DICE-WL1000

       无线自组织网络技术实验箱

一、主要特点

l 支持 Wifi/ZigBee/蓝牙/蜂窝通信/RFID/NFC 等类型的无线网络技术实验， 囊括目前大部分的无线应用场景，如无线局域网/无线城域网/蜂窝网络/卫星网络/无线传感网/无线自组织网/物联网/无线体域网/室内定位等。

l 设备采用模块化设计，用户可自由组合需用于实验的模块，具备即拿即用/ 便携分拆/自由灵活的特点，易于学生课后开展开放性实验。

l 配合教材《无线网络技术教程》的实验教学学环节，可为无线网络相关课程提供完整解决方案，实现理论与实践有效结合。

l 实验内容丰富，在各类硬件模块的基础上融合了嵌入式和软件开发，主要涉及 Java/C/C++/Android 等语言或平台。

l 提供所有实验的程序源代码/执行文件/说明等，供读者参考学习，可进一步改进完善，开放性强。

l 实验系统提供了面向NS2/Contiki 平台、各类无线网络协议的仿真实验环境， 读者可根据实验手册介绍直接导入使用，规范统一、便捷高效。

二、技术优势

l 一机多用，用户能使用一台实验箱完成全部实验项目，无需再为各类不同协议的实验准备不同设备。

l 实验项目软硬件结合，综合性实验中全面体现了各类硬件模块、网络协议、上层软件等环节设计。如无线体域网健康监测系统实验中，读者可完整体会到心率/血压传感器——蓝牙——手机 APP 的连贯开发。

l 开放所有源代码，读者可参考学习，并可二次开发。如 RFID 数据读写/传输实测实验中，学生可二次开发成面向校园卡(门禁卡)等的考勤管理、库存管理等项目，用于毕业设计或竞赛作品。

l 仿真实验环境的设计高效便捷, 面向 NS2 的仿真平台可直接导入到实验箱提供的树莓派(作为实验主机)中即可运行，面向 Contiki 系统的仿真平台在PC 中使用虚拟机导入即可运行

三、实验项目清单

1. 构建无线网络实验环境

用于整体的无线网络实验环境构建，是进行后续实验的基础。本实验系统的实测实验利用实验箱内各器件和 PC 进行，NS2 仿真实验是在树莓派中运行，Contiki 实测及仿真实验是在 PC 机中运行。

2. 无线网络环境 RSSI 测量实验

分 2 个部分。分别测量环境变化对 WiFi 和 ZigBee 网络的 RSSI 值的影响。

3. 无线局域网组网和管理实验

分 2 个部分。基础实验部分首先配置无线路由器，以此组建无线局域网，再利用 inSSIDer 软件测量不同信道下 WiFi 信号的稳定性；扩展实验中测量信道较繁忙和较空闲情况下的网络传输速率

4. 无线局域网信号测量软件开发实验

在 Windows 环境下自主开发一个无线局域网信号测量软件。该软件通过 C++ 调用 Winpcap 网络开发包，对 WiFi 数据进行捕获，并在 Java 环境下，对数据进行展示和图形化分析。

5. 无线局域网数据分组分析

分别在Windows 和Linux 系统下使用Wireshark 捕获无线局域网数据包进行分析，并介绍了在 Linux 系统下 Kismet 软件的使用。

6. 无线局域网数据分组分析软件开发实验

在 Windows 环境下，利用 Winpcap 网络开发组件，实现了一个无线局域网数据分组分析软件，界面类似 WireShark。

7. 隐藏节点和暴露节点仿真实验

通过对无线网络中经典的隐藏节点/暴露节点问题进行仿真，通过实验产生的 tr ace 数据对仿真过程中的延迟、丢包、吞吐量等进行分析。

8. 无线城域网 WiMax 仿真实验

对 WiMax 进行仿真，仿真拓扑包含移动节点、基站节点和目标节点，数据由移动节点产生，经过基站节点转发给目标节点。

9. 蜂窝移动网络的数据传输实验

在串口调试软件中，应用 AT 指令对 SIM800C 模块进行控制，实现蜂窝移动网络的基础通信功能。

10. 卫星网络系统仿真实验

针对卫星网络不同城市间的传输路径，设置 5 条数据流进行对比。采用 CBR

作为数据源，并利用 UDP 进行数据传输，最终根据 trace 文件分析实验结果。

11. NS2 无线路由设计仿真实验

提供了一种设计思路，阐述其设计过程，帮助读者进行无线单播路由协议设计和开发。

12. AODV 和 DSR 协议仿真实验

各节点先期通过 RREQ/RREP（路由请求/路由应答）建立起相互间的路由，然后利用 DSR 动态源路由协议对各节点之间建立的路由进行确定和维护，提供快速式反应服务，确保数据分组的高效交付。

