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关键词:智能电网;通信技术;通信架构;统一标准
中图分类号:TM73 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2013)35-0068-02
1 智能电网的基本概念及发展
由于各国存在不同的国情和社会问题,并未能对智能电网制定出相同的概念,因此各国对于智能电网各个方面的着力点和研发方向不尽相同。
针对我国的国情和现状,相关技术人员在2009特高压输电技术国际会议上提到要以特高压为基本骨架联合各地区进行协调发展,突出电网的智能性,在保障规模的情况之下,与时俱进实现技术的自主创新,创造安全高效的工作环境,全国各地电网不是孤立的,运用智能理念将其连接起来,增强地区之间的互动合作,一方面扩充了信息量,一方面能够实现安全发展以及经济运行高效合理。
从目前各国对于智能电网的研究以及实施情况来看,现在的智能电网作为一种基础设施,主要是处理电力系统的信息,并且将通信技术的信息进行整理分析,从中获取有利的数据能够保障电网发展的持续性和安全性。这样的管理模式一方面是可以满足各个地区对于信息和资源的需求,另一方面又可以让用户真正体验其中,成为电网能源的管理者。所以说,虽然各国因为国情针对智能电网提出不同的理念,但是这些理念提出的初衷以及理念背后蕴藏的深远含义是相似的。各国的起步不同,因此智能电网的发展快慢不同。在科学不断进步的今天,各国针对智能电网提供了更加丰富的内涵和实施经验。
2 智能电网的通信技术
电网有很大的广泛性,遍及地区满足各地对于联通的需求,通信系统与电网相同,在形成很大的信息联络网络的同时,对电网数据获取和保护以及最后的控制形成更好的支持。通信系统作为实现智能电网的基础能够迅速高效的传播,实现双向沟通,实时传播并且对于数据进行集合和及时处理。因此,通信系统是实现智能电网的基础更是保障,通信系统所拥有的高效实时以及双向联通这些特征能使智能电网提高供电性能、有效运用资源、将信息和电力进行实时互动,长久以来能够有效的提升我国电网的价值并且高效安全的运营系统给予的保护增强了电力市场的经济效益提高其市场资产的占有率。
智能电网的自我监控需要依赖于通信系统,而在整个校正过程中,通过监控可以提供相关补偿和回馈,对于资源进行重新分配以避免严重事故的影响持续扩大。但是高效的通信系统为实现双向发展,所要运用的技术非常丰富,包括针对不同突发状况而设计的智能电子设备进行智能勘探和记录、对实时讯息的控制、电力系统需要的电子控制器对电力系统进行持久的保护以维护网络通信的畅通性,通过这些技术有效提高对于电网的驾驭和保护。
在整个技术运用过程中,需要着力注意的两个事项是:第一,通信系统应该拥有一个开放式的框架,这样能省时省力又有所效率,使得电网各部件各环节都能实现网络通信;第二,供电和提供设备的一方应该与受众指定长久稳定的标准规章,完成设备和系统之间或者相互交叉所需要的交流合作,能够得到信任和联通。以往传统的电网很难成为一个真正的整体,因为整个发电的过程直至输送和配送都未能连接成一个高速可靠的双向网络系统,所以现今数字网络的快速发展中应该着重于双向网络的建设,在突况发生时能高效协调资源避免或者尽可能的减少损失。
主网或高电压等级以及主要以高、中、低压配电网为主的电力通信配网和用户通信集合组成了智能电网。其中,主网或高电压等级主要是运用控制调节的调度中心以及独有的双向管理平台进行电力全国各地的高效稳健的输送,同时这也为实现电网的自动化发展这一过程,该过程非常简单,全程无人操纵,因此也能通过网络广泛的覆盖性满足N―M下的通信要求为下一代的网络通信奠定基础。另外,电力通信配网和用户通信是有一些电力通信系统和丰富的通信手段组成的,例如现在已经普及至每家每户的电表盒电器等等。
智能电网现今作为电力通信网络的主网架需要不断地结合国际最新的科学技术进行创新,逐渐扩大容量,提高效率,推动电网的智能化和宽带化的快速发展。下一代光网络有点到点,集全IP进行统一控制管理,进行多点多面的网络传输,由此来提高智能电网的高速快捷的发展。光网络只是传输网络的一个代表,新时代的网络发展将传输和数据紧密结合,增强其对于突发问题的反应及应对能力,控制成本降低能耗的同时,提高传输网络的效率。
在技术层面上,网络安全技术作为一种基本的网络形式为网络运营提供保障,这就需要相关科技人员有很强的综合能力,在考察用户行为的时候能够结合业务流量进行统计得出有根据的结论。在交换层面,应该多引进一些新的传媒手段和传媒技术进行网络控制,比如说IMS就是一种新的手段,由此为客户终端的用户提供更多又安全高效的业务服务。
3 总 结
综上所述,现今不断提升的科技水平推动着“下一代网络”朝着更高层面发展使得通信网络也因此更加具备竞争实力,支撑和保障电力系统发展的一个不可或缺的手段是将电子通信的主要着力点转移至流量和业务的管理。
为了达到这样一种转移,各个实体需要签署相应的协议维持整个合作的标准和尺度,同时也只有基于具备统一性的网络才能有效的以业务带动网络发展。
现在新的网络手段和媒体技术都是基于电网建设这个基础领域,综合能力被有效地运用于各个领域,长久以往这样的综合发展必然能够带动整个电网企业走向繁荣,同时也拉动国家经济带来深远的社会效益,从而不断走向繁荣。
参考文献:
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【关键词】 3G移动通信技术 通信系统 研究与应用
一、前言
随着移动通信技术的发展,3G移动通信技术作为一种重要的技术体系,以其优越的普适特点得到了重要应用,引领移动通信技术进入新的发展阶段。随着网络技术的快速发展以及用户的即时网络应用需要,能够实现语音视频及流媒体播放的移动通信技术成为了未来发展方向。
二、3G移动通信技术特点及分类
2.1 基本概念及特点
3G(3rd-generation)被称之为“第三代移动通信技术”,指的是支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术,它能够在全球范围内更好地实现无线漫游,处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务、视频交互等多种信息服务,同时兼容已有的第二代系统[1]。具备良好的兼容功能,能够在兼容2G环境下所有的系统,节约大量成本;具备较强的技术优势,能够满足当前用户的基本需求;具备较强的拓展性,为进一步发展,留下了较大的创新空间。
2.2 基本分类
通用的3G标准,可以分为欧版的WCDMA、美版的CDMA2000和中国的TD―SCDMA。2000年5月,ITU(国际电信联盟)将以上3种标准与WIMAX定义为主流无线标准,并纳入指导性技术文件。一是WCDMA。从GSM网发展并规范的技术,意指宽频分码多重存取,它提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的发展策略,市场优势明显;二是CDMA2000。是由窄带技术发展而来,利用窄频CDMAOne的数字标准衍生,可直接升级至3G,发源于美国,很多大型应用商都参与其生产和使用。如三星、Lucent等。具有成本低廉,兼容性好等特点;三是TD-SCDMA。这是由中国独立制定的标准,是中国移动的核心技术。1999年6月,由大唐电信向ITU提出申请并获取资质。具有辐射低、支持灵活和成本低廉等特点。该标准提出跨过过渡阶段,直接向3G升级,特别适合GSM系统的升级改造。
