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關鍵詞:智能電網;通信技術;通信架構;統一標準
中圖分類號:TM73 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937(2013)35-0068-02
1 智能電網的基本概念及發展
由于各國存在不同的國情和社會問題,并未能對智能電網制定出相同的概念,因此各國對于智能電網各個方面的著力點和研發方向不盡相同。
針對我國的國情和現狀,相關技術人員在2009特高壓輸電技術國際會議上提到要以特高壓為基本骨架聯合各地區進行協調發展,突出電網的智能性,在保障規模的情況之下,與時俱進實現技術的自主創新,創造安全高效的工作環境,全國各地電網不是孤立的,運用智能理念將其連接起來,增強地區之間的互動合作,一方面擴充了信息量,一方面能夠實現安全發展以及經濟運行高效合理。
從目前各國對于智能電網的研究以及實施情況來看,現在的智能電網作為一種基礎設施,主要是處理電力系統的信息,并且將通信技術的信息進行整理分析,從中獲取有利的數據能夠保障電網發展的持續性和安全性。這樣的管理模式一方面是可以滿足各個地區對于信息和資源的需求,另一方面又可以讓用戶真正體驗其中,成為電網能源的管理者。所以說,雖然各國因為國情針對智能電網提出不同的理念,但是這些理念提出的初衷以及理念背后蘊藏的深遠含義是相似的。各國的起步不同,因此智能電網的發展快慢不同。在科學不斷進步的今天,各國針對智能電網提供了更加豐富的內涵和實施經驗。
2 智能電網的通信技術
電網有很大的廣泛性,遍及地區滿足各地對于聯通的需求,通信系統與電網相同,在形成很大的信息聯絡網絡的同時,對電網數據獲取和保護以及最后的控制形成更好的支持。通信系統作為實現智能電網的基礎能夠迅速高效的傳播,實現雙向溝通,實時傳播并且對于數據進行集合和及時處理。因此,通信系統是實現智能電網的基礎更是保障,通信系統所擁有的高效實時以及雙向聯通這些特征能使智能電網提高供電性能、有效運用資源、將信息和電力進行實時互動,長久以來能夠有效的提升我國電網的價值并且高效安全的運營系統給予的保護增強了電力市場的經濟效益提高其市場資產的占有率。
智能電網的自我監控需要依賴于通信系統,而在整個校正過程中,通過監控可以提供相關補償和回饋,對于資源進行重新分配以避免嚴重事故的影響持續擴大。但是高效的通信系統為實現雙向發展,所要運用的技術非常豐富,包括針對不同突發狀況而設計的智能電子設備進行智能勘探和記錄、對實時訊息的控制、電力系統需要的電子控制器對電力系統進行持久的保護以維護網絡通信的暢通性,通過這些技術有效提高對于電網的駕馭和保護。
在整個技術運用過程中,需要著力注意的兩個事項是:第一,通信系統應該擁有一個開放式的框架,這樣能省時省力又有所效率,使得電網各部件各環節都能實現網絡通信;第二,供電和提供設備的一方應該與受眾指定長久穩定的標準規章,完成設備和系統之間或者相互交叉所需要的交流合作,能夠得到信任和聯通。以往傳統的電網很難成為一個真正的整體,因為整個發電的過程直至輸送和配送都未能連接成一個高速可靠的雙向網絡系統,所以現今數字網絡的快速發展中應該著重于雙向網絡的建設,在突況發生時能高效協調資源避免或者盡可能的減少損失。
主網或高電壓等級以及主要以高、中、低壓配電網為主的電力通信配網和用戶通信集合組成了智能電網。其中,主網或高電壓等級主要是運用控制調節的調度中心以及獨有的雙向管理平臺進行電力全國各地的高效穩健的輸送,同時這也為實現電網的自動化發展這一過程,該過程非常簡單,全程無人操縱,因此也能通過網絡廣泛的覆蓋性滿足N―M下的通信要求為下一代的網絡通信奠定基礎。另外,電力通信配網和用戶通信是有一些電力通信系統和豐富的通信手段組成的,例如現在已經普及至每家每戶的電表盒電器等等。
智能電網現今作為電力通信網絡的主網架需要不斷地結合國際最新的科學技術進行創新,逐漸擴大容量,提高效率,推動電網的智能化和寬帶化的快速發展。下一代光網絡有點到點,集全IP進行統一控制管理,進行多點多面的網絡傳輸,由此來提高智能電網的高速快捷的發展。光網絡只是傳輸網絡的一個代表,新時代的網絡發展將傳輸和數據緊密結合,增強其對于突發問題的反應及應對能力,控制成本降低能耗的同時,提高傳輸網絡的效率。
在技術層面上,網絡安全技術作為一種基本的網絡形式為網絡運營提供保障,這就需要相關科技人員有很強的綜合能力,在考察用戶行為的時候能夠結合業務流量進行統計得出有根據的結論。在交換層面,應該多引進一些新的傳媒手段和傳媒技術進行網絡控制,比如說IMS就是一種新的手段,由此為客戶終端的用戶提供更多又安全高效的業務服務。
3 總 結
綜上所述,現今不斷提升的科技水平推動著“下一代網絡”朝著更高層面發展使得通信網絡也因此更加具備競爭實力,支撐和保障電力系統發展的一個不可或缺的手段是將電子通信的主要著力點轉移至流量和業務的管理。
為了達到這樣一種轉移,各個實體需要簽署相應的協議維持整個合作的標準和尺度,同時也只有基于具備統一性的網絡才能有效的以業務帶動網絡發展。
現在新的網絡手段和媒體技術都是基于電網建設這個基礎領域,綜合能力被有效地運用于各個領域,長久以往這樣的綜合發展必然能夠帶動整個電網企業走向繁榮,同時也拉動國家經濟帶來深遠的社會效益,從而不斷走向繁榮。
參考文獻:
[1] 孫晶.智能電網及其通信技術[J].電力系統通信,2010,31(12):1-3,7.
[2] 李乃湖,倪以信,孫舒捷,等.智能電網及其關鍵技術綜述[J].南方電網技術,2010,4(3):1-7.