13. DD 和 S-MAC 协议仿真实验

对 DD 协议进行仿真，定义了一个大小为 670*670 的仿真拓扑，设置了 10 个无线传感器节点，并配置了 DD 协议。

14. 水下无线传感网协议仿真实验

针对水下传感网的 VBF 路由协议，仿真分析传输性能，观看代码运行过程，节点 1/2/3/4/5 向节点 0 发送数据，分析节点能耗和平均时延。

15. ZigBee 节点安装和组网基础

作为 Zigbee 无线传感网实测实验的基础，搭建 Zigbee 网络实测平台，完成相关环境安装，之后的 Zigbee 网络/CC2530 传感器节点实验需先完成本实验。

16. Arduino 节点安装与开发基础

由 3 部分组成：(1)Arduino 单片机开发环境的配置和代码烧录过程；(2)Arduin o 单片机控制蓝牙 4.0 模块，以实现 Arduino 节点与安卓手机之间的数据通信；(3) Arduino 单片机控制 Zigbee 模块，以实现 Arduino 节点与主机之间的无线通信。

17. 基于 ZigBee 的户外环境监测网络实验

构建基于 ZigBee 多跳无线网络的室外环境实时监测系统，其中终端节点利用各类传感器收据环境数据，经由各路由节点并通过 ZigBee 协议多跳远距离传输至协调器节点，再使用串口通信读出各终端节点所采集的环境数据信息。

18. IEEE802.15.4 和 ZBR 协议仿真

IEEE 802.15.4 和 ZBR 协议分别是 WSN 的典型 MAC 和路由协议，本实验对这两种协议进行仿真，学习、分析和体会不同协议的技术特点。

19. RFID 数据读写/传输实测实验

RFID 读卡器先读取卡号，通过蓝牙模块，将卡号数据发至手机 APP(开放源码) 中，可与 APP 中已有卡号信息比对验证。展现了一个真实的应用系统开发设计过程， 读者可体会 RFID/蓝牙/手机 APP 等环节连贯性。

20. 树莓派安装和配置 WiFi 路由器

在树莓派上安装操作系统，并完成 DNS 服务/无线共享软件/DHCP 服务等相应配置，使树莓派成为 1 个无线路由器。

21. Contiki 系统测试与组网基础

将 Contiki 系统中的协议例程经过编译，烧录到 CC2530 节点。然后开启 CC2

530 根节点，向其通信覆盖范围内其他节点发送广播包，处在通信范围内的节点接收到根节点的广播包后，解析和读取有关数据。

22. CoAP 协议仿真实验

在 Contiki 系统下，采用 Cooja 仿真器创建了 1 个 CoAP 服务器节点和 1 个边界路由节点，并采用 tunslip6 连通边界路由和本地主机，使主机能访问 CoAP  服务器节点。最后，通过主机上的火狐浏览器来对 CoAP 服务器发起访问请求。

23. RPL 协议仿真实验

在 Contiki 系统下，采用 Cooja，利用 RPL 协议进行仿真实验，其中各节点使用的 RPL 协议根据其目标函数，利用路由度量和约束条件算出最优路径，构建面向目标的有向无环图(DODAG)，形成最终的数据转发路径。

24. 基于 Contiki 和 RPL 的无线传感网组网实测

网络由搭载温度/湿度传感器模块的普通节点和 DODAG 根节点组成。普通节点负责采集/存储和上传温度/湿度信息，并根据 DODAG 转发临界点发送的温度/湿度信息。根节点完成温度/湿度数据汇聚并上传至 PC 机。

25. IEEE 802.11p 和 VANET 协议仿真

IEEE 802.11p 仿真实验主要分析在节点移动情形下，MAC 层采用 IEEE802.1 1p 协议时，节点间的数据传输情况。VANET 仿真实验主要分析在街道场景下（无障碍物）下，随着车辆运动，V2V（车与车）之间的通信性能。

26. 无线体域网健康监测系统设计开发实验

带有传感器的绷带与 Adurino 单片机相连，经由 Adurino 单片机的数据处理， 通过 BLE4.0/IEEE802.15.6/802.15.4 等协议传输到健康监测系统 APP，最后展示出血压等各项生理指标数据。

27. 无线室内定位仿真实验

针对无线室内定位场景，利用多个已知节点(锚点)对未知节点进行定位，采用的定位技术主要依赖于节点的 RSSI。

28. WiFi 无线室内定位实践

程序使用 C++和 Java 环境开发。将 3  部手机开启热点，部署为参考锚节点。将 PC 机作为待定位节点，接收 3 个锚节点信号，根据收到的 RSSI 信号强度，可测算发射机与接收机的距离。最终通过三边定位算法计算出待定位节点坐标。

29. 无线网络攻击协议仿真

黑洞和灰洞攻击是典型的网络攻击代表，对数据传输危害极大。本实验以黑洞和灰洞攻击为例，通过仿真实验来描述简单的黑洞和灰洞攻击过程。

30. Watchdog 无线网络检测仿真

Watchdog  监测邻节点转发数据包的情况，并设相应阈值来检测出潜在攻击节点，能有效防御黑洞和灰洞攻击。本质上，Watchdog 检测每个包被转发的情况， 若节点未有效转发数据包，则被认为恶意。

四、器件清单

功能模块

实验配件