三、3G移动通信技术的具体应用
随着3G技术体系的不断发展与完善,它不仅兼容了2G的通信功能,还在带宽和传输速度上做出了技术性突破,依托高速发展的计算机技术,可以建设多维度、多层次的承载平台,目前其适用范围已经扩大到所有工业及民生应用领域
3.1 流媒体的应用
3G技术具备大流量数据传输的功能,因此该技术在流媒体传输中发挥了重要作用,可以为用户提供随时随地的视频和音乐上传、下载服务。随着数字电视的网络化和大量的3G终端出现,人们可以离开电脑的束缚,依托海量的网络资源,实现即时点播。
3.2 宽带数据传输应用
3G移动通信技术作为无线网络技术的一种,为宽带数据传输提供了新选择,在保证数据传输质量的基础上,实现了数据传输流量的增加。联通公司的HSPA+技术,上行速率11.02Mbps,能够支持最大42 Mbps的上行,是中国联通“终端+应用”模式的具体体现[2]。
3.3 高质语音同步传播应用
由于3G移动通信技术的音频信号分辨率更高,在语音传输中的传输质量也相应提高,因此,在大量的高质量语音传输中得到了较大的应用。主要原因在于其覆盖15Km半径的基站建设和DSP的运算速度,能够为用户提供不超过240km/h的移动速度,确保系统的兼容性和频谱利用率[3]。
四、结论
从本文的分析来看,3G移动通信技术作为2G通信技术的升级,在原有通信技术的基础上实现了功能的增加和带宽的扩展,有效满足了移动通信网络的发展。随着信息技术日新月异的发展与进步,移动通信技术必须同步发展,才能够在激烈的竞争当中获得足够强大的生命力。可以预见,国内在普及3G应用的基础上,为了适应用户更高的需求,具备更多应用功能、更快传播速度、更好传输质量和更大的带宽应用的4G移动通信技术会随之而来,推动移动通信行业不断向前发展。
参 考 文 献
[1] 黎碧霞. 浅谈3G移动通信网络安全技术[J]. 沿海企业与科技,2010(05)
中国通信技术近些年发展十分迅速,尤其电子通信技术日渐发达,普遍在全国领域内使用。光通信技术也发展成熟。光通信技术作为以光波作为传输媒介的技术,具有传输频带宽、容纳信息量大、抵抗电磁干扰能力强等传播特征。因此在结构复杂。内容庞大的物联网当中得到很好的运用。物联网的概念自从提出之后,就被社会各界高度关注,在全球范围内翻起了以物联网为中心的经济与技术大潮。
1 基本概念
光通信技术,就是以光波作为传送信息媒介的通信方式。与无线电波通信技术相同,光通信技术也属于电磁波通信技术,然而光波频率比无线电波的要高,波长较短,因此传播时信息容量更大。光通信技术主要有两种方式:光纤与无线,表现出高度带动性、渗透性与创造性。在信号覆盖与传播上有着显著优点。目前中国光通信技术发展相对成熟,以廉价灵活的传输特点,被运用到诸多领域内。
物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,依照原定程序协议,将现实中任何物体与互联网连接,通过信息交换与通讯,实现智能化识别、定位、监控、管理物体的网络。物联网物体本身与网络无关,是人们生产生活中存在的千万事物,在安装上传感器之后,与目前网络数据信息库链接,让人们直接去认识、管理这些事物。物联网的概念随着社会经济与科技发展,是不断演变,与概念刚提出时有了很大改进,涵盖范畴日益丰富。物联网核心能力是运输可靠、感知全面以及处理职能化这三个方面。它可以将识别的物件信息,通过场景感知,将信息聚合一起进行无缝连接处理。
尚前,光通信技术在物联网结构中发挥着巨大功能。两者互相结合,在工业、环境、军事、医疗、保健等人们各种日常生活与商务生产领域体现出优越的实用价值,造福人类生活。物联网中光通信技术主要有:光纤传感、射频识别、WiFi等近距离无线光通信技术、还有GPRS、3G、4G 移动通信技术等长距离无线通信技术。科研工作者们已经开始着手将光通信技术引入互联网终端,实现远距离的互联网检测控制、维护管理与正常运营。
2 物联网的基本结构
物质结构决定其用途,物联网也如此。物联网的分层结构模型,决定其工作环节依照顺序进行,逐步实现每一项技术功能。现在,物联网科研者普遍将物联网结构分为三个层面:感知层、网络层、应用层,每个层面的主要内容,见表1。
①感知层,物联网最低层次组织,是物联网技术的基础层次,负责获取物体信息感知与获取。我们常见的硬件设施有摄像头、传感器网络、二维码标签和识读器、视频检测标识等。
②网络层位于物联网技术的中间层次,连接感知层与应用层,完成数据信息的长距离运输与管理任务,直接地讲就是信息传播的桥梁,将感知层获取采集的数据信息,传送到终端应用层。其实现方式就是我们常见的各种通信网络,如GPRS、3G、4G 移动通信网络,蜂窝无线通信网络、有线通信等方式。
③应用层,是物联网最上层,主要对数据进行运用,或者进行智能处理,将具体数据信息应用在行业当中。其表达方式就是终端显示器与数据库等,能够直接表现数据信息的平台。
物联网的基本结构决定了其对数据信息的感知、传输以及智能处理的功能。正是物联网职能、便捷的功能,决定其广泛的应用前景。
3 光通信技术在物联网中的应用现状
3.1 物联网感知层的应用
光通信技术在物联网感知层上的应用,主要形式是光纤传感技术。在光导纤维与光纤通信技术的迅猛发展形势下,光纤传感技术也同步发展起来。它是以光为载体,光纤为煤质传输信息的崭新传感技术,属于光子技术领域。光纤传感技术基本工作原理,是光波在光纤中传播时,光波主要性质会随着外界环境变化而产生物理改变。将光纤传感技术与光纤通信技术结合一起,是构建网络化与矩阵化传感体系的发展方向。光纤宽带性的特点,可以将多种传感器集中使用在单个光纤中,对多个目标进行测量,因此在物联网感知层上可以表现明显优势。
光通信技术为互联网感知层信息采集提供更好的质量保证,连接起物理世界转向信息世界的关键环节。无线光通信技术,是光与无线通信技术的结合物,利用频率高波长短特征,其通信宽带是WiFi的104 倍,4G 移动通信的100倍。
光通信技术在在RFID系统中的运用。光传感与通信技术在RFID系统上,实现电子标签与读写器两者近距离无线通信,准确识别物体上的电子标签,读取其中的数据信息。目前,光传感技术主要读取无源电子标签,改变了传统无线信号射频短的不足,提高了RFID系统的感应能力。RFID读写器对于光通信技术应用,是与互联网网络层的接入当中,创建双向功能的网关设备,将其与RFID系统相互协作与融合起来,对物品信息进行实时共享。在实际应用中,利用光通信技术的RFID系统,很好延长读写器与网络层连接距离,将读写器直接变成职能终端,更方便地接入移动通信网络。另外就是,光通信技术可以感应多个电子标签,并能防止信息之间相互冲突,减少信息干扰,保证数据信息的安全。
光通信技术在无线传感网络中的运用。传统无线网络的传感器随机分布,处理单元与通信单元自行组织。这种不稳定结构只能完成近距离传感、通信,传输距离也比较短。融合光通信技术之后,可以进行长距离传输,距离可以达到100 m。
3.2 物联网网络层应用
互联网目前信息有线通信方式中,主要就是光纤通信。以光波为媒介的传送形式,光纤通信技术可以容纳更多信息量,实现快速传播不受干扰,还可以进行长距离传输。无论是传输速度距离,还是信息安全方面,都具有无可替代的优势。并且光通信技术建设便于铺设,可以进行现20 THz 的宽带接入,十分适合物联网大数据传输需求。
