物聯網安全與工程專業的建設模式探索

趙國生++王健++李世明++郭乃文++郭兆文

摘 要：針對物聯網安全與工程專業的建設模式提出一些探索性的問題，為該專業的課程設置、課程體系建設、人才培養模式、校企合作機制建設、職業能力分析等方面提供一些新的建設思路。

關鍵詞：物聯網安全與工程；課程模式；專業建設；人才培養

0 引 言

物聯網學科是一個交叉性的學科，自我國提出物聯網發展戰略以來，物聯網技術與產業如雨后春筍一般，以驚人的速度蓬勃發展[1]。從本質上來講，物聯網并不是一種全新的應用和工程技術，它是信息技術產業化并且發展到一定程度的必然產物。物聯網是一種聚合應用創新，其關鍵技術[2]如傳感器網絡技術、射頻識別技術、無線傳感器網絡技術、信息安全技術等大多是前幾年已經出現并且得到深入研究的技術。物聯網產業繁榮發展的同時，與物聯網有關的安全問題[3]也逐漸浮出水面，引起許多研究人員的重視。從宏觀角度來看，物聯網對我國未來經濟和社會發展具有深遠的影響，而物聯網安全也必將成為未來我國信息安全和國家安全的核心部分。因此，高校應當重視培養物聯網安全方面的人才，物聯網安全與工程專業的發展已成為當務之急。

1 關于專業培養模式的構想

自我國提出“全面建設物聯網發展戰略”以來[4]，物聯網技術在我國諸多領域逐漸發展起來，如城市監控、工業管理、智能醫療、智能交通、智能家居等，成為繼通信網絡技術之后的下一個萬億級市場。如今，我們仍面臨著一個難以解決的難題，即由于物聯網的定義和應用范圍極廣，在物聯網產業運行的同時存在著產業鏈缺失、多方面標準不統一的問題，因此物聯網技術人才的輸送途徑就很難得到保障。社會對于物聯網人才有著強烈而迫切的需求，物聯網復合型人才卻極其匱乏，造成了人才缺口，究其原因是多方面的，如企業的人才需求與高校的培養方式不能對接、社會也未能給人才發展營造良好的環境等。

1.1 物聯網安全結構架構

無論是物聯網工程還是物聯網安全，從本質上來說，它們都屬于綜合性學科，其中不乏射頻識別、網絡通信、無線傳感器網絡、計算機基礎等技術的支持，因此，物聯網安全問題包含各類基礎技術自身的安全問題和聚合后的交叉安全問題兩部分。物聯網安全的總體描述[5]如圖1所示。

1.2 多層次培養計劃制訂

互聯網可以劃分為包含物理層、數據鏈路層、網絡層在內的7個層次，對比互聯網，物聯網大致可劃分為3個層次。第1個是感知層，其核心工作是負責物理層信息的感知、采集和整理，也是物聯網通信中數據的來源；第2個是網絡層，主要負責遠距離信息的傳輸，并保證信息傳輸的可靠性；第3個層次是應用層，負責對信息進行處理、分析和運用。因此，在討論物聯網安全的問題時，要做到分層考慮。此外，信息安全方面的一些技術[6]，如數字認證、數據加密、隱私保護等，同樣也是物聯網安全技術的培養重點。針對物聯網工程專業的廣域及復雜程度，教師要靈活地培養物聯網技術人才，在設置公共培養課程的基礎上，按照學生的興趣及學習進展，進行多層次培養。

物聯網安全技術與信息安全技術看似不同，實則息息相關。掌握信息安全的核心技術及網絡安全的基本概念，是正確認識和理解物聯網安全的一個重要前提，且重點在于數據加密技術。這不僅是信息安全的研究重點，其他安全技術和理論也大多建立在數據加密技術的基礎上。基于信息安全技術的學習，物聯網安全與工程專業的課程學習大致可分為以下3個方向。

