IOT環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程群及實(shí)驗(yàn)綜合平臺(tái)建設(shè)

李 紅， 賀章擎， 歐陽(yáng)勇

(湖北工業(yè)大學(xué) a.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院； b.電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430068)

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IOT環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程群及實(shí)驗(yàn)綜合平臺(tái)建設(shè)

李 紅a， 賀章擎b， 歐陽(yáng)勇a

(湖北工業(yè)大學(xué) a.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院； b.電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430068)

物聯(lián)網(wǎng)(IOT)是下一代信息技術(shù)的核心，互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，在這種新形式下，承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)模塊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群成為了高校信息類專業(yè)中最重要的專業(yè)課程群之一，但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與體系已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)課程群建設(shè)的需要。本文通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn)的分析,針對(duì)目前課程群實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足,根據(jù)“創(chuàng)新優(yōu)先，能力主導(dǎo)，課程協(xié)同，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)課程群教學(xué)模式，研究并提出一種分層次的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程群體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了一套新的符合人才培養(yǎng)需求的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以為師生提供一個(gè)高水平和高效率的教學(xué)科研平臺(tái)。

IOT; 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)； 課程群； 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

0 引 言

作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，物聯(lián)網(wǎng)以其迅猛的發(fā)展勢(shì)頭和所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益，成為了下一個(gè)推動(dòng)世界高速發(fā)展的重要生產(chǎn)力，同時(shí)也給高校帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)與挑戰(zhàn)[1]。社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才數(shù)量和質(zhì)量需求的不斷增長(zhǎng)，使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群成為了高校信息類專業(yè)最重要的專業(yè)課程群之一。該課程群的研究對(duì)象主要包括網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與管理以及網(wǎng)絡(luò)安全與防護(hù)等，既包含了一些偏重于理論課程，也包含一些偏重于實(shí)踐的課程，具有知識(shí)覆蓋范圍廣、內(nèi)容豐富、理論抽象以及實(shí)踐性強(qiáng)等特征[1]。

網(wǎng)絡(luò)課程群中包含的互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)模塊是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心，在以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為發(fā)展趨勢(shì)的信息時(shí)代，如何在網(wǎng)絡(luò)課程群教學(xué)過(guò)程中體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最重要的特色——能力與創(chuàng)新，是值得思考的問題。筆者依托湖北省級(jí)教研項(xiàng)目的支持和資助，以教學(xué)團(tuán)隊(duì)的形式對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程群的建設(shè)進(jìn)行了一系列的研究和探索。提出了“創(chuàng)新優(yōu)先，能力主導(dǎo)，課程協(xié)同，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的網(wǎng)絡(luò)課程群教學(xué)模式[2-4]。特別針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)部分，探尋了在IOT環(huán)境下如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程群建設(shè)與課程群綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與搭建問題。旨在為教學(xué)和師生服務(wù)，提供一個(gè)高水平、高效率和高質(zhì)量的教學(xué)科研平臺(tái)。

1 網(wǎng)絡(luò)課程群綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

1.1 傳統(tǒng)課程群實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)弊端

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生動(dòng)手能力和鞏固理論知識(shí)最為有效的途徑，也是綜合能力培養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)室為實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)提供主要的場(chǎng)所和資源,同時(shí)也是學(xué)生和教師重要的學(xué)習(xí)與科研場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的水平是衡量學(xué)?？蒲兴胶蛯?shí)踐教學(xué)的重要標(biāo)志[3]。然而，目前許多高校課程群的建設(shè)重點(diǎn)仍然偏重于理論部分，對(duì)實(shí)踐部分的課程群體系建設(shè)未給予充分的重視，仍然采用了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與管理模式，導(dǎo)致出現(xiàn)了如下一些問題：

(1) 實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置不合理。每門課雖然都有配套的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，但是有些課程的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)設(shè)置并不能突出本課程的特點(diǎn)，有的課程偏重于實(shí)踐，但是實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)只占總學(xué)時(shí)的四分之一，一部分原因是在早期設(shè)置教學(xué)大綱過(guò)程中沒有充分考慮課程的特點(diǎn)，一部分原因是受實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的限制，一些應(yīng)該開設(shè)的實(shí)驗(yàn)因?yàn)闆]有實(shí)驗(yàn)條件支持從而無(wú)法開設(shè)。

