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1.1系统组件本身的脆弱性
由于国家电网经营发展属于民生大计问题,产业发展涉及到输变电生产、电力项目建设、工程项目维修、用电销售等诸多经营业务内容。因此,电力系统自动化通信技术视角下的技术定位相对较广,在信息系统设计、生产、组装环节中也就必然存在一定安全隐患问题。比如,第一点则属于系统硬件故障隐患问题,和信息系统设计初期阶段存在隐患有主要关系。第二点软件系统自有的安全隐患问题,这类安全隐患一般多来源于电力通信自动化技术领域下的平台软件,在平台设计开发阶段存在一定技术遗留问题。第三,基于TCP/IP协议栈的定义内容在网络应用设计之初时就留下了兼容性技术漏洞,使得网络安全隐患加剧。
1.2自然威胁
这类隐患性问题多以电力通信网络安全下的不可抗力事件发生为主,比如网络信息系统如果遭受自然雷击,或者是工作站突发性发生火灾,抑或通信系统遭受自然外力破坏,如地震、覆冰、风偏等。此外,这些自然不可抗事件发生一般不以人为意志为转移,会使得国家电网造成不可避免的经济资产损失。
1.3人为意外因素
通常指人为因素下的设计失误、技术系统操作异常、不规范使用信息系统等造成的安全隐患问题。此外,这类隐患问题出现一般并非人为主观意识上故意造成安全问题,而属于人为以外因素所致的安全隐患问题。
1.4人为恶意因素
同样,人为因素也包含恶意、蓄意、故意行为造就的网络信息安全事故问题。伴随这种恶意行为发生,可能会存在蓄意篡改重要数据,或者偷盗重要信息资源,或者更改代码种植木马信息等,以通过恶劣、低俗的网络黑客行为谋取私利。
2电力自动化通信技术下的网络结构分析
国家电网系统下信息网络结构一般由核心局域网,地方部门的局域网,以及区域通信渠道网络互联所组成;从应用功能角度又可划分为供生产、制造所用的SCADA/EMS系统,以及供电经营相关的MIS系统。
2.1SCADA/EMS系统
主要适用于变电网工作站、发电厂等电力供给、送电单位生产所用。并且该系统作用主要是进行监控、处理、评估及分析等;同时,其基本功能板块划分为数据采集、能源分析、信息存储、实时监控等。
2.2MIS系统(信息业务网)
该系统平台主要对网络信息化相关商务活动进行服务,同时其系统平台主要包括办公自动化、用户供电信息查询、信息统计管控、人资建设、以及安全生产等子系统板块。此外,MIS系统可对电力企业的直属上下级单位予以联网交互,包括地区间供电企业售电业务下的重要客户数据交互等。与之同时,MIS系统平台下已经由过去单一的EMS模式逐步转化为了当前的自动化DMS、TMR、调度管理、及雷电监测等多种方式应用拓展,可以会说在信息资源优化及调整上更为专业。而MIS系统主要应用于电力产业经营业务相关的组织活动方面,比如财务管理、物资置办、用电检查、安全监控、信息查询等多个方面。包括在MIS平台使用时也能够配套www、mail等板块予以实践应用,并且其属于IP网络传输,组网方式现如今也能够实现千兆以太网,同时网络结构取用于同级网络分层,每层又分为子网与链路层予以连接。
3电力自动化通信技术中的信息安全构建思路
3.1健全安全防范机制
国家电网下电力企业通信技术平台下的各个管理单元众多,在网络信息安全中制定必要的安全防范机制非常重要。因此,在安全机制构建过程中,需要保障安全机制具有严谨的逻辑性,要能结合电力企业自身需求情况,确认出重点网络防范区域与划分出普通网络访问区域。比如,对于一般性网络访问区域,需要设置具备一定开放性的访问权限;而重点网络防范区则需要严格限制普通权限客户登录,设立较高安全级别权限,以此才能对安全数据、资源信息、QA系统运营进行重点安全监督。
3.2完善信息网络设备管理机制
信息设备管理主要以电网系统下信息安全设备管理作为研究载体,强调设备管理综合效率最大化提升。基于此,设备管理机制中要配套使用促进人员职能发挥的激烈奖惩机制,以此来提升其责任意识和凝聚归属感,激发人员信息安全运维作业的人员主观能动性。此外,设备管理工作开展从基本规划、设计研发、平台选型、配件采购、安装组建、故障维修、定期养护、技术更新、设施技改等方面进行组织管理,以此才能确保信息网络设备及使用软件平台的可靠性与实用性。
3.3强化电力系统信息安全技术
为了充分保障信息网络安全,对于信息网络的安全技术研究而言则非常重要。一般当前通信网络安全技术主要有:防火墙、身份鉴别与验证、信息资源加密手段应用等。因此,第一,强化防火墙网络管理是必然的安全防控手段,特别是防火墙这种具备保护屏障作用的内、外网安全服务通道。所以,防火墙优化设计时要重点考虑其接口连接问题的同时,配套做好网络漏洞修复。第二,身份鉴别与验证,则要重点控公司内、外网的数据监控,人员操作日志,控制权限访问等,以便于公司内部网络安全软件开发时可提供必要信息资源依据。第三,对于信息加密手段应用,则要重点考虑口令卡、智能卡、以及密钥安全形手段的配套使用。同时,信息加密还可以结合企业自身条件,配套使用DES/RAS等密码技术应用,以避免未经授权时可有效控制非访访问获得数据等,防范重要数据泄漏。
4结束语
【关键词】 现代通信 教学方法 授课方式
一、《现代通信概论》课程内容安排
专业课程具有专业技术性,在内容编排上没必要面面俱到,太多太杂反而让学生产生心理负担,学习压抑,有时还舍本求末,达不到应有的学习效果。在选择教学内容时要从基础抓起,突出专业重点,理论性的东西不能介绍的太深,能清晰的分析出一般工作原理,让学生既容易掌握又不会觉得枯燥乏味,努力为学生打造出一个既能轻松学习又能掌握知识技术的学习环境。
根据以上要求,教学内容主要包括以下几个方面:通信系统概述、电话通信、无线电通信、光纤通信、移动通信和计算机网络。首先对通信专业的理论进行介绍,让学生心中对此有个初步概念,再通过日常生活常见的公共电话通信与GSM系统向学生介绍电话通信与移动通信的原理及实际运用,掌握了这些基础知识,学生也提起了学习的兴趣,再由浅入深介绍无线电通信、光纤通信的技术知识。