【關鍵詞】 3G移動通信技術 通信系統 研究與應用
一、前言
隨著移動通信技術的發展,3G移動通信技術作為一種重要的技術體系,以其優越的普適特點得到了重要應用,引領移動通信技術進入新的發展階段。隨著網絡技術的快速發展以及用戶的即時網絡應用需要,能夠實現語音視頻及流媒體播放的移動通信技術成為了未來發展方向。
二、3G移動通信技術特點及分類
2.1 基本概念及特點
3G(3rd-generation)被稱之為“第三代移動通信技術”,指的是支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術,它能夠在全球范圍內更好地實現無線漫游,處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式,提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務、視頻交互等多種信息服務,同時兼容已有的第二代系統[1]。具備良好的兼容功能,能夠在兼容2G環境下所有的系統,節約大量成本;具備較強的技術優勢,能夠滿足當前用戶的基本需求;具備較強的拓展性,為進一步發展,留下了較大的創新空間。
2.2 基本分類
通用的3G標準,可以分為歐版的WCDMA、美版的CDMA2000和中國的TD―SCDMA。2000年5月,ITU(國際電信聯盟)將以上3種標準與WIMAX定義為主流無線標準,并納入指導性技術文件。一是WCDMA。從GSM網發展并規范的技術,意指寬頻分碼多重存取,它提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的發展策略,市場優勢明顯;二是CDMA2000。是由窄帶技術發展而來,利用窄頻CDMAOne的數字標準衍生,可直接升級至3G,發源于美國,很多大型應用商都參與其生產和使用。如三星、Lucent等。具有成本低廉,兼容性好等特點;三是TD-SCDMA。這是由中國獨立制定的標準,是中國移動的核心技術。1999年6月,由大唐電信向ITU提出申請并獲取資質。具有輻射低、支持靈活和成本低廉等特點。該標準提出跨過過渡階段,直接向3G升級,特別適合GSM系統的升級改造。
三、3G移動通信技術的具體應用
隨著3G技術體系的不斷發展與完善,它不僅兼容了2G的通信功能,還在帶寬和傳輸速度上做出了技術性突破,依托高速發展的計算機技術,可以建設多維度、多層次的承載平臺,目前其適用范圍已經擴大到所有工業及民生應用領域
3.1 流媒體的應用
3G技術具備大流量數據傳輸的功能,因此該技術在流媒體傳輸中發揮了重要作用,可以為用戶提供隨時隨地的視頻和音樂上傳、下載服務。隨著數字電視的網絡化和大量的3G終端出現,人們可以離開電腦的束縛,依托海量的網絡資源,實現即時點播。
3.2 寬帶數據傳輸應用
3G移動通信技術作為無線網絡技術的一種,為寬帶數據傳輸提供了新選擇,在保證數據傳輸質量的基礎上,實現了數據傳輸流量的增加。聯通公司的HSPA+技術,上行速率11.02Mbps,能夠支持最大42 Mbps的上行,是中國聯通“終端+應用”模式的具體體現[2]。
3.3 高質語音同步傳播應用
由于3G移動通信技術的音頻信號分辨率更高,在語音傳輸中的傳輸質量也相應提高,因此,在大量的高質量語音傳輸中得到了較大的應用。主要原因在于其覆蓋15Km半徑的基站建設和DSP的運算速度,能夠為用戶提供不超過240km/h的移動速度,確保系統的兼容性和頻譜利用率[3]。
四、結論
從本文的分析來看,3G移動通信技術作為2G通信技術的升級,在原有通信技術的基礎上實現了功能的增加和帶寬的擴展,有效滿足了移動通信網絡的發展。隨著信息技術日新月異的發展與進步,移動通信技術必須同步發展,才能夠在激烈的競爭當中獲得足夠強大的生命力??梢灶A見,國內在普及3G應用的基礎上,為了適應用戶更高的需求,具備更多應用功能、更快傳播速度、更好傳輸質量和更大的帶寬應用的4G移動通信技術會隨之而來,推動移動通信行業不斷向前發展。
參 考 文 獻
[1] 黎碧霞. 淺談3G移動通信網絡安全技術[J]. 沿海企業與科技,2010(05)
中國通信技術近些年發展十分迅速,尤其電子通信技術日漸發達,普遍在全國領域內使用。光通信技術也發展成熟。光通信技術作為以光波作為傳輸媒介的技術,具有傳輸頻帶寬、容納信息量大、抵抗電磁干擾能力強等傳播特征。因此在結構復雜。內容龐大的物聯網當中得到很好的運用。物聯網的概念自從提出之后,就被社會各界高度關注,在全球范圍內翻起了以物聯網為中心的經濟與技術大潮。
1 基本概念
光通信技術,就是以光波作為傳送信息媒介的通信方式。與無線電波通信技術相同,光通信技術也屬于電磁波通信技術,然而光波頻率比無線電波的要高,波長較短,因此傳播時信息容量更大。光通信技術主要有兩種方式:光纖與無線,表現出高度帶動性、滲透性與創造性。在信號覆蓋與傳播上有著顯著優點。目前中國光通信技術發展相對成熟,以廉價靈活的傳輸特點,被運用到諸多領域內。
物聯網是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,依照原定程序協議,將現實中任何物體與互聯網連接,通過信息交換與通訊,實現智能化識別、定位、監控、管理物體的網絡。物聯網物體本身與網絡無關,是人們生產生活中存在的千萬事物,在安裝上傳感器之后,與目前網絡數據信息庫鏈接,讓人們直接去認識、管理這些事物。物聯網的概念隨著社會經濟與科技發展,是不斷演變,與概念剛提出時有了很大改進,涵蓋范疇日益豐富。物聯網核心能力是運輸可靠、感知全面以及處理職能化這三個方面。它可以將識別的物件信息,通過場景感知,將信息聚合一起進行無縫連接處理。
尚前,光通信技術在物聯網結構中發揮著巨大功能。兩者互相結合,在工業、環境、軍事、醫療、保健等人們各種日常生活與商務生產領域體現出優越的實用價值,造福人類生活。物聯網中光通信技術主要有:光纖傳感、射頻識別、WiFi等近距離無線光通信技術、還有GPRS、3G、4G 移動通信技術等長距離無線通信技術??蒲泄ぷ髡邆円呀涢_始著手將光通信技術引入互聯網終端,實現遠距離的互聯網檢測控制、維護管理與正常運營。
2 物聯網的基本結構
物質結構決定其用途,物聯網也如此。物聯網的分層結構模型,決定其工作環節依照順序進行,逐步實現每一項技術功能?,F在,物聯網科研者普遍將物聯網結構分為三個層面:感知層、網絡層、應用層,每個層面的主要內容,見表1。
①感知層,物聯網最低層次組織,是物聯網技術的基礎層次,負責獲取物體信息感知與獲取。我們常見的硬件設施有攝像頭、傳感器網絡、二維碼標簽和識讀器、視頻檢測標識等。
②網絡層位于物聯網技術的中間層次,連接感知層與應用層,完成數據信息的長距離運輸與管理任務,直接地講就是信息傳播的橋梁,將感知層獲取采集的數據信息,傳送到終端應用層。其實現方式就是我們常見的各種通信網絡,如GPRS、3G、4G 移動通信網絡,蜂窩無線通信網絡、有線通信等方式。
③應用層,是物聯網最上層,主要對數據進行運用,或者進行智能處理,將具體數據信息應用在行業當中。其表達方式就是終端顯示器與數據庫等,能夠直接表現數據信息的平臺。
物聯網的基本結構決定了其對數據信息的感知、傳輸以及智能處理的功能。正是物聯網職能、便捷的功能,決定其廣泛的應用前景。
3 光通信技術在物聯網中的應用現狀
3.1 物聯網感知層的應用
光通信技術在物聯網感知層上的應用,主要形式是光纖傳感技術。在光導纖維與光纖通信技術的迅猛發展形勢下,光纖傳感技術也同步發展起來。它是以光為載體,光纖為煤質傳輸信息的嶄新傳感技術,屬于光子技術領域。光纖傳感技術基本工作原理,是光波在光纖中傳播時,光波主要性質會隨著外界環境變化而產生物理改變。將光纖傳感技術與光纖通信技術結合一起,是構建網絡化與矩陣化傳感體系的發展方向。光纖寬帶性的特點,可以將多種傳感器集中使用在單個光纖中,對多個目標進行測量,因此在物聯網感知層上可以表現明顯優勢。