1）感知層安全技術方向——物聯網應用實施。

感知層方向主要是利用射頻識別技術、傳感器設備、定位系統設備等感知設備和技術，通過終端節點對各類信息及被標識物體進行感知和收集，并通過短距離無線傳輸的通信方式完成和處理一些復雜的操作。感知層方向的安全問題主要集中在終端設備和短距離無線傳輸的通信，如何使學生具備傳感器使用、網絡服務器配置和無線網絡應用等多種技術能力是本方向的重點。在物聯網中，感知層安全是最能體現物聯網特性的部分。由于感知層的終端設備普遍存在存儲大小、計算處理和電源續航的限制，傳統信息安全的解決方法不能作用于感知層的安全，因此在本方向的教學中，教師應充分體現物聯網特性，結合實驗，增強學生的應用能力和操作能力。

2）網絡層安全技術方向——物聯網應用維護。

物聯網和互聯網有著密不可分的聯系，換一種角度考慮，互聯網是物聯網的基礎，因此，互聯網通信中所存在的安全問題在物聯網通信中依然存在。本方向主要講授傳統網絡的安全問題，在此基礎上，結合物聯網感知特性，進一步進行物聯網安全的解答，使學生對物聯網系統應用的維護有較深刻的理解。在一個完整的物聯網體系中，存在大量節點數據，這些節點數據會直接接入網絡，如何在物聯網“多元異構”的復雜環境下，保證這些信息的可用性、完整性、機密性、不可否認性、可控性等，將會是一個不小的挑戰。

3）應用層安全技術方向——物聯網應用開發。

從應用層角度來看，物聯網的發展是基于多種平臺及業務類型的，如此情況下，物聯網的安全架構設計就顯得十分艱巨，同時還存在著數據信息安全及用戶信息隱私保護的問題。因此，在保證基礎編程能力培養的課程之外，應用層安全技術方向的重點應放在用戶的隱私保護[7]方面。在物聯網蓬勃發展的宏觀背景下，幾乎所有物件能與互聯網產生聯系，如果基于這些物件的人或者組織缺乏有效的隱私保護措施或手段，那么不法分子就可以通過物件信息來獲取物主的個人隱私信息或實現對物主的行為追蹤，這對于個人隱私安全保護來說是一個極大的挑戰。

1.3 人才培養模式設想

在完成基本課程教育內容之外，為培養物聯網專業學生的綜合能力，使其畢業后能有更好的去向，在專業的培養計劃中，教師還可采用“校企共培、人才引薦、技能競賽”的特色培養模式。

1）校企合作培養。

面對高等院校改革和發展教育的趨勢，校企聯合培養[8]人才是一個比較好的培養模式。在物聯網安全人才的培養中，可以按照行業用人標準，與達成合作協議的企業共同制訂專業建設及人才培養方案，由校企雙方共同努力培養企業應用型人才。endprint

2）優秀人才引薦。

在如今就業形勢嚴峻的情況下，為了既減少學生的就業壓力，又能夠及時向相關企業輸送人才，教師可以根據學生個人的學習及發展情況，推薦優秀畢業生直接進入企業就職。

3）技能競賽訓練。

目前的教育體制改革[9]，提倡學生提升自己的應用能力和動手操作能力。為了提升物聯網安全專業人才的整體素質，完善專業建設，學校可與相關教育企業達成協議，在物聯網安全與工程專業建設在線實驗平臺（U-SaaS），構建在線實訓、能力測評、賽前訓練、線上大賽等實訓項目；也可帶領學生積極參與由企業組織主辦或承辦的相關技能大賽，進一步加深學生對專業知識的理解。

2 物聯網安全與工程專業建設

2.1 建設校企合作體制機制

為了更好地培養物聯網安全與工程專業的人才，校方可以與企業建立合作關系，在雙方達成友好協商的前提下，作出如下的明確規定。

（1）基于企業提供的實驗資源包，積極建設、引用、消化及吸收最先進的教學實驗設備和配套實驗教學系統，如網絡攻防、無線安全、移動應用開發、大數據實訓、工控攻防實訓、移動應用開發實訓平臺、網絡攻防實訓平臺、在線實驗平臺U-SaaS等系統或平臺。

