导航工程专业计算机网络课程建设

摘要：本文首先明确了民用航空导航工程专业的数据通信与计算机网络课程教学的教学目标，同时对数据通信与计算机网络技术在民用航空通信领域的重要作用及应用范围进行了阐述。为了加深学生对抽象技术和概念理论的学习认识，本课程主张以实践为主的方式进行计算机网络教学，在此基础上研究了计算机网络理论和实践的教学内容安排。

关键词：导航工程；计算机网络；课程建设；实践教学

数据通信与计算机网络相关技术在21世纪得到了前所未有的发展，对社会经济的方方面面，包括我们的民用航空领域，都有深远的影响。由于受到全球信息化高速发展的影响，我国的民航界也必须敏锐地重视计算机技术的应用和新技术的发展。作为民用航空平面通信系统的部署平台和开发基础，我院（空中交通管理学院）将计算机网络这门课程设置为导航工程专业的核心课程之一。本文从教学目标、理论教学内容、实践教学内容和课程改革等几个方面对课程建设的实施方案进行了分析和讨论，并提出了一些思考和探索的方向。

1 教学目标

该们课程是我院导航工程专业的基础课程，主要培养民航通信导航监视岗位的技术人员的职业素养与作业能力，是一门针对就业岗位的专业基础课程。为后续的CNS/ATM相关课程，也就是民航的通信系统（Communication System）、導航系统（Navigation System）、监视系统（Surveillance System）以及空中交通管理系统（Air Traffic Management System）的课程学习做前期的铺垫和引导。目标是使得学生对计算机网络的基本知识和包括CNS在内的民航平面通信系统的网络体系结构能有一个完整的认识和初步的研究，培养学生管理网络相关设备的能力、在项目中应用网络技术的能力以及组建简单网络的能力，最终的目标是提高学生的综合素质。

2 民航导航系统中的计算机网络

2.1 ACARS系统地空数据传输

飞机通信寻址与报告系统（Aircraft Communications Addressing and Reporting System，缩写：ACARS），其主要任务是帮助地面站与飞行器建立无线电报文通信，本质上它是一种数字数据链系统。早起数字数据链通信方式尚未广泛应用，塔台中的空管人员只能通过高频（HF）或甚高频（VHF）语音线路与飞行器中的驾驶人员进行沟通，发布指令，这种方式极译发生错误且安全性较低。

一个完整的ACARS系统包括三个部分：机载的通信子系统、地面的通信子系统和客户端的子系统。ACARS系统是一个非常典型的地空数据链通信系统，全球大部分航空公司都使用这种方式接收其数据服务提供商的相关服务。

2.2 航空电信网

航空电信网（Aeronautical Telecommunications Network，缩写：ATN ）使用了公共的接口及协议服务，在满足国际标准的同时集成了多种数据传输子网络，从而实现了统一的数据传输流程，所以它并不是与传统通信网络完全不同的底层通信网络[1，2]。这样的好处在于它可以为我们的航空通信服务提供更高的安全性和可靠性。

作为一个网络概念，航空电信网可以在整合的基础上进一步使用有限的通信网络资源，恰恰满足了民用航空的统一服务的宗旨。根据空中交通管理部门和航空管理部门等组织提出的具体规范和要求，它可以提供高效率的痛信服务。

2.3 VoIP空管话音通信

VoIP也被称作IP电话，其先进之处在于它主要利用IP网络在用户之间实现话音通信的功能[3]。以模拟信号的形式存在的话音信号在电话网关服务器中被数字化处理成为数据封包（Data Packet），而后通过IP网络进行实时通信传输。与之对应的接收端在收到该数据封包后，通过一系列的方式对其进行重组，将数字信号还原成模拟信号的语音形式。

基本过程如图1所示：

3 理论教学内容

本门课程的理论教学内容覆盖了计算机技术和数据通信技术，同时按照TCP/IP参考模型对计算机网络体系结构进行介绍；重点放在以太网的介绍，同时涉及在行业中应用广泛的局域网相关技术；对学生的要求是基本能够掌握网络互连软硬件基本原理和相关技术；从应用层面来看，学生在学完本门课程之后，要求能够独立安装web服务器，管理简单网络，对全球最新的网络技术有基本的认识。

