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通信與信息系統(tǒng)實驗教學(xué)示范中心建設(shè)研究論文

時間:2024-10-06 16:38:14 通信工程畢業(yè)論文 我要投稿
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通信與信息系統(tǒng)實驗教學(xué)示范中心建設(shè)研究論文

  電子科技大學(xué)“通信與信息系統(tǒng)實驗教學(xué)示范中心”是2008年獲教育部批準(zhǔn)的國家級本科專業(yè)實驗教學(xué)示范建設(shè)單位。實驗中心依托學(xué)校“通信抗干擾國家級重點實驗室”、“光纖傳感與通信教育部重點實驗室”,在“211工程”、“985工程”持續(xù)投入的支持下,通過整合通信、信息、網(wǎng)絡(luò)等方向原有的專業(yè)實驗室,形成涵蓋通信、網(wǎng)絡(luò)、信息、數(shù)字信號處理、通信集成電路、射頻無線電、光通信等學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域的本科及研究生實驗教學(xué)基地。

通信與信息系統(tǒng)實驗教學(xué)示范中心建設(shè)研究論文

  實驗中心以學(xué)科發(fā)展方向為牽引,以實驗課程建設(shè)和實驗教學(xué)改革為動力,以系統(tǒng)性、綜合性和實戰(zhàn)性為基點,推動實驗教學(xué)平臺建設(shè)和資源整合,通過對實驗中心整體架構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃和設(shè)計,構(gòu)建了集傳輸、交換、接入、信息處理于一體的大型綜合通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),建立了一批與現(xiàn)代技術(shù)同步的高水平實驗室,形成了基礎(chǔ)、系統(tǒng)、綜合的多層次實驗教學(xué)平臺[1<,為高水平創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了一流的實驗教學(xué)環(huán)境。

  為了加強(qiáng)對學(xué)生專業(yè)能力、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),實驗中心進(jìn)一步實施了實驗教學(xué)體系的建設(shè)和改革,既保留和規(guī)范了傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練的實驗項目,又增添和完善了系統(tǒng)級和多系統(tǒng)綜合的應(yīng)用性、設(shè)計性和工程性訓(xùn)練的實驗項目,提高學(xué)生理論到實踐的應(yīng)用能力及建立全局的系統(tǒng)性觀念。同時,在多系統(tǒng)綜合平臺上開設(shè)了綜合性、創(chuàng)新性和工程性實驗內(nèi)容,構(gòu)建了“基礎(chǔ)型、應(yīng)用型、綜合型、設(shè)計型、創(chuàng)新型”的分層次、循序漸進(jìn)的實驗教學(xué)體系[4_5]。

  本文介紹了實驗中心結(jié)合“循序漸進(jìn)、逐步深人”專業(yè)實驗教學(xué)的特點,制定的實驗教學(xué)體系規(guī)劃和建設(shè)工作,分析了通信與信息系統(tǒng)專業(yè)實驗平臺建設(shè)需求,提出了實驗平臺與技術(shù)同步的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)思路,并用新建實驗室的實例對該建設(shè)思路進(jìn)行了說明。

  1實驗中心定位與實驗教學(xué)體系改革

  我校通信與信息系統(tǒng)國家級實驗教學(xué)示范中心是教育部批準(zhǔn)的為數(shù)不多以專業(yè)命名的示范中心。其知識體系有專業(yè)主線貫穿于專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)技術(shù)、專業(yè)系統(tǒng)、綜合應(yīng)用和工程實踐中,學(xué)生由人門開始,循序漸進(jìn)、逐步深人學(xué)習(xí),最終達(dá)到對知識體系融會貫通和靈活運用的目的X。

  1.1實驗中心定位

  實驗中心以我校通信與信息系統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科為依托、以國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)為引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生工程實戰(zhàn)能力,建設(shè)專業(yè)能力和掌握國際先進(jìn)技術(shù)的能力;培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的科學(xué)思維方法、探索知識與勇于創(chuàng)新的精神;促進(jìn)學(xué)生專業(yè)知識、能力與素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展;培養(yǎng)專業(yè)能力強(qiáng)、工程素質(zhì)高、創(chuàng)新意識好的通信與信息技術(shù)優(yōu)秀人才。

  1.2實驗教學(xué)規(guī)劃設(shè)計

  電子科技大學(xué)長期堅持“基礎(chǔ)理論與工程實踐并重”的人才培養(yǎng)理念,規(guī)劃設(shè)計了學(xué)校的實驗教學(xué)系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu):“公共基礎(chǔ)實驗平臺+多個專業(yè)實驗平臺”[8]。公共基礎(chǔ)實驗平臺提供全校公共基礎(chǔ)課程的教學(xué)實驗平臺,專業(yè)實驗平臺提供按專業(yè)方向進(jìn)行整合的專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)實驗平臺。按照學(xué)校實驗教學(xué)的總體規(guī)劃,依據(jù)基礎(chǔ)理論與工程實踐的人才培養(yǎng)理念[9],實驗中心從以下4方面入手,著重打造通信與信息系統(tǒng)學(xué)科的專業(yè)實驗教學(xué)平臺和實驗教學(xué)體系:

  1)構(gòu)建與國內(nèi)外一流企業(yè)合作的聯(lián)合培養(yǎng)模式:建立一批國內(nèi)外一流企業(yè)密切合作的聯(lián)合實驗室,不斷引進(jìn)新技術(shù)和新設(shè)備,保持實驗設(shè)備與技術(shù)同步發(fā)展的實驗條件和手段。

  2)科研成果向?qū)嶒烅椖哭D(zhuǎn)化:利用學(xué)科科研團(tuán)隊的技術(shù)力量和科研環(huán)境,實現(xiàn)科研成果向?qū)嶒烅椖康霓D(zhuǎn)化,為學(xué)生營造探索、創(chuàng)新實驗環(huán)境。

  3)建設(shè)一流的專業(yè)實驗教學(xué)平臺:構(gòu)筑一個集現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息處理技術(shù)為一體的,技術(shù)先進(jìn)、功能比較齊全的國內(nèi)一流的“通信與信息系統(tǒng)實驗平臺”;配置品質(zhì)精良、結(jié)構(gòu)合理、數(shù)量充足的儀器設(shè)備,滿足本學(xué)科通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)類專業(yè)的實驗教學(xué)需要。

  4)多層次人才培養(yǎng)的實驗體系:強(qiáng)調(diào)綜合性、設(shè)計性、開放性實驗教學(xué),加強(qiáng)學(xué)生實踐能力、設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng);促進(jìn)學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)綜合協(xié)調(diào)發(fā)展的實驗教學(xué)體系。

  1.3實驗教學(xué)體系建設(shè)

  實驗中心根據(jù)本科專業(yè)實驗教學(xué)循序漸進(jìn)、逐步深入的特點,對實驗教學(xué)進(jìn)行總體設(shè)計,把四年的實驗教學(xué)作為一個整體來統(tǒng)一考慮,著力打造了“三種實驗平臺、四類教學(xué)形式、五層次實驗內(nèi)容”的實驗教學(xué)體系。

  1)三種實驗平臺:專業(yè)基礎(chǔ)實驗平臺、專業(yè)系統(tǒng)實驗平臺、工程與創(chuàng)新實驗平臺。

  2)四類教學(xué)形式:課程實驗、實驗課程、專項實驗、科技制作。

  3)五層次實驗內(nèi)容:基礎(chǔ)型、應(yīng)用型、綜合型、設(shè)計型、創(chuàng)新型。

  為配合學(xué)生逐步深人學(xué)習(xí)專業(yè)知識,實驗中心提供了與之相適應(yīng)的從原理驗證性實驗到系統(tǒng)性、綜合性和創(chuàng)新性實驗。通信射頻電路、通信ASIC、通信信號處理、嵌人式系統(tǒng)、通信與交換系統(tǒng)、通信網(wǎng)技術(shù)、接入網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與路由技術(shù)等一系列的實驗成為實驗中心的核心實驗內(nèi)容。

  整體實驗體系改變了一門課一個實驗、缺少整體匹配、教學(xué)內(nèi)容既交錯重疊又有空隙的問題。對實驗教學(xué)進(jìn)行了總體設(shè)計,把四年的實驗教學(xué)作為一個整體來統(tǒng)一考慮。

  層次化實驗從基礎(chǔ)性的驗證型實驗到綜合性、創(chuàng)新性的研究型實驗,構(gòu)建了層次多樣的實驗體系,達(dá)到了對學(xué)生基礎(chǔ)研究、專業(yè)技能、工程素養(yǎng)三方面均衡能力培養(yǎng)的目的。

  為適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展需要,讓學(xué)生了解和掌握當(dāng)前最先進(jìn)的專業(yè)技術(shù),中心借助先進(jìn)的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施,依托高水平的科研項目,根據(jù)實際需要不斷對實驗內(nèi)容和實驗項目從以下3個方面進(jìn)行調(diào)整和更新。

  1)加大設(shè)計型實驗比例:在確保基礎(chǔ)型、應(yīng)用型實驗質(zhì)量的同時,通過各種方式增加綜合型、設(shè)計型、創(chuàng)新型實驗的比例。學(xué)生通過參加各級各類比賽或提交實驗報告和實驗成果的方式完成創(chuàng)新實驗。

