量受損程度，進(jìn)而來探討污染的起因和變化趨勢。因此，可以將環(huán)境監(jiān)測比喻為環(huán)境保護(hù)工作的“耳目”。環(huán)境監(jiān)測在人類防治環(huán)境污染，解決現(xiàn)存的或潛在的環(huán)境問題，改善生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，協(xié)調(diào)人類和環(huán)境的關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展的活動(dòng)中，起著舉足輕重的作用。

一、環(huán)境監(jiān)測技術(shù)概述

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程的一個(gè)重要組成部分。環(huán)境監(jiān)測是以環(huán)境分析為基礎(chǔ)，研究環(huán)境質(zhì)量的變化和描述環(huán)境狀態(tài)與演化、科學(xué)預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量的發(fā)展趨勢。

環(huán)境監(jiān)測是運(yùn)行現(xiàn)代科學(xué)方法，對人類賴以生存的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行定量描述，同時(shí)盡可能靈敏并及時(shí)搜集環(huán)境質(zhì)量變化的信息和對人體健康有無異常影響的信息，在分析、評價(jià)這些資料的基礎(chǔ)上盡早地采取具體有效的行動(dòng)，以保護(hù)人類正常生存與發(fā)展的一個(gè)體系。環(huán)境監(jiān)測的過程一般為：現(xiàn)場調(diào)查監(jiān)測計(jì)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化布點(diǎn)樣品采集運(yùn)送保存分析測試數(shù)據(jù)處理綜合評價(jià)等。

（一）環(huán)境監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展受兩方面因素的影響：一是由于人類社會(huì)面臨的環(huán)境問題日益復(fù)雜和嚴(yán)重，對環(huán)境監(jiān)測不斷提出新的要求；二是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)不斷得到迅速發(fā)展。這兩方面的因素導(dǎo)致環(huán)境監(jiān)測的概念不斷深化，監(jiān)測范圍不斷擴(kuò)大。

（二）環(huán)境監(jiān)測的目的

環(huán)境監(jiān)測的目的是準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。具體有以下幾個(gè)方面：對污染物及其濃度（強(qiáng)度）作時(shí)間和空間方面的追蹤，掌握污染物的來源、擴(kuò)散、遷移、反應(yīng)、轉(zhuǎn)化，了解污染物對環(huán)境質(zhì)量的影響程度，并在此基礎(chǔ)上，對環(huán)境污染作出預(yù)測、預(yù)報(bào)和預(yù)防；了解和評價(jià)環(huán)境質(zhì)量的過去、現(xiàn)在和將來，掌握其變化規(guī)律；收集環(huán)境背景數(shù)據(jù)、積累長期監(jiān)測資料，為制訂和修訂各類環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施總量控制、目標(biāo)管理提供依據(jù)；實(shí)施準(zhǔn)確可靠的污染監(jiān)測，為環(huán)境執(zhí)法部門提供執(zhí)法依據(jù)；在深入廣泛開展環(huán)境監(jiān)測的同時(shí)，結(jié)合環(huán)境狀況的改變和監(jiān)測理論及技術(shù)的發(fā)展，不斷改革和更新監(jiān)測方法與手段，為實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供可靠的技術(shù)保障。

（三）環(huán)境監(jiān)測對象

環(huán)境監(jiān)測按監(jiān)測介質(zhì)對象劃分，可分為大氣污染監(jiān)測、水質(zhì)污染監(jiān)測、土壤和固體廢棄物監(jiān)測、生物污染監(jiān)測、生態(tài)監(jiān)測、噪聲振動(dòng)污染監(jiān)測、放射性污染監(jiān)測、電磁輻射監(jiān)測、熱污染控制監(jiān)測等。下面對大氣污染監(jiān)測、水質(zhì)污染監(jiān)測、土壤和固體廢棄物監(jiān)測等作簡要的介紹。

1．大氣污染監(jiān)測。大氣污染監(jiān)測是監(jiān)測和檢測大氣中的污染物及其含量，目前已認(rèn)識(shí)的大氣污染物有100多種，這些污染物以分子和粒子兩種形式存在于大氣中。分子狀污污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳 ，總氧化劑，鹵化氫以及碳?xì)浠衔锶疚?粒子狀的監(jiān)測項(xiàng)目主要有總懸浮顆粒物、可吸入顆粒物等。粒子狀污染 物的監(jiān)測項(xiàng)目有然降塵量及塵粒的化學(xué)組成等。大氣污染的濃度與氣象條件有著密切的關(guān)系，在監(jiān)測大氣污染的同時(shí)還需測定風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓等氣象參數(shù)。

2．水質(zhì)污染監(jiān)測。水質(zhì)污染的監(jiān)測對象包括未被污染和已受污染的天然水（江、河、湖、海、地下水）、各種各樣的工業(yè)廢水和生活污水等。主要監(jiān)測項(xiàng)目大體可分為兩類，一類是反映水質(zhì)污染的綜合指標(biāo)，如溫度、色度、濁度、pH值、電導(dǎo)率、懸浮物、溶解氧、化學(xué)耗氧量和生化需氧量等;另一類是一些有毒物質(zhì)，如酚、氰、砷、鉛、鉻、鎘、汞、鎳和有機(jī)農(nóng)藥、苯并芘等。除上述監(jiān)測項(xiàng)目外，還應(yīng)測定水體的流速和流量。

二、環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

環(huán)境監(jiān)測工作是綜合性科學(xué)技術(shù)工作與執(zhí)法管理工作的有機(jī)結(jié)合體。環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)既具有收集、傳輸質(zhì)量信息的功能，又具有組織管理功能。目前，國內(nèi)外關(guān)于監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建立大致有兩種類型。一是要素型，即按不同環(huán)境要素來建立監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，如美國國家環(huán)保局的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)即為此種類型。美國國家環(huán)保局設(shè)有三個(gè)國家級監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室（大氣監(jiān)測研究中心，水質(zhì)監(jiān)測研究中心，噪聲、放射性、固體廢棄物及新技術(shù)研究中心），分別負(fù)責(zé)全國各環(huán)境要素的監(jiān)測技術(shù)、數(shù)據(jù)收集處理工作；二是管理型，即按行政管理體系建立網(wǎng)絡(luò)，我國環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)即為此種類型。監(jiān)測站按行政層次設(shè)立，測點(diǎn)由地方環(huán)保部門控制。我國的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)主要有以下兩種形式：“要素型”監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和“管理型”監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，具體如圖1和圖2所示:

圖1“要素型”監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

圖2“管理型”監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

三、結(jié)語

為了國家和省環(huán)境監(jiān)測管理機(jī)構(gòu)履行統(tǒng)一、高效的環(huán)境監(jiān)測行政監(jiān)督和質(zhì)量管理職能，國家和區(qū)域環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理與技術(shù)中心加強(qiáng)質(zhì)量控制技術(shù)支持、技術(shù)指導(dǎo)和考核評估，各級、各類環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)建立科學(xué)的、系統(tǒng)的、全過程的環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制程序，從而構(gòu)建起科學(xué)化、系統(tǒng)化、規(guī)范化的環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理體系，克服我國現(xiàn)有質(zhì)量管理的不足，保障環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和可靠，適應(yīng)科學(xué)化、信息化、定量化、法制化的環(huán)境管理需求。

參考文獻(xiàn)

篇（7）

任何事物都存在兩面性,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也不例外,其也存在自己的弊端,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下計(jì)算機(jī)硬件面臨更多的風(fēng)險(xiǎn),更容易遭到黑客的攻擊和病毒的入侵,更容易被別人竊取數(shù)據(jù)。如何在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保障計(jì)算機(jī)硬件的安全一直以來都是一個(gè)人們的話題,也有很多研究人員致力于這方面的研究,并且取得了一定的成效,在今后的發(fā)展過程中還應(yīng)該加大在這方面的投入力度。

1 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下計(jì)算機(jī)硬件面臨的風(fēng)險(xiǎn)分析

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,計(jì)算機(jī)面臨的環(huán)境非常復(fù)雜,十分容易受到破壞,特別是CPU、電腦內(nèi)存、硬盤和路由器硬件設(shè)備容易出現(xiàn)問題。計(jì)算機(jī)的硬件的安全與其處于的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和物理環(huán)境都有很大的關(guān)系,如果計(jì)算機(jī)連入的互聯(lián)網(wǎng)存在各種各樣的病毒以及其它的安全隱患,那么計(jì)算機(jī)硬件的安全將沒有任何保障。此外計(jì)算機(jī)所處的物理環(huán)境也會(huì)給計(jì)算機(jī)的硬件安全帶來重要的影響,特別是其所處環(huán)境的濕度、溫度、電磁場等因素,都會(huì)影響計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。環(huán)境溫度過高容易使 CPU燒壞,濕度過大容易使空氣中的塵埃聚集在電路板上使電路板受到損害無法正常工作,計(jì)算機(jī)所處環(huán)境中的電磁場太強(qiáng)也會(huì)對計(jì)算機(jī)的硬件工作產(chǎn)生影響,嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)癱瘓。因此網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,計(jì)算機(jī)硬件面臨的風(fēng)險(xiǎn)是多種多樣的,必須加強(qiáng)對其的日常維護(hù)管理、提高硬件安全性能,才能保證計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 計(jì)算機(jī)硬件安全維護(hù)的原則簡介

計(jì)算機(jī)的安全維護(hù)時(shí)一件十分復(fù)雜的工作,也極具技術(shù)含量,在進(jìn)行計(jì)算機(jī)硬件安全維護(hù)工作時(shí)一定要遵循相關(guān)的原則,只有如此才能達(dá)到事半功倍的效果。

2.1 由外到內(nèi)原則

在進(jìn)行計(jì)算機(jī)安全檢測時(shí),應(yīng)該從最常出現(xiàn)問題的外部硬件開始,只有在排除了外部硬件問題之后再進(jìn)行內(nèi)部硬件的檢測,這就是常說的由內(nèi)到外的原則。由內(nèi)到外的原則可以有效的提高硬件檢修工作的工作效率,減少維修人員的工作量。

2.2 由靜到動(dòng)原則

由靜到動(dòng)的原則要求在計(jì)算機(jī)硬件檢測的過程中先進(jìn)行斷電檢測,也就是靜態(tài)檢測,然后在進(jìn)行帶電檢測,也就是所謂的動(dòng)態(tài)檢測。如果靜態(tài)檢測就能發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬件中存在的問題,那么就沒有必要再進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測了,因?yàn)榕c靜態(tài)檢測相比動(dòng)態(tài)檢測更能發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬件中存在的問題,但是其對檢測人員也有更高的技術(shù)要求,如果操作不當(dāng)還可能會(huì)給硬件帶來額外的損傷。

2.3 由簡到繁原則

計(jì)算機(jī)硬件出現(xiàn)的很多問題都是由于簡單問題造成的,例如散熱扇接觸不良、內(nèi)存卡出現(xiàn)松動(dòng)、主板灰塵太多等問題。簡單問題也可能對計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生巨大的影響,因此在進(jìn)行硬件維修工作時(shí)應(yīng)該遵循由簡到繁的原則,絕對不能剛開始就對計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行一頓亂拆,那反而會(huì)使問題越來越復(fù)雜,不利于找到問題的根源。

3 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下計(jì)算機(jī)硬件安全保障策略探討

3.1 采用安全處理器

處理器被稱為計(jì)算機(jī)的“大腦”,在計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行的過程中起著決定性的作用,一旦處理器出現(xiàn)問題,整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)會(huì)癱瘓,由此可見計(jì)算機(jī)硬件安全保障的首要工作就是保障處理器的安全運(yùn)行。安全處理器可以對系統(tǒng)程序發(fā)出的各種加密指令進(jìn)行加密并且進(jìn)行執(zhí)行,可以保證解密之后的指令程序不會(huì)遭到泄露。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,處理器容易遭到各種病毒的入侵,容易被非授權(quán)的用戶竊取計(jì)算機(jī)上的相關(guān)信息和篡改計(jì)算機(jī)程序,采用安全處理器可以有效的防止外界人員入侵計(jì)算機(jī)的機(jī)密文件,使得計(jì)算機(jī)的安全性能得到了巨大的改善。

3.2 隔離內(nèi)存區(qū)域

內(nèi)存是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的一個(gè)主要組成部分,將計(jì)算機(jī)的一部分內(nèi)存進(jìn)行隔離,能夠在該隔離區(qū)域形成與外界安全隔離、存儲(chǔ)敏感數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域地帶,更能有效的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行加密保護(hù)。一般來說存儲(chǔ)在隔離區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息只能夠被所屬的程序訪問,其它程序根本就無權(quán)對其發(fā)起訪問,這能有效的規(guī)避網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)竊取,因?yàn)橛?jì)算機(jī)的其它外界設(shè)備無權(quán)訪問這些數(shù)據(jù),也就沒有辦法調(diào)出該隔離區(qū)域存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),因此為計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行增加了一層保障。

