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［摘要］移動通信作為通信和電子類專業高年級本科生的一門重要專業課程，因為其內容更新快、概念多，理論性、綜合性和實踐性強，學生的學習難度較大。本研究結合實際授課經驗對該課程的特點和難點進行了分析，探討了工程案例教學在該門課程中的作用和選題原則，選取偽基站這一當前行業和社會普遍關注的熱點問題，從問題導向入手開展了教學工程案例的開發，并將開發成果應用于實際教學工作中，從而提高學生課堂參與的積極性和創新能力。

［關鍵詞］案例教學;移動通信;工程案例;偽基站

一、引言

“移動通信”作為通信和電子類專業高年級本科生的一門重要專業課程，因其內容涉及面廣、概念多，理論性、綜合性和實踐性強，同時要求學生具有較強的理論基礎，導致學生的學習難度較大。引入案例教學歷來是該類課程教學中提高授課效果的一個重要手段。北京聯合大學智慧城市學院根據學校教務處對教學質量提升經費使用的要求，本著有利于培養高質量人才、有利于提升科研和教學、有利于全院工作能力提升的原則，啟動了教學工程案例項目。學校通過該項目推動了各專業課任教師進行所授課程的教學工程案例制作，并積累形成了教學案例資源庫。該項目的主要實施要點包括:第一，每位專業教師要針對所授課程，選擇一門課程制作教學工程案例，案例要求有一定的工程背景或類工程背景;第二，教學工程案例的內容要完備，如軟件教學工程案例要有源代碼、詳細注釋等內容，電子類、通信類教學工程案例要有電路圖、PCB圖或算法說明，圖中應有明確標識和原理說明等內容;第三，教學工程案例要提供視頻、音頻等內容。以工程案例的制作為契機，筆者團隊重點圍繞“移動通信”課程中學生最難以理解的信令流程，同時選取了當前通信行業熱門的偽基站問題，展開了案例研究和開發工作。筆者團隊通過及時將案例開發成果引入電子信息類專業課程教學環節，為案例教學在通信類課程中的具體應用提供了經驗。

二、移動通信的課程特點和難點

移動通信是一門實踐性、應用性、綜合性都很強的課程，是一門對電子信息類高年級本科生來說非常重要的專業課，也是學生在經歷了信號與系統、通信原理等前續專業課的學習之后，進入實際通信系統階段學習的重點內容。移動通信不僅是信息類學生本科階段學習的重點，而且是難點。首先，移動通信課程內容的綜合性很強，既有無線電波傳播等移動通信基礎理論，又涉及大量實際通信系統算法和實踐性內容。而且，移動通信課程所涉及的通信系統跨度也很大，從早期模擬制式的移動通信系統(AMPS/TACS)，到2G、3G、4G，乃至最新的第五代移動通信系統(5G)，都是移動通信課程的教學內容。其次，當前通信系統的發展和技術更新速度很快，大量新的技術、算法、概念不斷涌現，學生要在短時間內理解這些內容難度很大，加之前續課程都是以理論為主，學生缺乏對實際網絡和網絡設備的認識，在學習各種概念和算法的過程中，往往缺乏感性認識，無法深入理解概念本身及其背后的原理，從而影響了學習效果。最后，學校雖然開展了一定的案例式教學探索，但由于教學觀念和教學方法的相對落后，教學并未到達預期效果。

三、案例教學在教學中的意義和選題

(一)案例教學的意義在世界范圍內，利用案例組織教學活動最具影響的學校首推美國哈佛商學院。哈佛商學院成功地運用案例教學法培養出了大量杰出的工商界成功人士，也使案例教學成為一種風靡全球，并且代表著未來教育方向的成功教育模式。在我國，案例教學已被越來越多的人所接受，并在法學、師范教育等專業得到了成功的運用，以案例教學為核心的MBA課程也得到了廣泛認同。［1］案例教學法是目前比較流行的一種教學方式，即教師通過向學生提供實際發生的情況或事件的案例，采用師生和生生多向互動、平等對話和積極研討的形式解決問題，旨在培養和發展學生主動參與課堂討論的積極性、提高學生實踐能力的一種教學方法。［2］移動通信課程具有很強的實踐性，且內容非常龐雜且抽象，教師如果單純地采取單向灌輸式的教學方式，那么最后的教學效果會很差。因此，案例教學是非常重要的一種提高教學效果的教學方式。

(二)案例的選題原則案例的選題應滿足以下基本原則:第一，與當前行業的熱點緊密聯系，便于引起學生的興趣;第二，緊扣課程關鍵內容，易于將重要概念、算法、流程等用更簡便、清晰、直觀的方式展現出來;第三，易于學生直接參與。基于上述原則，筆者團隊選擇了“偽基站”這一當前行業和社會普遍關注的熱點問題作為實施案例教學的核心內容，具體原因如下。第一，偽基站由于存在影響合法通信系統正常工作、侵犯手機用戶正常通信權利、侵犯個人信息隱私和財產安全等諸多問題，成為近年來媒體頻繁曝光、公安部和工信部等相關部門重點打擊的非法行為。［3—4］學生應對該問題有一定的了解。第二，偽基站的原理是利用現有移動通信網絡中小區重選信令流程中的技術漏洞，通過無線參數上的偽裝實現對用戶通信過程的攻擊。這其中涉及信令、算法和具體的基站設備等重要內容，教師可以通過精心設計案例內容讓學生更好地參與課程互動。