  2)增加學(xué)科發(fā)展方向的新實驗:減少驗證性實驗項目,借助科研成果,增加反映學(xué)科發(fā)展方向的新實驗和融研究、創(chuàng)新、實踐于一體的實驗項目。

  3)利用科研成果豐富實驗內(nèi)容:加大科研成果向?qū)嶒炥D(zhuǎn)化的力度,研制高水平實驗設(shè)備,設(shè)計高水平實驗內(nèi)容。

  2科學(xué)規(guī)劃,建設(shè)一流的實驗教學(xué)環(huán)境

  1994年電子科技大學(xué)集中了通信、信息和網(wǎng)絡(luò)等方向的專業(yè)實驗室,正式成立了通信與信息系統(tǒng)實驗中心。實驗中心包括了通信工程實驗室、計算機(jī)通信網(wǎng)實驗室、信號與系統(tǒng)實驗室、廣播電視工程實驗室、無線電技術(shù)實驗室以及微機(jī)原理實驗室。2.1把握學(xué)科發(fā)展方向,樹立可持續(xù)性發(fā)展的建設(shè)思路

  從2000年開始,我們重新整理實驗中心的建設(shè)思路,重點關(guān)注如何更好地保持實驗中心的實驗系統(tǒng)環(huán)境與技術(shù)發(fā)展同步?如何加強(qiáng)學(xué)生在系統(tǒng)性和工程性方面的訓(xùn)練等問題?各個獨立的實驗平臺難以在技術(shù)發(fā)展中持續(xù)發(fā)揮作用,也難以提供多系統(tǒng)綜合的實驗環(huán)境和工程實踐環(huán)境。為此,我們提出了“規(guī)范基礎(chǔ)實驗訓(xùn)練、統(tǒng)一實驗系統(tǒng)架構(gòu)、保障可持續(xù)發(fā)展”的實驗中心建設(shè)思路。經(jīng)過充分論證和和詳細(xì)設(shè)計,我們確定了實驗中心通過建設(shè)一個實驗系統(tǒng)共享平臺,以此平臺為基礎(chǔ),將多個獨立的實驗系統(tǒng)有機(jī)整合為大型綜合性系統(tǒng)實驗平臺,形成可持續(xù)性發(fā)展的實驗系統(tǒng)架構(gòu)的建設(shè)規(guī)劃。

  通信與信息系統(tǒng)學(xué)科各專業(yè)的一個共同點是:幾乎所有的專業(yè)技術(shù)都與通信信道有直接或間接的關(guān)系,實驗條件也幾乎都涉及一種或多種信道。信道資源是該學(xué)科各專業(yè)的共性資源,并且是學(xué)科技術(shù)持續(xù)發(fā)展不可或缺的資源〇因此,我們設(shè)計了一種集傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)、IP網(wǎng)、接入網(wǎng)為一體的大型綜合通信系統(tǒng)——骨干傳輸系統(tǒng),作為實驗中心的共享實驗平臺,提供模擬信道、數(shù)字信道、電路交換與分組交換網(wǎng)等多種類型的信道和網(wǎng)絡(luò)資源,實現(xiàn)實驗平臺的整合,所構(gòu)成的以骨干傳輸系統(tǒng)為基礎(chǔ)的實驗系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所7K。

  該共享平臺需要具備如下特點:

  1)資源共享性。為各實驗系統(tǒng)平臺提供基礎(chǔ)'資源共享的能力。

  2)平臺組合性。各個系統(tǒng)既是獨立的實驗平臺,又是綜合實驗平臺的組成部分。

  3)持續(xù)發(fā)展性。較強(qiáng)的擴(kuò)展能力,為實驗系統(tǒng)架構(gòu)可持續(xù)發(fā)展需要提供保證。

  4)系統(tǒng)整合性。能實現(xiàn)多系統(tǒng)的有機(jī)整合,構(gòu)成反映現(xiàn)代技術(shù)的大型綜合性系統(tǒng)。