光通信技術為互聯網感知層信息采集提供更好的質量保證,連接起物理世界轉向信息世界的關鍵環節。無線光通信技術,是光與無線通信技術的結合物,利用頻率高波長短特征,其通信寬帶是WiFi的104 倍,4G 移動通信的100倍。
光通信技術在在RFID系統中的運用。光傳感與通信技術在RFID系統上,實現電子標簽與讀寫器兩者近距離無線通信,準確識別物體上的電子標簽,讀取其中的數據信息。目前,光傳感技術主要讀取無源電子標簽,改變了傳統無線信號射頻短的不足,提高了RFID系統的感應能力。RFID讀寫器對于光通信技術應用,是與互聯網網絡層的接入當中,創建雙向功能的網關設備,將其與RFID系統相互協作與融合起來,對物品信息進行實時共享。在實際應用中,利用光通信技術的RFID系統,很好延長讀寫器與網絡層連接距離,將讀寫器直接變成職能終端,更方便地接入移動通信網絡。另外就是,光通信技術可以感應多個電子標簽,并能防止信息之間相互沖突,減少信息干擾,保證數據信息的安全。
光通信技術在無線傳感網絡中的運用。傳統無線網絡的傳感器隨機分布,處理單元與通信單元自行組織。這種不穩定結構只能完成近距離傳感、通信,傳輸距離也比較短。融合光通信技術之后,可以進行長距離傳輸,距離可以達到100 m。
3.2 物聯網網絡層應用
互聯網目前信息有線通信方式中,主要就是光纖通信。以光波為媒介的傳送形式,光纖通信技術可以容納更多信息量,實現快速傳播不受干擾,還可以進行長距離傳輸。無論是傳輸速度距離,還是信息安全方面,都具有無可替代的優勢。并且光通信技術建設便于鋪設,可以進行現20 THz 的寬帶接入,十分適合物聯網大數據傳輸需求。
GPRS在我國已成熟運營幾十年,網絡可靠性高,基站覆蓋范圍廣泛,適合物聯網無處不在的網絡要求,GPRS數據傳輸速率最高值為115 kbps。采用光通信技術的3G網絡技術可以提供最高2 Mbps數據傳輸速率,為日益增強的物聯網數據業務提供了支持和保障。而4G網絡技術的性能更加優越,采用正交頻分復與多端口輸入輸出技術,數據傳輸率高達201 Mbps,寬帶是3G的十倍。光通信技術大大提高了物聯網數據傳輸能力,大大優化了網絡層結構。移動通信的安全機制,是以人與人之間通信基礎,在物聯網中進行應用時,大量的數據會造成網絡堵塞,信息安全性降低。光通信技術創建了多個傳入傳出端口,簽訂物與物、物與人之間的安全協議,并可以根據通信需要與物聯網特征增強安全機制。
移動通信網絡是以光通信技術為核心,在人與人、物與人、人與自然之間可以實現任意時間與地點的信息交換與交流。目前,中國已經形成較為成熟的移動通信網絡。物聯網以其作為網絡層,可以更好整合社會中任意物品的信息,減少技術成本,并能保證高效的信息傳輸率,為開發移動物聯網創造了優良的技術條件。
3.3 物聯網無線終端應用
M2M設備中的光通信技術,可以滿足許多數據請求,并自動包含其中的數據設備。將GPRS、3G、4G嵌入到M2M設備中,創建手機終端。這樣就將手機打造成為通信、感知、信息處理的職能終端。光通信技術在將物聯網終端塑造成移動通信終端上,具有十分重要的作用。他它符合移動通信網絡終端的管理方式,以人與人之間通信為基礎,在安全協議與多端口通信信息處理上效果良好。
在工程建設中,工作人員通過將光傳感技術嵌入到設備中,可以職能處理電網、橋梁、鐵路、建筑等信息,然后再與物聯網進行結合,將多種施工設備、機器與基礎設施等物理系統進行合理整合。讓施工的大小細節,在物聯網中得到科學規劃與配置,節約建設成本,管理生產生活。物聯網變現出的職能化特征,與數據信通過光通信技術在云計算平臺中自行處理是分不開的。
我系以“厚基礎、精專業”為核心,構建專業課程體系。
1.1通信必修課程模塊
主要課程:信號與系統、通信原理、電磁場與電磁波、高頻電子線路、嵌入式系統與應用、單片機原理及應用、計算機網絡等。形成能力:以信號與系統、通信原理為核心,加強通信技術基礎理論的學習,強化數字信號處理能力的培養;以通信信號與系統的分析與設計能力訓練為中心,掌握通信系統分析與設計的基本技能,使學生掌握現代通信技術的應用技能。
1.2專業選修課程模塊
主要課程:EDA原理及應用、數值計算與MATLAB、光纖通信、無線通信、現代電信交換、微波與天線、數字信號處理、工程制圖與CAD等。形成能力:以開闊學生視野,培養學生的復合能力為重點,通過一批反映通信技術發展前沿的課程,使學生了解現代通信技術的現狀和發展趨勢。模塊化的建設強化了課程之間的理論體系,優化了教學內容,減少了課程內容的重復,加強了實踐能力的培養,提高了教學效果。
2.實踐教學體系建設
根據專業能力培養要求,實踐教學體系建設以設計性、綜合性、創新性為重點,注重培養學生的實踐能力和創新能力。把實驗教學的主導思想定位在注重基礎、加強應用、追蹤前沿、培養學生分析與解決問題的能力、提高學生就業競爭力上。提高實踐教學在整個教學活動中的地位,適量開設綜合性、設計實驗,在教學計劃中構建完整合理的實驗教學體系,注重實驗教學與其它實踐教學環節的銜接。加強課程綜合實驗或設計、專業綜合實訓和畢業設計(論文)等環節的管理和實施。通信工程專業是一個實踐性很強的專業,必須加強實驗、實踐教學,提高學生的實踐動手能力。構建專業實驗體系應遵循由簡單到復雜、由驗證型實驗到開放性實驗,由單一的實驗內容到綜合實驗的基本思想。實踐教學(除畢業設計外)可分為5個層次:專業基礎課程實驗、課程綜合實驗、專業綜合實訓、畢業實習、課外學生科技創新。
(1)專業基礎課程實驗專業基礎課程實驗采取教師指定實驗內容,在課內學時固定時間分組完成的教學形式。
(2)課程綜合實驗綜合性實驗項目主要是針對通信專業課程中的某個功能模塊進行,主要培養學生分析單元電路、模仿設計功能模塊的能力,有以下幾種形式:
①驗證型實驗。學生在實驗中,不僅要測量實驗數據,觀測波形,同時要求分析電路組成、功能,畫出原理圖,分析掌握實驗用通信集成電路的使用,提高學生分析問題解決問題的能力。例如《通信原理與系統實驗》課程中的《時分復用實驗(TDM)》,要求學生了解時分復用的基本概念;掌握時分復用與解復用的原理框圖;掌握時分復用信號的組幀和拆幀的過程。
②實現單元電路功能實驗。目前我校單片機嵌入式系統實驗室采用SICElab-G2200和EELiod270作為實驗硬件平臺,要求學生用Keil軟件開發ARM程序來實現實驗箱某特定的功能,這樣將嵌入式技術和通信原理相結合,鍛煉學生綜合設計、開發能力。例如《嵌入式系統與應用實踐》課程中《串口通訊實驗》,實驗箱中該實驗要求學生了解LPC系列處理器UART的功能原理;在Keil中設計ARM程序,實現串口通訊;使用UART0實現查詢接收并發送。
關鍵詞: 現代通信技術;混合式學習; 網絡教學平臺; 教學改革; 教學效果
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號: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代通信技術是我校電子信息工程專業開設的必修課程,通過本課程的學習,能使學生掌握現代通信技術的基本理論,熟悉并掌握現代通信技術的基本知識,了解通信網的規劃設計以及通信網技術的發展等知識。該課程理論難度較高,如何提高教學效果是多年來我們在教學過程中需要面臨的一個重要問題。本文提出以網絡教學平臺為依托,結合多種教學方式,以提高學生學習積極性,提升現代通信技術課程的教學效果。
1 課程現狀
目前,我校面臨著班級人數增加,課程評價方式單一,教學質量很難保證的問題。在以往的教學模式下,教師通過有限的課堂時間與學生進行溝通交流,難以準確掌握學生的學習情況,不能較多地了解到學生對課程的一些想法和建議,教師不能很好的對學生學習的全過程進行管理,并提供必要的指導與幫助。因此,我們需要探索更有效的教學方式和方法來提高學生的學習效果。而且,越來越多的研究強調學生的自主學習,以及學生之間的協作和互動,在完成教學目標的前提下,培養學生的多元能力。
