网络环境检测汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇网络环境检测范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

随着互联网的发展，网络技术广泛应用于生活中，许多公共场所布设移动WiFi接入点，为人们获取信息提供便捷条件。人们应用网络服务时将个人信息、银行账户等敏感数据存储到网络中，重要数据传递带来安全隐患造成网络安全问题突出。本文利用云计算技术对大数据下网络异常流量进行检测，并测试检测效果。

1大数据下网络异常流量检测方法研究

光纤网络利用光在玻璃纤维实现光波通信，大数据集成调度，然后通过交换机分配IP。光纤通信传输距离远，云计算环境通过波分复用技术使光强度变化，通信中受到干扰导致通信信道配置失衡，需要对云计算光纤网络大数据异常负载优化检测，提高网络通信的输出保真性[1]。云计算光纤网络中大数据异常负载检测模型研究需要提取大数据负载异常特征，实现异常负载检测。

2网络异常数据检测大数据分析平台

网络异常流量分为DDoS、NetworkScan等类型，异常流量类型可从目的IP地址、源IP地址、字节数等特征区分[2]。DDos异常流量可通过特征二四五七检测；NetworkScan异常流量可采用多个网络地址对主机端口扫描动作；FlashCrowd异常流量由异常用户对访问资源申请动作。本文以影响网络安全异常流量检测为研究内容，运用现有数据样本对建立检测模型训练，对训练后识别分析模型检验[3]。研究异常流量类型包括U2R攻击类型、Probing攻击类型等，需要对数据特征提取分析，对入侵事件进行分类[4]。应用多种入侵事件特征数据，包括离散不间断协议、离散常规行为、离散接点状态、不间断数据源到目标数据比特数、持续创建新文件个数等。为避免两种衡量标准相互干扰，需对离散数据采用连续化操作。云计算平台迅速占领市场，目前应用广泛的是Apache开源分布式平台Hadoop，Hadoop云计算平台由文件系统、分布式并行计算等部分组成[5]。MapReduce将传统数据处理任务分为多个任务，提高计算效率（见图1）。MapReduce编程核心内容是对Map函数进行特定动作定义，Map核心任务是对数据值读取，InputFormat类将输入样本转换为key/value对。发现tasktracker模块处于空闲状态，平台把相应数据Split分配到Map动作中，采用createRecordReader法读取数据信息，tasktracker处于工作状态程序进入等待。

3大数据分析模型

随着待处理数据规模剧增，单台计算机处理数据速度过于缓慢，云计算系统以Hadoop为平台基础，提高计算效率。基于Hadoop平台对网络异常流量操作，向平台提交网络流量检测请求，工程JAR包运行，通过JobClient指令把作业发送到JobTracker中，从HDFS中获取作业分类情况。JobTracker模块执行任务初始化操作，运用作业调度器可实现对任务调度动作。任务分配后进入Map阶段，所需数据在本地磁盘中进行存储，依靠计算机Java虚拟机执行实现JAR文件加载，TaskTracker对作业任务处理，需要对文件库网络流量特征测试，Map动作结果在本地计算机磁盘中存储。系统获得Map动作阶段计算结果后对网络流量分类，中间结果键值相同会与对应网络流量特征向量整合，ReduceTask模块对MapTask输出结果排序。Reduce动作完成后，操作者通过JobTracker模块获取任务运行结果参数，删除Map动作产生相应中间数据。BP神经网络用于建立网络流量检测模型，MapReduce平台具有高效计算优势，最优参数结果获得需多次反复计算优化，MapReduce平台单词不能实现神经网络计算任务，采用BP神经网络算法建立网络流量检测模型会加长计算时间。本文采用支持向量机算法建立网络流量检测模型。支持向量机以统计学理论为基础，达到经验风险最小目的，算法可实现从少数样本中获得最优统计规律。设定使用向量机泛化能力训练样本为（xi,yi），i=1，2，…，I，最优分类平面为wx+b=0，简化为s.t.yi（w⋅xi+b）-1≥0，求解问题最优决策函数f(x)=sgn[∑i=1lyiai(x⋅xi)+b]，支持向量SVM把样本x转化到特定高维空间H，对应最优决策函数处理为f(x)=sgn[∑i=1lyiaiK(x⋅xi)+b]。云计算Hadoop平台为建立网络异常流量检测模型提供便捷。MapReduce模型通过Reduce获得整体支持向量AIISVs，通过Reduce操作对SVs收集，测试操作流量先运用Map操作对测试数据子集计算，运用Reduce操作对分量结果Rs统计。

4仿真实验分析

为测试实现云计算光纤网络大数据异常负载检测应用性能，采用MATLAB7进行负载检测算法设计进行云计算光纤网络中大数据异常负载检测，数据样本长度为1024，网络传输信道均衡器阶数为24，迭代步长为0.01。采用时频分析法提取异常负载统计特征量进行大数据异常负载检测，重叠干扰得到有效抑制。采用不同方法进行负载异常检测，随着干扰信噪比增大，检测的准确性提高。所以设计的方法可以有效检测大数据中异常负载，并且输出误码率比传统方法降低。单机网络异常流量检测平台使用相同配置计算机，调取实测数据为检验训练源数据，选取典型异常流量200条数据样本用于测试训练。采用反馈率参量衡量方法好坏，表达式为precision=TP/FP+FN×100%，其中，FN为未识别动作A特征样本数量；TP为准确识别动作A特征样本数量；FP为错误识别动作A特征样本数量。提出检测方法平均准确率提高17.08%，具有较好检测性能。对提出网络异常流量检测方法进行检测耗时对比，使用提出网络异常流量检测方法耗时为常规方法的8.81%，由于使用检测方法建立在大数据云计算平台，将检测任务分配给多个子任务计算平台。使用KDDCUP99集中的数据进行网络异常流量检测分析，选取R2L攻击，Probing攻击异常流量数据用于检测分析，采用准确率参数衡量检测方法宏观评价网络流量检测识别方法：r=TP/FP+FN×100%。使用单机平台下SVM算法建立网络异常检测模型对比分析，本文研究检测模型平均识别率为68.5%，研究网络异常流量检测模型检测准确率提高28.3%。多次试验对比检测耗时，使用本文提出网络异常流量检测耗时较短。

【参考文献】

[1]林昕，吕峰，姜亚光，等.网络异常流量智能感知模型构建[J].工业技术创新，2021（3）：7-14.

[2]武海龙，武海艳.云计算光纤网络中大数据异常负载检测模型[J].激光杂志，2019（6）：207-211.

[3]农婷.大数据环境下的网络流量异常检测研究[J].科技风，2019（17）：84.

