物联网安全与工程专业的建设模式探索

赵国生++王健++李世明++郭乃文++郭兆文

摘 要：针对物联网安全与工程专业的建设模式提出一些探索性的问题，为该专业的课程设置、课程体系建设、人才培养模式、校企合作机制建设、职业能力分析等方面提供一些新的建设思路。

关键词：物联网安全与工程；课程模式；专业建设；人才培养

0 引 言

物联网学科是一个交叉性的学科，自我国提出物联网发展战略以来，物联网技术与产业如雨后春笋一般，以惊人的速度蓬勃发展[1]。从本质上来讲，物联网并不是一种全新的应用和工程技术，它是信息技术产业化并且发展到一定程度的必然产物。物联网是一种聚合应用创新，其关键技术[2]如传感器网络技术、射频识别技术、无线传感器网络技术、信息安全技术等大多是前几年已经出现并且得到深入研究的技术。物联网产业繁荣发展的同时，与物联网有关的安全问题[3]也逐渐浮出水面，引起许多研究人员的重视。从宏观角度来看，物联网对我国未来经济和社会发展具有深远的影响，而物联网安全也必将成为未来我国信息安全和国家安全的核心部分。因此，高校应当重视培养物联网安全方面的人才，物联网安全与工程专业的发展已成为当务之急。

1 关于专业培养模式的构想

自我国提出“全面建设物联网发展战略”以来[4]，物联网技术在我国诸多领域逐渐发展起来，如城市监控、工业管理、智能医疗、智能交通、智能家居等，成为继通信网络技术之后的下一个万亿级市场。如今，我们仍面临着一个难以解决的难题，即由于物联网的定义和应用范围极广，在物联网产业运行的同时存在着产业链缺失、多方面标准不统一的问题，因此物联网技术人才的输送途径就很难得到保障。社会对于物联网人才有着强烈而迫切的需求，物联网复合型人才却极其匮乏，造成了人才缺口，究其原因是多方面的，如企业的人才需求与高校的培养方式不能对接、社会也未能给人才发展营造良好的环境等。

1.1 物联网安全结构架构

无论是物联网工程还是物联网安全，从本质上来说，它们都属于综合性学科，其中不乏射频识别、网络通信、无线传感器网络、计算机基础等技术的支持，因此，物联网安全问题包含各类基础技术自身的安全问题和聚合后的交叉安全问题两部分。物联网安全的总体描述[5]如图1所示。

1.2 多层次培养计划制订

互联网可以划分为包含物理层、数据链路层、网络层在内的7个层次，对比互联网，物联网大致可划分为3个层次。第1个是感知层，其核心工作是负责物理层信息的感知、采集和整理，也是物联网通信中数据的来源；第2个是网络层，主要负责远距离信息的传输，并保证信息传输的可靠性；第3个层次是应用层，负责对信息进行处理、分析和运用。因此，在讨论物联网安全的问题时，要做到分层考虑。此外，信息安全方面的一些技术[6]，如数字认证、数据加密、隐私保护等，同样也是物联网安全技术的培养重点。针对物联网工程专业的广域及复杂程度，教师要灵活地培养物联网技术人才，在设置公共培养课程的基础上，按照学生的兴趣及学习进展，进行多层次培养。

物联网安全技术与信息安全技术看似不同，实则息息相关。掌握信息安全的核心技术及网络安全的基本概念，是正确认识和理解物联网安全的一个重要前提，且重点在于数据加密技术。这不仅是信息安全的研究重点，其他安全技术和理论也大多建立在数据加密技术的基础上。基于信息安全技术的学习，物联网安全与工程专业的课程学习大致可分为以下3个方向。