GPRS在我国已成熟运营几十年,网络可靠性高,基站覆盖范围广泛,适合物联网无处不在的网络要求,GPRS数据传输速率最高值为115 kbps。采用光通信技术的3G网络技术可以提供最高2 Mbps数据传输速率,为日益增强的物联网数据业务提供了支持和保障。而4G网络技术的性能更加优越,采用正交频分复与多端口输入输出技术,数据传输率高达201 Mbps,宽带是3G的十倍。光通信技术大大提高了物联网数据传输能力,大大优化了网络层结构。移动通信的安全机制,是以人与人之间通信基础,在物联网中进行应用时,大量的数据会造成网络堵塞,信息安全性降低。光通信技术创建了多个传入传出端口,签订物与物、物与人之间的安全协议,并可以根据通信需要与物联网特征增强安全机制。
移动通信网络是以光通信技术为核心,在人与人、物与人、人与自然之间可以实现任意时间与地点的信息交换与交流。目前,中国已经形成较为成熟的移动通信网络。物联网以其作为网络层,可以更好整合社会中任意物品的信息,减少技术成本,并能保证高效的信息传输率,为开发移动物联网创造了优良的技术条件。
3.3 物联网无线终端应用
M2M设备中的光通信技术,可以满足许多数据请求,并自动包含其中的数据设备。将GPRS、3G、4G嵌入到M2M设备中,创建手机终端。这样就将手机打造成为通信、感知、信息处理的职能终端。光通信技术在将物联网终端塑造成移动通信终端上,具有十分重要的作用。他它符合移动通信网络终端的管理方式,以人与人之间通信为基础,在安全协议与多端口通信信息处理上效果良好。
在工程建设中,工作人员通过将光传感技术嵌入到设备中,可以职能处理电网、桥梁、铁路、建筑等信息,然后再与物联网进行结合,将多种施工设备、机器与基础设施等物理系统进行合理整合。让施工的大小细节,在物联网中得到科学规划与配置,节约建设成本,管理生产生活。物联网变现出的职能化特征,与数据信通过光通信技术在云计算平台中自行处理是分不开的。
我系以“厚基础、精专业”为核心,构建专业课程体系。
1.1通信必修课程模块
主要课程:信号与系统、通信原理、电磁场与电磁波、高频电子线路、嵌入式系统与应用、单片机原理及应用、计算机网络等。形成能力:以信号与系统、通信原理为核心,加强通信技术基础理论的学习,强化数字信号处理能力的培养;以通信信号与系统的分析与设计能力训练为中心,掌握通信系统分析与设计的基本技能,使学生掌握现代通信技术的应用技能。
1.2专业选修课程模块
主要课程:EDA原理及应用、数值计算与MATLAB、光纤通信、无线通信、现代电信交换、微波与天线、数字信号处理、工程制图与CAD等。形成能力:以开阔学生视野,培养学生的复合能力为重点,通过一批反映通信技术发展前沿的课程,使学生了解现代通信技术的现状和发展趋势。模块化的建设强化了课程之间的理论体系,优化了教学内容,减少了课程内容的重复,加强了实践能力的培养,提高了教学效果。
2.实践教学体系建设
根据专业能力培养要求,实践教学体系建设以设计性、综合性、创新性为重点,注重培养学生的实践能力和创新能力。把实验教学的主导思想定位在注重基础、加强应用、追踪前沿、培养学生分析与解决问题的能力、提高学生就业竞争力上。提高实践教学在整个教学活动中的地位,适量开设综合性、设计实验,在教学计划中构建完整合理的实验教学体系,注重实验教学与其它实践教学环节的衔接。加强课程综合实验或设计、专业综合实训和毕业设计(论文)等环节的管理和实施。通信工程专业是一个实践性很强的专业,必须加强实验、实践教学,提高学生的实践动手能力。构建专业实验体系应遵循由简单到复杂、由验证型实验到开放性实验,由单一的实验内容到综合实验的基本思想。实践教学(除毕业设计外)可分为5个层次:专业基础课程实验、课程综合实验、专业综合实训、毕业实习、课外学生科技创新。
(1)专业基础课程实验专业基础课程实验采取教师指定实验内容,在课内学时固定时间分组完成的教学形式。
(2)课程综合实验综合性实验项目主要是针对通信专业课程中的某个功能模块进行,主要培养学生分析单元电路、模仿设计功能模块的能力,有以下几种形式:
①验证型实验。学生在实验中,不仅要测量实验数据,观测波形,同时要求分析电路组成、功能,画出原理图,分析掌握实验用通信集成电路的使用,提高学生分析问题解决问题的能力。例如《通信原理与系统实验》课程中的《时分复用实验(TDM)》,要求学生了解时分复用的基本概念;掌握时分复用与解复用的原理框图;掌握时分复用信号的组帧和拆帧的过程。
②实现单元电路功能实验。目前我校单片机嵌入式系统实验室采用SICElab-G2200和EELiod270作为实验硬件平台,要求学生用Keil软件开发ARM程序来实现实验箱某特定的功能,这样将嵌入式技术和通信原理相结合,锻炼学生综合设计、开发能力。例如《嵌入式系统与应用实践》课程中《串口通讯实验》,实验箱中该实验要求学生了解LPC系列处理器UART的功能原理;在Keil中设计ARM程序,实现串口通讯;使用UART0实现查询接收并发送。
关键词: 现代通信技术;混合式学习; 网络教学平台; 教学改革; 教学效果
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1006-8228(2017)07-88-03
Application of blended learning in the modern communication technology course teaching
Zhang Ruimin, Zhou Tao, Zhong Furu, Lu Pei, Zha Zhihua
(College of information science and technology, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832000, China)
Abstract: In view of the problems existing in the classroom teaching of modern communication technology course in our college, this paper puts forward that improves the teaching effect of the course by using the blended learning which has the advantages of traditional teaching and network learning and fusion with a variety of teaching methods. on the basis of the analysis of the learning object and learning objective, using the existing network teaching platform, the teaching reform is explored on several aspects, such as the organization of classroom teaching, the development of network learning and the establishment of learning evaluation criteria. The practice shows that the blended learning can meet the needs of students' individualized learning requirement and improve the teaching effect and teaching satisfaction.
