以“先进盘算机网络技术”课程为载体,基于项目开展人才培养,让研究生在学习了解通信网络领域前沿问题的历程中顺利实现从“学习”到“研究”、从“学生”到“学者”的转变,是通信抗滋扰技术国家级重点实验室冯钢教授一直以来对学生的殷切期望。
在多年的探索和实践中,冯钢教授在这门课程中坚持把科研与教学紧密结合,努力调动学生的主动性、增强学生的代入感,勉励学生多听、多想、多问、多做,独立思考、深入探索,做到真正的学中做、做中学,取得了良好效果。

圖1:馮鋼教授與學生一起討論
兼收並蓄:瞄准國際前沿,紮根中國大地
2000年至2007年,冯钢在新加坡南洋理工大学电子电气工程学院任教,那时他就注意到,外洋许多高水平大学在通信和盘算机相关专业的研究生教育中,都开设了类似“Selected Topics in Computer Networks”的硕士和博士研究生课程,作为通信网络领域研究生的进阶课程。
2007年,冯钢回到母校電子科技大學,在通信抗滋扰技术国家级重点实验室从事教学与科研事情并指导研究生。受到外洋大学课程设计的启发,他为研究生开设了“先进盘算机网络技术”课程。虽然,他并不是全盘照搬外洋的课程内容,而是在充实借鉴外洋经验的基础上对课程内容进行了重构。
之所以要重构,是因为:一方面,電子科技大學的学生虽然对盘算机网络的基本看法、功效和结构有所了解,但掌握的专业知识的深度和广度与国际著名大学的学生相比仍存在明显的不足。另一方面,外洋开设的 “Selected Topics in Computer Networks”课程,偏重于前沿性和专题性,缺乏系统性,这就使研究生在学习中无法循序渐进地实现从基础看法到前沿研究的过渡,因而面临许多学习困难。
正因如此,冯钢教授凭据学生的实际情况,在这门课程的设计中兼顾了两个方面,买通了从本科已修课程到前沿研究的桥梁,让学生能够在了解盘算机网络的基本看法和功效的基础上,逐步深入了解流量控制、QoS保障、新一代协议、建模与性能分析要领等现有盘算机网络架构中的先进技术。

圖2:網絡保障QoS機制在5G網絡中的實現
去粗取精:持續精心打磨,形成精品內容
在冯钢教授和秦爽副教授的配合努力下,经过多年的探索实践、總結提煉,“先進計算機網絡技術”課程結合課程組在無線通信和網絡領域承擔和參與的重要國家科研項目的相關經驗,將科研需要和教學相結合,在講授專業基礎知識的同時引導學生進行科研實踐,逐步形成了內容體系,具體包罗:
——互联网架构和服务模型。包罗互联网流量工程(笼罩网络、对等网络、IP over ATM、SONET和 WDM);网络流量工程框架;互联网QoS架构(IntServ 和 DiffSer);
——用戶服務和源流量模型。包罗數據服務和流量模型(Possion模型、飽和流量模型)、語音IP(馬爾可夫調制的泊松過程、自相似流量的流量建模等)。
——網絡資源治理。包罗經濟原則(基于效用函數的優化模型)、流量類型(現有流量治理中的問題)、呼叫接納控制等。其中包罗一個研究個案,即移動蜂房網中的接納控制與上下行帶寬動態調整。
——网络流量控制。包罗分组调治的公正性、界限性能,以及尽力而为的服务与保障和算法;拥塞控制(端到端机制和路由辅助机制,缓存治理和主动行列治理)、多播拥塞控制等。其中包罗两个研究个案,划分是其中包罗一个研究个案,即Rate-guaranteed Opportunistic Scheduling(ROS)和无线网络中的TCP性能增强机制。
——移動SDN與移動雲計算。包罗網絡虛擬化、雲計算架構及原理、移動虛擬化及雲計算(移動SDN網絡架構、虛擬網絡嵌入、接入雲、当地微雲、移動內容分發等)。
——智能網絡資源管控。包罗智能網絡架構與機理、面向深度學習要领的網絡和用戶行爲的智能預測和分析、無線網絡中的MDP建模與智能決策算法(如Q學習、AC算法、深度Q學習等)、智能用戶接入和切換、智能網絡資源調配機制等。
基于項目:科研融入教學,項目化爲案例
在课程的内容设置上,冯钢教授十分注重科研育人,把课堂教学与科研项目紧密结合起来,梳理了自己加入科研项目的心得体会,凝练出较多的前沿问题及研究个案,作为通信及网络领域研究生特别是博士研究生研究能力拓展提高的进阶课程。
这样做的利益不仅在于架起了“网络领域基础知识”与“网络领域研究”的桥梁,资助学生更好地了解研究事情的基本看法、网络领域研究事情的基本要领、主要数学工具和建模手段,而且能够让学生自然而然地把自己的智慧和热情融入到当前所做的项目当中,融入到国家重大战略需求中来。