1）感知层安全技术方向——物联网应用实施。

感知层方向主要是利用射频识别技术、传感器设备、定位系统设备等感知设备和技术，通过终端节点对各类信息及被标识物体进行感知和收集，并通过短距离无线传输的通信方式完成和处理一些复杂的操作。感知层方向的安全问题主要集中在终端设备和短距离无线传输的通信，如何使學生具备传感器使用、网络服务器配置和无线网络应用等多种技术能力是本方向的重点。在物联网中，感知层安全是最能体现物联网特性的部分。由于感知层的终端设备普遍存在存储大小、计算处理和电源续航的限制，传统信息安全的解决方法不能作用于感知层的安全，因此在本方向的教学中，教师应充分体现物联网特性，结合实验，增强学生的应用能力和操作能力。

2）网络层安全技术方向——物联网应用维护。

物联网和互联网有着密不可分的联系，换一种角度考虑，互联网是物联网的基础，因此，互联网通信中所存在的安全问题在物联网通信中依然存在。本方向主要讲授传统网络的安全问题，在此基础上，结合物联网感知特性，进一步进行物联网安全的解答，使学生对物联网系统应用的维护有较深刻的理解。在一个完整的物联网体系中，存在大量节点数据，这些节点数据会直接接入网络，如何在物联网“多元异构”的复杂环境下，保证这些信息的可用性、完整性、机密性、不可否认性、可控性等，将会是一个不小的挑战。

3）应用层安全技术方向——物联网应用开发。

从应用层角度来看，物联网的发展是基于多种平台及业务类型的，如此情况下，物联网的安全架构设计就显得十分艰巨，同时还存在着数据信息安全及用户信息隐私保护的问题。因此，在保证基础编程能力培养的课程之外，应用层安全技术方向的重点应放在用户的隐私保护[7]方面。在物联网蓬勃发展的宏观背景下，几乎所有物件能与互联网产生联系，如果基于这些物件的人或者组织缺乏有效的隐私保护措施或手段，那么不法分子就可以通过物件信息来获取物主的个人隐私信息或实现对物主的行为追踪，这对于个人隐私安全保护来说是一个极大的挑战。

1.3 人才培养模式设想

在完成基本课程教育内容之外，为培养物联网专业学生的综合能力，使其毕业后能有更好的去向，在专业的培养计划中，教师还可采用“校企共培、人才引荐、技能竞赛”的特色培养模式。

1）校企合作培养。

面对高等院校改革和发展教育的趋势，校企联合培养[8]人才是一个比较好的培养模式。在物联网安全人才的培养中，可以按照行业用人标准，与达成合作协议的企业共同制订专业建设及人才培养方案，由校企双方共同努力培养企业应用型人才。endprint

2）优秀人才引荐。

在如今就业形势严峻的情况下，为了既减少学生的就业压力，又能够及时向相关企业输送人才，教师可以根据学生个人的学习及发展情况，推荐优秀毕业生直接进入企业就职。

3）技能竞赛训练。

目前的教育体制改革[9]，提倡学生提升自己的应用能力和动手操作能力。为了提升物联网安全专业人才的整体素质，完善专业建设，学校可与相关教育企业达成协议，在物联网安全与工程专业建设在线实验平台（U-SaaS），构建在线实训、能力测评、赛前训练、线上大赛等实训项目；也可带领学生积极参与由企业组织主办或承办的相关技能大赛，进一步加深学生对专业知识的理解。

2 物联网安全与工程专业建设

2.1 建设校企合作体制机制

为了更好地培养物联网安全与工程专业的人才，校方可以与企业建立合作关系，在双方达成友好协商的前提下，作出如下的明确规定。

（1）基于企业提供的实验资源包，积极建设、引用、消化及吸收最先进的教学实验设备和配套实验教学系统，如网络攻防、无线安全、移动应用开发、大数据实训、工控攻防实训、移动应用开发实训平台、网络攻防实训平台、在线实验平台U-SaaS等系统或平台。