篇（2）

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：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

防火墙作为一种边界安全设施能比较有效地保护网络内部的非法访问。由于传统防火墙所暴露出来的不足和弱点，引发了人们对入侵检测系统（IDS）技术的研究和开发。入侵检测系统为网络安全提供实时的入侵检测及采取相应的防护手段。随着下一代网络的发展，IPv6提供了较好的安全体系结构，IPv6安全机制的引进，增强了网络层的安全性。同时，IPv6安全机制的应用对现有的网络安全体系也提出了新的要求和挑战。由于入侵手法层出不穷，入侵检测系统很难检测到新的入侵行为，蜜罐技术的引入能够很好的解决这一问题。

入侵检测是指通过对行为、安全日志或审计数据或其它网络上可以获得的信息进行操作，检测到系统的闯入或闯入的企图。入侵检测技术，它是一种主动保护自己免受黑客攻击的新型网络安全技术，进行入侵检测的软件与硬件的组合便是入侵检测系统[1]。

Spitzner认为，蜜罐是一个信息系统资源，其价值就在于它的资源被未授权或非法使用。蜜罐系统通过伪装成带有漏洞的真实系统来吸引黑客进入，并记录黑客在其中的活动。我们通过分析蜜罐记录的数据就可以很轻松的了解到黑客的动向及其使用的新方法等信息。本文引入蜜罐技术是为了记录黑客行为，提取出入侵规则，把新的入侵规则添加到入侵检测系统的规则库中，从而使入侵检测系统能够检测出新的入侵行为。

由于IPSec作为IPv6的下一代互联网的必选协议，它从协议上保证了数据传输的安全性。该协议定义了认证报头和封装安全载荷报头，实现了基于网络层的身份认证，确保了数据包的完整性和机密性，在一定程度上实现了网络层安全[2]。由于在IPv6环境下网络的安全问题仍然突出，入侵检测系统作为一种有效的网络安全工具，它依然在IPv6环境下发挥着重要作用。

2 IPv6网络入侵检测系统结构

入侵检测系统广泛采用成熟的模式匹配技术，针对IPv6的特点，本系统采用将协议分析技术与规则

匹配技术相结合的IPv6网络入侵检测系统框架，使用改进的KMP算法来检测入侵行为。IPv6网络入侵检

基金项目：四川省科技攻关资助项目（No:05GG009-018）

作者简介：张俊（1981-），女，河南洛阳人，西华师范大学计算机学院计算机应用技术专业硕士研究生，研究方向：基于网络的计算机应用；钟乐海（1963-），男，四川广安人，博士，西华师范大学计算机学院教授，硕士导师，研究方向：计算机网络应用技术及信息安全技术

测的基本思想是：捕获目标地址属于受保护网络的数据包，送往协议分析模块，通过具体协议字段分层次协议，送往相应协议解析器，分析数据包的数据部分，再根据特征库中的模式进行模式匹配，判断该数据包是否有入侵企图，最后由响应模块对该数据包做出相应的响应[3]，IPv6网络入侵检测系统结构如图1所示。

图1 IPv6网络入侵检测系统结构图

2.1 数据采集模块

数据采集模块是底层模块，它是网络入侵检测系统的基本组成部分，是实现整个入侵检测系统的基础。该模块按一定的规则从网络上获取与安全事件相关的数据包，然后传递给协议解析模块解析处理，为整个系统提供数据来源。

基于IPv6的网络入侵检测系统采用专门为数据监听应用程序设计的库文件WinPacp来实现包捕获模块，这样可以不了解网络的数据链路层细节。

WinPacp是基于BSD系统内核提供的BPF设计的，利用BPF的信息过滤机制可以去掉用户不关心的数据包，从而提高系统的工作效率[4]。

2.2 中层模块

中层模块是IPv6网络入侵检测系统的核心，它由协议解码模块和规则匹配模块组成。协议解码模块是对捕获的数据包进行协议解码，解析成协议数据的格式，并分辨各个协议的头部和负载，进一步分析出头部中的各个字段；规则匹配模块对协议解析模块提交的数据进行匹配算法和规则库中的规则进行比较分析，从而判断是否有入侵行为。

2.3 高层模块

高层模块包括响应模块和界面管理模块。当入侵检测系统发现系统有入侵事件发生时，就要让系统管理员等相关安全人员指导已经有安全问题发生，并需要采取相应的响应措施。响应模块主要功能是对经过检测的数据包执行具体的响应，是入侵检测系统不可缺少的一部分。

从响应的方式上分，入侵检测系统的响应可分为主动响应和被动响应，本文采用主动响应和被动响应向结合的方式来对入侵行为做出响应。

篇（3）

基于网络环境的教学设计是指合理安排网络学习环境中的各种要素，组织学习者自主学习、自我建构知识的教学控制与管理过程。以《传感器与检测技术》为例，该课程是电子信息、电气、测控、自动化等专业的技术基础课程，同时也是成人教育、开放教育电气类、机电类及工程技术类专业学生必修的一门专业技能课，是一门实践性、综合性和应用性很强的课程[1]。通过该课程的学习和实训项目训练，使学生了解和掌握各类传感器的结构特点、工作原理及测量电路，建立非电量与电量的转换思想，从而检测相关物理量。并且目前该课程的高职教育和成人教育都采用项目教学法，所学内容直接面向工程实际，因此学好这门课程即为就业增加了一个重要砝码。

2 研究内容

2.1教学模式研究

现有的理论教学是以教师讲解为主导的教学模式[2]；实验教学以验证性实验为主，学生看不见传感器的敏感元件，也不进行传感器检测电路的设计，更谈不上形成传感器产品[3]；考核方法也存在较大的弊端，主要以试卷得分评定成绩。这种教学方法存在着明显的不足，不能有效地激发学生的学习热情和创新意识。

基于网络环境下的《传感器与检测技术》课程教学设计是在传统课程中的教学设计基础上进行发展，它继承了传统教学设计的很多特点，但在网络教学中，完全照搬弊端凸显的传统教学设计模式显然是行不通的。因此有必要对网络环境下课程教学模式进行设计研究。

本文针对以上问题，在设计教学模式和网络教学资源时结合当下热门的项目教学法，同时结合工程学科特点，体现出“职业技能性”[4]，从而让本门课程的学习者在网络环境学习中得到理论和实践的双重锻炼，增强实际动手能力，提高职业竞争力。

2.2程教学设计的理论依据研究

网络环境下教学设计与传统学习环境的教学理论依据有所不同，传统学习环境下教学设计的理论依据主要有传播理论、学习理论和教学理论或者是一般系统理论、传播理论、学习理论和教学理论。网络环境下教学设计在遵循这些理论的同时，还应关注基于网络环境的理论，这些理论对于网络环境下教学设计具有非常重要的影响。

2.3教学设计主要构成要素研究

教学设计中的主要构成要素一般包括学生、教师、交互学习方式、学习目标、学习内容、学习情境、学习资源、学习策略、学习评价等。因网络环境不同于一般传统环境，具有开放性、综合性、及时性等特点，其网络环境下教学设计的主要构成要素也不一样，而在教学设计中，对主要构成因素进行合理安排是获取良好的教学效果的保证。教学实施中如果安排不当可能会导致教学效果低下，尤其在目前网络学习环境发展还不成熟的时候，更应该对各要素进行合理规划。

3.资源的主要特色

与传统的教学相比，网络环境下的教学对象主要是各单位、企事业的在职人员，其工作和学习矛盾突出，没有老师的敦促和指导。因此要学习掌握该课程，必须更加强调学习者的自主学习的基础上对教学过程的安排。本项目在完成网络教学资源时，除了合理设计教学模式之外，还建立了丰富的交互式动画实验，以激发学生自主学习的积极性。 本次研究的资源建设集中体现了电大的“技能型”和高职的“开放性”，并且资源建设结合工科特点，对实训进行教学重点设计。

篇（4）

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 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

各种电子设备所处的环境对其工作性能和使用寿命有着重要的影响，所以目前人们开始越来越多的对设备工作环境进行监测。对设备环境进行有效的监测，一方面必须利用各种传感器技术对温度、湿度等环境参数进行准确及时的获取和处理；另一方面，必须构建一个有效的分析监测模型，能够对这些复杂的参数综合表征的环境状态进行评价和判断。而这两个方面都涉及许多技术难点，因此，本文参照目前比较新的研究思路，引入物联网的相关技术和方法对温度等四个环境因素进行准确的采集和处理，再利用BP神经网络技术对获得的数据进行分析，以判断目前环境的情况，该方法具有实现简单，监测准确率高的优点。

1 物联网

1.1 物联网的结构

物联网是伴随着计算C和互联网技术的发展而出现的一个全新概念。它一般指采用多种智能传感设备，诸如各种传感器、射频识别技术、GPS、激光或红外探测器等各种装置，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络，以进行信息交换和通信[1]。 一个完整的物联网一般由感知层、网络层和应用层组成，如图1所示。