3.3 對數(shù)據(jù)總線進(jìn)行加密

對數(shù)據(jù)總線進(jìn)行加密可以使硬件的安全性能得到巨大的提高,因?yàn)槠涫抢妹荑€對系統(tǒng)應(yīng)用程序和普通的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加密,這提高了破解的難度,但其技術(shù)要求較高、加密成本也較高,這是其沒有得到廣泛運(yùn)用的主要原因。目前來說,數(shù)據(jù)總線加密主要還是用在一些安全級別較高的計(jì)算系統(tǒng)中,例如軍用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)提款機(jī)設(shè)備等。此外,數(shù)據(jù)總線加密只有在一臺(tái)計(jì)算機(jī)處理器與另一臺(tái)計(jì)算機(jī)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)總線交換時(shí)才能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,這也是其沒有得到推廣使用的一個(gè)主要原因。

3.4 采用全加密硬盤

篇（8）

【摘　要】基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、嵌入式網(wǎng)關(guān)和監(jiān)測中心三部分組成。其中，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以ATmega16單片機(jī)為控制核心構(gòu)成，配置了符合環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的各種傳感器，可對10種大氣環(huán)境變量和氣象參數(shù)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測，并采用ZigBee無線通信模塊將環(huán)境數(shù)據(jù)傳送到嵌入式網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)以S3C2440A處理器和嵌入式Linux操作系統(tǒng)為平臺(tái)，還配置了觸摸式人機(jī)界面，不僅能采集大氣環(huán)境數(shù)據(jù)，還可接入Internet，實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境變量和氣象參數(shù)值遠(yuǎn)傳。監(jiān)測中心接收嵌入式網(wǎng)關(guān)上傳的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，存入基于Access 2007的大氣環(huán)境信息關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，并提供查詢等數(shù)據(jù)管理功能。

關(guān)鍵詞 環(huán)境監(jiān)測；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；ZigBee；無線通信；嵌入式系統(tǒng)

0　引言

環(huán)境監(jiān)測是為保護(hù)環(huán)境和保障人群健康，運(yùn)用化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)和公共衛(wèi)生學(xué)等方法間斷或連續(xù)地測定環(huán)境中污染物的濃度，觀察、分析其變化和對環(huán)境影響的過程[1]。隨著社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)問題越來越受到人們的關(guān)注。世界各國都致力于控制和減少環(huán)境污染，研究環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的綠色方案，我國也提出了發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略目標(biāo)，并對環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控提出了更高的要求。

大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)所獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)應(yīng)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映特定區(qū)域環(huán)境的質(zhì)量現(xiàn)狀及其變化趨勢，要求覆蓋面廣，監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)靈活，從而為環(huán)境管理、污染源控制和環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域環(huán)境信息的實(shí)時(shí)采集、無線傳輸和集中處理，是實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測的一種先進(jìn)解決方案。

1　系統(tǒng)總體方案

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。嵌入式網(wǎng)關(guān)和若干傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。由隨機(jī)部署在感興趣區(qū)域內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集大氣環(huán)境信息和氣象參數(shù)，經(jīng)過預(yù)處理之后，以ZigBee無線通信方式發(fā)送到嵌入式網(wǎng)關(guān)；嵌入式網(wǎng)關(guān)也具有環(huán)境數(shù)據(jù)采集能力，還配置了LCD觸摸屏人機(jī)界面，其主要功能是將各監(jiān)測點(diǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)匯總之后，通過Internet傳送給大氣環(huán)境監(jiān)測中心（PC），即實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的Internet接入。環(huán)境監(jiān)測中心對特定區(qū)域的大量環(huán)境數(shù)據(jù)和氣象參數(shù)進(jìn)行檢查分析之后，存儲(chǔ)到Access數(shù)據(jù)庫中，以便統(tǒng)計(jì)處理和數(shù)據(jù)查詢。

2　環(huán)境監(jiān)測變量及傳感器

大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測（air quality monitoring）是指對一個(gè)地區(qū)大氣中的主要污染物進(jìn)行布點(diǎn)觀測，并由此評價(jià)大氣環(huán)境質(zhì)量的過程[2]。國務(wù)院環(huán)境保護(hù)領(lǐng)導(dǎo)小組的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分、標(biāo)準(zhǔn)分級、污染物項(xiàng)目、取值時(shí)間及濃度限值。選擇《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）等可用傳感器測量的幾種大氣污染物作為系統(tǒng)監(jiān)測對象。由于大氣污染與氣象條件密切相關(guān)，因而在大氣污染監(jiān)測中應(yīng)包括風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、相對濕度、氣壓等氣象參數(shù)的測定[3]。此外，CO2是反映碳排放的重要指標(biāo)，所以將其列為監(jiān)測項(xiàng)目之一，故基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測變量共有10種。遵循低成本、高可靠性、適當(dāng)精度、使用方便等原則，為大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)配置了以下8種傳感器模塊：

（1）SO2傳感器：選擇模擬輸出型二氧化硫傳感器模塊SMC-CDX，它采用雙光束非分光紅外線（NDIR）檢測技術(shù)，具有抗其它氣體干擾、穩(wěn)定性好、自帶溫度補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)，輸出符合Modbus協(xié)議的模擬信號(hào)4～20mA，經(jīng)過信號(hào)變送器產(chǎn)生0～5VDC的模擬信號(hào)。

（2）NO2傳感器：選用深圳市富安達(dá)智能科技有限公司研發(fā)的NO2/S-500-S傳感器（量程：0～500ppm，分辨率：0.5ppm，工作溫度范圍：-20°C-45°C，工作濕度范圍：15-90%），無需偏執(zhí)電壓，具有良好的重復(fù)再現(xiàn)性和長期穩(wěn)定性，經(jīng)信號(hào)放大電路及信號(hào)變送器輸出0～5VDC的模擬信號(hào)。

（3）CO傳感器：選用英國Alphasense公司的一氧化碳傳感器CO-BF（量程：0-1000ppm，分辨率：0.5ppm，工作溫度：-30～50℃，工作濕度：15～90％RH），經(jīng)信號(hào)放大及變送后產(chǎn)生0～5VDC模擬信號(hào)。

（4）O3傳感器：選用MQ131臭氧氣體檢測模塊（工作電壓：5VDC），它具有模擬量輸出及TTL電平輸出的雙路信號(hào)輸出，TTL低電平輸出有效，可直接與單片機(jī)I/O口相連。

（5）風(fēng)速風(fēng)向傳感器：配置的M288865包括了風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器。風(fēng)速傳感器（量程：0～40m/s，精度：±0.3m/s）可以產(chǎn)生TTL電平頻率信號(hào)，風(fēng)向傳感器（量程：0～360o，精度：0.1%）在精密導(dǎo)電塑料電位器的活動(dòng)端產(chǎn)生變化的電阻信號(hào)輸出，可經(jīng)過變換電路產(chǎn)生0～5VDC模擬輸出信號(hào)。

（6）溫濕度傳感器：選用含有校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的數(shù)字溫濕度傳感器SHT11（溫度量程：-40～123.8℃，濕度量程：0～100%RH，溫度測量精度：±0.3℃，濕度測量精度：1.8%），它采用準(zhǔn)IIC方式傳輸數(shù)據(jù)。