Key words: modern communication technology; blended learning; network teaching platform; teaching reform; teaching effect
0 引言
F代通信技术是我校电子信息工程专业开设的必修课程,通过本课程的学习,能使学生掌握现代通信技术的基本理论,熟悉并掌握现代通信技术的基本知识,了解通信网的规划设计以及通信网技术的发展等知识。该课程理论难度较高,如何提高教学效果是多年来我们在教学过程中需要面临的一个重要问题。本文提出以网络教学平台为依托,结合多种教学方式,以提高学生学习积极性,提升现代通信技术课程的教学效果。
1 课程现状
目前,我校面临着班级人数增加,课程评价方式单一,教学质量很难保证的问题。在以往的教学模式下,教师通过有限的课堂时间与学生进行沟通交流,难以准确掌握学生的学习情况,不能较多地了解到学生对课程的一些想法和建议,教师不能很好的对学生学习的全过程进行管理,并提供必要的指导与帮助。因此,我们需要探索更有效的教学方式和方法来提高学生的学习效果。而且,越来越多的研究强调学生的自主学习,以及学生之间的协作和互动,在完成教学目标的前提下,培养学生的多元能力。
现代通信技术课程的开设还沿用传统的教学方法和手段,教师利用多媒体课件和板书的形式,教师这种讲“评书式”的讲授方式,学生只是被动的接受知识,方法单一,模式一成不变,老师和学生之间缺乏课程知识的交流和互动,学生始终处于被动地位,学习积极性不高,学习热情很难被激发。随着时代进步,计算机网络已经在高校普及,目前在校本科学生普遍是九零后,学生热衷于网络新媒体,对参与度更高的新的学习方式有好奇和偏爱,更愿意在学习的各个方面表现自我,展示自我[1]。传统的教学方式很难满足学生个性化的需求,从而导致教师教起来费劲,学生学起来困难的两难现象的出现。
2 混合式学习理念与网络教学平台
混合式学习是综合运用不同的学习理论、技术和手段,并结合传统课堂的特点而产生的一种学习方式[2]。这种学习方式将传统课堂学习和网络化学习的优势结合起来[3],目的是在整个教学过程中,既突出教师讲授为主的集体学习形式,充分体现教师的引导作用。又能调动学生的积极性,培养学生自主学习的和团队合作学习,体现学生的个性化学习需求。
为适应目前高等教育中混合式学习方式的开展,我校教务信息化平台引进了THEOL网络教学平台,为开展混合式教学提供了充足的软、硬件环境。以往的课程教学平台基本以教师为课程创建的网络课程为主,这种教学平台只针对特定课程,考虑面比较窄。我校的网络教学平台包括通用网络教学、研究型网络教学、精品课程建设与评审、教学资源库等多个平台[4]。实现一次课程建设,满足精品课程建设、教学资源建设、多种模式教学过程和环节信息化支持等多方面的要求,使教师摆脱为创建课程平台而进行编写代码的繁重的重复性工作。也为我们开展课程的混合式教学奠定了一定的基础。
3 混合式学习模式的应用
在现代通信技术课程中采用混合式教学模式突破了传统课堂时空的限制,不仅能够提高学生对现代通信技术的学习兴趣,还能调动学生的积极性和主动性,增强学生之间的团结与协作,而且培B了学生自主学习意识和独立分析问题、解决问题的能力,最终有效地提高课程的教学效果。
3.1 教学对象分析与教学目标
⑴ 对象分析
现代通信技术开课前,学生已经学习了数字电路、模拟电路、计算机网络、通信原理等课程,对于现代通信中的基本概念、现代通信网络组成及其特点有了一定的认识,这为我们开展教学奠定了一定的基础。另外,大多数学生都是伴随着互联网长大的一代,他们对于网络工具和移动互联网工具非常熟悉。而且非常喜欢通过互联网提供的各种平台与同学、老师交流。并善于通过网络查找资料,获取新知识。这些特质对于教师来说是非常有利的,教师可以抓住这一点来组织基于网络的混合式教学的开展。
⑵ 教学目标
通过教学,让学生理解现代通信网的基本概念、主要分类和特点;掌握现代通信网传输、交换和通信路由等技术的原理和规则;掌握电话通信网、数据通信网以及下一代通信网络的性能和特点等课程的专业技术知识。另外一个非常重要的方面就是,通过课程的开展,使学生能够充分体会到混合式学习给学习过程带来的便利和快乐。学生可以通过研讨式课堂表达和表现自己,通过网络教学平台开展自主学习、团队协作学习以及测试学习效果,通过查找资料撰写报告学会知识点的总结。
3.2 课堂教学组织
在进行混合式教学中,课堂仍然是主要的教学阵地[5]。教师在课堂教学中作为知识的传授者,要明确除了讲授知识外还应调动课堂学习的氛围,调动学生学习的积极性。因此在传统的黑板加粉笔的教学基础上,采用多媒体教学,在讲述多路复用技术、移动通信中越区切换、分组交换网工作原理等内容时,制作视频动画来形象的模拟整个过程,让学生能够形象地了解枯燥的理论。
同时,将研讨式教学法引进课堂,以问题为主线安排教学内容,整个课程设置多个探究式课题。通过网络教学平台分发给学生,要求学生分组,以小组为单位在课前进行资料查找,提出思路,通过引证、举例得出结论,然后在每次课堂时间中会留一定的时间,小组制作幻灯片并选出代表进行研究成果的展示和阐述,各个小组可以对观点提出疑问并给出成绩。
3.3 网络学习
网络学习的开展主要通过自主学习和团队学习来进行。自主学习阶段,以学校的网络教学平台为主要载体,将课程讲义、微课视频和常见的疑难问题解答等资料到教学平台上,使学生能随时查阅。并将部分教学内容放到教学平台,要求学生进行自学后在教学平台上进行在线测试。更重要的是教师通过网络教学平台以及QQ群、微信等实现与学生的在线答疑或讨论。很多不愿在课堂提问的学生会经常通过网络提出一些问题,以及自己对于课程的看法,调动了学生的积极主动性。学生还通过知网、图书馆、论坛、学习笔记等方式进行自主学习。
以项目教学法为驱动,开展团队学习,将学生分组,实行组长负责制,由教师在网络平台上提出探究式课题让学生分组研究,小组在课下查询资料,面对面讨论和QQ、微信讨论,并撰写研究报告和制作汇报幻灯片。学生在完成探究式课题项目的过程中获得相关知识和技能。
通过网络教学平台为主的学习完全突破了传统课堂时空的限制,使整个学习不仅在课堂上进行,课下学生也可以有更多的思考时间,提高了学生对现代通信技术的学习兴趣,增强了学生之间的团结协作能力,而且培养了学生自主学习兴趣和独立分析问题、解决问题的能力,有效地提高了课程的教学效果。
3.4 学习评价
传统的考核评价周期一般为一个学期,往往造成学生学习的懈怠。通过网络教学平台,我们采用章节测试、试题库进行分章节考核和综合考核,随时抽题、随时考试,阅卷灵活,可对几个知识点进行考核。我们在最近的两个学期,每学期开展4-5次考核。另外,还采用任务式考核方式,针对老师布置的探究式课题,在规定的时间内,运用综合知识,提出自己的想法和解题方案,老师根据每组的表现决定考核分数。并辅以学生自评和互评考核等方式,全面测试学生水平。
根据课程教学活动我们调整了整个课程的评价体系,调整后评价体系包括:期末考试成绩(60%),线上网络学习成绩(查阅资料的情况)(10%),课题论文成绩(上传论文的质量及汇报答辩的质量)(10%),分组讨论表现(10%)和平时作业成绩(10%)五大方面。在这种评价标准上,主要以学生是否完成预期的学习任务为考量,注重学生在教学实践活动中理解知识和运用知识的能力。
4 总结
通过教学改革实践,我们对比了我校电信2102级72人(未采用混合式教学模式)和电信2103级81人(采用混合式教学模式)发现:学生对于基于网络教学平台的混合式教学在课程内容安排、课程内容设计以及课程评价体系等方面比传统教学模式的满意程度有了很大的提高。
教育信息化是当前教育发展的一种趋势,混合式教学已经成为当前高校教育教学改革发展的方向。本文在分析了学习对象和学习目标以后,基于现有网络教学平台,从课堂教学的组织,网络学习的开展和学习评价标准的制定等几方面开展课程的教学改革和探索,既发挥了传统教学手段的优势,又将信息技术的优势结合进来。充分发挥教师的引导作用和学生学习活动过程中的主体地位,充分实现学习环境的混合、学习资源的混合、学习方式的混合,进而实现有效的教学。加强课程改革实践对于电子信息工程专业其他课程也具有借鉴意义。当然,在今后的教学中还应该更进一步加强学生创新思维的培养,细化课程教学各环节的内容。