（2）合作期间，由校方与企业团队一起编写实验教材、实训指导书、知识文档和项目案例，进行课件研发、项目合作开发、产学研合作等。

（3）积极参加专业建设研讨会，总结专业建设中存在的各种问题，巩固建设成果，升级和完善物联网安全与工程专业的建设方案。

2.2 完善人才培养模式

2.2.1 专业定位

基于当前物联网安全技术的发展情况[10]以及国家、高校信息化建设现状，在完成物联网安全与工程专业的方向培养后，为保证学生毕业后的专业能力及工作能力，我们将根据学生学习情况再次进行方向培养，包括物联网应用实施、物联网应用开发和物联网应用维护3个培养方向，使学生具备基本的物联网应用能力，培养学生的职业道德和团队精神，以满足企业对人才的种种需求[11]。经过培养，学生可以逐步成长为物联网应用基础设备实施人才——物联网应用实施工程师；物联网应用系统、嵌入式系统软件开发人才——物联网应用开发工程师；物联网应用运行维护人才——物联网应用维护工程师。

2.2.2 培养模式建设

将人才培养模式按学年的方式进行描述。第1学年主要以学习基础课程为主，由校内的专业教师负责培养，主要是对物联网基本概念的学习及基础编程学习；第2学年，由专业老师和企业教师共同负责，在专业教师教授基础专业课的同时，由企业教师负责实训项目教学，利用真实的项目案例培养学生的应用实施能力、编程开发能力和基本维护能力；第3学年，由企业教师带队，进行校内实训，企业教师和校内专业教师分为多个小组，对学生实施多方向培养模式，在真实项目的引导下，进一步培养学生的物联网应用技能；第4学年，安排学生进入企业开展实训，教学内容由企业安排，以真实项目任务为主，培养学生的实际操作能力和岗位就业能力，其中，对于学习基础良好并有进一步深造打算的学生，可由校内专业教师负责，加强其专业理论知识的学习。

2.3 构建课程体系

2.3.1 物联网职业能力分析

我们基于物联网安全与工程专业的毕业流向，结合本科生的学习心理及成长规律[12]，根据专业划分学习范围，分析并进行了相关课程的体系建设；考虑到学生未来的发展方向，形成以“理论、实践、教育”三线并重的特色课程体系，通过校企合作、工学结合、项目导向等方式，完成物联网专业的教学；根据物联网行业的相关调研，对毕业生去向作进一步研究，初步形成物联网未来的就业岗位及职业能力分析表[13]，见表1。

2.3.2 多分支课程体系结构设计

为了培养学生的实际工作能力，使其具备物联网安全与应用的基本实施、开发与维护能力，学校与企业成立了课程设计小组，通过对专业前景及职业能力认真分析，研讨了物理网安全的课程体系[14]，如图2所示，初步拟定采用多分支的课程结构设计，分为物联网应用实施、物联网应用维护和物联网应用开发3方面。

在专业基础课程的培养中，学生要掌握与课程相关的计算机原理、数据库原理、物联网基础理论及专业英语的基本能力。在职业方向的培养中，针对不同职业的属性和技能要求，相关课程的安排则更紧贴实际工作的应用技能。

3 结 语

物联网技术的发展是一个必然趋势，作为网络信息技术领域的又一次革命，物联网在人们的日常生活中占据着不低的地位。物联网安全作为物联网方向中的热点，在物联网行业的发展中起到不可或缺的作用。为迎合我国物联网产业的建设热潮，高等院校应该紧紧抓住当前这一发展与改革的机遇，用正确的方式和思路培养物联网安全、工程技术人才，为促进各地物联网产业迅速、持续、健康发展提供技术支持和人才支撑。我们针对物联网安全与工程专业建设的模式提供了一些想法，在完善基础课程建设与人才培养模式的前提下，提出多方向培养人才计划，避免因物联网体系臃肿而造成“学而不精”的情况，使物联网专业人才在毕业后能够拥有良好的专业基础，得到更好的发展。

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（编辑：宋文婷）endprint