(2) 課程相互獨(dú)立，沒有形成課程群的體系。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上沒有提前進(jìn)行規(guī)劃，每門課程的指定負(fù)責(zé)老師只負(fù)責(zé)本門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，和其他老師交流甚少，導(dǎo)致在教學(xué)內(nèi)容上有密切關(guān)聯(lián)的課程之間出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重疊的現(xiàn)象，各課程之間的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既不協(xié)調(diào)也不連貫。

(3) 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃零散，缺乏全局性的建設(shè)目標(biāo)。專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)主要是根據(jù)課程的需要來(lái)一個(gè)一個(gè)的建立，一方面是受到資金的限制，一方面是缺乏整體的建設(shè)規(guī)劃，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室設(shè)備零散無(wú)法統(tǒng)一管理與使用。

(4) 缺乏統(tǒng)一完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。主要表現(xiàn)在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)所分配并不固定，每個(gè)學(xué)期排實(shí)驗(yàn)課程都是按照“填空”的規(guī)則，軟件在不同的實(shí)驗(yàn)室之間重復(fù)安裝，硬件資源共享利用率也并不充分；實(shí)驗(yàn)室管理欠缺，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和時(shí)間必須固定，授課教師不能自由安排學(xué)生,無(wú)法滿足開放實(shí)驗(yàn)的需求；實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理混亂，缺乏友好的交互界面和快捷方便的切換方式，也沒有完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)和技術(shù)支持[5-7]。

綜上所述，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)情況和實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況并不符合能力培養(yǎng)和創(chuàng)新思維培養(yǎng)的要求。

1.2 網(wǎng)絡(luò)課程群綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

針對(duì)上述傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的弊端和不足，近年來(lái)，我們經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研并結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、課程特點(diǎn)、課程群課程之間內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行了研究、梳理和整合，明確了課程群 中的主干課程和各課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并將課程群中課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行總體規(guī)劃和整合，提出了“創(chuàng)新優(yōu)先，能力主導(dǎo)，課程協(xié)同，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的網(wǎng)絡(luò)課程群教學(xué)模式，以期達(dá)到以下建設(shè)目標(biāo)：

(1) 以“課程協(xié)同，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”為推動(dòng)力，搭建層次化網(wǎng)絡(luò)課程群實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入課程群建設(shè)理念，充分考慮課程群內(nèi)諸課程在結(jié)構(gòu)、內(nèi)容上的相互關(guān)系，對(duì)各門課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行梳理和整合，探索層次化結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)課程群體系，從全局的角度來(lái)考慮實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排和規(guī)劃，從而減少課程內(nèi)容重復(fù)并保證內(nèi)容連貫性與完整性。通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)推動(dòng)模式，使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用情境和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，圍繞項(xiàng)目的要求展開學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)探究、實(shí)踐、思考、運(yùn)用、解決的學(xué)習(xí)能力。

(2) 以“創(chuàng)新優(yōu)先，能力主導(dǎo)”為培養(yǎng)目標(biāo)，建立完善統(tǒng)一的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。將零散的課程實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃和部署，網(wǎng)絡(luò)課程群集中在一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，增加設(shè)備集約化和共享性，有利于實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用場(chǎng)景的需求；把每個(gè)實(shí)踐知識(shí)點(diǎn)模塊化和規(guī)范化，各門課程實(shí)驗(yàn)可采取“項(xiàng)目+模塊”的方式自由組合，打破課程之間的壁壘和約束，增加實(shí)驗(yàn)的靈活性[2]。同時(shí)，該平臺(tái)還可以作為教師和學(xué)生的自主創(chuàng)新科研平臺(tái)，同時(shí)為教學(xué)和科研服務(wù)。

2 網(wǎng)絡(luò)課程群的課程實(shí)驗(yàn)體系

2.1 課程內(nèi)容分析與設(shè)置

結(jié)合本校特點(diǎn)以及人才培養(yǎng)需求，目前我院的網(wǎng)絡(luò)課程群包含的課程主要有“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”“網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)”“TCP/IP協(xié)議原理”“網(wǎng)絡(luò)編程與系統(tǒng)開發(fā)”以及“網(wǎng)絡(luò)管理與安全”。每門課程都由理論學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)兩部分組成，根據(jù)課程特點(diǎn)的不同，理論學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的分配比例會(huì)有一定的差異，每門課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容經(jīng)過(guò)梳理和整合，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上也各有側(cè)重點(diǎn)，避免了出現(xiàn)重疊的情況，具體的設(shè)置情況如表1所示。