（2）合作期間，由校方與企業團隊一起編寫實驗教材、實訓指導書、知識文檔和項目案例，進行課件研發、項目合作開發、產學研合作等。

（3）積極參加專業建設研討會，總結專業建設中存在的各種問題，鞏固建設成果，升級和完善物聯網安全與工程專業的建設方案。

2.2 完善人才培養模式

2.2.1 專業定位

基于當前物聯網安全技術的發展情況[10]以及國家、高校信息化建設現狀，在完成物聯網安全與工程專業的方向培養后，為保證學生畢業后的專業能力及工作能力，我們將根據學生學習情況再次進行方向培養，包括物聯網應用實施、物聯網應用開發和物聯網應用維護3個培養方向，使學生具備基本的物聯網應用能力，培養學生的職業道德和團隊精神，以滿足企業對人才的種種需求[11]。經過培養，學生可以逐步成長為物聯網應用基礎設備實施人才——物聯網應用實施工程師；物聯網應用系統、嵌入式系統軟件開發人才——物聯網應用開發工程師；物聯網應用運行維護人才——物聯網應用維護工程師。

2.2.2 培養模式建設

將人才培養模式按學年的方式進行描述。第1學年主要以學習基礎課程為主，由校內的專業教師負責培養，主要是對物聯網基本概念的學習及基礎編程學習；第2學年，由專業老師和企業教師共同負責，在專業教師教授基礎專業課的同時，由企業教師負責實訓項目教學，利用真實的項目案例培養學生的應用實施能力、編程開發能力和基本維護能力；第3學年，由企業教師帶隊，進行校內實訓，企業教師和校內專業教師分為多個小組，對學生實施多方向培養模式，在真實項目的引導下，進一步培養學生的物聯網應用技能；第4學年，安排學生進入企業開展實訓，教學內容由企業安排，以真實項目任務為主，培養學生的實際操作能力和崗位就業能力，其中，對于學習基礎良好并有進一步深造打算的學生，可由校內專業教師負責，加強其專業理論知識的學習。

2.3 構建課程體系

2.3.1 物聯網職業能力分析

我們基于物聯網安全與工程專業的畢業流向，結合本科生的學習心理及成長規律[12]，根據專業劃分學習范圍，分析并進行了相關課程的體系建設；考慮到學生未來的發展方向，形成以“理論、實踐、教育”三線并重的特色課程體系，通過校企合作、工學結合、項目導向等方式，完成物聯網專業的教學；根據物聯網行業的相關調研，對畢業生去向作進一步研究，初步形成物聯網未來的就業崗位及職業能力分析表[13]，見表1。

2.3.2 多分支課程體系結構設計

為了培養學生的實際工作能力，使其具備物聯網安全與應用的基本實施、開發與維護能力，學校與企業成立了課程設計小組，通過對專業前景及職業能力認真分析，研討了物理網安全的課程體系[14]，如圖2所示，初步擬定采用多分支的課程結構設計，分為物聯網應用實施、物聯網應用維護和物聯網應用開發3方面。

在專業基礎課程的培養中，學生要掌握與課程相關的計算機原理、數據庫原理、物聯網基礎理論及專業英語的基本能力。在職業方向的培養中，針對不同職業的屬性和技能要求，相關課程的安排則更緊貼實際工作的應用技能。

3 結 語

物聯網技術的發展是一個必然趨勢，作為網絡信息技術領域的又一次革命，物聯網在人們的日常生活中占據著不低的地位。物聯網安全作為物聯網方向中的熱點，在物聯網行業的發展中起到不可或缺的作用。為迎合我國物聯網產業的建設熱潮，高等院校應該緊緊抓住當前這一發展與改革的機遇，用正確的方式和思路培養物聯網安全、工程技術人才，為促進各地物聯網產業迅速、持續、健康發展提供技術支持和人才支撐。我們針對物聯網安全與工程專業建設的模式提供了一些想法，在完善基礎課程建設與人才培養模式的前提下，提出多方向培養人才計劃，避免因物聯網體系臃腫而造成“學而不精”的情況，使物聯網專業人才在畢業后能夠擁有良好的專業基礎，得到更好的發展。

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（編輯：宋文婷）endprint