（7）氣壓傳感器：選擇德國BOSCH氣壓傳感器系列的BMP085（量程：300～1100mbar，精度：0.03mbar，工作溫度范圍：-40℃～85℃），用8-Pin陶瓷無引線芯片承載（LCC）超薄封裝，可以通過IIC總線直接與各種微處理器相連。

（8）CO2傳感器：選擇采用固體電解質(zhì)電池原理的MG811型CO2氣體傳感器。該傳感器受溫濕度變化的影響較小，具有良好的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性，經(jīng)信號(hào)放大及調(diào)理后產(chǎn)生0～5VDC的模擬輸出信號(hào)。

3　大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

3.1　傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)由傳感單元、處理單元、無線收發(fā)單元和電源單元4個(gè)功能模塊組成的微型嵌入式系統(tǒng)[4]，其硬件組成如圖2所示。它的控制能力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力、分析計(jì)算能力和通信能力相對嵌入式網(wǎng)關(guān)較弱。傳感單元分為模擬和數(shù)據(jù)兩部分，SO2傳感器(SMC-CDX)、NO2傳感器(NO2/S-500-S)、CO傳感器(CO-BF)、CO2傳感器(MG811)和風(fēng)向傳感器(M288865/DIR)的輸出信號(hào)經(jīng)過放大和調(diào)理之后，輸出0～5V模擬信號(hào)，可接入MCU的ADC通道；O3傳感器(MQ131)、風(fēng)速傳感器(M288865/SPEED)輸出TTL電平脈沖信號(hào)，可接入MCU的計(jì)數(shù)通道。溫濕度傳感器(SHT11)采用準(zhǔn)IIC方式向MCU發(fā)送數(shù)據(jù)，DATA和SCK信號(hào)可直接與MCU的I/O引腳連接；氣壓傳感器(BMP085) 使用標(biāo)準(zhǔn)IIC總線向MCU發(fā)送數(shù)據(jù)。處理單元主要協(xié)調(diào)、控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理采集數(shù)據(jù)，并與其它節(jié)點(diǎn)合作完成被指派的感知、監(jiān)測任務(wù)，是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心，從節(jié)約成本、提高可靠性等方面考慮，選用ATmega16單片機(jī)。無線收發(fā)單元將傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接入傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用TI公司的系統(tǒng)芯片（SoC）CC2530F256，運(yùn)行ZigBee2007/PRO 協(xié)議，通過USART與MCU傳輸數(shù)據(jù)，滿足以Zigbee為基礎(chǔ)的2.4GHz的ISM頻段應(yīng)用。電源單元?jiǎng)t為傳感器節(jié)點(diǎn)提供維持正常運(yùn)行所必須的能量。

3.2　嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

嵌入式網(wǎng)關(guān)以ARM微處理器為核心，包括傳感單元、基本外圍電路、存儲(chǔ)單元、ZigBee通信、Internet通信和觸屏顯示6部分，其硬件組成如圖3所示。選擇SamSung公司的基于ARM920T架構(gòu)的16/32位RISC處理器S3C2440A作為控制核心，協(xié)調(diào)其它所有工作單元有序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境信息和氣象參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等全部功能。嵌入式網(wǎng)關(guān)的傳感單元組成及功能與傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感單元相同。基本外圍電路包括電源電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，為S3C2440A正常運(yùn)行以及嵌入式網(wǎng)關(guān)中所有外圍電路正常工作提供基本保障。存儲(chǔ)單元擴(kuò)展了SDRAM和flash兩種存儲(chǔ)器，分別為程序代碼和各種數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)空間。ZigBee通信模塊負(fù)責(zé)與WSN內(nèi)的各傳感器節(jié)點(diǎn)通信，搜集監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境信息。觸屏顯示單元采用Toppoly 3.5寸LCD模塊，移植了Qt界面，便于用戶在現(xiàn)場進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)配置，查詢?nèi)我鈺r(shí)刻采集的環(huán)境數(shù)據(jù)等。Internet通信模塊將匯總的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測中心，并與ZigBee模塊聯(lián)合實(shí)現(xiàn)ZigBee和TCP/IP兩種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

4　大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)軟件

4.1　傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件

傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)行被動(dòng)式數(shù)據(jù)采集行為，即僅當(dāng)接收到嵌入式網(wǎng)關(guān)下發(fā)的數(shù)據(jù)采集命令時(shí)才執(zhí)行采集數(shù)據(jù)的任務(wù)，其它時(shí)間則進(jìn)入休眠模式以降低電能消耗。

傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)過程相對簡單，其程序流程如圖4所示。上電復(fù)位后首先初始化硬件，向嵌入式網(wǎng)關(guān)報(bào)告自己的ID信息，加入WSN之后就進(jìn)入空閑模式。在此模式下，CPU停止運(yùn)行，而SPI、USART、ADC、定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器、看門狗和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。諸如定時(shí)器溢出與USART傳輸完成等內(nèi)外部中斷都可以喚醒MCU[5]。因此，當(dāng)接收到嵌入式網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)采集命令后，USART接收中斷會(huì)將MCU喚醒，即刻采集大氣污染物數(shù)據(jù)，再通過ZigBee通信模塊將其傳輸至嵌入式網(wǎng)關(guān)。

4.2　嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件

基于S3C2440A微處理運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，其軟件部分包括啟動(dòng)引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核、根文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，前3部分是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)部分，目前已有相對較為成熟的版本出現(xiàn)，只需要針對具體硬件平臺(tái)進(jìn)行修改、裁減即可完成移植工作，不必重新開發(fā)。

4.2.1　驅(qū)動(dòng)程序

驅(qū)動(dòng)程序是應(yīng)用程序和實(shí)際設(shè)備之間的一個(gè)軟件層[6]。分為字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序。大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的傳感器都是簡單的硬件設(shè)備，因此，全部被抽象為字符設(shè)備。字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成的主要工作是初始化硬件設(shè)備、添加和刪除設(shè)備結(jié)構(gòu)體，申請和釋放設(shè)備號(hào)以及填充file_operations結(jié)構(gòu)體。file_operations結(jié)構(gòu)體用來建立設(shè)備編號(hào)與驅(qū)動(dòng)程序操作的連接，實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)體中的read()、write()、ioctl()等函數(shù)是驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的主題工作。

傳感器設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序所實(shí)現(xiàn)的只是最重要的設(shè)備方法，比如SHT11和CO2的file_operations結(jié)構(gòu)被初始化為如下形式：

struct file_operations shtxx_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.open = sht11_open,