四、工程案例的制作

在案例設計上，一方面，筆者團隊通過講解偽基站所涉及的信令漏洞和偽基站技術實現原理，讓學生對相關信令流程和機制有更具體的認識;另一方面，筆者團隊還通過引導學生針對這種問題思考可采用什么好的方法進行對抗，從而激勵學生整合并利用學過的知識來解決本領域的實際問題。

(一)偽基站的工作原理偽基站的主要功能是利用移動通信系統協議上的缺陷，捕獲手機用戶的IMSI和IMEI號等敏感的標識信息，再偽裝成任意號碼向被攻擊用戶的手機進行垃圾短信的推送，實施詐騙等不法活動。偽基站不僅對用戶正常使用移動通信網絡產生負面影響，而且會對用戶的利益造成損失，對運營商的網絡質量也會產生嚴重的干擾?，F在的偽基站由于尺寸較小，既可安裝在路燈桿、橋下等不易發覺的位置，又可放置在車上流動使用，因此，難以被發現和追蹤。

(二)偽基站入侵監測系統原理和架構偽基站入侵檢測與分析的研究一直是業界的熱點之一。［5—6］筆者團隊在分析現有方法的不足的基礎上，提出了一種偽基站入侵的檢測算法，并結合課堂教學的特點開發了一款智能手機應用軟件。該軟件可以通過監測網絡參數的變化，結合偽基站攻擊時的參數特征(包括信號場強的劇烈波動，LAC/CI編碼出現非本地的特殊值以及乒乓切換現象和信號脫網等)，再通過對多個判決條件以加權的方式進行偽基站攻擊行為的綜合分析判斷，有效地偵測用戶終端收到的鄰近偽基站的入侵行為，并實時發出預警信息，避免偽基站入侵可能給手機用戶帶來的損失。相關檢測算法已申請發明專利并獲得授權。［7］圖1為該系統的基本架構。

(三)監測系統工作流程和軟件界面軟件的基本工作流程如下:1．啟動監測:軟件啟動后，以后臺運行的方式在手機上工作。2．采集參數:軟件周期性地采集網絡和業務相關參數供后續的判決使用(見圖2)。3．參數判決:通過分析實時采集數據的特征，進行特征符合度的識別和判決。4．預警顯示:一旦偽基站入侵的特征符合度超過預設門限，就立即啟動相關預警。利用通知欄和聲音進行提示，用戶可以點擊進入軟件中看到具體的判決結果信息。

五、案例在教學實踐中的具體應用

筆者團隊將該案例的開發成果應用于通信工程專業、電子科學與技術專業高年級本科生的“移動通信”課程的教學過程中。首先，教師會介紹GSM和LTE系統的基本信令流程，引導學生直觀地理解GSM和LTE系統位置區更新的信令流程和鑒權流程的特點和存在的技術漏洞，認識當前日益猖獗的基于偽基站的垃圾和詐騙短信現象對移動通信網絡和用戶的影響。然后，教師利用無線電監測站繳獲的實際偽基站設備(如圖3所示)進行現場攻擊演示，使學生對偽基站攻擊過程有感性認識。接著，教師通過啟發式教學方式，以問題導向的手段引導學生圍繞著“如何應對這種攻擊行為”進行思考并展開熱烈討論。通過這種討論，教師可以引導學生梳理之前學習過的專業知識。雖然在短時間內學生難以給出較為合理的對抗方法，但對于鞏固已經學習過的知識仍然起到了積極的作用，并能有效激發學生綜合運用所學專業知識解決實際工程問題的技術創新意識和能力。最后，在學生討論的基礎上，教師介紹利用參數監測和特征匹配的方法進行偽基站攻擊行為的判別。在此基礎上，教師可以借助所開發的偽基站入侵實時監測報警系統，現場利用偽基站設備開展實際攻擊，并觀察手機上網絡和業務參數的變化以及該系統的實際工作效果，從而更進一步加深了學生對于偽基站攻擊行為和相應應對方法有效性的理解。實踐證明，教師利用偽基站設備開展課堂教學的效果良好，學生的參與度高，互動積極、氣氛活躍。

六、總結

“移動通信”作為電子信息類本科專業學生的高年級專業課，具有課程內容更新快、涉及的知識概念和算法原理性內容多且較難理解、綜合性和實踐性強等特點，在授課過程中往往存在教學效果差的問題。筆者團隊針對這些問題，從強化應用性和實踐性的角度入手，對強化工程案例教學在該課程中的應用展開了有益的探索。首先，教師結合實際授課經驗對移動通信課程的特點和難點進行了分析，探討了案例教學在該門課程中的作用和選題原則，選取偽基站這一當前行業和社會普遍關注的熱點問題開展了相應的教學工程案例的開發，并將開發成果應用于實際教學的工作中。教師通過引導學生形成以解決問題為導向和驅動力的學習方式，在教學過程中不僅完成了專業知識的傳授，而且鍛煉了學生綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力，取得了良好的教學效果。

參考文獻:

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［3］工信部網站．工信部將聯合相關部門開展打擊治理“偽基站”“黑廣播”違法犯罪和集中整治違規設置使用調頻廣播電臺專項行動［EB/OL］．(2018－04－28)［2019－07－27］．

［4］工信部網站．國務院常務會議原則通過《無線電管理條例(修訂草案)》加大對“偽基站”等違法犯罪活動懲戒力度［EB/OL］．(2016－09－02)［2019－07－27］．

［5］趙恒，紹四清．偽基站系統的分析定位方法及解決建議［J］．電信網技術，2011(7)．

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［7］李克，紀占林，宋曉勤，等．一種非法基站入侵的快速檢測與定位方法:ZL201310688635．0［P］，2017－03－29．

作者：李克 許菁菁 蘇利敏 單位：北京聯合大學智慧城市學院