導航工程專業計算機網絡課程建設

闕佳鴻　馬昕　周繼華

摘要：本文首先明確了民用航空導航工程專業的數據通信與計算機網絡課程教學的教學目標，同時對數據通信與計算機網絡技術在民用航空通信領域的重要作用及應用范圍進行了闡述。為了加深學生對抽象技術和概念理論的學習認識，本課程主張以實踐為主的方式進行計算機網絡教學，在此基礎上研究了計算機網絡理論和實踐的教學內容安排。

關鍵詞：導航工程；計算機網絡；課程建設；實踐教學

數據通信與計算機網絡相關技術在21世紀得到了前所未有的發展，對社會經濟的方方面面，包括我們的民用航空領域，都有深遠的影響。由于受到全球信息化高速發展的影響，我國的民航界也必須敏銳地重視計算機技術的應用和新技術的發展。作為民用航空平面通信系統的部署平臺和開發基礎，我院（空中交通管理學院）將計算機網絡這門課程設置為導航工程專業的核心課程之一。本文從教學目標、理論教學內容、實踐教學內容和課程改革等幾個方面對課程建設的實施方案進行了分析和討論，并提出了一些思考和探索的方向。

1 教學目標

該們課程是我院導航工程專業的基礎課程，主要培養民航通信導航監視崗位的技術人員的職業素養與作業能力，是一門針對就業崗位的專業基礎課程。為后續的CNS/ATM相關課程，也就是民航的通信系統（Communication System）、導航系統（Navigation System）、監視系統（Surveillance System）以及空中交通管理系統（Air Traffic Management System）的課程學習做前期的鋪墊和引導。目標是使得學生對計算機網絡的基本知識和包括CNS在內的民航平面通信系統的網絡體系結構能有一個完整的認識和初步的研究，培養學生管理網絡相關設備的能力、在項目中應用網絡技術的能力以及組建簡單網絡的能力，最終的目標是提高學生的綜合素質。

2 民航導航系統中的計算機網絡

2.1 ACARS系統地空數據傳輸

飛機通信尋址與報告系統（Aircraft Communications Addressing and Reporting System，縮寫：ACARS），其主要任務是幫助地面站與飛行器建立無線電報文通信，本質上它是一種數字數據鏈系統。早起數字數據鏈通信方式尚未廣泛應用，塔臺中的空管人員只能通過高頻（HF）或甚高頻（VHF）語音線路與飛行器中的駕駛人員進行溝通，發布指令，這種方式極譯發生錯誤且安全性較低。

一個完整的ACARS系統包括三個部分：機載的通信子系統、地面的通信子系統和客戶端的子系統。ACARS系統是一個非常典型的地空數據鏈通信系統，全球大部分航空公司都使用這種方式接收其數據服務提供商的相關服務。

2.2 航空電信網

航空電信網（Aeronautical Telecommunications Network，縮寫：ATN ）使用了公共的接口及協議服務，在滿足國際標準的同時集成了多種數據傳輸子網絡，從而實現了統一的數據傳輸流程，所以它并不是與傳統通信網絡完全不同的底層通信網絡[1，2]。這樣的好處在于它可以為我們的航空通信服務提供更高的安全性和可靠性。

作為一個網絡概念，航空電信網可以在整合的基礎上進一步使用有限的通信網絡資源，恰恰滿足了民用航空的統一服務的宗旨。根據空中交通管理部門和航空管理部門等組織提出的具體規范和要求，它可以提供高效率的痛信服務。

2.3 VoIP空管話音通信

VoIP也被稱作IP電話，其先進之處在于它主要利用IP網絡在用戶之間實現話音通信的功能[3]。以模擬信號的形式存在的話音信號在電話網關服務器中被數字化處理成為數據封包（Data Packet），而后通過IP網絡進行實時通信傳輸。與之對應的接收端在收到該數據封包后，通過一系列的方式對其進行重組，將數字信號還原成模擬信號的語音形式。

基本過程如圖1所示：

3 理論教學內容

本門課程的理論教學內容覆蓋了計算機技術和數據通信技術，同時按照TCP/IP參考模型對計算機網絡體系結構進行介紹；重點放在以太網的介紹，同時涉及在行業中應用廣泛的局域網相關技術；對學生的要求是基本能夠掌握網絡互連軟硬件基本原理和相關技術；從應用層面來看，學生在學完本門課程之后，要求能夠獨立安裝web服務器，管理簡單網絡，對全球最新的網絡技術有基本的認識。