二、课程教学面临的主要问题
1、教学内容跟不上实际运用的变化速度。当代社会的变化可谓是日新月异,通信专业技术也在不断的发生着更新。《现代通信概论》在内容上多以多以基础性的东西为主,概念性强,对于外界不断变化的实际情况不能做到同步更新,老师在教学时如果仅以书本知识来教导学生,会导致学生学到的知识技术不能与实际通信技术完美的结合。
2、实验手段相对单一。很多学校由于教学设施没有达到一定标准,在进行光电通信实验时,并不能达到应有的要求,表现在实验单元单一,不能系统的结合起来,现实验证意义不强甚至有些关键实验还不能开设,学生只能凭空想象,增加了学习难度与知识运用。
3、教学模式单一。兴趣是动力的源泉。任何人要想在某个专业方面有所建树,首先就是对此专业产生兴趣,只有有了兴趣才会有无限的动力去学习钻研。对于学习那些专业性强,理论知识枯燥的学术来说,兴趣更显得重要。而在现实很多教学课堂中,老师并没有很好的利用这个动力优势,在讲解相关方面的知识时一刀切,没有兼顾学生的学习需求,更没有激发学生的学习兴趣,导致学习效果不理想。
三、《现代通信概论》教学改进
1、授课方式由易到难。老师在授课时,应先从最基础的知识开始,让学生从最简单的最根本的知识入门,使学生在学习时能对所学专业有系统的认知,夯实基础,每一点知识都能很好的掌握,而不能囫囵吞枣。授课的时候,讲解语言也要通俗易懂,尽量做到将抽象性的学习内容变得形象具体,把枯燥的理论知识变成风趣有感彩的生动语言,这样既能提高学生学习的兴趣,集中上课的注意力,又能对所学知识深刻理解,有效掌握。
2、课堂设置悬念。老师在课堂上可以给学生多提出问题,而有些问题可以为学生解决,某些问题则不解决,让学生自己去思考解决,一来巩固所学知识,二来增加学生的求知欲,提高学习质量。
3、充分利用多媒体教学。《现代通信概论》的内容有很多是抽象的,需要靠想象去理解,我们在上课上可以通过多媒体将这些知识所要表达的意思表现出来。这样既容易理解,又能保持对所学内容印象深刻。
4、优化、精简授课内容。通信技术是包括通信与计算机两方面的专业技术,专业性很强,没有一定基础的学生很难有效掌握。而且学习这门课程的学生大多不是来自通信与计算机专业,对通信专业的知识基础掌握的不多,为了让这些刚接触该学科的学生能有所收获,对教学内容一定要综合考虑,精心选择,做到既传授专业知识,也能让同学们有效掌握,促进学生学习的积极性。
四、结语
信息技术已经成为人们生活中重要的组成部分,非凡的通信技术为我们给我们的生活带来了翻天覆地的变化,同时人们对于通信专业知识的了解也发生了很大的转变。为了适应当代社会发展的需求,增加学生社会生活适应能力,各大高校针对性的增加了通信专业的课程,让学生在课堂中学习,在学习中实践,培养学生专业知识水平,为国家培养具有可持续发展能力的技术性人才。
参 考 文 献
[1] 何修富. 现代通信原理课程的教学方法改革[A]. 中国电子教育学会高教分会2012年论文集[C]. 中国电子教育学会高等教育分会,2012:3
论文摘要:本文首先介绍了我国电信业发展的总体形势,然后分别就固定电话网、移动通信网、数据及宽带业务网的发展态势及面临的问题和挑战进行了分析,最后就第三代移动通信及其它先进的无线接入技术在中国的发展给出了自己的观点和判断。
1、当前我国电信业发展的总体形势
从总体上看,我国电信业仍然在根据我们所处的发展阶段和自身的发展规律,持续、快速、健康地向前发展,但也出现了许多的新情况,呈现了许多新的特点。
从用户数和业务收入的增长率来看,我国电信业的增长速度已经趋缓。20世纪90年代我国电信业处于起飞阶段,我们抓住了机遇,实现了平均每年40%左右的超高速增长,一举扭转了通信落后制约经济发展的被动局面。90年代后期我国电信业增长率逐步降了下来,2001年按业务收入计算的年增长率开始降到百分之二十以下,2003年增长13.8%(调整后)。我国电信业增长率的下降是用户基数加大和最迫切的通信需求得到满足的结果,与2001-2003年发生的世界性电信危机性质完全不同。
从绝对增量来看,最近几年正是我国电话用户增长的高峰期。移动电话用户已连续三年每年新增6000多万户,固定电话用户已连续四年每年新增3500万户左右。2003年我国新增移动电话6395万户,固定电话4852万户(含无线市话,即小灵通),均为历史最高增量,增长率仍然分别高达23%和31%。互联网用户近两年也处于用户增长高峰,每年新增2000多万户以上。2004年上半年移动电话和固网电话新增用户数,都又创造了历史新高。
需要指出的是,我国电信服务在一定程度上已经超前于经济发展,因此,从总体上看,我国电信业的发展势头将会继续趋缓。我国固定电话与移动电话普及率均已达到世界平均水平,是同等人均GDP国家的2至3倍。电信服务适度超前,拉动经济增长和社会进步,这正是改革开放以来电信行业一直在追求的目标,我们做到了。但是,这也给今后电信的进一步发展带来了困难。首先是大批本来不完全具备电话支付能力的城乡人口装上了电话,这使得近期用户发展空间受到了制约。更重要的是大量低收入用户的进入,加之竞争激烈,使我国电信业务收入增长率远远低于用户数量的增长率,电信用户每月平均消费值(ARPU)持续下降。2003年我国固定和移动网用户的ARPU值均为71元/月,不到世界平均水平的一半,我们是世界上电信用户平均消费最低的国家之一。中国移动和中国电信两公司拥有的用户数早已高居世界之首,但按业务收入排名,2003年在世界电信公司中只能分别排在第16和第17位,其主要原因就是电信用户平均消费很低。但是,若按占人均GDP的比例来比较,我国电信消费比却又明显高于世界平均水平。这使得许多用户感觉电信资费还是偏高。此时用户对价格差异(而非质量差异)十分敏感,价格战成了企业之间竞争的主要手段。在这种情况下,我国电信业增长趋缓是正常现象。