其中，感知层网络的主要作用是对实体信息的感知，信息的采集和智能识别等功能；网络层是人与人之间、人与物之间和物与物之间通信的传输媒介，主要向应用层提供安全可靠的传输机制；应用层的主要功能就是对网络层传输的海量数据进行存储、分析和智能处理等，根据不同的应用需求对数据进行处理[2]。

1.2 基于物联网的设备环境监测原理

为了对设备的运行环境状况进行实时监测，以使相关人员能够清楚地了解到目前环境的状况。本文通过物联网，利用IPv6等无线通信技术，将各种传感器、路由网络和神经网络系统等进行连接，从而实现对温度、烟雾、水浸等环境参数的实时监测。

本文设计的监测物联网主要由感知层的18个无线传感器和应用层的BP神经网络监测分析系统组成。在底层，各种不同的传感器采集到的数据通过IPv6组成的无线网络通过各自的路由器发送至无线网关，无线网关通过交换机与服务器相连，服务器接收到数据后，会利用构建好的BP神经网络模型对这些数据进行整理分析，以判断环境所处的具体状态。

2 BP神经网络

2.1 BP神经网络的原理

BP神经网络是一种前馈型误差修正网络，它通过不断调整各个单元层之间的网络权值和阈值实现网络的训练。BP神经网络主要运行由信号的正向传播和误差的逆向传播两个过程组成，通过不断地权重调整，可以实现网络误差的不断缩小。

2.2 原始数据的获得

位于底层的传感器网络一共包含4个路由器（含网卡）和18个无线传感器（含3个水浸传感器、4个烟雾传感器、6个温度传感器和5个湿度传感器）。通过传感器和路由器组建传感器的物联网络实现对环境信息的获取，并上传至数据处理中心。将各个类型传感器收集到的数据分别进行加权平均，由于水浸和烟雾为简单的“是否”问题，因此用0和1表示，结果如表1所示。

2.3 定义输入和输出样本数据

定义输入样本数据，从表1的20组数据中选择10组作为输入样本，在Matlab命令空间中输入归一后的数据，归一化按照式（1）进行：

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

本文直接调用Matlab软件中的premnmx函数进行归一化运算，经过归一化后的评价指标[yi]在[0，1]之间。为了简化仿真模型，特对输出状态进行编码，模型输出为评价环境的优、良、中、差、危险5种状态，定义期望输出向量如表2所示。

2.4 构建BP神经网络模型

本文采用含一个隐藏层的神经网络结构进行分析，由于输入单元为4，输出单元为5，根据经验公式可选隐含层单元数为1～10之间的整数，采用试凑法得到了隐含层神经元与均方平均值（MSE）的曲线关系，如图2所示。其中隐层神经元数目为9时，得到的MSE值最小为14，所以确定的隐含层神经元数为9。

2.5 BP神经网络模型的训练

在Matlab中代入这8组样本向量对构建的网络进行训练，期望误差设为10?6，训练过程中，BP神经网络误差的变化形式如图3所示。

由图3可知，当训练经过58次迭代之后，达到了满意的误差期望。获得理想的神经网络模型后，在剩余样本中选择8组数据对该BP神经网络进行检验测试实验，输入主代码：result_test=sim（net，ptest）[′]。

在Matlab中输入表1中的所有数据，经过整理的结果如表4所示。

由表4可以看到，表中字体加深的数据，即第2组环境状态为中，第四组环境状态为良的检测数据分别误判为良和中。为了提高模型的检测精度，将这两组作为训练样本加入训练集中，重新对网络进行训练，图4是新构建的神经网络训练时使误差下降的情况。

由图4可知，增加这两组数据后，模型的收敛速度获得了提升，达到相同精度，仅需要33步即可收敛，表5是用剩下的8组数据进行检测的仿真结果。

由表5可以看到，经过2次训练后，本文构建的神经网络对样本的判断结果均正确，对环境具有较好的监测功能。

3 结 论

本文主要研究了基于物联网的设备环境监测方法，构建了能够根据烟雾、水浸、温度和湿度等环境参数准确判断环境状态的BP神经网络模型。在仿真过程中发现将第一次训练的错误数据代入原模型作为训练样本，并进行两次训练可以大大提高神经网络模型的精度。系统可在环境参数出现异常状况前告知使用者，从而避免事故发生，具有较大的实用意义。

参考文献

[1] 刘飞.物联网的应用分析研究[J].电子技术，2013（1）：12?18.

[2] 郑伟.一N基于BP 神经网络技术的物联网监控预警系统设计与实现[D].北京：北京工业大学，2015.

[3] 王亿之.神经网络算法在物联网中的应用研究[J].计算机应用研究，2015（3）：128?132.

篇（5）

2数据采集功能

无线传感器模块是养殖环境监测系统的基础，在养殖池适当的区域安放温度、溶解氧、pH值及光照数据的无线传感器网络节点，准确采集水产养殖环境的数据信息。无线传感器模块的设计框图如图2所示。图中包括传感器、处理器、通信功能以及电源4个子模块。由于实际要求的差异，无线传感器模块4个子模块的硬件构成不尽相同，然而各子模块的功能基本相同。传感器子模块实现养殖环境的数据采集功能，并将采集到的信息转换成处理器可以识别的信息；处理器子模块调节整个无线传感器模块的工作状态，完成对自身采集信息和来自其他模块数据的处理，并实现与其他模块间的信息交流；通信功能子模块完成与其他模块间的信息通信以及收发采集到的数据；电源子模块主要负责提供模块正常工作需要的能量，一般使用微型电池。本文选用Ateml公司生产的AVR系列高性能、低功耗8位单片机ATmega128L，该芯片是一颗真正的系统芯片；在芯片内部集成了128KB的可编程闪存，具有独立锁定位、可选择的启动代码区进而通过片内的启动程序实现系统内编程，同时，其电压工作范围为2．7～5．5V。传感器采集到的数据信息通过AT－mega128L进行AD转换为数字信号，由无线通信模块负责将得到的数字信号输出。

3信息通信功能

3．1无线传感器网络

无线传感器网络的拓扑结构采用星网结合，各个采集点单独形成局部的无线传感器网络，通过中继节点将局部网络传出的数据汇聚传送到信息中心。各个采集点的无线传感器网络中都布置了传感器，这些传感器负责完成养殖环境的信息检测，即对池水温度、溶解氧浓度、pH值以及光照强度的信息采集。传感器采集到原始信号后，只有将模拟信号转换为数字信号才能通过无线网络进行传输，转换过程需要模拟信号放大器、A／D转换器、信号处理器等。传感器节点通过自组织功能将采集到的数据以单跳或者多跳的形式发送给中继节点。

3．2Wi－Fi传输

通常架设无线网络的基本配备是无线网卡及一台AP，足以实现无线模式，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。中继节点汇集到信息后通过Wi－Fi无线网络传输到信息处理中心，通过Wi－Fi接入点实现无线传感网之间的信息通信以及数据处理功能，Wi－Fi接入点既有普通站点的特点，同时可以实现接入到分配系统的功能。

4信息处理中心

4．1数据库管理

应用软件使用ADO设计连接ORACLE，具有采集信息的存档、当前或者历史信息的检索功能，实现对采集点采集到的数据的处理与存储。ADO设计开发中采用了较多的Command对象，同时采用ANSISQL语句实现对数据库的控制。鉴于实际操作中数据库中需要存档的数据量较大，因此数据的访问能力非常重要。而Command类的重复应用性比较好，可以把数据库的细节封入SQL里，当数据链表的内容改变时，可以只改正SQL语句就可以保证应用程序架构的稳定性。