現代通信技術課程的開設還沿用傳統的教學方法和手段,教師利用多媒體課件和板書的形式,教師這種講“評書式”的講授方式,學生只是被動的接受知識,方法單一,模式一成不變,老師和學生之間缺乏課程知識的交流和互動,學生始終處于被動地位,學習積極性不高,學習熱情很難被激發。隨著時代進步,計算機網絡已經在高校普及,目前在校本科學生普遍是九零后,學生熱衷于網絡新媒體,對參與度更高的新的學習方式有好奇和偏愛,更愿意在學習的各個方面表現自我,展示自我[1]。傳統的教學方式很難滿足學生個性化的需求,從而導致教師教起來費勁,學生學起來困難的兩難現象的出現。
2 混合式學習理念與網絡教學平臺
混合式學習是綜合運用不同的學習理論、技術和手段,并結合傳統課堂的特點而產生的一種學習方式[2]。這種學習方式將傳統課堂學習和網絡化學習的優勢結合起來[3],目的是在整個教學過程中,既突出教師講授為主的集體學習形式,充分體現教師的引導作用。又能調動學生的積極性,培養學生自主學習的和團隊合作學習,體現學生的個性化學習需求。
為適應目前高等教育中混合式學習方式的開展,我校教務信息化平臺引進了THEOL網絡教學平臺,為開展混合式教學提供了充足的軟、硬件環境。以往的課程教學平臺基本以教師為課程創建的網絡課程為主,這種教學平臺只針對特定課程,考慮面比較窄。我校的網絡教學平臺包括通用網絡教學、研究型網絡教學、精品課程建設與評審、教學資源庫等多個平臺[4]。實現一次課程建設,滿足精品課程建設、教學資源建設、多種模式教學過程和環節信息化支持等多方面的要求,使教師擺脫為創建課程平臺而進行編寫代碼的繁重的重復性工作。也為我們開展課程的混合式教學奠定了一定的基礎。
3 混合式學習模式的應用
在現代通信技術課程中采用混合式教學模式突破了傳統課堂時空的限制,不僅能夠提高學生對現代通信技術的學習興趣,還能調動學生的積極性和主動性,增強學生之間的團結與協作,而且培B了學生自主學習意識和獨立分析問題、解決問題的能力,最終有效地提高課程的教學效果。
3.1 教學對象分析與教學目標
⑴ 對象分析
現代通信技術開課前,學生已經學習了數字電路、模擬電路、計算機網絡、通信原理等課程,對于現代通信中的基本概念、現代通信網絡組成及其特點有了一定的認識,這為我們開展教學奠定了一定的基礎。另外,大多數學生都是伴隨著互聯網長大的一代,他們對于網絡工具和移動互聯網工具非常熟悉。而且非常喜歡通過互聯網提供的各種平臺與同學、老師交流。并善于通過網絡查找資料,獲取新知識。這些特質對于教師來說是非常有利的,教師可以抓住這一點來組織基于網絡的混合式教學的開展。
⑵ 教學目標
通過教學,讓學生理解現代通信網的基本概念、主要分類和特點;掌握現代通信網傳輸、交換和通信路由等技術的原理和規則;掌握電話通信網、數據通信網以及下一代通信網絡的性能和特點等課程的專業技術知識。另外一個非常重要的方面就是,通過課程的開展,使學生能夠充分體會到混合式學習給學習過程帶來的便利和快樂。學生可以通過研討式課堂表達和表現自己,通過網絡教學平臺開展自主學習、團隊協作學習以及測試學習效果,通過查找資料撰寫報告學會知識點的總結。
3.2 課堂教學組織
在進行混合式教學中,課堂仍然是主要的教學陣地[5]。教師在課堂教學中作為知識的傳授者,要明確除了講授知識外還應調動課堂學習的氛圍,調動學生學習的積極性。因此在傳統的黑板加粉筆的教學基礎上,采用多媒體教學,在講述多路復用技術、移動通信中越區切換、分組交換網工作原理等內容時,制作視頻動畫來形象的模擬整個過程,讓學生能夠形象地了解枯燥的理論。
同時,將研討式教學法引進課堂,以問題為主線安排教學內容,整個課程設置多個探究式課題。通過網絡教學平臺分發給學生,要求學生分組,以小組為單位在課前進行資料查找,提出思路,通過引證、舉例得出結論,然后在每次課堂時間中會留一定的時間,小組制作幻燈片并選出代表進行研究成果的展示和闡述,各個小組可以對觀點提出疑問并給出成績。
3.3 網絡學習
網絡學習的開展主要通過自主學習和團隊學習來進行。自主學習階段,以學校的網絡教學平臺為主要載體,將課程講義、微課視頻和常見的疑難問題解答等資料到教學平臺上,使學生能隨時查閱。并將部分教學內容放到教學平臺,要求學生進行自學后在教學平臺上進行在線測試。更重要的是教師通過網絡教學平臺以及QQ群、微信等實現與學生的在線答疑或討論。很多不愿在課堂提問的學生會經常通過網絡提出一些問題,以及自己對于課程的看法,調動了學生的積極主動性。學生還通過知網、圖書館、論壇、學習筆記等方式進行自主學習。
以項目教學法為驅動,開展團隊學習,將學生分組,實行組長負責制,由教師在網絡平臺上提出探究式課題讓學生分組研究,小組在課下查詢資料,面對面討論和QQ、微信討論,并撰寫研究報告和制作匯報幻燈片。學生在完成探究式課題項目的過程中獲得相關知識和技能。
通過網絡教學平臺為主的學習完全突破了傳統課堂時空的限制,使整個學習不僅在課堂上進行,課下學生也可以有更多的思考時間,提高了學生對現代通信技術的學習興趣,增強了學生之間的團結協作能力,而且培養了學生自主學習興趣和獨立分析問題、解決問題的能力,有效地提高了課程的教學效果。
3.4 學習評價
傳統的考核評價周期一般為一個學期,往往造成學生學習的懈怠。通過網絡教學平臺,我們采用章節測試、試題庫進行分章節考核和綜合考核,隨時抽題、隨時考試,閱卷靈活,可對幾個知識點進行考核。我們在最近的兩個學期,每學期開展4-5次考核。另外,還采用任務式考核方式,針對老師布置的探究式課題,在規定的時間內,運用綜合知識,提出自己的想法和解題方案,老師根據每組的表現決定考核分數。并輔以學生自評和互評考核等方式,全面測試學生水平。
根據課程教學活動我們調整了整個課程的評價體系,調整后評價體系包括:期末考試成績(60%),線上網絡學習成績(查閱資料的情況)(10%),課題論文成績(上傳論文的質量及匯報答辯的質量)(10%),分組討論表現(10%)和平時作業成績(10%)五大方面。在這種評價標準上,主要以學生是否完成預期的學習任務為考量,注重學生在教學實踐活動中理解知識和運用知識的能力。
4 總結
通過教學改革實踐,我們對比了我校電信2102級72人(未采用混合式教學模式)和電信2103級81人(采用混合式教學模式)發現:學生對于基于網絡教學平臺的混合式教學在課程內容安排、課程內容設計以及課程評價體系等方面比傳統教學模式的滿意程度有了很大的提高。
教育信息化是當前教育發展的一種趨勢,混合式教學已經成為當前高校教育教學改革發展的方向。本文在分析了學習對象和學習目標以后,基于現有網絡教學平臺,從課堂教學的組織,網絡學習的開展和學習評價標準的制定等幾方面開展課程的教學改革和探索,既發揮了傳統教學手段的優勢,又將信息技術的優勢結合進來。充分發揮教師的引導作用和學生學習活動過程中的主體地位,充分實現學習環境的混合、學習資源的混合、學習方式的混合,進而實現有效的教學。加強課程改革實踐對于電子信息工程專業其他課程也具有借鑒意義。當然,在今后的教學中還應該更進一步加強學生創新思維的培養,細化課程教學各環節的內容。
參考文獻(References):
[1] 楊鐵虹,吳紅.基于網絡教學平臺的藥物分析學混合式教學的
構建[J].中國醫藥導報,2015.12(19).
[2] 馬武林,張曉鵬.大學英語混合式學習模式研究與實踐[J].外
語電化教學,2011.5.
[3] 何克抗.從Blending Leaming看教育技術理論的新發展[J].
電化教育研究,2004.3.
[4] 高志杰,范亞東.基于THOEL網絡教學平臺的混合式教學模
式探討[J].商業經濟,2010.4.