3.1 计算机网络概论

学生通过学习计算机网络的基础概念，明白计算机网络的构成和各个组成部分的功能，能够清楚的表述出计算机网络的类型，并且了解计算机网络的前世今生，以及计算机网络技术在民航领域中的发展和应用情况。

3.2 计算机网络体系结构

首先，物理结构和网络组织建设；其次，从应用的层面对计算机网络进行布局，其中包涵硬件、软件和线路媒介，这个过程我们成为网络配置；第三，网络体系结构。本章的教学目标在于使学生能够确切掌握网络的体系结构以及网络协议的相关概念，接口（Interface）和服务（Service）的概念。

3.3 数据链通信技术

民用航空的通信导航监视设施已经大规模的使用数据链通信技术，比如甚高频数字数据链、飞机通信寻址及报告系统、民用航空电信网和空管监视数据链系统。其中，空管监视数据链的作用是获取航空器在空中飞行的轨迹和意图信息，从而实现对航空安全的保障。此处的重点是要掌握数据交换技术、多路复用技术和编码调制技术。

3.4 局域网技术

在一个局域网中，信息传递的实现需要依靠物质基础，即传输的媒介，也称为传输介质。局域网中数据传输的可靠性将会受到传输介质的影响，包括传输的速率和距离。通过对局域网基本技术的学习，学生应该具备连接局域网设备的能力、了解局域网的主要技术、理解光纤分布式数据接口（FDDI）和虚拟局域网VLAN，并且能够自己动手组建无线局域网。

3.5 网络的互联

学习网络互连的基本概念、Internet网际协议IP、网络互连设备、路由与VPN和网络地址转换NAT、广域网及相关技术、下一代网际协议，其中包括了广域网的含义和它所涉及到的相关技术，学生可以通过本章的学习了解典型的广域网。除以此之容外，还应覆盖资源子网高層协议、网络安全与网络管理技术和网络发展趋势与新技术。

4 实践教学内容

首先是要求学生能够独立完成组建和配置简单的以太网；其次是在网络操作系统环境下对TCP/IP进行配置和诊断；自主构建DHCP无线局域网；实现虚拟专用网并对其进行规划；搭建IIS服务器，能够对该服务器进行熟练配置和使用；可以使用Wireshark、Sniffer Pro等软件对局域网中的数据包进行抓取并分析。

4.1 以太网的组建

由实验室提供硬件设施，要求学生自己动手进行各个网络部件的安装和连接、安装网络软件、测试网络是否联通、检查是否存在故障、探测所在局域网的拓扑结构、配置交换机和路由器[4]。能够在命令行下使用简单的操作命令来测试网络当前的状态，懂得如何调用软件对当前网络进行管理。

4.2 TCP/IP配置

Windows环境下TCP/IP协议的配置，TCP/IP诊断（ARP命令的使用、ping命令、ipconfig分析与使用）。由实验室提供网络操作系统供学生练习使用，要求学生完成TCP/IP相关的基本任务，包括协议的初步配置等。在此基础上了解该协议的主要功能。

4.3 实现基于DHCP的无线局域网

由实验室提供硬件资源，要求学生在实验过程中用客户端主机对3至5台路由器或交换机进行配置，同时测试当前网络工作状态，实现多个局域网之间的通信；配置虚拟专用网络（VLAN）并对其进行管理，掌握相关的命令和操作。

4.4 操作DNS服务器和IIS服务器

由实验室提供具备DNS服务器的网络环境，学生按照实验要求对服务器进行管理和配置，实验要求是能够利用学生自己配置的DNS服务器实现对Internet（英特网）的访问；其次是由实验室提供www服务器，同样，也要求学生在自行配置之后实现对Internet（英特网）的访问。

4.5 计算机网络综合性

局域网截包分析实验。由实验室提供网络环境和抓包软件，比如Sniffer Pro或Wireshark，学生在实验中使用抓包软件观测当前局域网中的网络流量，抓取数据包并进行处理分析，从而了解internet（互联网）的分层思想同时熟悉各层使用的协议。