4．2监控系统

为提高养殖人员对养殖环境的监视效率，本系统提供了良好的人机交互模块，含有信息实时显示、数据的历史查询模块、巡检人员的路径显示模块等功能。

篇（6）

中图分类号：P185.16 文献标识码：A 文章编号：

环境问题已经成为了我国甚至是全球都非常重视的问题，也是我国现代化建设的重要问题之一。在经济高速发展的同时，我们也非常重视环境污染的防治和对生态环境的保护，把环境保护纳入国家、地方的发展之中。

环境监测是环境科学的一个重要分支，是在环境分析的基础上发展起来的一门学科。环境监测是运用各种分析、测试手段，对影响环境质量的代表值进行测定，取得反映环境质量或环境污染程度的各项数据的过程。环境监测的目的是运用监测数据来表示环境质量受损程度，进而来探讨污染的起因和变化趋势。因此，可以将环境监测比喻为环境保护工作的“耳目”。环境监测在人类防治环境污染，解决现存的或潜在的环境问题，改善生活环境和生态环境，协调人类和环境的关系，最终实现人类的可持续发展的活动中，起着举足轻重的作用。

一、环境监测技术概述

环境监测是环境科学和环境工程的一个重要组成部分。环境监测是以环境分析为基础，研究环境质量的变化和描述环境状态与演化、科学预报环境质量的发展趋势。

环境监测是运行现代科学方法，对人类赖以生存的环境质量进行定量描述，同时尽可能灵敏并及时搜集环境质量变化的信息和对人体健康有无异常影响的信息，在分析、评价这些资料的基础上尽早地采取具体有效的行动，以保护人类正常生存与发展的一个体系。环境监测的过程一般为：现场调查监测计划设计优化布点样品采集运送保存分析测试数据处理综合评价等。

（一）环境监测发展现状

环境监测技术的发展受两方面因素的影响：一是由于人类社会面临的环境问题日益复杂和严重，对环境监测不断提出新的要求；二是随着科学技术的进步，环境监测技术不断得到迅速发展。这两方面的因素导致环境监测的概念不断深化，监测范围不断扩大。

（二）环境监测的目的

环境监测的目的是准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划提供科学依据。具体有以下几个方面：对污染物及其浓度（强度）作时间和空间方面的追踪，掌握污染物的来源、扩散、迁移、反应、转化，了解污染物对环境质量的影响程度，并在此基础上，对环境污染作出预测、预报和预防；了解和评价环境质量的过去、现在和将来，掌握其变化规律；收集环境背景数据、积累长期监测资料，为制订和修订各类环境标准、实施总量控制、目标管理提供依据；实施准确可靠的污染监测，为环境执法部门提供执法依据；在深入广泛开展环境监测的同时，结合环境状况的改变和监测理论及技术的发展，不断改革和更新监测方法与手段，为实现环境保护和可持续发展提供可靠的技术保障。

（三）环境监测对象

环境监测按监测介质对象划分，可分为大气污染监测、水质污染监测、土壤和固体废弃物监测、生物污染监测、生态监测、噪声振动污染监测、放射性污染监测、电磁辐射监测、热污染控制监测等。下面对大气污染监测、水质污染监测、土壤和固体废弃物监测等作简要的介绍。

1．大气污染监测。大气污染监测是监测和检测大气中的污染物及其含量，目前已认识的大气污染物有100多种，这些污染物以分子和粒子两种形式存在于大气中。分子状污污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳 ，总氧化剂，卤化氢以及碳氢化合物染物 粒子状的监测项目主要有总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物等。粒子状污染 物的监测项目有然降尘量及尘粒的化学组成等。大气污染的浓度与气象条件有着密切的关系，在监测大气污染的同时还需测定风向、风速、气温、气压等气象参数。

2．水质污染监测。水质污染的监测对象包括未被污染和已受污染的天然水（江、河、湖、海、地下水）、各种各样的工业废水和生活污水等。主要监测项目大体可分为两类，一类是反映水质污染的综合指标，如温度、色度、浊度、pH值、电导率、悬浮物、溶解氧、化学耗氧量和生化需氧量等;另一类是一些有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞、镍和有机农药、苯并芘等。除上述监测项目外，还应测定水体的流速和流量。

二、环境监测网络

环境监测工作是综合性科学技术工作与执法管理工作的有机结合体。环境监测网络既具有收集、传输质量信息的功能，又具有组织管理功能。目前，国内外关于监测网络的建立大致有两种类型。一是要素型，即按不同环境要素来建立监测网络，如美国国家环保局的监测网络即为此种类型。美国国家环保局设有三个国家级监测实验室（大气监测研究中心，水质监测研究中心，噪声、放射性、固体废弃物及新技术研究中心），分别负责全国各环境要素的监测技术、数据收集处理工作；二是管理型，即按行政管理体系建立网络，我国环境保护系统的监测网络即为此种类型。监测站按行政层次设立，测点由地方环保部门控制。我国的环境监测网络主要有以下两种形式：“要素型”监测网络和“管理型”监测网络，具体如图1和图2所示:

图1“要素型”监测网络

图2“管理型”监测网络

三、结语

为了国家和省环境监测管理机构履行统一、高效的环境监测行政监督和质量管理职能，国家和区域环境监测质量管理与技术中心加强质量控制技术支持、技术指导和考核评估，各级、各类环境监测机构建立科学的、系统的、全过程的环境监测质量控制程序，从而构建起科学化、系统化、规范化的环境监测质量管理体系，克服我国现有质量管理的不足，保障环境监测数据的准确和可靠，适应科学化、信息化、定量化、法制化的环境管理需求。

参考文献

篇（7）

任何事物都存在两面性,互联网技术也不例外,其也存在自己的弊端,网络环境下计算机硬件面临更多的风险,更容易遭到黑客的攻击和病毒的入侵,更容易被别人窃取数据。如何在网络环境下保障计算机硬件的安全一直以来都是一个人们的话题,也有很多研究人员致力于这方面的研究,并且取得了一定的成效,在今后的发展过程中还应该加大在这方面的投入力度。

1 网络环境下计算机硬件面临的风险分析

网络环境下,计算机面临的环境非常复杂,十分容易受到破坏,特别是CPU、电脑内存、硬盘和路由器硬件设备容易出现问题。计算机的硬件的安全与其处于的网络环境和物理环境都有很大的关系,如果计算机连入的互联网存在各种各样的病毒以及其它的安全隐患,那么计算机硬件的安全将没有任何保障。此外计算机所处的物理环境也会给计算机的硬件安全带来重要的影响,特别是其所处环境的湿度、温度、电磁场等因素,都会影响计算机的正常运行。环境温度过高容易使 CPU烧坏,湿度过大容易使空气中的尘埃聚集在电路板上使电路板受到损害无法正常工作,计算机所处环境中的电磁场太强也会对计算机的硬件工作产生影响,严重时还可能会使计算机系统瘫痪。因此网络环境下,计算机硬件面临的风险是多种多样的,必须加强对其的日常维护管理、提高硬件安全性能,才能保证计算机在网络环境下能够安全稳定的运行。

2 计算机硬件安全维护的原则简介

计算机的安全维护时一件十分复杂的工作,也极具技术含量,在进行计算机硬件安全维护工作时一定要遵循相关的原则,只有如此才能达到事半功倍的效果。

2.1 由外到内原则

在进行计算机安全检测时,应该从最常出现问题的外部硬件开始,只有在排除了外部硬件问题之后再进行内部硬件的检测,这就是常说的由内到外的原则。由内到外的原则可以有效的提高硬件检修工作的工作效率,减少维修人员的工作量。