所幸的是,随着信息与通信技术进步,我国非语音通信业务,特别是数据业务正在崛起。数据业务的高速发展将弥补电话业务增长率的下降,使我国电信业在今后相当长的时间内,仍能保持两位数的增长率,电信仍将是一个快速增长的行业。
2、固定电话网的发展态势
主要基于程控数字交换技术的我国固定电话网,从20世纪80年代开始建设,90年代基本建成。其每年新增用户从1990年100多万户,逐年递增,到2000年达到高峰(与电信重组有关),一年新增3600多万户。此后新增用户数略呈现下降趋势(见图1)。2003年固网用户增量又出现回升,猛增4 852万户。显然,这种回升是“小灵通”大发展的结果。小灵通毕竟也是一种移动通信业务,如果扣除小灵通用户,2003年固定电话实际新增用户只有2437万户,比2000年已经下降了近三分之一。
图l 固定电话用户增长量
固定电话用户增长放慢,除城市电话市场趋于饱和的因素外,主要是由移动业务的替代作用所造成的。许多低端电话用户有了手机(包括小灵通)就不再装固定电话了,甚至要求退出固网。此外,宽带接入的迅速发展也使得固网用户原来因拨号上网而安装第二线的需求不复存在了。传统的固定电话网增长放慢是通信技术更新的必然结果。在美、日等通信发达国家,固定电话用户总数早在几年前就已经开始下降,这种情况在我国早晚也会出现。
固定电话面临的另一个挑战是IP电话的分流作用。这种分流目前主要集中在长途领域(包括国内、国际与台港澳通信)。开放竞争后,IP电话的价格只有固网长途的几分之一,因此发展迅速。2003年上半年全国IP长途电话通话时长已超过传统的长途电话,一年后IP长话与传统长话通话时长之比已达到l.57:1。出于巩固市场份额的需要,固网公司也不得不开放IP长话业务,这曾一度使传统长话出现负增长。值得庆幸的是,这种情况2004年出现了转机,上半年在IP长话增长45%的同时,传统长话通话时长也增长了27%(部分归功于小灵通带来的长话话源)。这使得包括IP电话在内的长话业务,重新成了带动固网收入增长的主要业务之一(见图2)。
图2 2003年各类主要电信业务收入增长率
除长途电话外,固网公司还有两个重要的业务增长点。一个是前边提到的小灵通,另一个是数据及多媒体业务,特别是互联网宽带接入业务。这两种业务在不同程度上恰好体现着固网公司的发展方向。
小灵通是固网公司在无权经营2G、3G移动业务的情况下,作为固网的无线接入手段而经营的无线市话业务。小灵通基于并不先进的PHS技术,但由于具有移动功能,还能提供信息服务,却按市话标准收费,因此受到大量低端移动用户的欢迎,也给固网企业带来了一个难得的收入增长点。2003年小灵通政策松动后,一年就增长了2415万户,达到3729万户。2004年增长更快,有人估计到七月底已达6000万户。小灵通依附于固网取得的大发展,从一个侧面验证了近几年在国外出现的移动与固网重新融合的趋势的合理性。这种融合有利于减少重复建设,提高网络设备利用率,有利于固网接入无线化的发展,有利于满足用户对通信个性化和一站式服务的要求。
关于数据与多媒体业务,本文第四部分将专门论述。这里只想说明:现有的电话网是为电话设计的,很适合打电话,但用于数据和多媒体业务时,在传输速率、网络效率与使用灵活性等方面的局限性都越来越明显。随着数据业务的发展和所占比重的提高,我国通信网更新换代的问题已经提上了日程。
3、移动通信网的发展态势
我国蜂窝移动通信网1987年从广东开始建设,经历了第一代向第二代技术的转变,到1997年达到1300多万户。此后以80%左右的年增长率继续呈指数型增长。从2001年起每年用户增长量稳定在6000多万户(见图3)。2003年我国新增移动电话6395万户,移动用户总数达2.7亿户,开始超过固定电话。
图3 移动电话用户增长量
现在世界上约一半左右的国家,包括部分最不发达国家,移动电话用户数均已超过了固定电话。实践证明,在用户数超过固定电话以后,移动通信还会继续强劲增长。一是移动通信能满足人们随时随地、方便快捷地进行通信的需求,在现代社会将越来越受欢迎。二是由于移动电话以个人为服务对象,其潜在市场比固定电话大。三是随着技术进步与规模加大,移动通信早已不再是昂贵的通信,其单位成本已降到能与固网相比的程度。四是移动网除语音通信外还适宜提供数据与多媒体信息服务,这使得移动通信的发展空间更为广阔。
从图3可以看到我国移动通信用户增长2001年以后电达到或接近了顶峰。与固网不同的是,移动用户增长在小灵通分流的情况下仍呈上升趋势。可以设想,随着3G网络的布署,移动通信用户增长还会出现一个新的高峰。预计未来五年内,我国移动网用户总数可望在目前3亿户的基础上再翻一番,达到6亿户左右。
移动通信面临的挑战是如何开发新的应用,发展语音以外的新业务,以缓解和扭转ARPU值下降的趋势。近几年异军突起的手机短信业务对此发挥了积极的作用。短信正在成为除电话以外另一种受到大众欢迎的基本通信方式。移动互联是另一类潜力很大的新业务,要继续实行对内容服务商开放与合作的政策,共同推进移动互联业务的发展。
4、数据与多媒体业务及宽带网络
数据与多媒体通信(简称“数据通信”)是继电报、电话通信之后人类对信息交流方式提出的新要求,它代表着通信需求多样化的发展方向。从70年代初在电话网上进行数据传输算起,我国数据通信发展已经历了30多年技术演进与市场培育。只是在互联网流行起来以后才开始形成规模。近几年来数据通信一直是电信业务中增长最快的领域(见图2),它在电信业务收入中所占比重还不大,但却在稳步地、不可逆转地上升(见图4)。今后随着数据业务规模的加大,其所占比重上升的进程还会加快。
图4 固网数据年增长率及其在电信业务总收入中所占比重
需要说明,我国现行统计指标中,“数据业务收入”仅包括固网数据,不包括移动数据。手机短信和无线上网等业务收入(2003年约220亿元)被统计在移动通信业务收入中。如果将移动数据按数据业务统计,全国数据业务收入占电信业务总收入的比重已经达到10%左右(见图5),其对电信增长率的拉动将达到3、4个百分点。可见,数据业务正在成为电信业务的一个重要组成部分和电信业增长的主要推动力。