關鍵詞:計算機網絡;學歷教育;初級指揮;通信工程專業
文章編號:1672-5913(2013)14-0072-05 中圖分類號:G642
0 引言
自20世紀末美軍提出“網絡中心戰”概念以來,戰爭模式逐漸從武器平臺對抗轉變為以網絡為中心的體系對抗,在全球范圍掀起了一場以信息化、網絡化為基本特征的新軍革浪潮。從根本上說,網絡技術的飛速發展和廣泛應用是推動這一變革的原動力。鑒于網絡技術對軍事行動乃至整個人類活動的深刻影響,計算機網絡課程已經成為培養通信工程專業初級指揮人才信息素養的重要環節。
計算機網絡一般被視為計算類專業的核心課程,而在軍校通信工程專業的全期培養計劃中長期作為拓展知識面的選修課對待,教學目標定位比較模糊,嚴重影響了后續軍事網絡相關課程的教學效果。筆者針對這一問題,根據通信工程專業初級指揮人才的職業價值取向,按照理工大學“學為主體,教為主導”的教學理念,結合多年教學實踐經驗,從通信工程專業定位出發,探討計算機網絡課程的教學目標定位、教學內容安排和教學方法設計。
1 教學目標定位
1.1 專業定位
傳統上,計算機相關課程在通信工程專業課程體系中所占的比重很小,學時十分有限。然而,計算機網絡是通信技術與計算機技術相結合的產物,并且在戰場“制信息權”爭奪中起決定性作用,這就要求通信工程專業初級指揮人才必須深入了解網絡原理才能勝任未來聯合作戰的崗位需求。2006年,美軍在新版的聯合出版物《聯合通信系統》中提出不再使用“指揮、控制、通信和計算機(C4)系統”這一術語,改用“指揮與控制(C2)”和“通信系統”替代心,這反映出新軍革背景下通信與計算機融合的發展趨勢。即便是在民用領域,“三網融合”技術也使得傳統通信網絡“終端+傳輸+交換”格局向“終端+云”模式轉變。因此,筆者認為軍校通信工程專業必須加大計算機教育的比重,某種意義上說應該將其作為“準計算機專業”對待。
對于計算機專業來說,IEEE和ACM制訂的《計算課程體系2005(CC2005)》是世界范圍內廣泛認可的課程設置指導性文件。根據CC2005的定義,所謂計算是指“任何需要、得益于或者創造計算機的面向目標的活動”。計算學科主要被劃分為計算機工程、計算機科學、信息系統、信息技術和軟件工程5個專業。
2008年,全國高等院校計算機基礎教育研究會推出的最新版《中國高等院校計算機基礎教育課程體系2008(CFC2008)》指出:對非計算機專業學生進行計算機教育的目的是“使他們掌握應用計算機的知識,能夠將計算機與信息技術用于其工作領域,成為既精通本專業知識又掌握計算機應用技術的復合型人才”。各院??梢愿鶕陨硖攸c對推薦的課程體系進行適當修改,進一步體現自己的辦學特色。
軍隊高等教育首先是國民教育的一個組成部分,在具體課程體系設置和教學內容安排上應滿足高等教育的基本要求。但是軍隊高等教育又有其獨特的職業價值取向,即培養勝任部隊第一任職的“基礎寬厚、信息主導、技指合一、全面發展”的高素質初級指揮人才。從CC2005劃分的專業來看,面向部隊初級指揮崗位的通信工程專業更接近信息技術專業或信息系統專業,具體的需求可以表述為:在特定軍事應用環境下,通過選擇、創造、應用、集成和管理的網絡通信技術來滿足作戰需要,或者關注戰場信息資源的獲取、部署、管理及使用,并能分析戰場信息需求和相關的組織運用過程,詳細描述、設計、組織、維護與作戰目標相一致的網絡通信系統。
筆者認為,使學員理解現代指揮信息系統的組成與工作原理,并在戰爭實踐中發揮作戰效能應該是教學的出發點和立足點,具體目標應該落實到針對網絡體系中的各種部件、裝備乃至系統做到“能組網、懂管理、會應用”,這應該是軍事院校通信人才培養的基本定位和鮮明特色。
1.2 課程定位
計算機網絡是增強學員的信息素質至關重要的一門課程,這一觀念基本上已經形成普遍共識。由于計算機網絡是當展最快的信息技術之一,課程內容非常龐雜。而對于軍校通信工程專業來說,計算機類課程學時非常有限,遠不能與地方高校同類專業相比。因此,在具體教學過程中,教學目標定位一直比較模糊。早期計算機網絡并不單獨設課,而是采取在一些涉及網絡的相關專業課程中泛泛介紹7層協議概念。近年單獨設課后,一度出現了寬帶通信網與Internet的主線之爭。目前仍然存在偏重基礎理論還是偏重應用能力的分歧。
CFC2008對理工類非計算機專業網絡技術與應用課程的要求是“從應用的角度出發,以TCP/IP協議作為基礎,以Intemet作為實例講解計算機網絡技術的基本原理,使學生建立計算機網絡的基本概念,掌握計算機網絡的構成和基本工作原理,學會計算機網絡的基本應用方法,了解網絡技術的最新發展”。從中可以看出,計算機網絡教學應該以Internet為主線,并且要強調基本原理。
筆者認為網絡基本概念和原理作為教學重點是毋庸置疑的,因為素質教育要求必須著眼學員未來職業生涯的長期發展,必須培養學員關注表面現象背后的科學問題,鍛煉對問題的抽象思維能力。但是網絡應用能力同樣需要給予高度關注,這一點對于軍校學員尤其重要。如何處理學時有限的矛盾呢?關鍵是要摒棄用一門課解決所有問題的幻想,通過合理設計課程體系和分層次的應用能力培養環節達到基礎理論和應用能力并舉的目標。
結合理工大學通信工程學院的實際情況,筆者梳理的通信工程專業課程體系中與網絡相關的模塊見圖1。數字通信原理、計算機硬件基礎和程序設計基礎是先修課程。計算機網絡課程的基本定位是使學員了解并掌握計算機網絡的基本概念、體系結構、協議工作原理和基本網絡工具的使用。在此基礎上通過后續課程理解和掌握軍事網絡的技術特點,比如戰術環境下對網絡協議、設備、組網應用的特殊要求。網絡應用能力則可以通過學員自主選擇開放實驗,或者在本科導師的指導下申請創新課題,完成畢業設計得到必要的培養和拓展訓練。
2 教材選取
目前公開出版的計算機網絡教材種類繁多。筆者重點比較了幾本獲得大多數本科院校公認的教材:Tanenbaum教授編著的《計算機網絡》、謝希仁教授編著的《計算機網絡》、Peterson和Davie編著的《計算機網絡――系統方法》、Kurose和Ross編著的《計算機網絡――自頂向下方法》。
Tanenbaum教授與謝教授的《計算機網絡》早期版本都以OSI 7層協議模型為主線,較新的版本改為以TCPhP的5層結構來組織內容,并結合了一些新出現的技術和標準。課程內容從物理層向應用層自底向上講解網絡的概念、基本原理、技術和體系結構,教學比較偏重理論,不便于開展實驗。
《計算機網絡――系統方法》同樣采用自底向上逐層講解的思路,但是作者反對嚴格地分層,強調計算機網絡的系統觀,圍繞“為什么這樣設計網絡”闡述關鍵技術和協議如何在實際應用中發揮作用,需要有充足的學時保證才能達到良好的教學效果。
筆者選用了《計算機網絡――自頂向下方法》,講授內容以Intemet為線索,自應用層向下逐層講解協議原理。自頂向下方法避免了傳統方法講解體系結構內容枯燥、不易理解的通病,從學員最熟悉的應用層開始層層深入。該教材的另一個特點是精心設計了大量的課后實踐任務,使復雜的網絡問題變得易于理解,便于學員開展自主學習。
3 教學內容安排
對于計算機網絡這樣飛速發展的領域來說,教學內容面面俱到是不可取的,應該著重培養學員的洞察力,能夠通過自己思考辨別什么重要,什么不重要,哪些是本質的,哪些是表面的;因此在教學內容選取上既要兼顧知識的系統性,又要考慮學員的接受能力,同時還要強調網絡基本應用能力。
對于不同專業來說,普遍認可的方法是對教學層次和內容進行分類,以更好地滿足不同專業的教學需求。筆者認為即便對同一專業的學員也應該提供分層次的自主學習和實驗環節,鼓勵學員依據自己的興趣愛好,深入鉆研網絡中的科學和技術問題,達到個性化教學的目的。