表1 網(wǎng)絡(luò)課程群中的課程設(shè)置

我們希望通過(guò)上述一系列課程的理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系的理解、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)和應(yīng)用等方面的能力，依據(jù)課程特點(diǎn)和知識(shí)體系提煉出各門課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)側(cè)重點(diǎn)，旨在形成一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議理解為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)編程與應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全與維護(hù)為提高，以能力培養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)群體系。

2.2 分層次的網(wǎng)絡(luò)課程群實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)課程群包含的課程內(nèi)容豐富、知識(shí)覆蓋面廣，涉及眾多的概念、原理、協(xié)議和技術(shù)，這些內(nèi)容相互聯(lián)系錯(cuò)綜復(fù)雜的貫穿于每門課程之中，使得學(xué)生理解起來(lái)比較困難，學(xué)生也普遍反映在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中難于上手。為了應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程群的廣度和復(fù)雜度，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程群實(shí)驗(yàn)內(nèi)容統(tǒng)一規(guī)劃和全局考慮基礎(chǔ)上，借鑒分層次的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究思路，我們提出了分層次的網(wǎng)絡(luò)課程群實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)教學(xué)思路，依據(jù)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從理論到實(shí)踐、從抽象到具體的原理，設(shè)計(jì)了針對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的層次模塊化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K和進(jìn)階實(shí)驗(yàn)?zāi)K到專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K，滿足了課程群實(shí)驗(yàn)覆蓋面廣、知識(shí)點(diǎn)多、難度大的教學(xué)需求，具體的分層次網(wǎng)絡(luò)課程群實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 分層次的網(wǎng)絡(luò)課程群實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)

從上圖的層次結(jié)構(gòu)中可看到，網(wǎng)絡(luò)課程群實(shí)驗(yàn)體系分為4個(gè)層次，從下往上依次推進(jìn)和深入，各層之間相互依賴又相對(duì)獨(dú)立，下層是上層學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，通過(guò)從下往上四個(gè)學(xué)習(xí)階段的不斷推進(jìn)，學(xué)生的動(dòng)手能力逐步提高，達(dá)到創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目標(biāo)[8-10]。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K位于整個(gè)課程群實(shí)驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)的最底層，是其他各層次實(shí)驗(yàn)?zāi)K的基礎(chǔ)部分，學(xué)生通過(guò)完成此層次的實(shí)驗(yàn)，能夠理解互聯(lián)網(wǎng)的工作原理和基本的網(wǎng)絡(luò)互連知識(shí)，對(duì)主要的IPV4協(xié)議具備基本的分析能力，能通過(guò)交換機(jī)和路由器搭建小型網(wǎng)絡(luò)，并學(xué)習(xí)信息安全中的密碼學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容。此模塊知識(shí)內(nèi)容是學(xué)生必須熟練掌握的基本技能，相對(duì)于其他實(shí)驗(yàn)?zāi)K難度也是最小的。

進(jìn)階實(shí)驗(yàn)?zāi)K在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的基礎(chǔ)上無(wú)論從廣度或深度上都有所提高，在IPV4協(xié)議分析基礎(chǔ)上加入了IPV6協(xié)議的分析，在小型園區(qū)網(wǎng)搭建的基礎(chǔ)上加入了園區(qū)網(wǎng)的安全策略配置，在有線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上加入了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容，學(xué)生通多此層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，能夠擴(kuò)展對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)對(duì)園區(qū)網(wǎng)綜合設(shè)計(jì)以及完整搭建的意識(shí)，并增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)。此模塊內(nèi)容是學(xué)生需要掌握的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，有一定的難度。

通過(guò)基礎(chǔ)模塊和進(jìn)階模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生在協(xié)議理解、網(wǎng)絡(luò)搭建、信息安全以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方面已經(jīng)具備了一定的分析問題和解決問題的能力，專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K則從專業(yè)技術(shù)層面上來(lái)細(xì)分，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更有針對(duì)性，體現(xiàn)專業(yè)方向的差異性，主要的子方向有網(wǎng)絡(luò)編程、網(wǎng)絡(luò)工程和網(wǎng)絡(luò)管理與安全。此模塊內(nèi)容可以根據(jù)學(xué)生所選方向不同而靈活設(shè)置，偏重點(diǎn)可以根據(jù)需要有所不同[11-13]。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K是在底下三層實(shí)驗(yàn)?zāi)K基礎(chǔ)上的提升與綜合應(yīng)用，希望通過(guò)一些綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)他們綜合應(yīng)用和創(chuàng)新思維能力，每個(gè)綜合項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中都融合了課程群中的多門課程內(nèi)容，也是對(duì)前面實(shí)驗(yàn)?zāi)K實(shí)踐效果的檢驗(yàn)。