据介绍,近年来冯钢教授加入了多个国家重点重大课题,特别是在移动网络通信领域,从4G相关的科技重大专项到6G相关的国家重点研发项目,都深度加入其中,并肩负和加入了以自然科学基金重点项目、面上项目为代表的多个通信网络领域基础性前沿性研究课题,对通信及网络领域的先进技术和前沿热点有广泛研究和深入了解。
在教学中,冯钢从实际通信系统中可能面临的问题出发,通太过析案例对建模的需求以及数学建模对案例的解决,开展数学建模看法、原理和要领的教学,使学生掌握现代通信网络涉及的主要数学建模理论和要领,熟悉通信网络建模和性能评估的体系与步骤,具备恰当运用数学要领解决通信工程的理论问题的能力。
例如,冯钢凭据国家科技重点研发计划项目“6G网络架构及要害技术”的研究经验,针对网络中多样化业务共存的特点,增加了5G网络中QoS保障机制等章節內容,講解網絡中的差異化業務服務機制,並針對未來網絡與人工智能深度結合的特征,在課程中增加了無線智能網絡的相關教學內容。

課堂革新:學生變成學者,痛點變成亮點
教学的效果取决于“教”和“学”的辩证关系,从来不是“剃头挑子一头热”的“一厢情愿”。如何让学生真正理解盘算机网络重要技术的看法和原理,在此基础上提升思维能力和创新能力,是教学的难点和痛点。
冯钢体现,这门课程的一个难点是,由于研究个案较多,学生需要在课外查阅较多的资料并完成课程的项目设计,这就需要学生做更多的独立思考、更深入地经历研究的整个历程,这对研一的学生而言是一个全新体验,也是较大的挑战。
如何解决“教师授课缺乏新意、学生听课缺乏兴趣、导师感受缺乏价值”的问题呢?冯钢的答案是:
——要把所講的內容與學生實際生活中經常接觸和使用的網絡應用相結合,讓學生有代入感和參與感,深入思考一些平常習慣的網絡應用背後的本質原理。
——要以當前網絡、通信研究領域的熱點研究問題爲例進行講解,幫助學生建设所學知識點和科研事情之間的聯系。
——在課程項目研究中,要深度參與到學生的選題、問題定義、建模及問題解決的過程,引導學生結合課堂所學理解研究事情的基本要素、過程及要领手段。
在课程陈诉的设计和选题历程中,冯钢常勉励学生从自己专业偏向着手和思考,结合这门课程学到的知识去界说息争决自己研究偏向相关的问题。他勉励学生多和自己的导师讨论和相同,把课题所学知识和自己的科研事情有机结合,做到真正的学有所用。
冯钢体现:“虽然选课的学生来自差异的实验室,各自的研究偏向有所区别,但信息通信领域许多问题具有内在联系,特别是在模型和数学要领的应用上有共通之处。所以,要引导和勉励学生主动思考、学以致用。”
立德樹人:心懷國之大者,面向重大需求
2018年4月,习近平总书记在全国网络宁静和信息化事情聚会会议上强调,信息化为中华民族带来了千载难逢的机缘。我们必须敏锐抓住信息化生长的历史机缘,增强网上正面宣传,维护网络宁静,推动信息领域焦点技术突破,发挥信息化对经济社会生长的引领作用,主动加入网络空间国际治理进程,自主创新推进网络强国建设,为决胜全面建成小康社会、夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利、实现中华民族伟大再起的中国梦作出新的孝敬。
立德树人始终是通信抗滋扰技术国家级重点实验室的基础任务,也是每一位老师的职责使命。冯钢认为,在专业课程教学中融入思政教育很有须要,也很重要。我们培养学生,就是要把理想信念教育、科技报国精神等融入学生的世界观、价值观和人生觀,鼓勵學生勇于擔當、爲國奉獻。
在课堂上,冯钢在讲到盘算机网络技术生长历史和案例时,会和学生一起回首我国在盘算机网络技术这一要害领域是如何从落后于人到锲而不舍地追赶对手,到如今在这一领域到达世界先进水平,并在多个偏向到达世界领先的,从而使学生深刻体会到我国科学家和宽大科技事情者不畏困难、兢兢业业、开拓进取的精神,增强学生对我国信息科技和工业的归属感、荣誉感,启发年轻学子脚踏实地、仰望星空,勇于继续、不懈奋斗。
冯钢说:“電子科技大學作为海内信息通信领域的排头兵,从降生那天起就是一所有使命、有情怀的大学。我相信,同学们来到電子科技大學读研,都怀着一颗科技报国的心。因此,我们要努力引导学生坚定信念、学会思考、掌握要领,未来为国家做出更大的孝敬!”