图5 2003年我国电信业务构成
多媒体通信能同时传送语音、文字、数据与图像,是数据通信的高级阶段,也是人类通信的高级阶段。它占用的通信频带很宽,因此必须建设宽带网络。现代IT与光传输技术的进步已为建设宽带网络奠定了技术基础。宽带化已成为当前电信网的主要发展方向。
在宽带骨干网尚未建设起来以前,首先发展的是对现有互联网的宽带接入。据CNNIC统计,我国互联网上的宽带接入用户数已从2000年约70万户增长到2003年1740万户,三年间猛增25倍,而且还在以每年翻一番的速度增长。可见,我国互联网正在悄然进入宽带接入的时代。
我国对宽带骨干网的研究与开发正在进入关键阶段,一批试验工程已开始实施。同时,对宽带网络的技术方向还在进行广泛而深入的讨论,不同技术背景的专家提出了不同的解决方案。
通信界的多数专家已就建设“下一代网络”(NGN)形成初步共识,即将IP网络技术与传统电信网的设计理念相结合,建设有质量保障的、安全可靠的、可管理、可运营的电信级IP网络。
IT界的专家主张坚持互联网的基本设计理念,发展“下一代互联网”(NGI)。NGI注重保持互联网的开放性与灵活性,在着力解决宽带与容量问题的同时,尽力解决质量保障、可靠性与可管理性问题。
NGN与NGI的设计理念不同,市场定位也不同,它们将会并行发展,。两者之间既有相互竞争,又是相互补充,应提倡相互学习,相互借鉴。
我国宽带网的发展也有许多制约因素。首先,从总体上看我国仍然处在语音通信时代,而宽带网以及整个互联网是以PC机拥有量为目标市场的,在有效地解决语音通信问题以前,互联网的用户群不会像电话那样广泛。事实上,目前迅速增长的宽带接入用户主要是由原有的窄带拨号上网用户升级而来的,以致2004年上半年我国的拨号上网用户数开始出现了负增长,包括宽带接入在内的互联网用户总数增长势头从2004年已经开始放缓。第二,下一代宽带骨干网络技术尚未成熟,目前主要靠在城域网、广域网上追加传输容量来满足宽带业务增长需求的作法难以持久。第三,宽带应用与内容服务的开发也要有一个过程。由于竞争激烈,目前宽带的大发展带有“圈地”性质,缺乏需求推动,而人们对多媒体通信的需求又与整个社会的发展程度有关,人为地推动作用有限,操之过急还会产生“泡沫”,影响健康发展。总之,宽带化无疑是今后的发展方面,但是我国通信网宽带化的进程将会一个持续渐进的过程。
5、关于第三代移动通信及其它先进的无线接入技术
第三代移动通信(3G)和其它宽带无线接入都是下一代网络的重要组成部分,它们代表了人类对通信个性化的发展要求。
欧洲通信部门对发展3G态度积极。今年六月初在瑞典召开的“全球电信发展趋势专家论坛”上,欧洲电信专家们认为:经过30多个网络的实际运行,3G技术已经成熟,今年3G建设将进入升温期,年内还有40个网络投入运行。他们认为,3G技术还在不断改进,但改进不等于“不成熟”,改进后3G的性能将更先进,更具有竞争力。随着用户增长,3G手机在品种、价格与耗电等方面的瓶颈问题也将得到解决。
美国FCC电计划在2005年发放3G牌照,但他们对推广WiFi和WIMAX等“先进的无线接入技术”给予了更多的关注。在2004年6月下旬召开的“中美电信峰会”上,WiFi和WIMAX成了交流的热点。这两种技术都使用基于PC机的终端,都可以提供高速无线接入。前者用于室内局域网,基站覆盖半径几十米至上百米;后者用于室外城域网,基站覆盖半径几公里至几十公里,与现有通信骨干网配合实际上也能组成全国网络。一些美国专家认为,大量数据传送、显示与处理,本来就应当使用屏幕较大的显示终端,坐下来工作。有人甚至认为,对于移动中的通信,2G已经能满足要求。
根据我国的实际情况,笔者有以下几点判断:
第一,WiFi、WIMAX主要适用于高端市场的专业人士,在我国,近期内其用户群难以支撑全国性的网络成本,因此它只能作为一种补充,占领3G的部分高端市场,不可能完全取代3G。未来十年内,2G、3G、WiFi、WIMAX等无线接入技术和各种固网宽带接入技术都可能找到自己的市场定位,相互之间既是竞争又是互补,并在竞争中发展完善,优胜劣汰。
第二,3G技术已经基本成熟,它能更有效地满足人们在移动中对通信的需求,既能打电话,也能进行小数据量的多媒体通信,因此3G是有市场的,发展3G势在必行。吸取欧洲3G牌照拍卖的教训,过去三年我们采取冷静跟踪、积极试验的态度是完全正确的。但现在已经到了需要做出进一步安排的时候了,否则弊大于利,甚至可能丢失机遇,影响我国移动通信产业的发展。
第三,问题在于,我国在拥有良好的2G网络的情况下,近期内3G市场还有多大?它能支撑几个网络的建设成本?如果同时发几个牌照,建几个网络,投入几千亿资金,没有那么多用户,势必给电信业的发展带来灾难。一个比较稳妥的解决方案是:近期内只建一个3G网络,以完善技术、培养市场,以后根据需要再增建新的3G网络。这也与目前国际电信界“在一个市场上发3至4个牌照比较理想”的倾向性意见相符合。只建一个3G网络,如何发照,需要有创新思维,也有方案可供选择。
从技术发展的角度看,下一代的电信网应当是一个有线与无线有机结合的网络。它将由宽带骨干网和有线无线综合运用的本地接入网构成。未来的电信用户可以根据需要选择使用不同的通信终端。一类是以手机为代表的移动终端,它可以随身携带,强调移动性,目的在于随时随地、方便快捷地使用通信服务,特别适合语音通信与小信息量的数据通信与信息服务;第二类是基于PC机的座机终端,它不强调在移动中使用,需要坐下来工作,适合进行大量数据及图像信息的传送与处理,能够满足各类电子业务(E-business)的通信要求。还有一类叫游牧式终端,它可以异地漫游,适合在旅途中使用,但也要坐下来工作,因此也属于座机终端。第三类是现在家庭和单位使用的普通电话终端,这种终端还会继续长期使用。各类终端配合使用,服务于通信个性化、多样化的要求,使人类的信息与通信功能大大增强。