.ioctl = sht11_ioctl,

.release = sht11_release,

};

static struct file_operations adc_fops = {

owner: THIS_MODULE,

open: adc_co2_open,

read: adc_co2_read,

ioctl: adc_co2_ioctl,

release: adc_co2_release,

};

4.2.2　應(yīng)用程序

嵌入式網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序主要包括兩個(gè)線程和一個(gè)中斷服務(wù)程序，其執(zhí)行流程如圖5所示。上電后，首先進(jìn)入main函數(shù)（主線程）初始化并設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，調(diào)用signal函數(shù)設(shè)置SIGALRM信號(hào)的信號(hào)處理程序用以完成嵌入式網(wǎng)關(guān)與監(jiān)測中心的TCP/IP通信任務(wù)，然后設(shè)置定時(shí)器，再調(diào)用pthread_create函數(shù)創(chuàng)建Data_Collection線程負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，之后運(yùn)行基于事件驅(qū)動(dòng)的Qt程序，在這段代碼中將程序控制權(quán)交給用戶，用戶通過操作界面可以設(shè)置嵌入式網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)參數(shù)或查看實(shí)時(shí)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)。

4.3　大氣環(huán)境監(jiān)測中心軟件

使用Access2007創(chuàng)建大氣環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫，利用visual c++提供的ADO（ActiveX Data Object）訪問數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)分析處理、越限報(bào)警和數(shù)據(jù)顯示查詢等功能。當(dāng)鍵入主鍵值（ID）時(shí)，程序訪問access數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，并顯示出該ID對應(yīng)的各字段數(shù)據(jù)值；還可以時(shí)間為橫軸，參數(shù)值為縱軸顯示某一時(shí)間段的變化曲線。如圖6所示。5　結(jié)論

系統(tǒng)綜合測試表明，環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可按照設(shè)計(jì)要求采集數(shù)據(jù)，并能正確接收、執(zhí)行嵌入式網(wǎng)關(guān)下發(fā)的各種命令；嵌入式網(wǎng)關(guān)可實(shí)現(xiàn)WSN自組網(wǎng)功能，并支持傳感器節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)加入或離開網(wǎng)絡(luò)，且人機(jī)界面簡單易用；大氣環(huán)境監(jiān)測中心可顯示環(huán)境信息歷史數(shù)據(jù)和變化曲線，支持各種查詢。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、嵌入式網(wǎng)關(guān)和監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)通信良好，可協(xié)同完成特定區(qū)域的大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)化任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

［1］陳玲,趙建夫.環(huán)境監(jiān)測[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008:10-11.

［2］孫春寶.環(huán)境監(jiān)測原理與技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:7.

［3］國家環(huán)保部. HJ/T 193-2005,環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2006-1-1.

［4］I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci. A Survey on Sensor Networks[J]. IEEE Communications Magazine. 2002:102-114.

篇（9）

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）09-0383-01

一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的涵義

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合運(yùn)用了多項(xiàng)技術(shù)，它是多種技術(shù)的集合體，主要包括無線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及分布式信息處理技術(shù)。它可以對監(jiān)控對象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，并加以處理后得到準(zhǔn)確詳實(shí)信息，最終將這些信息發(fā)給有需要的人。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量靜止或移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)以自組織和多跳的方式構(gòu)成，集傳感與驅(qū)動(dòng)控制、計(jì)算、通信能力于一身，協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息并報(bào)告給用戶。由于它成本低，采用無線通信，不需要固定網(wǎng)絡(luò)協(xié)助，所以其研究成果應(yīng)用十分廣泛。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由非常多的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，它們的功能并不完全相同，但是構(gòu)造大體相同，大都是由數(shù)據(jù)收集、處理、發(fā)送和電源四部分構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的作用是收集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，或者是類頭節(jié)點(diǎn)。收據(jù)收集，即收集監(jiān)測到的數(shù)據(jù)（如濕度、溫度等），并將其傳送至遠(yuǎn)方基站或者是匯節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)周轉(zhuǎn)，即將其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息，在不經(jīng)過任何處理的情況直接傳送出去；類頭節(jié)點(diǎn)，收集屬于同一類型節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，匯總后傳送給上一層級。

系統(tǒng)基本由下面幾部分構(gòu)成：

（1）傳感器節(jié)點(diǎn)。對所監(jiān)控區(qū)域的環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行測量，比如溫度、濕度等，將所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)控中心。

（2）網(wǎng)關(guān)。連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將傳感器網(wǎng)絡(luò)收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至外網(wǎng)，并給下級節(jié)點(diǎn)布置監(jiān)測任務(wù)。

（3）遠(yuǎn)程客戶端和PDA用戶。通過外網(wǎng)查詢監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)。

（4）監(jiān)控中心。布置任務(wù)，下達(dá)監(jiān)測命令，以及管理監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要是匯總分析，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用優(yōu)勢與現(xiàn)狀

用無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，具有三個(gè)比較明顯的優(yōu)勢。

（1）成本低廉，網(wǎng)絡(luò)安裝速度快；

（2）在不增加其他設(shè)備的情況下就可以完成數(shù)據(jù)的傳輸工作，這使得系統(tǒng)性能提高了一個(gè)數(shù)量級；

（3）網(wǎng)絡(luò)堅(jiān)實(shí)，不易被毀壞，能夠滿足某些特殊需求。

關(guān)于將無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測中，國內(nèi)的學(xué)者已經(jīng)做得很多研究，并獲得了一些研究成果。在美國是研究人員將其用于監(jiān)測島嶼的生態(tài)狀況；在我國，杭州將其用于監(jiān)測杭州西溪濕地水環(huán)境，國防科技大學(xué)將其用于環(huán)境監(jiān)測并得到了重要的研究成果。

在我國，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還未得到廣泛的應(yīng)用，主要原因是，第一大部分人對其還不熟悉，不知道任何使用，它的優(yōu)勢在哪里；第二無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在使用中還存在一些重要問題沒有得到徹底解決，國內(nèi)關(guān)于它的研究還比較淺，加之其應(yīng)用不同地方會(huì)出現(xiàn)不同的問題，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和傳感器節(jié)點(diǎn)等也有不同的要求。

四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

（一）礦井環(huán)境監(jiān)測

對于煤礦企業(yè)而言，安全探測是十分重要的，特別是在需求量持續(xù)增長的前提下，在長期的開發(fā)與使用中，煤礦探測的安全問題愈發(fā)的引起了人們的重視。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的支持下，可以很好的實(shí)現(xiàn)低成本的探測需求，并且可以在一定程度上提高礦井作業(yè)的安全屬性。特別是Zig Bee技術(shù)的應(yīng)用與推廣，可以滿足人們對于井下監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、安全分析等綜合需求。在近年來，技術(shù)人員將Zig Bee技術(shù)進(jìn)行了細(xì)化和拓展，可以幫助人們直觀的了解到井下的作業(yè)情況，這對于安全、高效作業(yè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了較大的支持。