3 多平臺(tái)融合的綜合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

從早期的離散式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室到中期的集中式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，再到現(xiàn)在的綜合型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，高校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展建設(shè)過(guò)程一直伴隨著教學(xué)改革的步伐，遵循著為教學(xué)科研服務(wù)的宗旨[13]。2014年下半學(xué)期，為了提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，并配合網(wǎng)絡(luò)課程群省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目的建設(shè)需求，我院投入大量資金開始籌備規(guī)劃建設(shè)綜合型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)征集課程群老師們的意見和廣泛調(diào)研，依托銳捷網(wǎng)絡(luò)、中軟吉大等知名高校合作企業(yè)的協(xié)助，對(duì)原計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行升級(jí)和改造，于2015年3月建成網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

實(shí)現(xiàn)了將原有的多個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)平臺(tái)融合在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的目標(biāo)，硬件資源和軟件資源都能實(shí)現(xiàn)最大的共享，并能根據(jù)課程和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方便的進(jìn)行切換，不僅可以支持網(wǎng)絡(luò)課程群中課程的的絕大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的全面建設(shè)與管理。網(wǎng)絡(luò)綜

合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)組成如圖2所示：

圖2 多平臺(tái)融合的綜合實(shí)驗(yàn)室

3.1 硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與部署

3.1.1 實(shí)驗(yàn)室硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的面積大小和形狀特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室的硬件平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)合了常見的“背靠背”和“一字型”框架形式，中間是8組操作平臺(tái)，采用“背靠背”的形式擺放，每組有8臺(tái)pc機(jī)，靠左右兩側(cè)墻邊按照“一字型”安放有8組實(shí)驗(yàn)設(shè)備機(jī)柜，靠實(shí)驗(yàn)室后方有兩個(gè)綜合機(jī)柜，分別是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息安全與網(wǎng)絡(luò)編程數(shù)據(jù)交換中心以及網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)交換中心。

我院實(shí)驗(yàn)室采用的設(shè)備主要是銳捷和中軟吉大的產(chǎn)品，其中網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要由銳捷網(wǎng)絡(luò)提供，協(xié)議分析、網(wǎng)絡(luò)編程、信息安全等實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要由中軟吉大提供，雖然兩套設(shè)備體系在組織架構(gòu)、硬件配置和軟件配置上不盡相同，但是在實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)的服務(wù)層面上，我們經(jīng)過(guò)合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)將兩套體系通過(guò)機(jī)架和中控設(shè)備融合起來(lái)，能方便的實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之間的切換，硬件資源和軟件資源都可以實(shí)現(xiàn)最大程度的共享。實(shí)驗(yàn)室的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3.1.2 各個(gè)子平臺(tái)的硬件架構(gòu)與部署

網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分為5個(gè)部分，教師機(jī)區(qū)域、學(xué)生機(jī)區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備區(qū)域、數(shù)據(jù)交換區(qū)域以及Limp實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器管理系統(tǒng)，他們由數(shù)據(jù)交換區(qū)域連接起來(lái)，見圖4所示。實(shí)驗(yàn)臺(tái)區(qū)域由8組機(jī)架(RACK)構(gòu)成，每組至少包括一臺(tái)RCMS設(shè)備、4臺(tái)交換機(jī)(二層交換機(jī)和三層交換機(jī))和4臺(tái)路由器，具備完成最基本的園區(qū)網(wǎng)搭建功能，為了進(jìn)階實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)需求，在一些機(jī)架中有增加了一些特別的功能設(shè)備，能完成如網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、融合通信、無(wú)線通信、萬(wàn)兆核心交換、防火墻、VPN等高級(jí)實(shí)驗(yàn)。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及信息安全實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件架構(gòu)都融合在一個(gè)系統(tǒng)中，主要由主控中心平臺(tái)、組控設(shè)備、智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、綜合接入網(wǎng)關(guān)、無(wú)線組控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制器等組成，依據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不同可形成多種硬件設(shè)備組合方式，實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需求靈活改變，達(dá)到在滿足產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)需求的基礎(chǔ)上充分實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的共享的要求。在此綜合平臺(tái)中，為了能真實(shí)的模擬數(shù)據(jù)包發(fā)送與分析、攻擊與防范的應(yīng)用場(chǎng)景，我們采用的是兩人一小組的實(shí)驗(yàn)方式，具體的小組硬件架構(gòu)如圖5所示[14]：