桃李芬芳:學生成長成才,老師甘爲人梯
通过一门课程,能否助力“学生”酿成“学者”?冯钢体现,“从往届学生的体现来看,大部门学生的学习效果都到达或凌驾了我的期望。通过一学期的学习和思考,同学们基本具备了科研思维和素质,了解了怎么去界说、建模、分析息争决问题。”
学生提交的课程研究陈诉很好地把所学的模型和要领与自己所研究的课题偏向相结合,获得了一些有创新性的研究结果,为进一步的研究和他们的研究生学位论文事情打下了一个很好的研究基础。
2015级研究生姜微在硕士期间选修了这门课程,被课程相关内容吸引,决定转入冯钢教授团队攻读博士学位,并在在这门课程相关内容学习的启发下,设计了一种最优的内容传输战略来决定传送用户所请求的内容的源节点以到达用户总的下载速度最大的目的,在领域顶级期刊IEEE Trans. on Mobile Computing上发表了题为“Optimal cooperative content caching and delivery policy for heterogeneous cellular networks”的论文,该论文在Web of Science焦点合集中的“被引频次”高达103。
通过这门课程的学习,姜微具备了恰当运用数学要领解决通信工程的理论问题的能力,为他今后的科研之路打下了坚实的基础。在后续的科研事情中,他熟练运用课程中所学到的知识,发表SCI期刊论文7篇,国际A类聚会会议论文5篇,受权国家发现专利3项,其中以第一作者或唯一通讯作者发表SCI期刊论文4篇,国际A类聚会会议论文2篇。相关研究结果已经发表在IEEE Transaction on Wireless Communications 和 IEEE Transaction on Mobile Computing等国际知名期刊上。

圖4:曹蔚在信息論旗艦會議ISIT上介紹自己的研究结果
2016级博士生曹蔚在硕士期间就选修该门课程,受到冯钢教授的影响和启发,对现代通信网络里的业务流控制机制、数学建模要领、问题求解步骤等发生浓厚兴趣,决定转换自己的研究偏向,师从冯钢教授攻读博士。她坚持通信网络领域重大基础问题的研究,取得了一系列突破,在通信领域国际顶级期刊和国际旗舰聚会会议发表14篇论文,有关海量接入信道容量限的研究结果被著名科学家Vincent Poor教授在旗舰聚会会议ICC 2019开幕式大会陈诉中介绍,引起了学界的广泛关注。2019年,曹蔚荣获“成电杰出研究生”称谓。
從2007年至今,馮鋼教授每年都開設“先進計算機網絡技術”課程,對莘莘學子的成長成才提供了重要的引導和幫助。但是,學無止境,教無止境。多年來,馮剛一直堅持與時俱進,不斷打磨這門課程的內容。隨著計算機網絡相關技術的快速發展,他也不斷根據學術界和工業界的研究發展偏向來更新課程內容,並不斷地將自己的項目經驗融彙其中,潛移默化地傳遞給學生。
近年來,馮鋼教授陸續將網絡編碼、網絡經濟學及博弈論、網絡功效虛擬化、軟件定義網絡技術,以及當前十分熱門的智能網絡技術等內容加入到了授課中,讓課程緊跟計算機網絡技術發展的前沿偏向和熱點問題。他說:“學生是我最好的朋友,我要把最新穎、最精彩的內容分享給他們!”