2.2 由静到动原则

由静到动的原则要求在计算机硬件检测的过程中先进行断电检测,也就是静态检测,然后在进行带电检测,也就是所谓的动态检测。如果静态检测就能发现计算机硬件中存在的问题,那么就没有必要再进行动态检测了,因为与静态检测相比动态检测更能发现计算机硬件中存在的问题,但是其对检测人员也有更高的技术要求,如果操作不当还可能会给硬件带来额外的损伤。

2.3 由简到繁原则

计算机硬件出现的很多问题都是由于简单问题造成的,例如散热扇接触不良、内存卡出现松动、主板灰尘太多等问题。简单问题也可能对计算机硬件设备的正常运行产生巨大的影响,因此在进行硬件维修工作时应该遵循由简到繁的原则,绝对不能刚开始就对计算机硬件进行一顿乱拆,那反而会使问题越来越复杂,不利于找到问题的根源。

3 网络环境下计算机硬件安全保障策略探讨

3.1 采用安全处理器

处理器被称为计算机的“大脑”,在计算机正常运行的过程中起着决定性的作用,一旦处理器出现问题,整个计算机系统机会瘫痪,由此可见计算机硬件安全保障的首要工作就是保障处理器的安全运行。安全处理器可以对系统程序发出的各种加密指令进行加密并且进行执行,可以保证解密之后的指令程序不会遭到泄露。在网络环境下,处理器容易遭到各种病毒的入侵,容易被非授权的用户窃取计算机上的相关信息和篡改计算机程序,采用安全处理器可以有效的防止外界人员入侵计算机的机密文件,使得计算机的安全性能得到了巨大的改善。

3.2 隔离内存区域

内存是计算机硬件系统的一个主要组成部分,将计算机的一部分内存进行隔离,能够在该隔离区域形成与外界安全隔离、存储敏感数据的内存区域地带,更能有效的重要数据进行加密保护。一般来说存储在隔离区内的数据信息只能够被所属的程序访问,其它程序根本就无权对其发起访问,这能有效的规避网络环境下的数据窃取,因为计算机的其它外界设备无权访问这些数据,也就没有办法调出该隔离区域存储的数据,因此为计算机的稳定运行增加了一层保障。

3.3 对数据总线进行加密

对数据总线进行加密可以使硬件的安全性能得到巨大的提高,因为其是利用密钥对系统应用程序和普通的数据信息进行加密,这提高了破解的难度,但其技术要求较高、加密成本也较高,这是其没有得到广泛运用的主要原因。目前来说,数据总线加密主要还是用在一些安全级别较高的计算系统中,例如军用计算机系统、自动提款机设备等。此外,数据总线加密只有在一台计算机处理器与另一台计算机处理器进行数据总线交换时才能进行数据交换,这也是其没有得到推广使用的一个主要原因。

3.4 采用全加密硬盘

篇（8）

【摘　要】基于无线传感器网络的大气环境监测系统由传感器网络节点、嵌入式网关和监测中心三部分组成。其中，传感器网络节点以ATmega16单片机为控制核心构成，配置了符合环境监测标准的各种传感器，可对10种大气环境变量和气象参数连续自动监测，并采用ZigBee无线通信模块将环境数据传送到嵌入式网关。该网关以S3C2440A处理器和嵌入式Linux操作系统为平台，还配置了触摸式人机界面，不仅能采集大气环境数据，还可接入Internet，实现大气环境变量和气象参数值远传。监测中心接收嵌入式网关上传的环境监测数据，存入基于Access 2007的大气环境信息关系型数据库，并提供查询等数据管理功能。

关键词 环境监测；无线传感器网络；ZigBee；无线通信；嵌入式系统

0　引言

环境监测是为保护环境和保障人群健康，运用化学、生物学、物理学和公共卫生学等方法间断或连续地测定环境中污染物的浓度，观察、分析其变化和对环境影响的过程[1]。随着社会进步与经济快速发展，环境保护问题越来越受到人们的关注。世界各国都致力于控制和减少环境污染，研究环境可持续发展的绿色方案，我国也提出了发展低碳经济的战略目标，并对环境自动监控提出了更高的要求。

大气环境监测系统所获得的环境数据应能够准确、及时、全面地反映特定区域环境的质量现状及其变化趋势，要求覆盖面广，监测点布设灵活，从而为环境管理、污染源控制和环境规划等提供科学依据。基于无线传感器网络的大气环境监测系统可以实现特定区域环境信息的实时采集、无线传输和集中处理，是实现大气环境网络化监测的一种先进解决方案。

1　系统总体方案

基于无线传感器网络的大气环境监测网络结构如图1所示。嵌入式网关和若干传感器网络节点组成星形拓扑结构的无线传感器网络。由随机部署在感兴趣区域内的传感器网络节点实时采集大气环境信息和气象参数，经过预处理之后，以ZigBee无线通信方式发送到嵌入式网关；嵌入式网关也具有环境数据采集能力，还配置了LCD触摸屏人机界面，其主要功能是将各监测点的环境数据汇总之后，通过Internet传送给大气环境监测中心（PC），即实现无线传感器网络的Internet接入。环境监测中心对特定区域的大量环境数据和气象参数进行检查分析之后，存储到Access数据库中，以便统计处理和数据查询。

2　环境监测变量及传感器

大气环境质量监测（air quality monitoring）是指对一个地区大气中的主要污染物进行布点观测，并由此评价大气环境质量的过程[2]。国务院环境保护领导小组的《环境空气质量标准》规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值。选择《环境空气质量标准》中规定的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）等可用传感器测量的几种大气污染物作为系统监测对象。由于大气污染与气象条件密切相关，因而在大气污染监测中应包括风向、风速、温度、相对湿度、气压等气象参数的测定[3]。此外，CO2是反映碳排放的重要指标，所以将其列为监测项目之一，故基于无线传感器网络的大气环境监测系统的监测变量共有10种。遵循低成本、高可靠性、适当精度、使用方便等原则，为大气环境监测系统配置了以下8种传感器模块：

（1）SO2传感器：选择模拟输出型二氧化硫传感器模块SMC-CDX，它采用双光束非分光红外线（NDIR）检测技术，具有抗其它气体干扰、稳定性好、自带温度补偿等特点，输出符合Modbus协议的模拟信号4～20mA，经过信号变送器产生0～5VDC的模拟信号。

（2）NO2传感器：选用深圳市富安达智能科技有限公司研发的NO2/S-500-S传感器（量程：0～500ppm，分辨率：0.5ppm，工作温度范围：-20°C-45°C，工作湿度范围：15-90%），无需偏执电压，具有良好的重复再现性和长期稳定性，经信号放大电路及信号变送器输出0～5VDC的模拟信号。

（3）CO传感器：选用英国Alphasense公司的一氧化碳传感器CO-BF（量程：0-1000ppm，分辨率：0.5ppm，工作温度：-30～50℃，工作湿度：15～90％RH），经信号放大及变送后产生0～5VDC模拟信号。

（4）O3传感器：选用MQ131臭氧气体检测模块（工作电压：5VDC），它具有模拟量输出及TTL电平输出的双路信号输出，TTL低电平输出有效，可直接与单片机I/O口相连。

（5）风速风向传感器：配置的M288865包括了风速传感器和风向传感器。风速传感器（量程：0～40m/s，精度：±0.3m/s）可以产生TTL电平频率信号，风向传感器（量程：0～360o，精度：0.1%）在精密导电塑料电位器的活动端产生变化的电阻信号输出，可经过变换电路产生0～5VDC模拟输出信号。

（6）温湿度传感器：选用含有校准数字信号输出的数字温湿度传感器SHT11（温度量程：-40～123.8℃，湿度量程：0～100%RH，温度测量精度：±0.3℃，湿度测量精度：1.8%），它采用准IIC方式传输数据。