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关键词:计算机网络;学历教育;初级指挥;通信工程专业
文章编号:1672-5913(2013)14-0072-05 中图分类号:G642
0 引言
自20世纪末美军提出“网络中心战”概念以来,战争模式逐渐从武器平台对抗转变为以网络为中心的体系对抗,在全球范围掀起了一场以信息化、网络化为基本特征的新军革浪潮。从根本上说,网络技术的飞速发展和广泛应用是推动这一变革的原动力。鉴于网络技术对军事行动乃至整个人类活动的深刻影响,计算机网络课程已经成为培养通信工程专业初级指挥人才信息素养的重要环节。
计算机网络一般被视为计算类专业的核心课程,而在军校通信工程专业的全期培养计划中长期作为拓展知识面的选修课对待,教学目标定位比较模糊,严重影响了后续军事网络相关课程的教学效果。笔者针对这一问题,根据通信工程专业初级指挥人才的职业价值取向,按照理工大学“学为主体,教为主导”的教学理念,结合多年教学实践经验,从通信工程专业定位出发,探讨计算机网络课程的教学目标定位、教学内容安排和教学方法设计。
1 教学目标定位
1.1 专业定位
传统上,计算机相关课程在通信工程专业课程体系中所占的比重很小,学时十分有限。然而,计算机网络是通信技术与计算机技术相结合的产物,并且在战场“制信息权”争夺中起决定性作用,这就要求通信工程专业初级指挥人才必须深入了解网络原理才能胜任未来联合作战的岗位需求。2006年,美军在新版的联合出版物《联合通信系统》中提出不再使用“指挥、控制、通信和计算机(C4)系统”这一术语,改用“指挥与控制(C2)”和“通信系统”替代心,这反映出新军革背景下通信与计算机融合的发展趋势。即便是在民用领域,“三网融合”技术也使得传统通信网络“终端+传输+交换”格局向“终端+云”模式转变。因此,笔者认为军校通信工程专业必须加大计算机教育的比重,某种意义上说应该将其作为“准计算机专业”对待。
对于计算机专业来说,IEEE和ACM制订的《计算课程体系2005(CC2005)》是世界范围内广泛认可的课程设置指导性文件。根据CC2005的定义,所谓计算是指“任何需要、得益于或者创造计算机的面向目标的活动”。计算学科主要被划分为计算机工程、计算机科学、信息系统、信息技术和软件工程5个专业。
2008年,全国高等院校计算机基础教育研究会推出的最新版《中国高等院校计算机基础教育课程体系2008(CFC2008)》指出:对非计算机专业学生进行计算机教育的目的是“使他们掌握应用计算机的知识,能够将计算机与信息技术用于其工作领域,成为既精通本专业知识又掌握计算机应用技术的复合型人才”。各院校可以根据自身特点对推荐的课程体系进行适当修改,进一步体现自己的办学特色。
军队高等教育首先是国民教育的一个组成部分,在具体课程体系设置和教学内容安排上应满足高等教育的基本要求。但是军队高等教育又有其独特的职业价值取向,即培养胜任部队第一任职的“基础宽厚、信息主导、技指合一、全面发展”的高素质初级指挥人才。从CC2005划分的专业来看,面向部队初级指挥岗位的通信工程专业更接近信息技术专业或信息系统专业,具体的需求可以表述为:在特定军事应用环境下,通过选择、创造、应用、集成和管理的网络通信技术来满足作战需要,或者关注战场信息资源的获取、部署、管理及使用,并能分析战场信息需求和相关的组织运用过程,详细描述、设计、组织、维护与作战目标相一致的网络通信系统。
笔者认为,使学员理解现代指挥信息系统的组成与工作原理,并在战争实践中发挥作战效能应该是教学的出发点和立足点,具体目标应该落实到针对网络体系中的各种部件、装备乃至系统做到“能组网、懂管理、会应用”,这应该是军事院校通信人才培养的基本定位和鲜明特色。
1.2 课程定位
计算机网络是增强学员的信息素质至关重要的一门课程,这一观念基本上已经形成普遍共识。由于计算机网络是当展最快的信息技术之一,课程内容非常庞杂。而对于军校通信工程专业来说,计算机类课程学时非常有限,远不能与地方高校同类专业相比。因此,在具体教学过程中,教学目标定位一直比较模糊。早期计算机网络并不单独设课,而是采取在一些涉及网络的相关专业课程中泛泛介绍7层协议概念。近年单独设课后,一度出现了宽带通信网与Internet的主线之争。目前仍然存在偏重基础理论还是偏重应用能力的分歧。
CFC2008对理工类非计算机专业网络技术与应用课程的要求是“从应用的角度出发,以TCP/IP协议作为基础,以Intemet作为实例讲解计算机网络技术的基本原理,使学生建立计算机网络的基本概念,掌握计算机网络的构成和基本工作原理,学会计算机网络的基本应用方法,了解网络技术的最新发展”。从中可以看出,计算机网络教学应该以Internet为主线,并且要强调基本原理。
笔者认为网络基本概念和原理作为教学重点是毋庸置疑的,因为素质教育要求必须着眼学员未来职业生涯的长期发展,必须培养学员关注表面现象背后的科学问题,锻炼对问题的抽象思维能力。但是网络应用能力同样需要给予高度关注,这一点对于军校学员尤其重要。如何处理学时有限的矛盾呢?关键是要摒弃用一门课解决所有问题的幻想,通过合理设计课程体系和分层次的应用能力培养环节达到基础理论和应用能力并举的目标。
结合理工大学通信工程学院的实际情况,笔者梳理的通信工程专业课程体系中与网络相关的模块见图1。数字通信原理、计算机硬件基础和程序设计基础是先修课程。计算机网络课程的基本定位是使学员了解并掌握计算机网络的基本概念、体系结构、协议工作原理和基本网络工具的使用。在此基础上通过后续课程理解和掌握军事网络的技术特点,比如战术环境下对网络协议、设备、组网应用的特殊要求。网络应用能力则可以通过学员自主选择开放实验,或者在本科导师的指导下申请创新课题,完成毕业设计得到必要的培养和拓展训练。
2 教材选取
目前公开出版的计算机网络教材种类繁多。笔者重点比较了几本获得大多数本科院校公认的教材:Tanenbaum教授编著的《计算机网络》、谢希仁教授编著的《计算机网络》、Peterson和Davie编著的《计算机网络――系统方法》、Kurose和Ross编著的《计算机网络――自顶向下方法》。
Tanenbaum教授与谢教授的《计算机网络》早期版本都以OSI 7层协议模型为主线,较新的版本改为以TCPhP的5层结构来组织内容,并结合了一些新出现的技术和标准。课程内容从物理层向应用层自底向上讲解网络的概念、基本原理、技术和体系结构,教学比较偏重理论,不便于开展实验。
《计算机网络――系统方法》同样采用自底向上逐层讲解的思路,但是作者反对严格地分层,强调计算机网络的系统观,围绕“为什么这样设计网络”阐述关键技术和协议如何在实际应用中发挥作用,需要有充足的学时保证才能达到良好的教学效果。
笔者选用了《计算机网络――自顶向下方法》,讲授内容以Intemet为线索,自应用层向下逐层讲解协议原理。自顶向下方法避免了传统方法讲解体系结构内容枯燥、不易理解的通病,从学员最熟悉的应用层开始层层深入。该教材的另一个特点是精心设计了大量的课后实践任务,使复杂的网络问题变得易于理解,便于学员开展自主学习。
3 教学内容安排
对于计算机网络这样飞速发展的领域来说,教学内容面面俱到是不可取的,应该着重培养学员的洞察力,能够通过自己思考辨别什么重要,什么不重要,哪些是本质的,哪些是表面的;因此在教学内容选取上既要兼顾知识的系统性,又要考虑学员的接受能力,同时还要强调网络基本应用能力。
对于不同专业来说,普遍认可的方法是对教学层次和内容进行分类,以更好地满足不同专业的教学需求。笔者认为即便对同一专业的学员也应该提供分层次的自主学习和实验环节,鼓励学员依据自己的兴趣爱好,深入钻研网络中的科学和技术问题,达到个性化教学的目的。