3.1 計算機網絡概論

學生通過學習計算機網絡的基礎概念，明白計算機網絡的構成和各個組成部分的功能，能夠清楚的表述出計算機網絡的類型，并且了解計算機網絡的前世今生，以及計算機網絡技術在民航領域中的發展和應用情況。

3.2 計算機網絡體系結構

首先，物理結構和網絡組織建設；其次，從應用的層面對計算機網絡進行布局，其中包涵硬件、軟件和線路媒介，這個過程我們成為網絡配置；第三，網絡體系結構。本章的教學目標在于使學生能夠確切掌握網絡的體系結構以及網絡協議的相關概念，接口（Interface）和服務（Service）的概念。

3.3 數據鏈通信技術

民用航空的通信導航監視設施已經大規模的使用數據鏈通信技術，比如甚高頻數字數據鏈、飛機通信尋址及報告系統、民用航空電信網和空管監視數據鏈系統。其中，空管監視數據鏈的作用是獲取航空器在空中飛行的軌跡和意圖信息，從而實現對航空安全的保障。此處的重點是要掌握數據交換技術、多路復用技術和編碼調制技術。

3.4 局域網技術

在一個局域網中，信息傳遞的實現需要依靠物質基礎，即傳輸的媒介，也稱為傳輸介質。局域網中數據傳輸的可靠性將會受到傳輸介質的影響，包括傳輸的速率和距離。通過對局域網基本技術的學習，學生應該具備連接局域網設備的能力、了解局域網的主要技術、理解光纖分布式數據接口（FDDI）和虛擬局域網VLAN，并且能夠自己動手組建無線局域網。

3.5 網絡的互聯

學習網絡互連的基本概念、Internet網際協議IP、網絡互連設備、路由與VPN和網絡地址轉換NAT、廣域網及相關技術、下一代網際協議，其中包括了廣域網的含義和它所涉及到的相關技術，學生可以通過本章的學習了解典型的廣域網。除以此之容外，還應覆蓋資源子網高層協議、網絡安全與網絡管理技術和網絡發展趨勢與新技術。

4 實踐教學內容

首先是要求學生能夠獨立完成組建和配置簡單的以太網；其次是在網絡操作系統環境下對TCP/IP進行配置和診斷；自主構建DHCP無線局域網；實現虛擬專用網并對其進行規劃；搭建IIS服務器，能夠對該服務器進行熟練配置和使用；可以使用Wireshark、Sniffer Pro等軟件對局域網中的數據包進行抓取并分析。

4.1 以太網的組建

由實驗室提供硬件設施，要求學生自己動手進行各個網絡部件的安裝和連接、安裝網絡軟件、測試網絡是否聯通、檢查是否存在故障、探測所在局域網的拓撲結構、配置交換機和路由器[4]。能夠在命令行下使用簡單的操作命令來測試網絡當前的狀態，懂得如何調用軟件對當前網絡進行管理。

4.2 TCP/IP配置

Windows環境下TCP/IP協議的配置，TCP/IP診斷（ARP命令的使用、ping命令、ipconfig分析與使用）。由實驗室提供網絡操作系統供學生練習使用，要求學生完成TCP/IP相關的基本任務，包括協議的初步配置等。在此基礎上了解該協議的主要功能。

4.3 實現基于DHCP的無線局域網

由實驗室提供硬件資源，要求學生在實驗過程中用客戶端主機對3至5臺路由器或交換機進行配置，同時測試當前網絡工作狀態，實現多個局域網之間的通信；配置虛擬專用網絡（VLAN）并對其進行管理，掌握相關的命令和操作。

4.4 操作DNS服務器和IIS服務器

由實驗室提供具備DNS服務器的網絡環境，學生按照實驗要求對服務器進行管理和配置，實驗要求是能夠利用學生自己配置的DNS服務器實現對Internet（英特網）的訪問；其次是由實驗室提供www服務器，同樣，也要求學生在自行配置之后實現對Internet（英特網）的訪問。

