История профиля «Технологии беспроводной связи». Комплекс «БТС»

Достаточно давно, в 2015 году, Олимпиада проходила в первый раз. Прямо в Орленке, где это все происходило, возник замысел еще одного профиля, который, собственно говоря, на следующий год и был реализован. Это профиль, который посвящен такой быстро развивающейся отрасли, как Интернет вещей, как технологии 5G, как технологии спутниковой связи, технологии в целом космической связи и вообще всё, что мы сейчас называем беспроводной связью. Здесь очень важно обратить внимание на следующий момент: технологии беспроводной связи и технологии связи в целом - это направление, которое невероятно активно развивается, которое вообще-то не является очень новым. 

Технологии связи развивались в нашем современном понимании в течение всего ХХ века. Он всегда обладали невероятным экономическим и военным значением, это всегда были технологии двойного назначения, то есть военного и гражданского, это всегда был очень серьезный блок среднеспециального и высшего образования, социальный блок промышленности. Когда сейчас мы говорим о том, что они  развиваются взрывными темпами, да, это правда. Но, на самом деле, взрывными темпами они развивались весь ХХ век. 

Та особенность, которая наблюдается сейчас, это особенность того, что эволюционная скорость изменения дошла до пользовательского сегмента, получила огромное значение с точки зрения пользовательского опыта, которым мы все пользуемся. Если говорить про старшее поколение, то для них выход в интернет - стационарное место с модемом, проводами и т.д. То, что это появилось после этого опыта, дает нам ощущения огромного темпа, огромного значения. Но, на самом деле, связь всегда развивалась очень быстро. 

И здесь возникает второй очень важный нюанс, который очень часто возникает, когда мы говорим о такого сорта явлениях, когда что-то становится в массовом пользовательском опыте. Одновременно с этим, как правило, структура технических принципов, базовых технических решений начинает становиться в некотором смысле сакральной. То есть пользуются все, а понимают и способны разрабатывать всё меньшее и меньшее количество людей. Одновременно с этим происходит процесс автоматизации производства, цифровизации управления системами связи, процесс цифровизации мониторинга систем связи. То есть роль человека здесь понижается, и мы попадаем в очень своеобразную ситуацию, связанную с тем, что отношение неавтоматизированных и автоматизированных операций в этой области падает, количество людей то в связи растет, потому что связь действительно растет, а ключевые изменения происходят в некотором значении человеческого внимания и способности работать автономно. 

И с одной стороны, это все приводит к тому, что в какой-то момент следующий шаг развития связи, в том числе беспроводных систем связи, начнет очень сильно лимитироваться количеством людей, которые понимают что это, количеством людей, которые понимают базовые принципы, количеством школьников, которые понимают базовую математику и осознанно идут в это направление деятельности. С другой стороны, очень важно популяризировать, что там на самом деле есть. С третьей стороны, очень важно поработать с базовыми принципами. Это один блок вопросов, которые привели к созданию необходимости в таком профиле.
 

Второй блок вопросов не менее важный - это то, что мы все знаем, что чем сложнее в какой-то момент становится решение, тем больше ощущение потери целостности. Например, изготовление самолетов становится невероятно сложной, специализированной процедурой, и огромное количество людей, которые занимаются созданием самолетов могут не иметь никакого представления об аэродинамике. В то же время сложно назвать конструктором человека, который не понимает, что такое аэродинамика. Это становится очень коллективный процесс. И здесь тоже самое. Возникает ощущение потери целостности, понимания, возможности осуществлять смысловое управление этими процессами для большинства даже студентов, которые учатся на соответствующих специальностях. Возникает целый ряд барьеров, они не понимают некоторые базовые вещи о том, что такое сигнал, что такое на самом деле бит, что такое физический уровень сигналов, какие они бывают, что такое шумоподобные, не шумоподобные типы модуляции. Огромный ворох вопросов, которые проходятся достаточно формально, не переходят в понимание, а дальше начинается обучение рецептам. Не способность к рассуждениям, а обучение рецептам.

Поэтому вторая задача - это показать как достаточно сложные процессы устроены в достаточно простых моделях, почувствовать их, но не в режиме демонстрации, не в режиме “почитать”, не в режиме комиксов, веселых картинок, а в режиме глубокой содержательной работы, в режиме интерактива, в режиме функционального стенда, который каждому учащемуся или соревнующемуся выдает свой набор данных, то есть нельзя взять решение товарищей и подставить его, оно не будет работать. 

Это нужно для того, чтобы попасть в целые блоки понятий, которые обычно очень далеко от школьной программы и далеко от большинства вузовских либо они проходятся достаточно поверхностно за исключением отдельных мест. Это “что такое сигнал?”, “что такое канал связи?”, “что такое диаграмма направленности?”, “что такое код и что такое кодирование?, что такое помехоустойчивое кодирование?”, “что такое фронт сигнала, амплитуда сигнала?”, “что такое канал на физическом уровне?”, “какие бывают типы шумов?”, “как типы шумов связаны с использованием кодирования?”, “что такое достаточное кодирование?”, “что такое кодирование с восстановлением?”, “какие есть физические ограничения, программные, аппаратные?”, “что такое направленные и ненаправленные каналы связи?”, “что такое узконаправленные каналы связи?”. Это ситуации, когда у нас не очень много энергии, это почти всегда так, мы всегда оптимизируем энергию, которую мы можем использовать; это работа с частотным диапазоном. Этот большой набор вопросов, связанный с математикой в профиле визуализирован. 