（二）軍事環(huán)境監(jiān)測

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強(qiáng)和容錯(cuò)性高的特點(diǎn)，因此非常適合在軍事領(lǐng)域應(yīng)用，也是軍事指揮、控制、通信、計(jì)算、情報(bào)、監(jiān)視、偵察與目標(biāo)捕獲系統(tǒng)的重要組成部分。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對敵軍兵力和裝備的監(jiān)控，戰(zhàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)視，目標(biāo)定位，戰(zhàn)場評估，核攻擊和生物化學(xué)攻擊的監(jiān)測和搜索等功能，目前國際許多機(jī)構(gòu)的課題都是以戰(zhàn)場需求為背景展開的。信息技術(shù)必然是未來戰(zhàn)爭取勝的關(guān)鍵，目前已然有許多國家將該技術(shù)與軍事研究相結(jié)合，幫助己方及時(shí)的獲取對方的各項(xiàng)信息，從而及時(shí)的進(jìn)行戰(zhàn)略的調(diào)整。

（三）自然環(huán)境監(jiān)測

1、大氣環(huán)境監(jiān)測

將無線傳感網(wǎng)絡(luò)用于監(jiān)測大氣環(huán)境，主要需要兩部分的支持，分別是設(shè)備和相應(yīng)的程序支持。設(shè)備包括一是傳感器節(jié)點(diǎn)，主要是用于大氣技術(shù)參數(shù)的監(jiān)測和收集，還有相配套的放大電路；二是Sink節(jié)點(diǎn)，用來匯總數(shù)據(jù)及向基站傳輸數(shù)據(jù)；三是服務(wù)器，這其中需要兩個(gè)服務(wù)，一個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，一個(gè)用于數(shù)據(jù)傳輸。相應(yīng)程序也就軟件主要是由用于數(shù)據(jù)收集、處理和傳輸?shù)南嚓P(guān)模塊組成，通常有串口通信、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能模塊。它的優(yōu)點(diǎn)是安裝簡單方便、布局靈活、維護(hù)容易、成本低。

2、水環(huán)境監(jiān)測

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從功能上可以將水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)分成三級。第一級是以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為核心構(gòu)造的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)以及測試儀構(gòu)成；第二級是Zig Bee/GPRS網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)并遠(yuǎn)程發(fā)送，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心對數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)控制命令的發(fā)送；第三級是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理分析和控制命令決策。在整個(gè)水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)專注于探測和收集水環(huán)境的信息；而復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)等則交給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心來完成。主要包括以動(dòng)態(tài)曲線的方式實(shí)現(xiàn)傳感器信息的在線監(jiān)測和大量水質(zhì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

3、地質(zhì)監(jiān)測

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在地質(zhì)監(jiān)測方面也有很廣泛的應(yīng)用。對于部分地質(zhì)較為特殊的區(qū)域而言，有效的地質(zhì)檢測可以很好的促進(jìn)該區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如凍土環(huán)境下的交通設(shè)施建設(shè)，在人力無法實(shí)現(xiàn)的前提下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則可以很好的實(shí)現(xiàn)。尤著宏等基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的青藏鐵路溫度監(jiān)測系統(tǒng)，采用多跳的方式將數(shù)據(jù)從傳感節(jié)點(diǎn)傳輸至轉(zhuǎn)發(fā)基站上的匯聚節(jié)點(diǎn)，再由匯聚節(jié)點(diǎn)利用 GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心。

4、其他應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在其他領(lǐng)域也同樣具有重要的應(yīng)用價(jià)值，例如在農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測方面，崔光照等針對當(dāng)前農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測面臨的監(jiān)測點(diǎn)分散、布線困難和實(shí)時(shí)性差等問題，提出了利用具有自組織特性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對溫度、土地濕度和土壤pH值等環(huán)境變量進(jìn)行在線監(jiān)測的方法。該方法采用了對等式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，低功耗微小網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及基于拓?fù)錁涞木W(wǎng)絡(luò)初始化配置算法。實(shí)驗(yàn)測試表明，節(jié)點(diǎn)能夠有效地采集和處理數(shù)據(jù)，并可以在節(jié)點(diǎn)間成功地進(jìn)行通信。另外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖、森林監(jiān)測、家庭環(huán)境監(jiān)測以及管道輸送監(jiān)測等方面都得到了廣泛應(yīng)用。

綜上所述，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在眾多領(lǐng)域都有著應(yīng)用，并發(fā)揮著極為重要的作用。因此，為使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁有更為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，還需要更進(jìn)一步的深入研究，為社會(huì)發(fā)展?fàn)I造更良好的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

篇（10）

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2016）04-0052-04

在多媒體教學(xué)課件開發(fā)的設(shè)計(jì)階段，尤以腳本編寫最為重要，因?yàn)樗钦n件開發(fā)的藍(lán)本。如今在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行教學(xué)已成為常態(tài)，網(wǎng)絡(luò)具有豐富的資源、交互簡便以及時(shí)空自由等特點(diǎn)，在教學(xué)上擁有獨(dú)特的優(yōu)勢，使得越來越多的人習(xí)慣于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，而在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用的教學(xué)課件會(huì)依據(jù)其教學(xué)設(shè)計(jì)所采用的教學(xué)策略不同而具有差異性。因此設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)課件腳本時(shí)需要參照不同教學(xué)策略特點(diǎn)，使其能夠適用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。

在研究前，筆者以“教學(xué)策略”和“教學(xué)設(shè)計(jì)”為關(guān)鍵字，在知網(wǎng)、萬方、維普等國內(nèi)常用文獻(xiàn)庫中進(jìn)行搜索統(tǒng)計(jì)，總結(jié)出實(shí)際教學(xué)中使用頻繁的教學(xué)策略：分別為啟發(fā)式教學(xué)策略、隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)策略、先行組織者教學(xué)策略和情境陶冶教學(xué)策略，在特色期刊文獻(xiàn)數(shù)目統(tǒng)計(jì)分別為825篇、96篇、313篇、30篇，其它教學(xué)策略43篇，其所占比例如圖1所示。據(jù)此確定本文對以上四種教學(xué)策略的課件腳本進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。

一、基于啟發(fā)式教學(xué)的課件腳本設(shè)計(jì)

1.啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)從古至今有著悠久的歷史，我國古代教育家孔子強(qiáng)調(diào)啟發(fā)思維，提出了“不憤不啟，不悱不發(fā)”主張。“憤”就是學(xué)生的準(zhǔn)備狀態(tài)，對某一問題的積極思考，急于解決而又尚未弄明白的心理狀態(tài)，一種內(nèi)在動(dòng)機(jī)。教師就需要對學(xué)生進(jìn)行適時(shí)指導(dǎo)，這就是“啟”。“悱”是指學(xué)生對某一問題已有一段時(shí)間思考，但尚未成熟，想說又難以表達(dá)的另一種矛盾心理狀態(tài)。[1] 采用啟發(fā)誘導(dǎo)的方法傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力，使學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)。