（7）气压传感器：选择德国BOSCH气压传感器系列的BMP085（量程：300～1100mbar，精度：0.03mbar，工作温度范围：-40℃～85℃），用8-Pin陶瓷无引线芯片承载（LCC）超薄封装，可以通过IIC总线直接与各种微处理器相连。

（8）CO2传感器：选择采用固体电解质电池原理的MG811型CO2气体传感器。该传感器受温湿度变化的影响较小，具有良好的稳定性、再现性，经信号放大及调理后产生0～5VDC的模拟输出信号。

3　大气环境监测网络设计

3.1　传感器网络节点设计

传感器网络节点是一个由传感单元、处理单元、无线收发单元和电源单元4个功能模块组成的微型嵌入式系统[4]，其硬件组成如图2所示。它的控制能力、数据存储能力、分析计算能力和通信能力相对嵌入式网关较弱。传感单元分为模拟和数据两部分，SO2传感器(SMC-CDX)、NO2传感器(NO2/S-500-S)、CO传感器(CO-BF)、CO2传感器(MG811)和风向传感器(M288865/DIR)的输出信号经过放大和调理之后，输出0～5V模拟信号，可接入MCU的ADC通道；O3传感器(MQ131)、风速传感器(M288865/SPEED)输出TTL电平脉冲信号，可接入MCU的计数通道。温湿度传感器(SHT11)采用准IIC方式向MCU发送数据，DATA和SCK信号可直接与MCU的I/O引脚连接；气压传感器(BMP085) 使用标准IIC总线向MCU发送数据。处理单元主要协调、控制整个传感器节点的操作，存储和处理采集数据，并与其它节点合作完成被指派的感知、监测任务，是传感器网络节点的核心，从节约成本、提高可靠性等方面考虑，选用ATmega16单片机。无线收发单元将传感器网络节点接入传感器网络，采用TI公司的系统芯片（SoC）CC2530F256，运行ZigBee2007/PRO 协议，通过USART与MCU传输数据，满足以Zigbee为基础的2.4GHz的ISM频段应用。电源单元则为传感器节点提供维持正常运行所必须的能量。

3.2　嵌入式网关设计

嵌入式网关以ARM微处理器为核心，包括传感单元、基本外围电路、存储单元、ZigBee通信、Internet通信和触屏显示6部分，其硬件组成如图3所示。选择SamSung公司的基于ARM920T架构的16/32位RISC处理器S3C2440A作为控制核心，协调其它所有工作单元有序运行，实现大气环境信息和气象参数的数据采集、数据预处理、数据存储、数据转发等全部功能。嵌入式网关的传感单元组成及功能与传感器节点的传感单元相同。基本外围电路包括电源电路、时钟电路和复位电路，为S3C2440A正常运行以及嵌入式网关中所有外围电路正常工作提供基本保障。存储单元扩展了SDRAM和flash两种存储器，分别为程序代码和各种数据提供存储空间。ZigBee通信模块负责与WSN内的各传感器节点通信，搜集监测区域的环境信息。触屏显示单元采用Toppoly 3.5寸LCD模块，移植了Qt界面，便于用户在现场进行传感器网络运行参数配置，查询任意时刻采集的环境数据等。Internet通信模块将汇总的环境数据传输至监测中心，并与ZigBee模块联合实现ZigBee和TCP/IP两种网络协议的转换。

4　大气环境监测系统软件

4.1　传感器网络节点软件

传感器网络节点实行被动式数据采集行为，即仅当接收到嵌入式网关下发的数据采集命令时才执行采集数据的任务，其它时间则进入休眠模式以降低电能消耗。

传感器节点应用软件的设计过程相对简单，其程序流程如图4所示。上电复位后首先初始化硬件，向嵌入式网关报告自己的ID信息，加入WSN之后就进入空闲模式。在此模式下，CPU停止运行，而SPI、USART、ADC、定时器/ 计数器、看门狗和中断系统继续工作。诸如定时器溢出与USART传输完成等内外部中断都可以唤醒MCU[5]。因此，当接收到嵌入式网关的数据采集命令后，USART接收中断会将MCU唤醒，即刻采集大气污染物数据，再通过ZigBee通信模块将其传输至嵌入式网关。

4.2　嵌入式网关软件

基于S3C2440A微处理运行Linux操作系统的嵌入式系统，其软件部分包括启动引导程序、操作系统内核、根文件系统、设备驱动程序和应用程序，前3部分是系统运行的基础部分，目前已有相对较为成熟的版本出现，只需要针对具体硬件平台进行修改、裁减即可完成移植工作，不必重新开发。

4.2.1　驱动程序

驱动程序是应用程序和实际设备之间的一个软件层[6]。分为字符设备驱动程序、块设备驱动程序和网络驱动程序。大气环境监测系统中的传感器都是简单的硬件设备，因此，全部被抽象为字符设备。字符设备驱动程序完成的主要工作是初始化硬件设备、添加和删除设备结构体，申请和释放设备号以及填充file_operations结构体。file_operations结构体用来建立设备编号与驱动程序操作的连接，实现该结构体中的read()、write()、ioctl()等函数是驱动程序设计的主题工作。

传感器设备驱动程序所实现的只是最重要的设备方法，比如SHT11和CO2的file_operations结构被初始化为如下形式：

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　应用程序

嵌入式网关应用程序主要包括两个线程和一个中断服务程序，其执行流程如图5所示。上电后，首先进入main函数（主线程）初始化并设置系统参数，调用signal函数设置SIGALRM信号的信号处理程序用以完成嵌入式网关与监测中心的TCP/IP通信任务，然后设置定时器，再调用pthread_create函数创建Data_Collection线程负责数据采集任务，之后运行基于事件驱动的Qt程序，在这段代码中将程序控制权交给用户，用户通过操作界面可以设置嵌入式网关系统参数或查看实时采集的环境数据。

4.3　大气环境监测中心软件

使用Access2007创建大气环境信息数据库，利用visual c++提供的ADO（ActiveX Data Object）访问数据库，实现环境数据分析处理、越限报警和数据显示查询等功能。当键入主键值（ID）时，程序访问access数据库进行查询，并显示出该ID对应的各字段数据值；还可以时间为横轴，参数值为纵轴显示某一时间段的变化曲线。如图6所示。5　结论

系统综合测试表明，环境监测网络中的传感器网络节点可按照设计要求采集数据，并能正确接收、执行嵌入式网关下发的各种命令；嵌入式网关可实现WSN自组网功能，并支持传感器节点动态加入或离开网络，且人机界面简单易用；大气环境监测中心可显示环境信息历史数据和变化曲线，支持各种查询。传感器网络节点、嵌入式网关和监测中心的数据通信良好，可协同完成特定区域的大气环境监测网络化任务。

参考文献

［1］陈玲,赵建夫.环境监测[M].北京:化学工业出版社,2008:10-11.

［2］孙春宝.环境监测原理与技术[M].北京:机械工业出版社,2007:7.