笔者按照通信工程专业初级指挥人才的培养目标,突出“学为主体”的教学理念,从理论教学和实践环节两个方面进行了详细设计,以解决学时不够这一突出矛盾。理论教学内容仅选取了教材《计算机网络――自顶向下方法》的前5章,具体内容和知识点见表1,强调重要概念的对比理解。实践环节区分了协议分析实验、编程实验、虚拟实验、开放实验和创新课题5个层次,见表2。其中,协议分析实验、编程实验和虚拟实验要求课内完成,开放实验和创新课题则由学员自主选择。理工大学通信工程学院规定在毕业设计开题之前每名本科生至少要完成一个开放实验或创新课题。
4 教学方法设计
鉴于计算机网络课程的重要地位和作用,理工大学通信工程学院一直在探索和推广以小班化教学模式进行本课程的教学。近几年,笔者多次承担了计算机网络课程重点教学改革试点,在多种教学形式和方法综合运用的基础上,总结了两种行之有效的教学法:问题驱动式教学法和课题研讨教学法。
4.1 问题驱动式教学法
问题驱动式教学法采取“提出问题一解决问题一归纳分析”的模式,从实际到理论,从具体到抽象,从个别到一般。课程教学中,困扰学员的第一个问题就是网络协议为什么要分层?教材第1章对这个问题的解释并不能完全打消他们的疑虑,实际上这个问题必须等到对整个网络的发展史、广域网、局域网等基本概念以及网络程序设计有一定认识之后才能真正理解。因此,笔者并不急于解释这个问题,而是让学员带着这个问题从应用层逐层向下边学习、边思考、边实践,直到最后安排一次课堂讨论,得出大家都能够接受的答案。再比如,讲解HTTP协议时,笔者首先从早期互联网上多媒体信息共享不便的问题,讲到Berners-Lee在一个“灵感”启发下用3个创新发明了万维网,然后通过军训网上的具体实例分析,发现非持久连接HTTP协议传输效率低下的问题,引导学员提出并发连接、持久连接、流水线式持久连接等改进方案。最后,结合当前万维网信息检索不便的问题,展望未来语义网的发展。实践证明,这种问题驱动的方法符合计算机应用教育的特点和学员的认知规律,让学员从关注知识点转向关注思维过程,取得了很好的教学效果。
4.2 课题研讨式教学法
笔者根据班级人数制定了十几个课题,不仅侧重原理应用同时也兼顾理论。课题主要是用Wireshark分析协议的工作原理和交互过程,另外还有Diikstra算法和Socket网络编程,以及ALOHA和CSMA协议性能分析等。教员提供必要的参考资料、示例程序和课外阅读材料,要求每个学员完成所有课题,课堂上指定一名学员上讲台简短报告完成情况,就其中的重要原理和问题展开集体讨论。近几年的教学实践情况说明,这是在课内学时有限的情况下,督促和引导学员利用课余时间自主学习网络技术,锻炼网络应用能力的好方法,受到学员的普遍欢迎。
通过上述教学手段和方法的综合运用,计算机网络课程教学效果良好,激发了学员学习、应用、开发网络的浓厚兴趣。2012年度理工大学通信工程学院立项的本科生创新课题项目中,有40%与网络应用有关,特别是在软件制作类项目中比例高达70%。2011年本科毕业设计选题中,30.1%的学员选择网络方面的研发课题,2012年这一比例上升到33.4%。
近些年来对无线通信技术领域的研究越来越多,这些技术在地空通信中逐渐成为热点。LDPC码是一种线性的分组码,它是基于稀疏校验矩阵的。本论文简要介绍了LDPC码的编码算法和译码算法,以及在地空通信中的应用。
【关键词】 LDPC码 地空通信 编码
1 LDPC码简介
1.1 提出LDPC码的背景
卫星通信技术发展越来越成熟,最近研发的卫星通信技术能够通过空间卫星进行地空通信。LDPC码是其中非常重要的一环,这是因为LDPC码具有强大的纠错能力,具有很低的复杂度等。
LDPC码具有很强的纠错能力,同时还具有低复杂度的快速译码算法和比较好的特性结构,所以在最新的带宽无线多媒体的通信系统中,LDPC码成为了能够传播高质量的通信以及视频信号的关键性技术。同时LDPC码已经广泛被欧洲等国家的卫星使用。
1.2 LDPC码的基本概念
LDPC码的全称为低密度奇偶校验,1960年后Gallager第一次提出这个概念。LDPC码是一种线性的分组码,它是基于稀疏校验矩阵的。LDPC码的编码是一种随机码。由于当时的技术和条件都十分落后,LDPC码并没有广泛应用于实际当中。后来人们发现了Turbo码,但是Turbo码在本质上就是LDPC码。LDPC码的纠错性能十分优异,近些年来越来越受到人们的重视。
LDPC码的译码采用软判决的置信传播迭代译码算法。正是由于这个原因,LDPC码在给定误码率的情况下,信息的传输速率和Shannon限很接近。在某种程度上,LDPC码的纠错性比Turbo码强出了很多很多。我们都知道,译码的复杂度与码长有关,而且是线性的关系。要想实现长编码分组的应用,就必须克服分组码在长码的时候译码的计算量问题。
2 DVB-S2标准的前向纠错系统
LDPC码的编译方法有许多,本论文简要介绍一下介绍LDPC码的DVB-S2标准编译码方法。
第一代DVB标准是1994年提出来的,它采用RS码,QPSK调制和级联卷积码的方式。但是伴随VLSI技术的发展,就出现了更高效率的编码方式。DVB-S2项目组的目标旨在带宽和功率不增加的情况下,增加百分之30的传输量。
DVB-S2标准主要由三个部分组成:BCH(前向纠错系统由外编码)、LDPC(内编码)和比特交织。同时输入流包括BBFRAMES(基本比特帧)和FECFRAMES(外流前向纠错帧)。FEC系统处理完每个BBFRAME(kbch位)之后,都会产生一个FEC-FRAME(nldpc)。系统BCH外码的奇偶校验比特(BCHFEC)被加到BBFRAME,LDPC内码的奇偶校验比特被加到BCHFEC后面。
3 LDPC码的算法
3.1 LDPC码编码算法
传统的规则LDPC码的编码主要可以分为四步,分别如下。其框图如图1所示,编码步骤如下:
(1)明确规则LDPC码的H矩阵的列重和行重。
(2)构造LDPC码的H矩阵。
(3)将校验矩阵H转换成系统形式。
(4)根据线性分组码系统形式的校验矩阵与生成矩阵之间的关系得到相应的生成矩阵G,编码生成的码字为C=uG。
3.2 LDPC码的译码算法
LDPC码有很多种译码方式,常见的译码方式主要有:加权比特翻转译码、比特翻转译码、大数逻辑译码、后验概率译码以及和积算法译码等。本论文简要介绍和积算法。
所谓和积算法,就是一种迭代译码算法,它的传播是基于置信度的。下一次迭代的输入,是上一次译码结束时可靠度量度的计算结果。直到达到了某个特定的条件后,译码的迭代过程才会停止,进而系统会作出硬判决。
4 我国的LDPC码在将来地空通信中的应用
地空通信具有许多特点,比如信号的能量衰减比较严重,信息的传输延时比较大等等。因此必须采取特殊的方法,才能够保证信息传输时的可靠性。地空通信信道对于信道编码是一种理想的信道。
(1)地空通信信道和无记忆的高斯信道很相似,都是Shannon编码理论的信道模型。
(2)地空通信信道可以使用很低的频带利用率的编码和二进制调制方案,因为地空通信信道具有很丰富的带宽。
(3)由于地空通信中传输距离非常远,信号的能量衰减比较多,所以采用的都是低码速率通信。
以前地空通信使用的都是Turbo码。Turbo码具有很多优点,比如误码性能很好,但是仍然存在着误码平台。相对于Turbo码,LDPC码更适合作为地空通信的信道编码,这是因为LDPC码具有很低的译码复杂度、更低的误码平台以及更大的吞吐量。要想设计出更加适合于地空通信的LDPC码,还需要考虑到功耗效率、编码器和译码器的结构以及复杂度等等。作为一种重要的信道编码,LDPC码必将会在地空通信中发挥重要的作用。
5 总结
近些年来对无线通信技术领域的研究越来越多,这些技术在地空通信中逐渐成为热点。LDPC码是一种线性的分组码,它是基于稀疏校验矩阵的。本论文简要介绍了LDPC码的编码算法和译码算法,以及在地空通信中的应用。
参考文献
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[3]翟政安,罗伦,时信华.深空通信信道编码技术研究[J].飞行器测控学报,2006,25(2):59-61.
