蘇樹智,方賢進,楊高明
(安徽理工大學 計算機科學與工程學院,安徽 淮南 232001)
在2017年發(fā)布的《計算機類專業(yè)教學質量國家標準》[1]中,針對網絡工程專業(yè)學生的知識和能力體系做了明確的規(guī)定,其知識要求為“掌握數字通信、計算機系統(tǒng)平臺、網絡系統(tǒng)開發(fā)與設計、軟件開發(fā)、網絡安全、網絡管理等領域的基本內容”;能力要求為“將基本原理與技術運用于計算機網絡系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、開發(fā)、部署、運行、維護等工作的能力”。
《計算機類專業(yè)教學質量國家標準》針對網絡工程專業(yè)的核心課程體系的示例為“離散數學、計算機原理、計算機程序設計、數據結構、操作系統(tǒng)、計算機網絡、數據通信、互聯網協議分析與設計、網絡應用開發(fā)與系統(tǒng)集成、路由與交換技術、網絡安全、網絡管理、移動通信與無線網絡、網絡測試與評價”。
但是,隨著無線通信技術(如4G/5G通信)、網絡技術(如移動IP協議、無線局域網WLAN、無線傳感網絡WSN、物聯網IoT、軟件定義網絡SDN)、移動終端的開發(fā)與應用(如電子商務、電子政務、移動支付等)的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)的計算機網絡及相關課程已不能滿足網絡工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求,更不能滿足社會對網絡工程專業(yè)的人才要求和應用要求[2]。
根據無線通信技術、網絡技術、人工智能、移動終端的應用與開發(fā)等方面旺盛的產業(yè)需求,我們建議該課程分為8個模塊,如圖1所示。
模塊1,無線網絡通信基礎理論包括:①無線通信網絡概述;②無線電傳播原理;③蜂窩系統(tǒng)原理;④3G/4G/5G通信。
模塊2,未來移動通信新技術內容包括:①移動云計算、移動接入、普適計算;②基于位置的服務LBS;③移動IP協議。
模塊3,無線局域網WLAN內容包括:①IEEE 802.11標準;②WiMAX與IEEE 802.16標準;③Ad hoc網絡;④WLAN安全。
模塊4,傳感器網絡與物聯網內容包括:①Bluetooth和RFID;②傳感器網絡及應用;③物聯網技術與應用。
模塊5,軟件定義網絡內容包括:①軟件定義網絡;②軟件定義網絡關鍵技術:OpenFlow與VXLAN;③軟件定義網絡標準。
模塊6,智能機器人網絡內容包括:①智能機器人網絡;②智能機器人網絡模塊;③移動智能小車網絡及產業(yè)應用。
模塊7,移動終端開發(fā)內容包括:①Android系統(tǒng)架構;②Android工程開發(fā);③安卓手機在研究領域的應用。
模塊8,移動互聯網工業(yè)設計內容包括:①移動互聯網產品;②移動互聯網的設計和研發(fā);③移動互聯網智能化和算法;④互聯網的未來及影響。
圖1 移動互聯網課程內容設計模塊
“無線網絡通信基礎理論”知識點要求設計:無線通信網絡的基礎技術;無線通信網絡的新興技術;無線電的傳播機制、路徑損耗模型、多徑效應與多普勒效應;蜂窩系統(tǒng)移動性管理、切換管理、位置管理;區(qū)群和頻率復用;同信道與相鄰信道干擾;擴大系統(tǒng)容量的方法;4G網絡系統(tǒng)結構、關鍵技術、國際標準與性能;5G網絡系統(tǒng)結構、關鍵技術、國際標準與性能。
“未來移動通信新技術”知識點要求設計:移動IP協議、基本操作原理與工作過程;移動IPv6操作過程;移動IPv6與移動IPv4協議的區(qū)別等。
“無線局域網WLAN”知識點要求設計:無線局域網的構成;無線局域網的拓撲結構;802.11標準族;無線局域網的安全機制:WEP加密機制、WEP認證機制、IEEE 802.1X認證機制、WAPI協議、EEE 802.11i TKIP和CCMP協議;Ad hoc網絡的體系結構;Ad hoc網絡的關鍵性技術;Ad hoc的服務質量和安全問題等。
“傳感器網絡與物聯網”知識點要求設計:無線傳感器網絡WSN及其體系結構;IEEE 1451與智能傳感器;無線傳感器網絡的應用;物聯網中的超寬帶無線通信技術;物聯網中的軟件無線電;物聯網中的射頻識別;物聯網中的低功耗藍牙技術;人體局域網;認知無線電等。
“軟件定義網絡SDN”知識點要求設計:軟件定義網絡的定義、優(yōu)勢、軟件定義網絡關鍵技術(OpenFlow、VXLAN);軟件定義網絡標準、開源項目等。
“智能機器人網絡”知識點要求設計:智能機器人平臺(NAO人型機器人、H20系列人型機器);網絡模塊(WiFi、ZigBee);智能機器人網絡中的分布式系統(tǒng)與算法、人工智能與機器學習;移動智能小車網絡平臺;學術界移動小車機器人的研究應用;移動智能小車網絡在產業(yè)界的應用(無人駕駛汽車、無線傳感網絡);四旋翼飛行器在無線網絡中的應用(物聯運輸、自主導航、遙感測繪)。
“移動終端開發(fā)”知識點要求設計:安卓系統(tǒng)的架構(應用程序層、框架層、系統(tǒng)運行庫、Linux內核);Android工程(應用程序生存周期、典型例程);安卓手機在研究領域的應用;iOS編程與開發(fā)、Foundation框架、典型iOS程序等。
“移動互聯網工業(yè)設計”知識點要求設計:移動互聯網的產品;移動互聯網的設計和研發(fā);智能移動互聯網(移動社交網絡、智慧城市、醫(yī)療圖像分析、互聯網金融大數據分析);眾籌網絡的資源調度、節(jié)點激勵機制、安全機制;移動互聯網的計算(大數據分析、分布式計算)及案例;互聯網的未來及影響;互聯網帶來的行業(yè)變革;互聯網金融的未來與變革;互聯網對傳統(tǒng)教育的挑戰(zhàn)與影響;互聯網引起的信息安全問題等。
移動互聯網課程是計算機專業(yè)課程的核心課程[3],該課程的建設在專業(yè)課程群的建設中起到至關重要的作用。然而在高校教學中移動互聯網課程通常不具有專業(yè)針對性,難以使學生結合學科優(yōu)勢更好地學習這門課,我們以網絡工程專業(yè)為例,探討了帶有專業(yè)特色的移動互聯網課程。首先以《計算機類專業(yè)教學質量國家標準》的培養(yǎng)目標和質量要求[4]為指向,根據知識點間的內在邏輯關系,按照一定原則將該課程劃分為8個模塊,模塊內的知識結構相對單一,模塊間的聯系盡量緊密;然后進一步詳細闡述了模塊內的知識點分布和模塊的設計思路。我們設計的課程內容從網絡工程專業(yè)熟悉的網絡入手,逐漸引入軟件定義網絡、智能機器人網絡、移動終端應用,盡量擺脫了課程內容的斷層感[5]。
針對高等學校網絡工程專業(yè)設計的移動互聯網課程知識體系,內容豐富新穎,緊跟學科前沿。該課程不僅適用于網絡工程專業(yè)也適應于計算機類專業(yè)。根據該課程的知識體系,并迎合工程教育專業(yè)認證的理念,下一步要詳細設計該課程的課程大綱與實驗大綱、明確該課程對學生的能力要求、對學生畢業(yè)要求的支撐以及對學生培養(yǎng)目標的支撐。