移动通信技术起源于1921年的美国,以2 MHz的带宽设计了车载移动电话通信系[1]。1946年,贝尔实验室设计了第一个公用移动通信系统;1947年,美国的纽约市与波士顿市之间的高速公路系统就使用了带宽为35~40 MHz的移动通信系统[2]。随着通信技术的发展,蜂窝移动通信系统得到迅猛的发展,1983年,美国投入使用了世界上第一个面向公众的蜂窝移动通信系统。到20世纪80年代,GSM数字蜂窝通信系统成为人们研究的重点[3]。
高速公路地理环境的限制,使得高速公路移动通信系统的建设难度加大。我国已经建成的覆盖区域性的高速公路移动通信系统不能完全覆盖全国范围的高速公路网络,在某些路段存在移动通信的“死区”个更完善的能覆盖全国范围的高速公路网络的移动通信系统是现代高速公路系统的基础性的建设。
对于城市公路移动通信系统的建设,不需要重新建设专门的城市公路移动通信系统,因为公网GSM系统已经覆盖了全部城市公路网络区域。只需要在公网系统中建设虚拟网就可以实现城市公路交通系统的指挥调度与管理[5]。
全国高速公路主干网移动通信系统的建设,利用GSM?R技术[5]来实现。通过对GSM?R系统重新设计来实现高速公路的指挥调度控制,将多个子系统集成于一体,实现平面调车通信系统,隧道无线电系统以及用于维修与管理人员通信的无线电系统。
1 GSM?R技术
铁路综合数字移动通信系统标准(GSM for Railway,GSM?R)是在GSM蜂窝系统的基础上,增加通信调度功能和适应高速运行环境下进行数据通信的功能而研发的无线数字通信系统[6],它将现有的铁路数据通信应用系统与其他的数据传输业务结合到单一的数据通信平台上。
1.1 GSM?R通信系统的结构
图1显示了GSM?R通信系统的体系结构。GSM?R通信系统通过其网络交换子系统(NSS)中网关移动交换中心(GMSC)实现与其他数据通信网络之间的数据传输业务,而且通过通用分组无线业务(GPRS)中的网关业务支持点(GGSN)实现与其他数据通信网络的分组域的数据传输业务[7]。
网络交换子系统(NSS)负责用户端到端的呼叫、用户通信数据管理、移动性管理以及实现与固定网络的连接功能、用户的数据传输业务交换功能、用户数据的移动性管理、系统安全性管理所应具备的相应数据库功能。
基站子系统(BSS)的主要任务是负责与某覆盖区域内的所有移动台(MS)进行数据通信,实现对空中接口的管理。基站子系统是系统的MS与NSS之间进行数据通信的桥梁[8]。
通用分组无线业务系统(GPRS)用于实现通信系统中分组数据之间的交互。
智能网系统(IN)的主要功能是实现功能寻址、位置寻址和管理功能号。
固定用户接入交换系统(FAS)子系统实现调度台、车站台等终端设备接入GSM?R网络。
运行与维护子系统(OMC)的主要任务就是管理和监控整个GSM?R网络,它的一侧连接GSM?R系统的网络设备,而另一侧则连接控制计算机操作台和GSM?R的人机交互接口。
1.2 GSM?R数字移动通信系统的业务功能
在成熟的公共无线通信系统(GSM)[9]之上构建的GSM?R系统是专门为满足铁路系统的应用而开发的无线通信系统。因而,GSM?R系统具有某些更加完善的业务功能子系统,如列车调度、列车控制和高速列车信息通信等子系统,是一种非常适合于高速铁路数据通信的综合而高效的无线通信系统;同样地,GSM?R技术也非常适合于构建高速公路网络的移动通信系统[8]。GSM?R系统主要承载的业务有语音业务和调度业务。
(1) 语音业务
GSM?R系统。
(2) 调度业务
功能寻址:包括信息注册/注销。
与位置有关的寻址:对于某一给定功能的呼叫,选择其通信路由,搜索到与用户位置相关联的目标地址。
2 GSM?R技术高速公路移动通信系统设计方案
高速公路网络的移动通信系统属于专用的移动数据通信网络,该网络由两个主要的区域组成:高速公路网络主干线、路段上的各通信中心或者站点(有人通信站或者无人通信站)。构建的高速公路移动通信网络应该满足高速公路中各个区域之间的移动数据通信业务[10]。专门为高速铁路网络设计的GSM?R系统也非常适合于高速公路移动通信系统的建设,利用GSM?R系统的优势来完善和提高高速公路移动通信系统的数据传输能力,构建完善的智能交通系统。
2.1 移动汇接网络规划方案
利用GSM?R系统构建高速公路数据传输系统时,采用如图2所示的二级网络结构构建网络架构,它由移动汇接网TMSC和移动本地网MSC组成。
使用GSM?R技术构建高速公路数据通信系统的移动通信网络时,只需要在整个高速公路网络的少数几个大区域内设置移动汇接网TMSC,而且TMSC网络之间使用网状网连接。这种网络构架在保障数据通信质量的基础之上,节约了技术投资成本。
2.2 高速公路移动通信系统中GSM?R本地网设计
高速公路移动通信系统中的GSM?R业务本地网的主要组成设备有[11]:移动交换中心(MSC)、网关移动交换中心(GMSC)和归属位置寄存器(HLR)等功能设备。
在高速公路移动通信系统中,移动交换中心MSC的配置原则如下:
在高速公路移动通信系统的GSM?R网络设计中,一个移动交换中心MSC可以应用于多个区域,因此,移动交换中心MSC的设置需要考虑地理环境的因素。
在大的区域内,尽量设置较大容量的交换设备,对于业务量不多的移动业务本地网不设置单独的MSC。
移动交换中心MSC应该尽量设置在高速公路路段管理的通信中心或者道路管理信息化的信息流中心。
2.3 信令与接口
(1) GSM?R系统内的业务交换点(SSP)点均包括MSC、归属位置寄存器(HLR)、鉴权中心(AUC)、短消息中心(SMSC)等,而且所有信令点均采用直连方式。
(2) GSM?R[( dylw .NET) 专业提供论文写作和的服务,欢迎光临]系统的各个MSC之间均为E1数字接口,使用24位信令点编码的七号信令。