［3］国家环保部. HJ/T 193-2005,环境空气质量自动监测技术规范[S].北京:中国环境科学出版社,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）

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0383-01

一、无线传感器网络的涵义

无线传感器网络综合运用了多项技术，它是多种技术的集合体，主要包括无线通信技术、嵌入式计算机技术、传感器技术以及分布式信息处理技术。它可以对监控对象进行实时监测，采集监控区域内的相关数据，并加以处理后得到准确详实信息，最终将这些信息发给有需要的人。无线传感器网络由大量静止或移动的节点以自组织和多跳的方式构成，集传感与驱动控制、计算、通信能力于一身，协作地实时监测、感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息并报告给用户。由于它成本低，采用无线通信，不需要固定网络协助，所以其研究成果应用十分广泛。

二、无线传感器网络体系结构

无线传感器网络是由非常多的微型传感器节点组成，它们的功能并不完全相同，但是构造大体相同，大都是由数据收集、处理、发送和电源四部分构成，网络中节点的作用是收集数据，数据中转，或者是类头节点。收据收集，即收集监测到的数据（如湿度、温度等），并将其传送至远方基站或者是汇节点；数据周转，即将其他节点发送过来的数据信息，在不经过任何处理的情况直接传送出去；类头节点，收集属于同一类型节点的数据信息，汇总后传送给上一层级。

系统基本由下面几部分构成：

（1）传感器节点。对所监控区域的环境指标进行测量，比如温度、湿度等，将所监测到的数据传递给监控中心。

（2）网关。连接无线传感器网络与外网，实现传感器网络与外网通信协议的转换，将传感器网络收集到的数据发送至外网，并给下级节点布置监测任务。

（3）远程客户端和PDA用户。通过外网查询监控中心的数据。

（4）监控中心。布置任务，下达监测命令，以及管理监测数据，主要是汇总分析，统计数据。

三、无线传感器网络在环境监测中的应用优势与现状

用无线传感网络进行环境监测，具有三个比较明显的优势。

（1）成本低廉，网络安装速度快；

（2）在不增加其他设备的情况下就可以完成数据的传输工作，这使得系统性能提高了一个数量级；

（3）网络坚实，不易被毁坏，能够满足某些特殊需求。

关于将无线传感网络应用于环境监测中，国内的学者已经做得很多研究，并获得了一些研究成果。在美国是研究人员将其用于监测岛屿的生态状况；在我国，杭州将其用于监测杭州西溪湿地水环境，国防科技大学将其用于环境监测并得到了重要的研究成果。

在我国，无线传感器网络还未得到广泛的应用，主要原因是，第一大部分人对其还不熟悉，不知道任何使用，它的优势在哪里；第二无线传感器网络在使用中还存在一些重要问题没有得到彻底解决，国内关于它的研究还比较浅，加之其应用不同地方会出现不同的问题，对网络结构和传感器节点等也有不同的要求。

四、无线传感器网络在环境监测中的应用

（一）矿井环境监测

对于煤矿企业而言，安全探测是十分重要的，特别是在需求量持续增长的前提下，在长期的开发与使用中，煤矿探测的安全问题愈发的引起了人们的重视。在无线传感器网络的支持下，可以很好的实现低成本的探测需求，并且可以在一定程度上提高矿井作业的安全属性。特别是Zig Bee技术的应用与推广，可以满足人们对于井下监控、数据分析、安全分析等综合需求。在近年来，技术人员将Zig Bee技术进行了细化和拓展，可以帮助人们直观的了解到井下的作业情况，这对于安全、高效作业目标的实现提供了较大的支持。

（二）军事环境监测

无线传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和容错性高的特点，因此非常适合在军事领域应用，也是军事指挥、控制、通信、计算、情报、监视、侦察与目标捕获系统的重要组成部分。利用无线传感器网络能够实现对敌军兵力和装备的监控，战场实时监视，目标定位，战场评估，核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能，目前国际许多机构的课题都是以战场需求为背景展开的。信息技术必然是未来战争取胜的关键，目前已然有许多国家将该技术与军事研究相结合，帮助己方及时的获取对方的各项信息，从而及时的进行战略的调整。

（三）自然环境监测

1、大气环境监测

将无线传感网络用于监测大气环境，主要需要两部分的支持，分别是设备和相应的程序支持。设备包括一是传感器节点，主要是用于大气技术参数的监测和收集，还有相配套的放大电路；二是Sink节点，用来汇总数据及向基站传输数据；三是服务器，这其中需要两个服务，一个进行数据处理，一个用于数据传输。相应程序也就软件主要是由用于数据收集、处理和传输的相关模块组成，通常有串口通信、数据转换、数据统计等功能模块。它的优点是安装简单方便、布局灵活、维护容易、成本低。

2、水环境监测

无线传感器网络的水环境监测系统的结构从功能上可以将水环境监测系统分成三级。第一级是以无线传感器网络为核心构造的数据采集网络系统，主要由数据采集节点和协调器节点以及测试仪构成；第二级是Zig Bee/GPRS网关系统，主要负责数据采集网络中的数据并远程发送，远程数据处理中心对数据采集网络控制命令的发送；第三级是远程数据处理中心系统，主要负责数据的处理分析和控制命令决策。在整个水环境监测系统中，无线传感器网络专注于探测和收集水环境的信息；而复杂的数据处理和存储等则交给远程数据处理中心来完成。主要包括以动态曲线的方式实现传感器信息的在线监测和大量水质数据的存储。

3、地质监测

无线传感器网络在地质监测方面也有很广泛的应用。对于部分地质较为特殊的区域而言，有效的地质检测可以很好的促进该区域基础设施建设，如冻土环境下的交通设施建设，在人力无法实现的前提下，无线传感器网络则可以很好的实现。尤著宏等基于无线传感器网络的青藏铁路温度监测系统，采用多跳的方式将数据从传感节点传输至转发基站上的汇聚节点，再由汇聚节点利用 GPRS 网络发送至监控中心。

4、其他应用

无线传感器网络在其他领域也同样具有重要的应用价值，例如在农业信息监测方面，崔光照等针对当前农业环境监测面临的监测点分散、布线困难和实时性差等问题，提出了利用具有自组织特性的无线传感器网络，对温度、土地湿度和土壤pH值等环境变量进行在线监测的方法。该方法采用了对等式网络体系结构，低功耗微小网络节点以及基于拓扑树的网络初始化配置算法。实验测试表明，节点能够有效地采集和处理数据，并可以在节点间成功地进行通信。另外，无线传感器网络系统在水产养殖、森林监测、家庭环境监测以及管道输送监测等方面都得到了广泛应用。

综上所述，无线传感器网络在众多领域都有着应用，并发挥着极为重要的作用。因此，为使无线传感器网络拥有更为广泛的应用领域，还需要更进一步的深入研究，为社会发展营造更良好的环境。

参考文献

篇（10）

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2016）04-0052-04

在多媒体教学课件开发的设计阶段，尤以脚本编写最为重要，因为它是课件开发的蓝本。如今在网络环境下进行教学已成为常态，网络具有丰富的资源、交互简便以及时空自由等特点，在教学上拥有独特的优势，使得越来越多的人习惯于网络教学，而在网络环境下使用的教学课件会依据其教学设计所采用的教学策略不同而具有差异性。因此设计者在设计课件脚本时需要参照不同教学策略特点，使其能够适用于网络教学环境。

在研究前，笔者以“教学策略”和“教学设计”为关键字，在知网、万方、维普等国内常用文献库中进行搜索统计，总结出实际教学中使用频繁的教学策略：分别为启发式教学策略、随机进入教学策略、先行组织者教学策略和情境陶冶教学策略，在特色期刊文献数目统计分别为825篇、96篇、313篇、30篇，其它教学策略43篇，其所占比例如图1所示。据此确定本文对以上四种教学策略的课件脚本进行研究设计。

一、基于启发式教学的课件脚本设计

1.启发式教学

启发式教学从古至今有着悠久的历史，我国古代教育家孔子强调启发思维，提出了“不愤不启，不悱不发”主张。“愤”就是学生的准备状态，对某一问题的积极思考，急于解决而又尚未弄明白的心理状态，一种内在动机。教师就需要对学生进行适时指导，这就是“启”。“悱”是指学生对某一问题已有一段时间思考，但尚未成熟，想说又难以表达的另一种矛盾心理状态。[1] 采用启发诱导的方法传授知识、培养能力，使学生积极主动地学习。