处于信息化社会的“大信息”时代[1],信息技术特别是通信技术广泛普及和渗透到社会的每个领域。对于高等教育而言,所有学科都带有信息技术的烙印。《通信原理》是高等工科院校面向信息通信技术开设的一门重要基础课。通过该课程的学习,使学生能掌握各种通信系统传输信息的基本原理和分析方法;熟悉通信系统的基本构成;了解有关通信系统中的技术指标及改善系统性能的一些基本技术措施;培养学生的辨证思维能力。
南京邮电大学因邮电而生、依通信而长,是一所以信息为特色的高等院校,培养快速适应“大信息”时代的人才,是南京邮电大学核心竞争力的体现。南京邮电大学依托优势,彰显特色,为了学生今后快速适应“大信息”时代社会,积极构建面向“大信息”的学科专业体系。就笔者所讲授的《通信原理》[2]而言,面向不同专业,开设了不同课程性质、不同学时的《通信原理》。面向通信工程、信息工程、网络工程等专业,开设必修课程《通信原理A》,学时为80;面向具有通信应用的信息类专业,开设必修课程《通信原理B》,学时64;面向其他工科专业,开设限选课程《通信原理C》,学时48。《通信原理A》和《通信原理B》课程的学生都是属于信息通信类专业的,都学过《概率论与随机过程》《信号与系统》等先修课程,同时后续一般还有详细介绍各种通信系统的专业课程,如,《移动通信》《光纤通信》等,诸多老师和教学专家对该课程的教学进行了颇有成效的探讨[3-5]。
笔者主要针对《通信原理C》,即“大信息”背景下其他非信息通信类专业《通信原理》的教学进行一定的探索。在笔者教授《通信原理C》的过程中,发现这门课程的教学存在以下问题或难点:(1)该课程面向的是非信息通信类的工科专业的学生,他们缺乏前期系统性的通信基础课程学习,比如:有些专业就没有开设《信号与系统》这一门专业基础课,这就导致讲授过程中学生对通信基本概念理解存在难度。(2)因为《通信原理C》并非他们专业的必修课,不少学生会错误的认为该课程与他们的专业相关度不大,所以,不能引起他们足够的兴趣和重视。(3)传统的《通信原理》授课方法注重各种通信理论公式推导,而非信息通信类的工科专业的学生需要的是了解信息通信技术的发展趋势和各通信模块的功能,这两者存在着一定的矛盾。(4)传统的课程考查方式主要是期末考试、平时习题作业等方式进行,这导致了部分学生的应试学习方式,即只通过死记硬背、生搬硬套的学习方式来应付考查,而忽视了基本信息素养的培养,违背了开设这门课程的初衷。
针对上述存在的问题,笔者在《通信原理C》的讲授过程中就授课内容、授课方式、考查方式等方面进行了相关探索。
1 教学方式探索
为培养适应“大信息”时代的高素质人才,对于非信息通信类工科专业的学生,在讲授《通信原理C》时,笔者主要以激发学生学习兴趣和讲解知识点简明易懂为出发点,从授课内容、授课方式、考查方式等3个方面探索教学方式改革。
1.1 课程授课内容
为了激发非信息通信类专业学生对《通信原理C》课程的兴趣和重视程度,在授课内容的选择上,笔者主要从以下几点进行了尝试改革:(1)在正式开始课程讲授之前,先阐明《通信原理C》与学生学习该专业的切合点,说明该课程在学生学习该专业的应用背景,这能极大的激发学生的学习动力和热情,并引发学生对通信理论和相关技术应用的广泛遐想。比如:在给测绘工程专业的学生开始讲授该课程时,讲到在做测绘时,有时要用到卫星测绘数据,而这些数据正是通过一种主要的通信方式——卫星通信来获取的。(2)给学生强调信息通信技术的革新给日常生活带来的巨大影响。通过描述信息通信技术的发展怎样影响日常生活,让学生切身体会到信息通信技术的力量,进而引起学生对该课程的重视。比如:在给材料学院的学生讲授《通信原理C》时,特地从手机演变的角度讲述了通信的发展历程,随着通信技术的发展,手机也经历了固定电话、大体积的移动电话(大哥大)、便携式的2G手机、可以上网的3G手机、可以在线视频的4G手机以及即将出现的可高速传输数据的5G手机等各个阶段。(3)在讲授《通信原理C》时,重点阐述基本原理和重点概念,而不必详细推导理论公式。因学时有限,非信息通信专业的学生应掌握通信的理论框架和基本原理,在将来需要使用的时候知道从哪方面着手查找资料和进一步研究。
1.2 课程授课方式
根据授课内容的特点,有针对性的选择授课方式能达到更好的教学效果。对于非信息通信类工科专业,笔者主要阐述《通信原理C》中的基本原理和重点概念、而不是详细推导理论公式,这就确定了采用多媒体教学是一种适当的授课方式。较传统的板书,采用多媒体教学,能够更加直观明了、高效的讲授该课程。例如:在讲授二进制相移键控调制系统(2PSK)解调时,可以在PPT上逐一展示各点波形,并通过波形清晰描述倒π现象带来的严重后果,若采用板书则很难达到该效果。同时,在讲授具体知识点时,应注意灵活采用各种具体的教学方法,以达到加深理解、融会贯通的效果。比如:在讲授二进制数字调制时,应采用比较教学法,与之前的模拟调制的实现方式、解调方法、调制性能进行比较教学。最后,在讲授课本知识时,适时的插入仿真图形来说明,这能加深学生对理论知识的直观感受。笔者在讲授二进制数字调制系统时,在比较了2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的误码率理论值的基础上,在PPT上画出了在不同信噪比下的它们误码率的仿真曲线,学生的反应非常积极。
1.3 课程考查方法
课程通常考查方法是期末考试与课后作业题相结合的方式,但是该方法容易使《通信原理C》落入应试教育的泥潭。学生用死记硬背、生搬硬套课本知识的方式来应付考查,背离了素质教育方向,无法培养出适应“大信息”时代所必需的素质。笔者为了强化学生将课本知识转化为自身技能的素质,在该课程的考查方式中,增加了软件仿真考查。让学生课后利用Matlab的Simulink功能来动态仿真出一个通信系统的模型,给出模型中采用的模拟信号数字化方法、调制方式、信道编码方法、译码方法、解调技术等,并评价不同方法、不同参数下系统性能的优劣,通过软件仿真过程,既加深了学生对通信各个模块清晰的认识又培养了学生系统建模的水平。同时,为了加强学生将课本知识和信息社会相结合,笔者给学生布置了一项实践性的大作业,调研“大信息”时代自己接触到的各种通信系统采用的调制方式及各自特点,比如:常用的收音机、家里收看的数字电视等。通过后续反馈可以看出,该大作业使学生认识到了《通信原理》课程的影响和价值,并极大的加强了学生对“大信息”时代的感受,加强了其理论联系实际的能力。