То, что вы видите эти стенды, на самом деле результат большой четырехлетней работы, которую проводили две иркутских компании, которые занимаются образованием ОНТИ: “Полюс-НТ” и “ИнСитиЛаб” и команда разработчиков из Института Солнечно-Земной Физики; и несколько позже присоединившиеся партнеры из Сколковского института науки и технологий Центра компетенций  НТИ по направлению «Технологии беспроводной связи и интернета вещей» и грант Фонда содействия инновациям Бортника, который позволил довести профиль до продуктового состояния и создать образовательную лабораторию на базе наработок, которые были сделаны ровно за три предыдущих года. Это длинный путь в течение четырех лет. Олимпиада проводилась в Сириусе в Сочи, Иннополисе в Татарстане, в Иркутске, где находится основная команда разработчиков - компания “ИнСитиЛаб”, ИСЗФ СО РАН. Профиль проводился в Москве, студенческий трек дважды проводился в Сколковском институте науки и технологий: один раз очно, один раз дистанционно. В этом смысле можно считать шесть больших серьезных мероприятий, на которых все отрабатывалось. Также был ряд мелких мероприятий. Это вопрос о том, как непросто и как достаточно долго создается современная образовательная программа. О том сколько нужно усилий, чтобы сделать то, что будет выглядеть просто, легко и изящно. Сколько требуется усилий, чтобы подобрать такие задачи, реализовать их в железе, что очень важно. 

При всех достоинствах дистанционки и виртуалки мы понимаем их невероятное ограничение, их невероятные усталости, мы понимаем, что скорость работы с ними на самом деле намного ниже, чем с реальными системами. Очень важно удерживать везде, где это возможно, по крайней мере для инженерных направлений, аппаратно-программные вещи. Учить инженера без железа - это тоже самое, что учить медика без людей. То есть мы его научим, а можем ли мы после этого считать, что мы его научили? Вообще-то, нет. Никакое виртуальное моделирование не заменит врачу ординатуру. В обозримом будущем никто от ординатуры не откажется. Точно так же и концепция, что можно научить инженера без оборудования, физических моделей мне представляется невероятно смешной. 

Как раз подбор такого оборудования, которое заточено на понимание, на базовые понятия, которое делает их максимально выпуклыми и понятными, которое приближает к реальным задачам, но не симулирует их, то есть не делает с них какую-то кальку, которую нужно сделать по образцу. Делать по образцу это слабый путь, потому что когда мы делаем такого рода кальку, мы всегда натыкаемся на то, что во-первых, это надо менять в течение буквально каждого года-двух при современном темпе, то есть мы не закладываем принципы, во-вторых, мы не выводим на уровень конструкторов. То есть возникает целый ряд проблем, нежели когда же мы делаем функциональные задания, которые позволяют работать с базовыми понятиями, которые занимаются десакрализацией оснований технологий, физических принципов, инженерных решений, это невероятно важно. 

В течение 4 лет профиль проводится силами компании “ИнСитиЛаб”, Института Солнечно-Земной Физики, Сколковского института науки и технологий, Проектного офиса Олимпиады НТИ Кружкового Движения. Это уже 1000 школьников каждый год, это сотни студентов каждый год, это огромный шлейф задач, которые есть вокруг, которые в рамках этого курса тоже будем разбирать. Разбирать тот математический аппарат, который нужен чтобы с ним работать. И самое главное - это движение в сторону телекоммуникационной грамотности. 

Говорят про разные виды грамотности, например цифровая грамотность. Телекоммуникационная грамотность чуть уже и чуть шире. Она уже, потому что это не вся цифровая грамотность, но она чуть шире, потому что она включает в себя еще аппаратные среды и физические каналы связи. Это тоже очень важно. Просто понимать, что можно, а что нельзя; что получится, а что не получится; как это работает. В этом смысле и профориентационно, и когнитивно это очень важные вещи. Способность увидеть эту сложность, увидеть как она устроена. Профиль сейчас про это. Профиль есть и школьный, и студенческий. Задачи, которые решаются в профиле, мы будем разбирать подробно в ходе курса. 

Комплекс “Беспроводные технологии связи” включает в себя два стенда. 

Стенд “Узконаправленные каналы связи” показывает работу с подвижными объектами, как между ними устанавливается канал связи, здесь много вариантов моделирования сигнала, много вариантов шумов, возможность загружать алгоритмы слежения, возможность загружать алгоритмы кодирования, декодирования, возможность управлять очень разными траекториями, которые здесь могут работать сгенерированные  преподавателем. Целый комплекс вещей, которые задаются программно, но реализуются аппаратно. 

 Стенд “Основы визуализации кодирования сигналов”  позволяет понять как устроены сигналы, как устроено кодирование и визуализировать именно тот раздел, который в школе и в вузе обычно очень сильно западает. И при этом дать целый класс задач, про которые мы поговорим позже. В этом смысле мы очень надеемся, что профиль будет развиваться дальше, что к нам будут присоединяться новые партнеры, в том числе в высшем образовании, и будут появляться новые площадки, которые смогут у себя разворачивать деятельность в области того, что такое вообще каналы связи, потому что это очень важно, это никуда не исчезнет, это огромная отрасль, которая будет продолжать расти, и она критически важна. И наличие, даже в регионах, какого-нибудь специалиста, для разворачивания такого сорта сетей является критичным.

Для размышления

Вспомните, что лучше всего позволяет понять физические процессы. Какое наглядное представление какого-либо процесса вы могли бы предложить школьникам, студентам? С помощью чего оно может быть реализовано?

Материалы

• Группа профиля в VK
• Отзывы участников о профиле
• Трек БТС на Олимпиаде НТИ 2019 в Иркутске
• Задачник 2017/18
• Задачник 2018/19
• Задачник 2019/20