(3) MSC与BSC之间的信息传输使用El数字接口,使用14位信令点编码的七号信令。
(4) GSM?R系统与HLR、SMSC之间的信息传输使用El数字接口,使用24位信令点编码的七号信令[12]。
(5) GSM?R系统与专用调度模块、确认中心(AC)、RBC之间的数据通信使用El数字接口,使用ISDN信令。
2.4 网间相互通信
(1) GSM?R系统的移动电话网通过MSC与高速公路系统的专用电话网相连。
(2) 根据GSM移动电话网络高速公路系统的运营维护管理体制的需要,与公众通信网(包括中国电信、中国网通、中国移动、电信运营商等运营商的PSIN,PLMN,IP网)预留互联条件。
2.5 GSM?R系统同步时钟
(1) GSM?R网络与外部网络之间的同步时钟
GSM?R系统的同步时钟采用的是主从同步方式,该系统的数字同步基准使用的是公用数字同步网的标准。
(2) GSM?R网内同步时钟
MSC与BSS之间的数字链路同时作为它们之间同步链路,BSS从MSC中获取所需要的同步时钟信号[12]。
3 结 语
高速公路移动通信系统的建设是智能交通系统的核心,也是难点。本文在分析GSM?R系统的体系结构和主要业务功能的基础上,提出了利用GSM?R系统构建高速公路移动通信系统的设计方案,并对高速公路移动通信系统的主要业务功能和组成模块进行了分析和论证。
参考文献
[1] 酆广增.移动通信技术发展[J].南京邮电学院学报,2002,22(3):20?24.
[2] 胡金泉.蜂窝通信技术的发展与竞争[J].移动通信,1996(1):20?23.
【关键词】移动学习;MAS;Moodle;移动学习管理系统;设备识别;内容自适应
【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A【论文编号】1009-8097(2008)11-0102-05
引言
1998年12月28日,我国教育部在《面向21世纪教育振兴行动计划》中指出“现代远程教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育方式,是构筑知识经济时代人们终生学习体系的主要手段”[1]。中国政府拟在2010年,基本建成有中国特色的多层次、多形式、多功能的远程教育网,为更多的青年提供接受高等教育的机会,构建全民的终身学习体系,实现任何人都可以在任何时间和任何地点进行自主式学习。近年来,随着移动通信速率的提升、资费的下调以及手持设备软硬件平台的快速发展,移动通信网络带宽、手持设备的CPU处理速度、内存大小、多媒体支持、屏幕分辨率已经达到实用程度,手机、PDA等手持设备可以让我们在任何时间或地点获取、处理和发送信息,为我们依托手持设备和无线通信网络开展教学活动提供了可能。
移动学习(Mobile Learning),是无线通信技术和E-Learning的交叉应用,是指学习者在任何时间、任何地点,都可以通过手持设备和无线通信网络获取学习资源进行学习,并与其他学习者和教师进行教学互动[2]。移动学习具有以下特征:学习需要的紧急性;知识获取的主动性;学习设备的移动性;学习过程的互动性;教学活动的情境性;教学内容的一体化。[3]这些特征使移动学习完全不同于传统的让所有教学活动都在指定时间和地点进行的课堂学习。从移动学习的实现方式来看,移动学习实现的技术基础是移动计算技术和互联网技术,即移动互连技术,例如WiFi技术、GPRS技术、3G技术等[4];实现的工具是小型化的手持设备,例如智能电话和PDA等。移动学习的实现设备具有以下特征:便携性,即设备体积小、重量轻,便于随身携带;无线性,即设备无需连线;移动性,指使用者在移动中也可以很好的使用。为推动移动学习的研究和推广移动学习应用,需要建设支持多种网络接入方式的移动学习网络环境,需要开发支持多种手持设备访问的移动学习管理系统。
一 移动学习管理系统研究现状分析
2004年开始由欧盟支持的历时三年的全欧合作研究项目“M-Learning”,通过使用移动技术,尝试加强脱离全日制教育的16-24岁青年的扫盲学习,设计开发了一系列适合移动学习的学习材料,开发了以SMS应用为主的移动学习系统。欧盟支持下的“From e-Learning to m-Learning”项目计划把现有的有线虚拟学习环境发展成无线学习环境,该项目第一阶段建立全球性的无线培训网络,促进和加强职业培训,尝试从d-Learning和e-Learning向m-Learning过渡。台湾Learning in Future Classroom项目,计划利用无线通信技术构建一个“无处不在的学习环境”,打破室内学习的限制,辅助户外教学,实现因材、因时、因地施教。该项目开发了支持“移动教室”、“户外移动学习”和“随身学习”的移动学习平台,设计了多种适合移动学习的教学模式,形成了支持移动课堂、支持情境感知、支持个性化范在学习的移动学习系统。中国网梯科技发展有限公司的“移动学习解决方案”,将现有的有线网络教学平台迁移到无线学习环境中,在无线学习环境中实现了原有的有线网络教学环境的全部功能,形成了基于原有的有线网络教学平台的移动学习系统。
综合世界范围内对移动学习的研究项目,可以发现,现在对移动学习的研究普遍是处于一种探索阶段,只是对移动技术的简单应用(以SMS作为移动学习的主要手段),或者只是将现有的网络学习平台迁移到移动环境中,并没有充分考虑移动学习和现有有线网络学习的区别,没有实现真正的移动学习。移动学习对技术的需求很大,它要求手持设备可以像PC接入Internet一样方便、快捷、高效的满足人们学习的需求,因此,必须为实现移动学习提供足够的技术支持。
二 基于MAS和Moodle的移动学习管理系统研究