筆者按照通信工程專業初級指揮人才的培養目標,突出“學為主體”的教學理念,從理論教學和實踐環節兩個方面進行了詳細設計,以解決學時不夠這一突出矛盾。理論教學內容僅選取了教材《計算機網絡――自頂向下方法》的前5章,具體內容和知識點見表1,強調重要概念的對比理解。實踐環節區分了協議分析實驗、編程實驗、虛擬實驗、開放實驗和創新課題5個層次,見表2。其中,協議分析實驗、編程實驗和虛擬實驗要求課內完成,開放實驗和創新課題則由學員自主選擇。理工大學通信工程學院規定在畢業設計開題之前每名本科生至少要完成一個開放實驗或創新課題。
4 教學方法設計
鑒于計算機網絡課程的重要地位和作用,理工大學通信工程學院一直在探索和推廣以小班化教學模式進行本課程的教學。近幾年,筆者多次承擔了計算機網絡課程重點教學改革試點,在多種教學形式和方法綜合運用的基礎上,總結了兩種行之有效的教學法:問題驅動式教學法和課題研討教學法。
4.1 問題驅動式教學法
問題驅動式教學法采取“提出問題一解決問題一歸納分析”的模式,從實際到理論,從具體到抽象,從個別到一般。課程教學中,困擾學員的第一個問題就是網絡協議為什么要分層?教材第1章對這個問題的解釋并不能完全打消他們的疑慮,實際上這個問題必須等到對整個網絡的發展史、廣域網、局域網等基本概念以及網絡程序設計有一定認識之后才能真正理解。因此,筆者并不急于解釋這個問題,而是讓學員帶著這個問題從應用層逐層向下邊學習、邊思考、邊實踐,直到最后安排一次課堂討論,得出大家都能夠接受的答案。再比如,講解HTTP協議時,筆者首先從早期互聯網上多媒體信息共享不便的問題,講到Berners-Lee在一個“靈感”啟發下用3個創新發明了萬維網,然后通過軍訓網上的具體實例分析,發現非持久連接HTTP協議傳輸效率低下的問題,引導學員提出并發連接、持久連接、流水線式持久連接等改進方案。最后,結合當前萬維網信息檢索不便的問題,展望未來語義網的發展。實踐證明,這種問題驅動的方法符合計算機應用教育的特點和學員的認知規律,讓學員從關注知識點轉向關注思維過程,取得了很好的教學效果。
4.2 課題研討式教學法
筆者根據班級人數制定了十幾個課題,不僅側重原理應用同時也兼顧理論。課題主要是用Wireshark分析協議的工作原理和交互過程,另外還有Diikstra算法和Socket網絡編程,以及ALOHA和CSMA協議性能分析等。教員提供必要的參考資料、示例程序和課外閱讀材料,要求每個學員完成所有課題,課堂上指定一名學員上講臺簡短報告完成情況,就其中的重要原理和問題展開集體討論。近幾年的教學實踐情況說明,這是在課內學時有限的情況下,督促和引導學員利用課余時間自主學習網絡技術,鍛煉網絡應用能力的好方法,受到學員的普遍歡迎。
通過上述教學手段和方法的綜合運用,計算機網絡課程教學效果良好,激發了學員學習、應用、開發網絡的濃厚興趣。2012年度理工大學通信工程學院立項的本科生創新課題項目中,有40%與網絡應用有關,特別是在軟件制作類項目中比例高達70%。2011年本科畢業設計選題中,30.1%的學員選擇網絡方面的研發課題,2012年這一比例上升到33.4%。
近些年來對無線通信技術領域的研究越來越多,這些技術在地空通信中逐漸成為熱點。LDPC碼是一種線性的分組碼,它是基于稀疏校驗矩陣的。本論文簡要介紹了LDPC碼的編碼算法和譯碼算法,以及在地空通信中的應用。
【關鍵詞】 LDPC碼 地空通信 編碼
1 LDPC碼簡介
1.1 提出LDPC碼的背景
衛星通信技術發展越來越成熟,最近研發的衛星通信技術能夠通過空間衛星進行地空通信。LDPC碼是其中非常重要的一環,這是因為LDPC碼具有強大的糾錯能力,具有很低的復雜度等。
LDPC碼具有很強的糾錯能力,同時還具有低復雜度的快速譯碼算法和比較好的特性結構,所以在最新的帶寬無線多媒體的通信系統中,LDPC碼成為了能夠傳播高質量的通信以及視頻信號的關鍵性技術。同時LDPC碼已經廣泛被歐洲等國家的衛星使用。
1.2 LDPC碼的基本概念
LDPC碼的全稱為低密度奇偶校驗,1960年后Gallager第一次提出這個概念。LDPC碼是一種線性的分組碼,它是基于稀疏校驗矩陣的。LDPC碼的編碼是一種隨機碼。由于當時的技術和條件都十分落后,LDPC碼并沒有廣泛應用于實際當中。后來人們發現了Turbo碼,但是Turbo碼在本質上就是LDPC碼。LDPC碼的糾錯性能十分優異,近些年來越來越受到人們的重視。
LDPC碼的譯碼采用軟判決的置信傳播迭代譯碼算法。正是由于這個原因,LDPC碼在給定誤碼率的情況下,信息的傳輸速率和Shannon限很接近。在某種程度上,LDPC碼的糾錯性比Turbo碼強出了很多很多。我們都知道,譯碼的復雜度與碼長有關,而且是線性的關系。要想實現長編碼分組的應用,就必須克服分組碼在長碼的時候譯碼的計算量問題。
2 DVB-S2標準的前向糾錯系統
LDPC碼的編譯方法有許多,本論文簡要介紹一下介紹LDPC碼的DVB-S2標準編譯碼方法。
第一代DVB標準是1994年提出來的,它采用RS碼,QPSK調制和級聯卷積碼的方式。但是伴隨VLSI技術的發展,就出現了更高效率的編碼方式。DVB-S2項目組的目標旨在帶寬和功率不增加的情況下,增加百分之30的傳輸量。
DVB-S2標準主要由三個部分組成:BCH(前向糾錯系統由外編碼)、LDPC(內編碼)和比特交織。同時輸入流包括BBFRAMES(基本比特幀)和FECFRAMES(外流前向糾錯幀)。FEC系統處理完每個BBFRAME(kbch位)之后,都會產生一個FEC-FRAME(nldpc)。系統BCH外碼的奇偶校驗比特(BCHFEC)被加到BBFRAME,LDPC內碼的奇偶校驗比特被加到BCHFEC后面。
3 LDPC碼的算法
3.1 LDPC碼編碼算法
傳統的規則LDPC碼的編碼主要可以分為四步,分別如下。其框圖如圖1所示,編碼步驟如下:
(1)明確規則LDPC碼的H矩陣的列重和行重。
(2)構造LDPC碼的H矩陣。
(3)將校驗矩陣H轉換成系統形式。
(4)根據線性分組碼系統形式的校驗矩陣與生成矩陣之間的關系得到相應的生成矩陣G,編碼生成的碼字為C=uG。
3.2 LDPC碼的譯碼算法
LDPC碼有很多種譯碼方式,常見的譯碼方式主要有:加權比特翻轉譯碼、比特翻轉譯碼、大數邏輯譯碼、后驗概率譯碼以及和積算法譯碼等。本論文簡要介紹和積算法。
所謂和積算法,就是一種迭代譯碼算法,它的傳播是基于置信度的。下一次迭代的輸入,是上一次譯碼結束時可靠度量度的計算結果。直到達到了某個特定的條件后,譯碼的迭代過程才會停止,進而系統會作出硬判決。
4 我國的LDPC碼在將來地空通信中的應用
地空通信具有許多特點,比如信號的能量衰減比較嚴重,信息的傳輸延時比較大等等。因此必須采取特殊的方法,才能夠保證信息傳輸時的可靠性。地空通信信道對于信道編碼是一種理想的信道。
(1)地空通信信道和無記憶的高斯信道很相似,都是Shannon編碼理論的信道模型。
(2)地空通信信道可以使用很低的頻帶利用率的編碼和二進制調制方案,因為地空通信信道具有很豐富的帶寬。
(3)由于地空通信中傳輸距離非常遠,信號的能量衰減比較多,所以采用的都是低碼速率通信。
以前地空通信使用的都是Turbo碼。Turbo碼具有很多優點,比如誤碼性能很好,但是仍然存在著誤碼平臺。相對于Turbo碼,LDPC碼更適合作為地空通信的信道編碼,這是因為LDPC碼具有很低的譯碼復雜度、更低的誤碼平臺以及更大的吞吐量。要想設計出更加適合于地空通信的LDPC碼,還需要考慮到功耗效率、編碼器和譯碼器的結構以及復雜度等等。作為一種重要的信道編碼,LDPC碼必將會在地空通信中發揮重要的作用。
5 總結
近些年來對無線通信技術領域的研究越來越多,這些技術在地空通信中逐漸成為熱點。LDPC碼是一種線性的分組碼,它是基于稀疏校驗矩陣的。本論文簡要介紹了LDPC碼的編碼算法和譯碼算法,以及在地空通信中的應用。
參考文獻
[1]曾蓉,梁釗.低密度校驗LDPC碼的構造及編碼[J].重慶郵電學院學報(自然科學版),2005,17(3):316-319.