在网络环境下进行教学，启发式教学主要用于启发学生思考操作过程，即过程式启发式教学法。教师依据学生掌握知识与技能所需要的方法，设置相应的启发式问题，同时启发学生思考和完成学习任务，并过渡到让学生向自己提出问题。[2] 然而教师的启发并不仅限于某一个或几个程序化的点，教师对学生的启发活动是伴随整个教学过程的。

启发式教学初期教师通过营造一种环境，导入一个值得讨论的问题，引导学生陷入思考。通过层层启发，形成一个个矛盾点，此时教师需要指导学生进入教学内容的学习，才能打破矛盾点，即意味着开始进入了教学内容学习。假设教学过程中教学内容依据层次划分由低到难，分别记为A、B、C，启发式教学策略中教学流程如图2所示。

重点在于让学生思考，对问题进行判断，形成矛盾点，教师开始适时地进行指点，逐步启发。

2.启发式教学的课件脚本设计

在多媒体课件开发过程中，要体现启发式教学策略，不仅仅要展现实现的基本步骤，更要考虑到师生在多媒体环境下，与CAI的交互方式吻合度。

多媒体课件通过操作者扮演教师的角色，计算机引入情境向学生提出问题，学生回答问题并反馈，然后由专家系统检测，是否需要再度启发等过程来实现启发式教学过程。上海顾博士提出了“诱导―尝试―归纳―变式―回授―调节”的教学策略，具体为启发创设问题情境、探究知识、归纳结论、变式练习、回授尝试效果和调节。

启发式教学策略的多媒体课件脚本设计时，一方面以启发式教学流程图为基础，另一方面要从课件本身的特点出发，包括前期情境的引入，点击课件的形式等等。不仅如此，还需要考虑到课件面向的人群，其学习特点及风格，进入启发式情境中采用何种媒体（图、文、音视频等）。具体脚本设计如图3所示。

二、基于随机进入教学的课件脚本设计

1.随机进入教学

随机进入教学的基本思想源自建构主义学习理论的一个新分支――认知弹性理论。教学中教学内容的讲解，要出现在不同的时间、教学情境中，为了避免内容过于简单，应尽可能保持真实性和复杂性的知识，使知识具有高度概括性和具体性。不管学习的过程是从哪个方面进行的，其最终的学习结果是一样的，都同样获得了对同一事物或同一问题的多方面认识和理解。

随机进入教学包含以下几个步骤：①呈现基本情境；②随机进入学习；③思维发展训练；④小组协作学习；⑤学习效果评价。

为利于学生多方位的建构知识，随机进入式教学可以是循环式的结构，也可以是线性分支结构，先是由学习目标来决定的，接着围绕目标设置不同情境进行学习。[3] 认知弹性理论认为，围绕案例教学可以解决传统教学无法解决的问题。事物复杂的观念需要慢慢灌输给学习者，而不是先从一个不适当的过分简单观点开始。[4] 随机进入教学策略的教学流程如图4所示。

2.随机进入教学的课件脚本设计

多媒体课件设计过程中同样需要借鉴随机进入教学流程图。在呈现基本情境时，多媒体课件可以体现其明显的优势，利用计算机独特的图像、音视频等媒体呈现能力，学习者根据喜好进行选择，进入学习。课件脚本设计图如图5所示。

三、基于先行组织者教学的课件脚本设计

1.先行组织者教学

先行组织者实质上就是一种引导性材料，能够定向和引导学习的内容。原有学习知识是与新学习材料适当相关的、稳定的、清晰的和概括性高的材料，在新旧知识学习上搭建一个桥梁，这样有了先前知识的学习，新知识学习更稳固扎实，不易遗忘。[5] 有意义学习需要学习者回忆旧知识内容，并需要主动构建知识，找到新旧知识联系的关键点。该教学策略主要分为以下三个阶段：呈现先行组织者、呈现学习任务和材料、扩充与完善认知结构。

根据加涅信息加工模型（如图6），人在接受外界刺激后，在对刺激做出相关反应前，人脑会对其进行一系列处理即信息加工。对信息加工的研究，有助于设计者在设计过程中对各参量的把握，从而达到特定的刺激反应。之前的所学知识是短时记忆，经过教师的指导为长时记忆。[6] 先行组织者的教学过程如图7所示。

先行组织者在传授知识内容时，需要提前辨别新学习材料和原有学习材料知识之间相关性和紧密性程度。

2.先行组织者教学的课件脚本设计

将教学过程流程图转换为脚本设计图，需要考虑到计算机的良好交互性和展示性。如图8所示，是自上而下的分析，自下而上的表达。

四、基于情境陶冶教学的课件脚本设计

1.情境陶冶教学

情境陶冶教学是由保加利亚心理学家洛扎诺夫提出的，主要是采用特定的情境，让学生处在思想很集中的情况下学习。学习者能够很好认知，进行知识的重构。[7] 情境教学就是在教学中根据教材和教辅材料的需要，去引入形象的情境，学习者在这一情境中自主活动，达到轻松愉快的学习效果。人的认识是有意识与无意识的心理活动的统一，是理智与情感活动的统一，这两种意识能够充分激发学生的潜能，在教学过程中把各种无意识活动组合起来。情境陶冶教学策略主要由创设情境、自主活动、总结转化三部分组成。

情境陶冶教学策略下的教学目标需要利用多媒体引入图像、音视频等各种素材，使学生的多方面感官得到刺激。学生能够根据产生的情境和教学内容有一致的情感基调，带着情感去体验和观察教学内容。[8] 其具体教学活动开展可以用图9表示。

2.情境陶冶教学的课件脚本设计

教学过程要很好地反应“因景生情，以情化境”原则。课件设计类型为教师辅助型，脚本设计图如图10所示。

五、对比分析

以上四种不同教学策略的课件脚本设计图不同，下面我们将对其进行对比分析。

基于启发式教学策略的课件脚本设计时，需在学生的“愤”、“悱”状态进行启发，才能达到事半功倍的效果。在课件制作启发阶段，注意启发事件的合理设计，要时刻把握住启发式的关键矛盾点，以子之矛攻子之盾，从而使学生主动地建构知识。让学生去感受探究知识，逐步引导，变式调节，直至教学结束。

基于随机进入教学的课件设计时，需要注意以下几个问题：避免在多个上下文中产生混淆，必须在探讨的问题上提供相关背景信息。需要生成纵横交错的概念图。设置多重情境或意义，这种设置为学习者的选择和随机访问创造了条件。学习环境的组织不可能按照单一方向安排学习的发展，而知识也不可能按照纯粹的类别分类，还需根据不同的概念和问题提供相关案例。

基于先行组织者教学的课件脚本设计时，在脚本设计中需要借助某种媒体提及先前知识，便于学生进行归纳上位知识，从而引出新的学习材料，便于新旧知识联系，扩充与完善学生的认知结构。另外根据学习者能力提供相应的资源服务。

基于情境教学的课件脚本设计时，需要注意多媒体的使用能否激发学生的兴趣，营造建设的场景能否达到教学目的。在脚本设计中，目的要明确，不能太过随意，学习者能树立自信心，提高各方面能力。课件需注意师生之间的沟通以及交互性。

六、结论

脚本设计是课件制作的前提，在整个多媒体课件制作过程中具有不可忽视的作用，好的脚本才能制作出优质的课件。在脚本设计过程要始终坚持突出其可用性，对教学过程中采用的教学策略进行合理分析，据此进行脚本的设计，才能使课件在教学中充分发挥作用，提高整体教学的效果和质量。现今网络环境下进行教学已成为主流，该环境下的课件脚本设计与传统的有所不同，脚本设计需要形成一套属于自己的理论体系，并结合网络环境学习的特点，合理地进行脚本设计，从而制作完善的网络环境下的课件。

参考文献：

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