近年来,许多学校已经建设了基于校园网的E-Learning学习环境。随着网络技术和无线通信技术的不断发展,构建基于校园无线网络和移动通信网络的移动学习环境是目前校园数字化学习环境的发展趋势。移动学习网络环境的建设,决定了移动学习的应用范围。为了扩展移动学习的应用范围,应考虑无论用户身处何地,都可以便捷的访问移动学习管理系统,实现泛在式学习。校园移动学习管理系统应为具有不同接入特征(如WiFi、GSM等)的手持设备提供多种网络接入方式。本文讨论的移动学习网络环境建设,在部署校园WLAN的基础上,通过将校园内的移动学习管理系统与中国移动MAS系统整合,实现用户不仅可以在校园内使用带有WiFi模块的手持设备通过WLAN访问移动学习管理系统,在校园外也可以使用移动电话通过现有的移动通信网络访问校园内的移动学习管理系统。
1 MAS(Mobile Agent Server)系统简介
中国移动为适应行业集团客户对信息化移动应用不断增长的需求,推出 MAS(移动服务器 Mobile Agent Server)系统,解决行业用户基于移动终端的信息化应用服务。MAS系统包括MAS终端、MAS服务器和MAS管理平台,中国移动通过在集团客户内部部署移动服务器,为集团客户提供基于移动终端的信息化应用服务,将用户的应用和业务延伸到移动终端。移动终端通过MAS系统能够以SMS、MMS、GPRS等移动通信方式连接访问企业内部应用系统,完成对数据的移动应用。[5]
2 移动学习的网络环境构建
基于MAS的移动学习网络拓扑结构如图1所示,在校园内部,桌面PC和笔记本电脑以有线的方式接入校园网,访问移动学习管理系统;带有WiFi模块的手持设备以无线的方式通过WLAN无线接入点进入校园网,访问移动学习管理系统;校园外部的移动电话用户首先接入现有的移动通信网络,然后通过部署在校园内部的移动服务器(MAS)访问移动学习管理系统。
将移动学习管理系统与MAS系统整合,可以为用户提供及时、高效、快捷的教学服务,拓展了固有的校园网络学习环境,实现用户可以随时随地的通过使用各种手持设备进行教学活动,为用户提供了更多的学习机会。移动学习管理系统通过移动信息化的手段,实现了系统的多角色、多层次、多级别、多任务的管理。通过中国移动简易便捷的业务集成能力,还可以有效降低学校的管理成本,促进校园网络教学系统形成高效多层次的管理。
3 移动学习管理系统需求分析
实现移动学习,其关键是要构建一个完整的移动学习管理系统,该系统应支持多种手持设备通过多种无线通信网络接入,提供对多种资源和内容的管理,支持多种适合移动学习的学习模式,为用户提供多种适合移动学习的学习工具。移动学习管理系统提供用户接入管理、学习资源管理、教学服务管理、课程管理、用户界面生成等功能。应用移动学习管理系统来支持移动学习,就是实现用户可以通过手持设备访问移动学习管理系统;管理员可以通过手持设备执行基本的管理任务;教师可以通过手持设备操作基本功能;学生可以通过手持设备加入并参与课程。[6]为现有的网络课程管理系统开发支持移动学习的功能模块是现代远程教育一个新的研究方向。
4 Moodle网络课程管理系统简介
Mood1e(Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment,模块化面向对象的动态学习环境)课程管理系统是一套基于“社会建构主义学习理论”设计开发的开源软件,能够帮助教师高质量的创建和管理网络课程。[7]Moodle的在线教学模块采用可自由组合的动态模块化设计,并支持多种教学模式,可应用在多种不同领域。迄今为止,有近百个国家的2000余个机构采用了Moodle网络教育平台。Moodle为教师提供了基于社会建构主义教学设计理念的十几种课程活动,包括讨论区、学习日志、聊天室、学习资源、单元小结和在线调查等。教师通过简单的设置就可以给课程加入这些活动模块,管理员可以通过管理界面选择安装各种活动模块,开发者可以依据定义的接口开发新的活动模块。
Moodle课程管理系统虽然具有免费、开源、模块化、全功能、支持多样化的教学方式等特点,但由于是为桌面PC设计的,仅支持B/S模式的浏览,提供的教学服务单一,缺乏对移动设备的识别和对学习资源的转换,不能进行与设备类型相适应的页面内容组织,所提供的用户界面不适合手持设备,缺乏对手持设备的支持,不能直接用于移动学习。本文以WLAN、GSM/GPRS等无线通信技术作为手持设备的接入方式,在已搭建好的Moodle网络课程管理系统基础上,讨论以手持设备为终端的移动学习管理系统设计。
三 基于Moodle的移动学习管理系统设计
基于Moodle的移动学习管理系统的具体功能如下所述:
支持多种手持设备通过多种无线通信网络(WLAN、GSM网络等)登录系统,并为其提供移动学习服务;
对用户使用的设备类型进行识别,并对用户身份进行认证;
使Moodle课程管理系统提供的各种具体教学内容和活动适用于不同的手持设备,保证用户浏览内容的友好性、便利性、正确性和一致性;
对适合移动学习的学习资源进行管理,实现学习资源的快速检索和重组;
通过中国移动MAS系统为手机用户提供适合移动学习的教学服务(SMS服务、MMS服务、USSD服务等)。
移动学习管理系统的整体框架如图2所示,用户通过不同的网络和设备以B/S模式登录移动学习管理系统后,先由“用户及设备识别模块”对用户所使用的设备进行识别和对用户的身份进行认证,将PC用户转入现有的Moodle网络课程管理系统,将手持设备用户转入“手持设备内容自适应模块”。“手持设备内容自适应模块”通过“学习资源重组”和“手持设备界面生成”两个组件为手持设备用户提供与设备相适应的浏览内容。“移动学习功能逻辑模块”实现Moodle课程管理系统提供的课程管理及教学服务功能的移动化应用,并提供短信、彩信、USSD等移动应用的互动学习工具。“移动学习资源管理模块”完成对底层数据库的查询和管理,为上层移动学习应用提供所需要的数据。
移动电话用户还可以使用短信、彩信、USSD等移动通信方式与移动学习管理系统进行互动。移动学习管理系统通过MAS通信应用模块与部署在校园内的移动服务器(MAS)中的“Web Service通信插件”交互,为移动电话用户提供相应的短信、彩信和USSD服务。