5 课程改革

5.1 项目式教学

项目式教学的第一步是在指导老师的带领下，学生们一同讨论，从而制定出一个过多个项目任务，再进一步制定各个项目的首要目标以及实现目标的具体思路；第二步，学生自主计划，确定完成所分配的项目需要的时间，列出实现的步骤，包括实现的程序和学生之间合作的形式；第三步实施计划，按照既定的工作步骤和程序进行作业，由指导老师不定时地进行检查，如果过程中遇到问题，由师生一同寻找解决方法；第四部，检查和评估，除了学生本人进行自评以外，还需要小组团队进行互评，最后交由指导老师进行总结评分；第五步，完成撰写项目文档的工作[5]。

5.2 团队教学

教学团队以服务学生为目的，由我院教师组成，其成员的知识技能要求具有互补性，且各成员之间要求能够进行高效沟通。在选择教学团队成员的时候需要注意两个方面，一是需要他们具备一定的计算机网络和民用航空信息领域相关的知识技能，另外还需要能够达成以服务学生为目标而进行协同工作的共识。教师个体和教师团队的目标和理念应该是一致的，如此既可以提高教学效率，学生接收和掌握的信息也更为准确和丰富。

5.3 课外实践

课外实践的目的是在有限的学时内培养出高水平的民航导航工程专业人才，这就要求实践课程的效率必须非常高。为此我院分别建立了导航工程实验室和计算机网络实验室，允许学生在实验室对自己的项目设计进行实践和分析研究。整个实验过程都以学生为主要推动者，教师的作用仅仅在于提供必要的实验资源或是在遇到学生无法解决的问题时提供帮助和指导。我们希望通过这种方式为民航培养出一批适应岗位需求，能够经受住就业竞争考验的新型技术性人才，从而带动整个民航向前迈进。

5.4 评价机制

传统的考核评价机制存在一些问题，简单的书面考试不能够具体反映学生的技术能力和综合能力。本课程决定采用新型的评价体系，力求通过考核描述出每一个学生的真实客观的综合能力。首先考核学生的系统设计能力，目的是了解学生的创新度和对技术的理解；其次是理论考试，考察学生是否下功夫掌握基础理论知识点；第三是素质考核，除了技术能力以外我们也同样看重学生的职业素养；最后是实践考核，这个部分主要目的是评估学生实际动手操作的能力[6]。在这个部分中，教师的作用是帮助学生分析问题认识问题，进一步的挖掘自身的潜在能力，针对不足进行改进，最终达到自主发展的效果。

6 结语

与计算机专业的该门课程不同，民航院校的导航工程专业的数据通信与计算机网络课程由于定位的不同，教学目标和方法也不尽相同。本门课程的既涵盖计算机学科的知识又包括交通工程的内容，考虑到教学要求和目标定位，我们设计了针对导航工程专业的课程结构，同时实践教学也取得了较好的效果。鉴于计算机网络技术在全球范围内日新月异的发展速度，我们也将持续不断的调整和更新我们的教学策略，应对即将到来的需求和挑战。

参考文献：

[1]杜宝伟.新一代航空电信网技术及其应用进展[J].中国市场，2011（2）：9193.

[2]张军.数据通信在民航的应用与发展[J].中国西部科技，2014（10）：6263.

[3]薛晓飞.基于SIP和RTP协议以及声卡硬件的多路VoIP话音通信实现[D].南京理工大学，2011.

[4]张一.基于二次调制的超短波航空数据通信系统设计与实现研究[D].电子科技大学，2011.

[5]刁芝华，职校专业教学开展项目教学法的探讨[J].课外阅读：中旬，2011（12）：41.

[6]丁燕，王磊.黄河水院数据通信与计算机网络课程建设探索[J].黄河水利职业技术学院学报，2016（2）：6264.

教学研究基金项目：《数据通信与计算机网络》新课程建设研究（项目编号：A201628）

作者简介：阙佳鸿（1987），汉族，四川，硕士，教师，助教，研究方向：交通运输。

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