[2]張長帥,宋黎定,劉泳.LDPC碼在深空通信中的應用技術研究[J].航天器工程,2007,16(3):90-92.
[3]翟政安,羅倫,時信華.深空通信信道編碼技術研究[J].飛行器測控學報,2006,25(2):59-61.
處于信息化社會的“大信息”時代[1],信息技術特別是通信技術廣泛普及和滲透到社會的每個領域。對于高等教育而言,所有學科都帶有信息技術的烙印?!锻ㄐ旁怼肥歉叩裙た圃盒C嫦蛐畔⑼ㄐ偶夹g開設的一門重要基礎課。通過該課程的學習,使學生能掌握各種通信系統傳輸信息的基本原理和分析方法;熟悉通信系統的基本構成;了解有關通信系統中的技術指標及改善系統性能的一些基本技術措施;培養學生的辨證思維能力。
南京郵電大學因郵電而生、依通信而長,是一所以信息為特色的高等院校,培養快速適應“大信息”時代的人才,是南京郵電大學核心競爭力的體現。南京郵電大學依托優勢,彰顯特色,為了學生今后快速適應“大信息”時代社會,積極構建面向“大信息”的學科專業體系。就筆者所講授的《通信原理》[2]而言,面向不同專業,開設了不同課程性質、不同學時的《通信原理》。面向通信工程、信息工程、網絡工程等專業,開設必修課程《通信原理A》,學時為80;面向具有通信應用的信息類專業,開設必修課程《通信原理B》,學時64;面向其他工科專業,開設限選課程《通信原理C》,學時48?!锻ㄐ旁鞟》和《通信原理B》課程的學生都是屬于信息通信類專業的,都學過《概率論與隨機過程》《信號與系統》等先修課程,同時后續一般還有詳細介紹各種通信系統的專業課程,如,《移動通信》《光纖通信》等,諸多老師和教學專家對該課程的教學進行了頗有成效的探討[3-5]。
筆者主要針對《通信原理C》,即“大信息”背景下其他非信息通信類專業《通信原理》的教學進行一定的探索。在筆者教授《通信原理C》的過程中,發現這門課程的教學存在以下問題或難點:(1)該課程面向的是非信息通信類的工科專業的學生,他們缺乏前期系統性的通信基礎課程學習,比如:有些專業就沒有開設《信號與系統》這一門專業基礎課,這就導致講授過程中學生對通信基本概念理解存在難度。(2)因為《通信原理C》并非他們專業的必修課,不少學生會錯誤的認為該課程與他們的專業相關度不大,所以,不能引起他們足夠的興趣和重視。(3)傳統的《通信原理》授課方法注重各種通信理論公式推導,而非信息通信類的工科專業的學生需要的是了解信息通信技術的發展趨勢和各通信模塊的功能,這兩者存在著一定的矛盾。(4)傳統的課程考查方式主要是期末考試、平時習題作業等方式進行,這導致了部分學生的應試學習方式,即只通過死記硬背、生搬硬套的學習方式來應付考查,而忽視了基本信息素養的培養,違背了開設這門課程的初衷。
針對上述存在的問題,筆者在《通信原理C》的講授過程中就授課內容、授課方式、考查方式等方面進行了相關探索。
1 教學方式探索
為培養適應“大信息”時代的高素質人才,對于非信息通信類工科專業的學生,在講授《通信原理C》時,筆者主要以激發學生學習興趣和講解知識點簡明易懂為出發點,從授課內容、授課方式、考查方式等3個方面探索教學方式改革。
1.1 課程授課內容
為了激發非信息通信類專業學生對《通信原理C》課程的興趣和重視程度,在授課內容的選擇上,筆者主要從以下幾點進行了嘗試改革:(1)在正式開始課程講授之前,先闡明《通信原理C》與學生學習該專業的切合點,說明該課程在學生學習該專業的應用背景,這能極大的激發學生的學習動力和熱情,并引發學生對通信理論和相關技術應用的廣泛遐想。比如:在給測繪工程專業的學生開始講授該課程時,講到在做測繪時,有時要用到衛星測繪數據,而這些數據正是通過一種主要的通信方式——衛星通信來獲取的。(2)給學生強調信息通信技術的革新給日常生活帶來的巨大影響。通過描述信息通信技術的發展怎樣影響日常生活,讓學生切身體會到信息通信技術的力量,進而引起學生對該課程的重視。比如:在給材料學院的學生講授《通信原理C》時,特地從手機演變的角度講述了通信的發展歷程,隨著通信技術的發展,手機也經歷了固定電話、大體積的移動電話(大哥大)、便攜式的2G手機、可以上網的3G手機、可以在線視頻的4G手機以及即將出現的可高速傳輸數據的5G手機等各個階段。(3)在講授《通信原理C》時,重點闡述基本原理和重點概念,而不必詳細推導理論公式。因學時有限,非信息通信專業的學生應掌握通信的理論框架和基本原理,在將來需要使用的時候知道從哪方面著手查找資料和進一步研究。
1.2 課程授課方式
根據授課內容的特點,有針對性的選擇授課方式能達到更好的教學效果。對于非信息通信類工科專業,筆者主要闡述《通信原理C》中的基本原理和重點概念、而不是詳細推導理論公式,這就確定了采用多媒體教學是一種適當的授課方式。較傳統的板書,采用多媒體教學,能夠更加直觀明了、高效的講授該課程。例如:在講授二進制相移鍵控調制系統(2PSK)解調時,可以在PPT上逐一展示各點波形,并通過波形清晰描述倒π現象帶來的嚴重后果,若采用板書則很難達到該效果。同時,在講授具體知識點時,應注意靈活采用各種具體的教學方法,以達到加深理解、融會貫通的效果。比如:在講授二進制數字調制時,應采用比較教學法,與之前的模擬調制的實現方式、解調方法、調制性能進行比較教學。最后,在講授課本知識時,適時的插入仿真圖形來說明,這能加深學生對理論知識的直觀感受。筆者在講授二進制數字調制系統時,在比較了2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的誤碼率理論值的基礎上,在PPT上畫出了在不同信噪比下的它們誤碼率的仿真曲線,學生的反應非常積極。
1.3 課程考查方法
課程通??疾榉椒ㄊ瞧谀┛荚嚺c課后作業題相結合的方式,但是該方法容易使《通信原理C》落入應試教育的泥潭。學生用死記硬背、生搬硬套課本知識的方式來應付考查,背離了素質教育方向,無法培養出適應“大信息”時代所必需的素質。筆者為了強化學生將課本知識轉化為自身技能的素質,在該課程的考查方式中,增加了軟件仿真考查。讓學生課后利用Matlab的Simulink功能來動態仿真出一個通信系統的模型,給出模型中采用的模擬信號數字化方法、調制方式、信道編碼方法、譯碼方法、解調技術等,并評價不同方法、不同參數下系統性能的優劣,通過軟件仿真過程,既加深了學生對通信各個模塊清晰的認識又培養了學生系統建模的水平。同時,為了加強學生將課本知識和信息社會相結合,筆者給學生布置了一項實踐性的大作業,調研“大信息”時代自己接觸到的各種通信系統采用的調制方式及各自特點,比如:常用的收音機、家里收看的數字電視等。通過后續反饋可以看出,該大作業使學生認識到了《通信原理》課程的影響和價值,并極大的加強了學生對“大信息”時代的感受,加強了其理論聯系實際的能力。