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行教學(xué)，啟發(fā)式教學(xué)主要用于啟發(fā)學(xué)生思考操作過程，即過程式啟發(fā)式教學(xué)法。教師依據(jù)學(xué)生掌握知識(shí)與技能所需要的方法，設(shè)置相應(yīng)的啟發(fā)式問題，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生思考和完成學(xué)習(xí)任務(wù)，并過渡到讓學(xué)生向自己提出問題。[2] 然而教師的啟發(fā)并不僅限于某一個(gè)或幾個(gè)程序化的點(diǎn)，教師對學(xué)生的啟發(fā)活動(dòng)是伴隨整個(gè)教學(xué)過程的。

啟發(fā)式教學(xué)初期教師通過營造一種環(huán)境，導(dǎo)入一個(gè)值得討論的問題，引導(dǎo)學(xué)生陷入思考。通過層層啟發(fā)，形成一個(gè)個(gè)矛盾點(diǎn)，此時(shí)教師需要指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，才能打破矛盾點(diǎn)，即意味著開始進(jìn)入了教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)。假設(shè)教學(xué)過程中教學(xué)內(nèi)容依據(jù)層次劃分由低到難，分別記為A、B、C，啟發(fā)式教學(xué)策略中教學(xué)流程如圖2所示。

重點(diǎn)在于讓學(xué)生思考，對問題進(jìn)行判斷，形成矛盾點(diǎn)，教師開始適時(shí)地進(jìn)行指點(diǎn)，逐步啟發(fā)。

2.啟發(fā)式教學(xué)的課件腳本設(shè)計(jì)

在多媒體課件開發(fā)過程中，要體現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)策略，不僅僅要展現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的基本步驟，更要考慮到師生在多媒體環(huán)境下，與CAI的交互方式吻合度。

多媒體課件通過操作者扮演教師的角色，計(jì)算機(jī)引入情境向?qū)W生提出問題，學(xué)生回答問題并反饋，然后由專家系統(tǒng)檢測，是否需要再度啟發(fā)等過程來實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式教學(xué)過程。上海顧博士提出了“誘導(dǎo)―嘗試―歸納―變式―回授―調(diào)節(jié)”的教學(xué)策略，具體為啟發(fā)創(chuàng)設(shè)問題情境、探究知識(shí)、歸納結(jié)論、變式練習(xí)、回授嘗試效果和調(diào)節(jié)。

啟發(fā)式教學(xué)策略的多媒體課件腳本設(shè)計(jì)時(shí)，一方面以啟發(fā)式教學(xué)流程圖為基礎(chǔ)，另一方面要從課件本身的特點(diǎn)出發(fā)，包括前期情境的引入，點(diǎn)擊課件的形式等等。不僅如此，還需要考慮到課件面向的人群，其學(xué)習(xí)特點(diǎn)及風(fēng)格，進(jìn)入啟發(fā)式情境中采用何種媒體（圖、文、音視頻等）。具體腳本設(shè)計(jì)如圖3所示。

二、基于隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)的課件腳本設(shè)計(jì)

1.隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)

隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)的基本思想源自建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的一個(gè)新分支――認(rèn)知彈性理論。教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容的講解，要出現(xiàn)在不同的時(shí)間、教學(xué)情境中，為了避免內(nèi)容過于簡單，應(yīng)盡可能保持真實(shí)性和復(fù)雜性的知識(shí)，使知識(shí)具有高度概括性和具體性。不管學(xué)習(xí)的過程是從哪個(gè)方面進(jìn)行的，其最終的學(xué)習(xí)結(jié)果是一樣的，都同樣獲得了對同一事物或同一問題的多方面認(rèn)識(shí)和理解。

隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)包含以下幾個(gè)步驟：①呈現(xiàn)基本情境；②隨機(jī)進(jìn)入學(xué)習(xí)；③思維發(fā)展訓(xùn)練；④小組協(xié)作學(xué)習(xí)；⑤學(xué)習(xí)效果評價(jià)。

為利于學(xué)生多方位的建構(gòu)知識(shí)，隨機(jī)進(jìn)入式教學(xué)可以是循環(huán)式的結(jié)構(gòu)，也可以是線性分支結(jié)構(gòu)，先是由學(xué)習(xí)目標(biāo)來決定的，接著圍繞目標(biāo)設(shè)置不同情境進(jìn)行學(xué)習(xí)。[3] 認(rèn)知彈性理論認(rèn)為，圍繞案例教學(xué)可以解決傳統(tǒng)教學(xué)無法解決的問題。事物復(fù)雜的觀念需要慢慢灌輸給學(xué)習(xí)者，而不是先從一個(gè)不適當(dāng)?shù)倪^分簡單觀點(diǎn)開始。[4] 隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)策略的教學(xué)流程如圖4所示。

2.隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)的課件腳本設(shè)計(jì)

多媒體課件設(shè)計(jì)過程中同樣需要借鑒隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)流程圖。在呈現(xiàn)基本情境時(shí)，多媒體課件可以體現(xiàn)其明顯的優(yōu)勢，利用計(jì)算機(jī)獨(dú)特的圖像、音視頻等媒體呈現(xiàn)能力，學(xué)習(xí)者根據(jù)喜好進(jìn)行選擇，進(jìn)入學(xué)習(xí)。課件腳本設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

三、基于先行組織者教學(xué)的課件腳本設(shè)計(jì)

1.先行組織者教學(xué)

先行組織者實(shí)質(zhì)上就是一種引導(dǎo)性材料，能夠定向和引導(dǎo)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。原有學(xué)習(xí)知識(shí)是與新學(xué)習(xí)材料適當(dāng)相關(guān)的、穩(wěn)定的、清晰的和概括性高的材料，在新舊知識(shí)學(xué)習(xí)上搭建一個(gè)橋梁，這樣有了先前知識(shí)的學(xué)習(xí)，新知識(shí)學(xué)習(xí)更穩(wěn)固扎實(shí)，不易遺忘。[5] 有意義學(xué)習(xí)需要學(xué)習(xí)者回憶舊知識(shí)內(nèi)容，并需要主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)，找到新舊知識(shí)聯(lián)系的關(guān)鍵點(diǎn)。該教學(xué)策略主要分為以下三個(gè)階段：呈現(xiàn)先行組織者、呈現(xiàn)學(xué)習(xí)任務(wù)和材料、擴(kuò)充與完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