圖4 網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件架構(gòu)

圖5 協(xié)議分析、程序設(shè)計(jì)以及信息安全實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的小組硬件架構(gòu)

從上面的硬件平臺(tái)架構(gòu)分析來(lái)看，實(shí)驗(yàn)室學(xué)生PC機(jī)是全面共享的，因此其網(wǎng)絡(luò)配置是比較復(fù)雜的。每臺(tái)學(xué)生機(jī)都裝有3塊網(wǎng)卡，分別用于和各個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)環(huán)境的連通、銳捷網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)的測(cè)試以及中軟吉大網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析、網(wǎng)絡(luò)編程與信息安全實(shí)驗(yàn)的測(cè)試。

3.2 軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與部署

在硬件平臺(tái)搭建的基礎(chǔ)上，為不同的實(shí)驗(yàn)子平臺(tái)設(shè)置了服務(wù)器并安裝了相應(yīng)的服務(wù)器端和學(xué)生機(jī)端軟件，在軟件平臺(tái)在部署中引入了“形象思維”的教學(xué)理念，通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的表達(dá)形式將抽象的知識(shí)直觀化、過(guò)程可視化，并采用虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境[14]。

以網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)子平臺(tái)為例，當(dāng)教師配置好服務(wù)器軟件環(huán)境并切換到相應(yīng)的硬件環(huán)境后，學(xué)生在終端打開相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K軟件時(shí)，系統(tǒng)能提供良好的實(shí)驗(yàn)交互界面，學(xué)生可以瀏覽整個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸涍M(jìn)行項(xiàng)目選擇，系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)知識(shí)和詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟，并配備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)思考題和實(shí)驗(yàn)小結(jié)，使得較難上手的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容變得簡(jiǎn)單直觀，提高了學(xué)生動(dòng)手的信心和學(xué)習(xí)興趣。網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)如圖6所示：

圖6 網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)

4 結(jié) 語(yǔ)

在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群作為IOT的基礎(chǔ)和核心，在信息類專業(yè)中具有特別的地位。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程群具有內(nèi)容覆蓋面廣和理論概念繁多抽象等特征,因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生理解網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我們提出的一種分層次網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程群體系結(jié)構(gòu)和規(guī)劃部署的一套網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)綜合平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從教學(xué)理念到具體教學(xué)實(shí)施過(guò)程的轉(zhuǎn)化，基于此實(shí)驗(yàn)綜合平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，不僅可以使實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程變的靈活方便，更重要的是能夠提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

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The Construction and Implementation of Network Experiment Curriculum Group and Integrated Experimental Platform under IOT

LIHonga，HEZhang-qingb,OUYang-yonga

(a. College of Computer Science and Technology; b. College of Electrical and Electronic Engineering, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China)

Internet of things (IOT) is the core of the next generation of information technology, and the Internet is the foundation of IOT, therefore the computer network curriculum group has become the most important professional course of the information engineering specialty which undertakes the task of teaching knowledge of the network module. However, the traditional teaching model of experimental system could not keep the pace with the construction of the network curriculum group under IOT. This paper proposes a hierarchical architecture for network experiment curriculum group and builds an integrated experimental platform simultaneously according to the teaching conception of innovation priority, capability-driven, curriculum coordination and project-driven to meet the needs of talents cultivation through analyzing the contents and characteristics of the experimental teaching in computer network curriculum group, aiming at solving the problems which exist in the experiment teaching.

IOT; computer network; curriculum group; integrated experimental platform

2015-10-12

湖北省教育廳教學(xué)研究與改革項(xiàng)目(2013282，2014277，2014287)；2015湖北省教育科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)課題(2015GA018)

李 紅(1981-)，女，湖北孝感人，博士在讀，講師，計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)會(huì)員,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

Tel.：13407113025；E-mail：lilyhong420@126.com

G 642

A

1006-7167(2016)09-0191-05