2 结语
面向“大信息”时代,笔者针对非信息通信类专业《通信原理》课程的教学进行了相关探索,在授课内容、授课方式和考查方法等方面得出了一些有价值的经验,在并提出了一些相应的改革建议。希望笔者的探索能起到抛砖引玉的作用,各高校相关课程的任课老师共同推动《通信原理》课程的发展。
关键词:物联网 关键技术 发展现状
一、 前言
物联网 (Internet of Things) 顾名思义,是实现物物相连的互联网。IoT在信息产业领域是继计算机、互联网、移动通信之后的又一次重大变革。物联网是在互联网的基础之上的一种延伸和拓展,本质上就是互联网的一部分,通过信息传感设备,如射频识别系统、红外感应系统、GPS、智能扫描仪、气体感应器等,按照一定的网络协议,赋予物体感知能力,并通过接口将互联网与大量物体连接起来,从而进行信息交换和通信,实现智能化物体识别、定位、跟踪以及监控和管理,甚至实现人类与自然环境的融合。
早在1999年物联网的概念就已经被提出,到2012年中国第一个物联网五年规划――《物联网“十二五”发展规划》颁布,物联网已经被贴上“中国式”标签。
随着物联网应用的快速发展,其关键技术已经被深入研究并取得重大成果,但缺乏总结分析。本文主要分析了物联网系统架构的关键技术的发展现状,对现有的技术进行分析和总结,论述了物联网的发展前景和挑战,最后对全文进行了总结。
二、物联网的关键技术
物联网作为当今计算机网络和信息科学技术的研究热点,具有海量信息,多种接入设备,智能化物物交互的特点。物联网的成功依赖于多种技术的融合,主要包括物联网的系统架构技术,统一识别与识别技术,网络通信技术以及安全隐私保护技术。
1、系统架构技术
物联网的系统架构技术主要包括感知层,网络层和应用层,它要求用户网络服务器具有可扩展性,可靠性,自组织性和用户公平性。感知层即利用射频识别(RFID),无线传感器网络等技术识别物体并读取该物体的相关信息,读取的相关信息反映物体自身的特点。网络层是物联网实现信息传输,信息处理和服务质量优化的重要环节,并通过与移动通信网,互联网或其它专网相结合,将物体的信息准确地实时传递出去。应用层直接为用户终端提供服务,把感知层得到的信息进行处理,从而实现智能化物体识别,定位,跟踪,监控和管理。
2、统一识别和识别技术
物联网的一大特点是实现物体与物体之间的信息交换,即每个物体都应该是独立的,因此物联网的关键技术应该能够反映每个物体自身的特点。统一识别和识别技术应该包括射频识别(RFID),无线传感器网络。射频识别技术类似于条码扫描,RFID的主要功能是非接触式识别,即不需通过机械或光学在识别系统和识别物体之间建立接触,就可以通过无线电技术识别物体并读取其静态信息。对于物联网的发展,了解特定物体的动态信息也很关键,因此依赖于无线传感器网络来探测物体的动态改变,也缩小了生活实际与网络虚拟之间的差距。在物联网快速发展的今天,微型化技术和纳米技术也将快速融入物联网的关键技术,这意味着越来越小的物体将与互联网实现连接。
3、网络通信技术
物联网的网络通信具有通信量大和范围广的特点,它为各种硬件技术包括射频识别,无线传感器系统的控制提供操作平台,并通过移动通信网络,卫星通信等方式实现识别系统和需识别物体端到端的连接。在网络通信的基础上,方便用户对物联网进行有效的管理,降低用户操作物联网的复杂度,且实现了物联网服务质量的最优化,满足了海量通信的需求。现代网络通信技术还引入了云计算技术和自组织组网管理技术,在网络层协调各个部分的任务管理和分配,提高网络传输数据的速度和质量。
4、安全隐私保护技术
安全隐私保护技术可以为物置信息或数据提供安全性和保密性,阻止用户未经授权信息的访问,保护个人隐私和商业机密等内容。安全隐私保护技术的实现还需要其他技术的支持,如云计算保护技术,数据加密和保护技术,用户身份验证技术等。
三、我国物联网发展现状和存在的问题
自2010年我国将物联网写入发展战略和第十二和五年规划,物联网产业得到了很快的发展。到2012年第一个关于物联网的五年计划《物联网“十二五”发展规划》颁布,物联网的发展得到了高度的重视和完善。
物联网的发展为我们的生活带来了很大的便利,但依然存在一些问题。为了让物联网真正地实现在物与物,人与物之间畅通无阻的交流,目前应用在物联网的技术仍然需要不断地完善。主要存在以下几个问题:
1.物联网缺少物联网的统一技术标准。我国各行各业都积极加入到物联网的发展中,但各领域发展产业分散,不能实现互联,这都是国家没有统一物联网技术标准的结果,且物联网想要实现海量信息的处理和物物相连,也需要统一的编码和统一的寻址。
2.物联网的发展技术问题。物联网的发展需要多技术融合和多学科交叉,因此容易遇到技术瓶颈。物联网的技术核心是异构网络,如何实现异构网络的协调和融合,以及如何处理和储存海量的信息,都是物联网发展中存在的问题。
3.物联网的安全性问题。物联网涉及范围无处不在,个人隐私,商业机密,甚至于国家政治军事等信息,如果被泄露后果不堪设想。因此如何保证信息安全问题也是我国物联网发展要面临的挑战。
4.物联网的商业可行性。物联网的建设需要大量的资金投入,而用户的接受度和投Y回报等问题都是无法估算的,且如何使用户自觉维护物联网的问题也是亟待解决的。
四 、物联网的未来发展理念
我国物联网的发展应该在物与物互联互通的共性上及时制定统一的标准,采取开放的态度,完善国内物联网与国际物联网的互联,实现快速与国际物联网对接。循环物联网经济产业链,循环经济可以把握物体和资源在配置上的合理性,从而实现物联网的可持续发展。绿色低碳经济发展理念,物联网的智能化很大程度上避免了资源的浪费,“绿色,环保,节能,低碳经济”是现代经济发展的大趋势,随着物联网的深入,各个行业可以节省人力物力,实现环境资源的高效利用。
五、 结束语
本文分析了物联网的关键技术,我国物联网发展存在的问题与挑战,并且提出了物联网的未来发展理念。物联网实现了物与物,人与物的信息传递方式,实现了海量数据的处理,信息传递的高效性和便捷性。我国物联网技术的研究也处于世界物联网研究的前列,因此我国物联网技术研究人员应该抓住此时的机遇,争取突破物联网目前发展遇到的问题,从而带动我国信息产业和经济的快速发展。
参考文献:
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