4.5 計算機網絡綜合性

局域網截包分析實驗。由實驗室提供網絡環境和抓包軟件，比如Sniffer Pro或Wireshark，學生在實驗中使用抓包軟件觀測當前局域網中的網絡流量，抓取數據包并進行處理分析，從而了解internet（互聯網）的分層思想同時熟悉各層使用的協議。

5 課程改革

5.1 項目式教學

項目式教學的第一步是在指導老師的帶領下，學生們一同討論，從而制定出一個過多個項目任務，再進一步制定各個項目的首要目標以及實現目標的具體思路；第二步，學生自主計劃，確定完成所分配的項目需要的時間，列出實現的步驟，包括實現的程序和學生之間合作的形式；第三步實施計劃，按照既定的工作步驟和程序進行作業，由指導老師不定時地進行檢查，如果過程中遇到問題，由師生一同尋找解決方法；第四部，檢查和評估，除了學生本人進行自評以外，還需要小組團隊進行互評，最后交由指導老師進行總結評分；第五步，完成撰寫項目文檔的工作[5]。

5.2 團隊教學

教學團隊以服務學生為目的，由我院教師組成，其成員的知識技能要求具有互補性，且各成員之間要求能夠進行高效溝通。在選擇教學團隊成員的時候需要注意兩個方面，一是需要他們具備一定的計算機網絡和民用航空信息領域相關的知識技能，另外還需要能夠達成以服務學生為目標而進行協同工作的共識。教師個體和教師團隊的目標和理念應該是一致的，如此既可以提高教學效率，學生接收和掌握的信息也更為準確和豐富。

5.3 課外實踐

課外實踐的目的是在有限的學時內培養出高水平的民航導航工程專業人才，這就要求實踐課程的效率必須非常高。為此我院分別建立了導航工程實驗室和計算機網絡實驗室，允許學生在實驗室對自己的項目設計進行實踐和分析研究。整個實驗過程都以學生為主要推動者，教師的作用僅僅在于提供必要的實驗資源或是在遇到學生無法解決的問題時提供幫助和指導。我們希望通過這種方式為民航培養出一批適應崗位需求，能夠經受住就業競爭考驗的新型技術性人才，從而帶動整個民航向前邁進。

5.4 評價機制

傳統的考核評價機制存在一些問題，簡單的書面考試不能夠具體反映學生的技術能力和綜合能力。本課程決定采用新型的評價體系，力求通過考核描述出每一個學生的真實客觀的綜合能力。首先考核學生的系統設計能力，目的是了解學生的創新度和對技術的理解；其次是理論考試，考察學生是否下功夫掌握基礎理論知識點；第三是素質考核，除了技術能力以外我們也同樣看重學生的職業素養；最后是實踐考核，這個部分主要目的是評估學生實際動手操作的能力[6]。在這個部分中，教師的作用是幫助學生分析問題認識問題，進一步的挖掘自身的潛在能力，針對不足進行改進，最終達到自主發展的效果。

6 結語

與計算機專業的該門課程不同，民航院校的導航工程專業的數據通信與計算機網絡課程由于定位的不同，教學目標和方法也不盡相同。本門課程的既涵蓋計算機學科的知識又包括交通工程的內容，考慮到教學要求和目標定位，我們設計了針對導航工程專業的課程結構，同時實踐教學也取得了較好的效果。鑒于計算機網絡技術在全球范圍內日新月異的發展速度，我們也將持續不斷的調整和更新我們的教學策略，應對即將到來的需求和挑戰。

參考文獻：

[1]杜寶偉.新一代航空電信網技術及其應用進展[J].中國市場，2011（2）：9193.

[2]張軍.數據通信在民航的應用與發展[J].中國西部科技，2014（10）：6263.

[3]薛曉飛.基于SIP和RTP協議以及聲卡硬件的多路VoIP話音通信實現[D].南京理工大學，2011.

[4]張一.基于二次調制的超短波航空數據通信系統設計與實現研究[D].電子科技大學，2011.

[5]刁芝華，職校專業教學開展項目教學法的探討[J].課外閱讀：中旬，2011（12）：41.

[6]丁燕，王磊.黃河水院數據通信與計算機網絡課程建設探索[J].黃河水利職業技術學院學報，2016（2）：6264.

教學研究基金項目：《數據通信與計算機網絡》新課程建設研究（項目編號：A201628）

作者簡介：闕佳鴻（1987），漢族，四川，碩士，教師，助教，研究方向：交通運輸。