四 移动学习管理系统关键技术研究
移动学习管理系统是面向多种网络接入方式、多种手持设备,服务于不同终端用户的系统。移动学习管理系统与普通网络学习系统的最大区别,是需要对用户所使用的设备进行识别,需要为不同的设备提供相适应的页面内容,需要针对手持设备用户的特点,为其提供更具特色的学习方式。因此,需要充分考虑各种手持设备的接入和使用特点。移动学习管理系统应具有对用户的设备类型进行识别,并根据设备的具体类型为用户提供相适应内容的功能。此外,对于移动电话用户,除了应考虑使其以B/S模式通过现有的移动通信网络登录校园移动学习管理系统,还应为其提供短信、彩信、USSD等具有移动通信特色的教学服务。本文通过讨论以下三种关键技术,来实现移动学习管理系统的用户设备识别、内容自适应和为移动电话用户提供特色教学服务的功能。
1 用户设备识别
该移动学习管理系统是面向多种手持设备、具有多级用户权限的系统,因此需要一个单独的“用户及设备识别模块”对用户的设备类型和身份进行识别和认证。具体功能如下:
当用户首次访问移动学习管理系统时,对用户设备类型进行识别并提示用户设置浏览偏好,将设备信息和用户偏好设置以Cookie的形式保存在用户设备中;
根据用户设备发送的储存在用户设备中的设备描述文件Cookie来识别用户的手持设备类型和用户的偏好设置;
当接收到用户的身份识别请求信息时,核对用户信息,用户的身份通过认证后,赋予用户相应的权限。
用户使用互联网浏览器以B/S模式访问移动学习管理系统,现在几乎所有的互联网浏览器都支持Cookie操作,将设备类型描述文件以Cookie的形式保存在手持设备中,可以减少服务器负担(服务器对每个设备只进行一次识别,并且不用管理设备类型描述文件)和降低用户的操作复杂度(避免用户在同一设备上重复设置浏览偏好)。“用户及设备识别模块”通过检查手持设备是否具有描述该设备类型的Cookie文件来判断设备是否是第一次登录。当手持设备首次登录移动学习管理系统时,“用户及设备识别模块”先由用户发送的HTTP报头结合服务器端脚本程序来识别用户的手持设备类型,再由用户设置浏览偏好,最后将该手持设备类型和用户偏好设置参数以Cookie的形式保存在手持设备中。当该设备再次登陆系统时,“用户及设备识别模块”直接读取该Cookie,来识别用户的手持设备类型和浏览偏好设置。
2 手持设备内容自适应
“手持设备内容自适应模块”作为教学服务与用户之间的中介,位于教学服务和用户之间,根据“用户及设备识别模块”识别的用户手持设备类型和浏览偏好设置,将移动学习管理系统提供的具体学习内容转换成适合具体手持设备浏览的内容。该模块由“手持设备界面生成”和“学习资源重组”两个组件组成。
(1) 手持设备界面生成
为方便手持设备浏览,使用独立于现有网络学习系统的基于列优先[8]技术的用户界面生成组件,将页面内容的布局从多列显示转换成单列显示,以适应内容在小屏幕的手持设备上浏览。列优先技术可以使用户尽可能的从顶到底的浏览内容,尽量减少浏览时的水平移动,如图3所示。开发模块时使用XML和XSL来定义适合手持设备浏览的页面内容和布局。当手持设备用户访问时,根据不同的设备类型和用户的偏好设置,“手持设备内容自适应模块”通过使用 XSLT 将 XML 文档转换为适合具体设备浏览的Web页面[8]。
(2) 自适应页面内容组织
移动学习管理系统根据用户的设备类型和接入速度,为用户提供相适应的学习资源。首先将数据量较大、质量较好的富媒体资源转换成内容一致但数据量较小、内容稍差的资源,保存到学习资源数据库中。然后根据用户具体的设备类型和接入速度,通过“移动学习资源管理模块”检索与用户设备特征相适应的学习资源,将资源重新组织后交给“手持设备界面生成”组件生成用户界面,再发送给用户,这样做可以减少用户的网络传输开支和计算开支。
3 MAS通信应用模块设计
MAS提供Web Service方式通信适配插件,该插件通过提供统一的Web Service方式对各种通信能力进行封装,降低了企业的开发难度,将繁杂的通信协议与具体的业务应用分离开来,为开发者呈现简单的标准接口。Web Service方式通信适配插件接口封装了以下移动通信能力:短信、彩信、WAP、USSD等。通过将移动学习管理系统与中国移动MAS整合,根据MAS和Moodle的接口规范,开发移动学习管理系统的MAS通信功能模块,使手机用户通过MAS访问移动学习管理系统,保证数据传输的安全性和可靠性,并将短信、彩信、USSD等功能集成到移动学习管理系统中。[9]
五 总结
本文设计了基于MAS的移动学习网络模型,支持具有不同接入方式的手持设备通过不同的无线通信网络接入校园移动学习管理系统,增加了移动学习的灵活性,使用户无论在校园内还是在校园外都可以方便快捷的登录系统,进行教学活动。通过在Moodle的基础上构建移动学习管理系统,使校园内原有的网络教育平台从以PC为终端的应用,延伸到以手持设备为终端的应用,提高了E-Learning的适用范围,把学习从校园内拓展到生活的各个角落。通过应用“设备识别”、“内容自适应”技术和开发MAS通信应用模块,使移动学习管理系统可以为不同的手持设备,提供相适应的学习内容和教学服务,保证了移动学习用户所浏览内容的友好性和一致性。
21世纪,移动学习被认为是各国教育发展的战略目标,是各国政府在世纪初为国民构建开放的、灵活的、终身的学习环境,提供大众化高等教育和全民继续教育的首选方式之一。积极发展新的远程教育方式――移动学习,可以为任何一个有学习觉悟、有求知欲望的社会成员提供宽松的、自由的、灵活的、多种模式的、全程的学习环境和学习机会,符合我国实现教育公平、构建和谐社会的基本要求。
参考文献
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