根據(jù)加涅信息加工模型（如圖6），人在接受外界刺激后，在對刺激做出相關(guān)反應(yīng)前，人腦會(huì)對其進(jìn)行一系列處理即信息加工。對信息加工的研究，有助于設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中對各參量的把握，從而達(dá)到特定的刺激反應(yīng)。之前的所學(xué)知識(shí)是短時(shí)記憶，經(jīng)過教師的指導(dǎo)為長時(shí)記憶。[6] 先行組織者的教學(xué)過程如圖7所示。

先行組織者在傳授知識(shí)內(nèi)容時(shí)，需要提前辨別新學(xué)習(xí)材料和原有學(xué)習(xí)材料知識(shí)之間相關(guān)性和緊密性程度。

2.先行組織者教學(xué)的課件腳本設(shè)計(jì)

將教學(xué)過程流程圖轉(zhuǎn)換為腳本設(shè)計(jì)圖，需要考慮到計(jì)算機(jī)的良好交互性和展示性。如圖8所示，是自上而下的分析，自下而上的表達(dá)。

四、基于情境陶冶教學(xué)的課件腳本設(shè)計(jì)

1.情境陶冶教學(xué)

情境陶冶教學(xué)是由保加利亞心理學(xué)家洛扎諾夫提出的，主要是采用特定的情境，讓學(xué)生處在思想很集中的情況下學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者能夠很好認(rèn)知，進(jìn)行知識(shí)的重構(gòu)。[7] 情境教學(xué)就是在教學(xué)中根據(jù)教材和教輔材料的需要，去引入形象的情境，學(xué)習(xí)者在這一情境中自主活動(dòng)，達(dá)到輕松愉快的學(xué)習(xí)效果。人的認(rèn)識(shí)是有意識(shí)與無意識(shí)的心理活動(dòng)的統(tǒng)一，是理智與情感活動(dòng)的統(tǒng)一，這兩種意識(shí)能夠充分激發(fā)學(xué)生的潛能，在教學(xué)過程中把各種無意識(shí)活動(dòng)組合起來。情境陶冶教學(xué)策略主要由創(chuàng)設(shè)情境、自主活動(dòng)、總結(jié)轉(zhuǎn)化三部分組成。

情境陶冶教學(xué)策略下的教學(xué)目標(biāo)需要利用多媒體引入圖像、音視頻等各種素材，使學(xué)生的多方面感官得到刺激。學(xué)生能夠根據(jù)產(chǎn)生的情境和教學(xué)內(nèi)容有一致的情感基調(diào)，帶著情感去體驗(yàn)和觀察教學(xué)內(nèi)容。[8] 其具體教學(xué)活動(dòng)開展可以用圖9表示。

2.情境陶冶教學(xué)的課件腳本設(shè)計(jì)

教學(xué)過程要很好地反應(yīng)“因景生情，以情化境”原則。課件設(shè)計(jì)類型為教師輔助型，腳本設(shè)計(jì)圖如圖10所示。

五、對比分析

以上四種不同教學(xué)策略的課件腳本設(shè)計(jì)圖不同，下面我們將對其進(jìn)行對比分析。

基于啟發(fā)式教學(xué)策略的課件腳本設(shè)計(jì)時(shí)，需在學(xué)生的“憤”、“悱”狀態(tài)進(jìn)行啟發(fā)，才能達(dá)到事半功倍的效果。在課件制作啟發(fā)階段，注意啟發(fā)事件的合理設(shè)計(jì)，要時(shí)刻把握住啟發(fā)式的關(guān)鍵矛盾點(diǎn)，以子之矛攻子之盾，從而使學(xué)生主動(dòng)地建構(gòu)知識(shí)。讓學(xué)生去感受探究知識(shí)，逐步引導(dǎo)，變式調(diào)節(jié)，直至教學(xué)結(jié)束。

基于隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)的課件設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下幾個(gè)問題：避免在多個(gè)上下文中產(chǎn)生混淆，必須在探討的問題上提供相關(guān)背景信息。需要生成縱橫交錯(cuò)的概念圖。設(shè)置多重情境或意義，這種設(shè)置為學(xué)習(xí)者的選擇和隨機(jī)訪問創(chuàng)造了條件。學(xué)習(xí)環(huán)境的組織不可能按照單一方向安排學(xué)習(xí)的發(fā)展，而知識(shí)也不可能按照純粹的類別分類，還需根據(jù)不同的概念和問題提供相關(guān)案例。

基于先行組織者教學(xué)的課件腳本設(shè)計(jì)時(shí)，在腳本設(shè)計(jì)中需要借助某種媒體提及先前知識(shí)，便于學(xué)生進(jìn)行歸納上位知識(shí)，從而引出新的學(xué)習(xí)材料，便于新舊知識(shí)聯(lián)系，擴(kuò)充與完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。另外根據(jù)學(xué)習(xí)者能力提供相應(yīng)的資源服務(wù)。

基于情境教學(xué)的課件腳本設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意多媒體的使用能否激發(fā)學(xué)生的興趣，營造建設(shè)的場景能否達(dá)到教學(xué)目的。在腳本設(shè)計(jì)中，目的要明確，不能太過隨意，學(xué)習(xí)者能樹立自信心，提高各方面能力。課件需注意師生之間的溝通以及交互性。

六、結(jié)論

腳本設(shè)計(jì)是課件制作的前提，在整個(gè)多媒體課件制作過程中具有不可忽視的作用，好的腳本才能制作出優(yōu)質(zhì)的課件。在腳本設(shè)計(jì)過程要始終堅(jiān)持突出其可用性，對教學(xué)過程中采用的教學(xué)策略進(jìn)行合理分析，據(jù)此進(jìn)行腳本的設(shè)計(jì)，才能使課件在教學(xué)中充分發(fā)揮作用，提高整體教學(xué)的效果和質(zhì)量?，F(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行教學(xué)已成為主流，該環(huán)境下的課件腳本設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的有所不同，腳本設(shè)計(jì)需要形成一套屬于自己的理論體系，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，合理地進(jìn)行腳本設(shè)計(jì)，從而制作完善的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的課件。

參考文獻(xiàn)：

[1]何克抗，林君芬，張文蘭.教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2006：95.

[2]宋偉娜.過程啟發(fā)式教學(xué)法在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用與思考[J].中國電化教育，2009（4）：88-90.

[3]余敏.基于隨機(jī)進(jìn)入學(xué)習(xí)理論的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式設(shè)計(jì)與研究[D].重慶：西南大學(xué)，2010.

[4]李康，梁斌.課件設(shè)計(jì)理論與制作技術(shù)[M].廣東：暨南大學(xué)出版社，2009：60.

[5]賈麗霞.高中化學(xué)教學(xué)中先行組織者的策略研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2011.