2 結語
面向“大信息”時代,筆者針對非信息通信類專業《通信原理》課程的教學進行了相關探索,在授課內容、授課方式和考查方法等方面得出了一些有價值的經驗,在并提出了一些相應的改革建議。希望筆者的探索能起到拋磚引玉的作用,各高校相關課程的任課老師共同推動《通信原理》課程的發展。
關鍵詞:物聯網 關鍵技術 發展現狀
一、 前言
物聯網 (Internet of Things) 顧名思義,是實現物物相連的互聯網。IoT在信息產業領域是繼計算機、互聯網、移動通信之后的又一次重大變革。物聯網是在互聯網的基礎之上的一種延伸和拓展,本質上就是互聯網的一部分,通過信息傳感設備,如射頻識別系統、紅外感應系統、GPS、智能掃描儀、氣體感應器等,按照一定的網絡協議,賦予物體感知能力,并通過接口將互聯網與大量物體連接起來,從而進行信息交換和通信,實現智能化物體識別、定位、跟蹤以及監控和管理,甚至實現人類與自然環境的融合。
早在1999年物聯網的概念就已經被提出,到2012年中國第一個物聯網五年規劃――《物聯網“十二五”發展規劃》頒布,物聯網已經被貼上“中國式”標簽。
隨著物聯網應用的快速發展,其關鍵技術已經被深入研究并取得重大成果,但缺乏總結分析。本文主要分析了物聯網系統架構的關鍵技術的發展現狀,對現有的技術進行分析和總結,論述了物聯網的發展前景和挑戰,最后對全文進行了總結。
二、物聯網的關鍵技術
物聯網作為當今計算機網絡和信息科學技術的研究熱點,具有海量信息,多種接入設備,智能化物物交互的特點。物聯網的成功依賴于多種技術的融合,主要包括物聯網的系統架構技術,統一識別與識別技術,網絡通信技術以及安全隱私保護技術。
1、系統架構技術
物聯網的系統架構技術主要包括感知層,網絡層和應用層,它要求用戶網絡服務器具有可擴展性,可靠性,自組織性和用戶公平性。感知層即利用射頻識別(RFID),無線傳感器網絡等技術識別物體并讀取該物體的相關信息,讀取的相關信息反映物體自身的特點。網絡層是物聯網實現信息傳輸,信息處理和服務質量優化的重要環節,并通過與移動通信網,互聯網或其它專網相結合,將物體的信息準確地實時傳遞出去。應用層直接為用戶終端提供服務,把感知層得到的信息進行處理,從而實現智能化物體識別,定位,跟蹤,監控和管理。
2、統一識別和識別技術
物聯網的一大特點是實現物體與物體之間的信息交換,即每個物體都應該是獨立的,因此物聯網的關鍵技術應該能夠反映每個物體自身的特點。統一識別和識別技術應該包括射頻識別(RFID),無線傳感器網絡。射頻識別技術類似于條碼掃描,RFID的主要功能是非接觸式識別,即不需通過機械或光學在識別系統和識別物體之間建立接觸,就可以通過無線電技術識別物體并讀取其靜態信息。對于物聯網的發展,了解特定物體的動態信息也很關鍵,因此依賴于無線傳感器網絡來探測物體的動態改變,也縮小了生活實際與網絡虛擬之間的差距。在物聯網快速發展的今天,微型化技術和納米技術也將快速融入物聯網的關鍵技術,這意味著越來越小的物體將與互聯網實現連接。
3、網絡通信技術
物聯網的網絡通信具有通信量大和范圍廣的特點,它為各種硬件技術包括射頻識別,無線傳感器系統的控制提供操作平臺,并通過移動通信網絡,衛星通信等方式實現識別系統和需識別物體端到端的連接。在網絡通信的基礎上,方便用戶對物聯網進行有效的管理,降低用戶操作物聯網的復雜度,且實現了物聯網服務質量的最優化,滿足了海量通信的需求。現代網絡通信技術還引入了云計算技術和自組織組網管理技術,在網絡層協調各個部分的任務管理和分配,提高網絡傳輸數據的速度和質量。
4、安全隱私保護技術
安全隱私保護技術可以為物置信息或數據提供安全性和保密性,阻止用戶未經授權信息的訪問,保護個人隱私和商業機密等內容。安全隱私保護技術的實現還需要其他技術的支持,如云計算保護技術,數據加密和保護技術,用戶身份驗證技術等。
三、我國物聯網發展現狀和存在的問題
自2010年我國將物聯網寫入發展戰略和第十二和五年規劃,物聯網產業得到了很快的發展。到2012年第一個關于物聯網的五年計劃《物聯網“十二五”發展規劃》頒布,物聯網的發展得到了高度的重視和完善。
物聯網的發展為我們的生活帶來了很大的便利,但依然存在一些問題。為了讓物聯網真正地實現在物與物,人與物之間暢通無阻的交流,目前應用在物聯網的技術仍然需要不斷地完善。主要存在以下幾個問題:
1.物聯網缺少物聯網的統一技術標準。我國各行各業都積極加入到物聯網的發展中,但各領域發展產業分散,不能實現互聯,這都是國家沒有統一物聯網技術標準的結果,且物聯網想要實現海量信息的處理和物物相連,也需要統一的編碼和統一的尋址。
2.物聯網的發展技術問題。物聯網的發展需要多技術融合和多學科交叉,因此容易遇到技術瓶頸。物聯網的技術核心是異構網絡,如何實現異構網絡的協調和融合,以及如何處理和儲存海量的信息,都是物聯網發展中存在的問題。
3.物聯網的安全性問題。物聯網涉及范圍無處不在,個人隱私,商業機密,甚至于國家政治軍事等信息,如果被泄露后果不堪設想。因此如何保證信息安全問題也是我國物聯網發展要面臨的挑戰。
4.物聯網的商業可行性。物聯網的建設需要大量的資金投入,而用戶的接受度和投Y回報等問題都是無法估算的,且如何使用戶自覺維護物聯網的問題也是亟待解決的。
四 、物聯網的未來發展理念
我國物聯網的發展應該在物與物互聯互通的共性上及時制定統一的標準,采取開放的態度,完善國內物聯網與國際物聯網的互聯,實現快速與國際物聯網對接。循環物聯網經濟產業鏈,循環經濟可以把握物體和資源在配置上的合理性,從而實現物聯網的可持續發展。綠色低碳經濟發展理念,物聯網的智能化很大程度上避免了資源的浪費,“綠色,環保,節能,低碳經濟”是現代經濟發展的大趨勢,隨著物聯網的深入,各個行業可以節省人力物力,實現環境資源的高效利用。
五、 結束語
本文分析了物聯網的關鍵技術,我國物聯網發展存在的問題與挑戰,并且提出了物聯網的未來發展理念。物聯網實現了物與物,人與物的信息傳遞方式,實現了海量數據的處理,信息傳遞的高效性和便捷性。我國物聯網技術的研究也處于世界物聯網研究的前列,因此我國物聯網技術研究人員應該抓住此時的機遇,爭取突破物聯網目前發展遇到的問題,從而帶動我國信息產業和經濟的快速發展。
參考文獻:
[1]錢志鴻等.物聯網技術與應用研究[J].電子學報,2012年,40(5)
[2]劉錦等.我國物聯網現狀及發展策略[J].企業經濟,2013年,(3)