  5)發(fā)展繼承性。共享平臺的擴(kuò)展能力使得在新建或擴(kuò)建實驗平臺時,能充分利用共享平臺和其他原有平臺的實驗資源。

  通過與國內(nèi)外著名通信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商如CISCO、Motorola、TI、ALTERA、華為、中興、邁普等共建實驗室的方式,實驗中心建設(shè)了骨干傳輸系統(tǒng)共享實驗平臺[圖1(a)]。平臺采用成熟的商用系統(tǒng),按照電信工程規(guī)范設(shè)計建設(shè),提供了與運營商真實系統(tǒng)完全一致的實驗教學(xué)環(huán)境。在實驗室環(huán)境中為學(xué)生提供了接觸、研究和操作真實系統(tǒng)的工作體驗和工程實踐條件[圖1(b)]。該平臺傳輸網(wǎng)采用三節(jié)點的SDH構(gòu)成,提供豐富的多種速率的傳輸信道;電路交換網(wǎng)采用兩臺商用程控交換機(jī)通過SDH系統(tǒng)構(gòu)成,提供豐富的電路交換的模擬信道資源;IP網(wǎng)絡(luò)采用多個廠商的路由器以太網(wǎng)交換機(jī)和無線AP接人點,在SDH上分別構(gòu)建了廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)系統(tǒng);接人網(wǎng)采用撥號Modem和ADSL接入通過程控交換網(wǎng)構(gòu)成。為學(xué)生提供了語音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)、接人網(wǎng)、無線網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)的多系統(tǒng)綜合多功能實驗環(huán)境和工程實踐環(huán)境覆蓋了通信與信息系統(tǒng)的絕大部分的主流應(yīng)用系統(tǒng),是實驗中心提供信道和網(wǎng)絡(luò)通信資源的共享平臺。在該共享平臺基礎(chǔ)上,實驗中心對各專業(yè)實驗骨干傳輸系統(tǒng)具備的“便于平臺整合、易于系統(tǒng)擴(kuò)充,共享通信資源、統(tǒng)一實驗架構(gòu)、可持續(xù)發(fā)展能力”的特點,在其后實驗中心的建設(shè)發(fā)展過程中得到印證。2008年以來新建和計劃建設(shè)的實驗平臺,同時需要考慮與原有平臺的有效整合時,骨干傳輸系統(tǒng)起到了重要支撐作用。

  實驗中心的共享實驗系統(tǒng)架構(gòu)的建設(shè)思路,成為國內(nèi)多所高校通信與信息系統(tǒng)實驗室建設(shè)的仿效對象。深圳訊方公司以此系統(tǒng)架構(gòu)為藍(lán)本,推出了高校通信與網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)產(chǎn)品。據(jù)訊方公司統(tǒng)計,國內(nèi)已有近百所高校及高專的通信與網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)采用該系統(tǒng)產(chǎn)品。

  2.2緊跟技術(shù)發(fā)展,建設(shè)先進(jìn)的實驗教學(xué)環(huán)境

  科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,要求實驗中心的實驗環(huán)境能跟上技術(shù)發(fā)展的步伐,為實驗教學(xué)提供與技術(shù)發(fā)展先進(jìn)水平相適應(yīng)的實驗教學(xué)平臺,讓學(xué)生能不斷接觸先進(jìn)技術(shù)的前沿領(lǐng)域,開展研究分析,實現(xiàn)創(chuàng)新探索。

  實驗中心要及時將先進(jìn)技術(shù)的最新成果和系統(tǒng)納入到中心的共享平臺架構(gòu)中,不斷發(fā)展、更新和整合實驗教學(xué)平臺,在新建和擴(kuò)建實驗平臺時,為使實驗平臺能發(fā)揮最大效用和充分利用原有實驗平臺的資源,應(yīng)把握和遵循了以下4個原則:

  1)與學(xué)科發(fā)展方向和趨勢保持一致;

  2)能反映當(dāng)代技術(shù)最新發(fā)展的特征;

  3)能提供多功能多層次的實現(xiàn)環(huán)境;

  4)能與實驗中心的現(xiàn)有平臺進(jìn)行有效整合。2008年以來,針對通信與信息系統(tǒng)學(xué)科在通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、DSP技術(shù)、嵌人式技術(shù)方向的室平臺系統(tǒng)進(jìn)行整合,互聯(lián)與路由、計算機(jī)通信和程控交換三個實驗平臺歸并到骨干傳輸系統(tǒng)實驗室中。所形成的統(tǒng)一實驗系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

  發(fā)展現(xiàn)狀,實驗中心陸續(xù)新建和擴(kuò)建了“網(wǎng)絡(luò)工程”、“通信系統(tǒng)”,“綜合接入網(wǎng)”和“微處理器與嵌入式設(shè)計”等實驗平臺,保持了實驗中心的實驗環(huán)境能及時反映當(dāng)前最新技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀。

  限于篇幅,在此僅簡要介紹新建的“網(wǎng)絡(luò)工程”和“綜合接人網(wǎng)”兩個實驗平臺整合到實驗中心共享平臺實驗體系架構(gòu)中的建設(shè)思路。

  1)網(wǎng)絡(luò)工程實驗平臺建設(shè)思路

  網(wǎng)絡(luò)工程實驗平臺(圖3)應(yīng)為學(xué)生展現(xiàn)當(dāng)前多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互滲透、相互融合的技術(shù)和發(fā)展趨勢。實驗平臺應(yīng)能夠靈活實現(xiàn)多種類型組網(wǎng)形態(tài),為學(xué)生提供組網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、測試、評價等多方位的綜合設(shè)計和實驗環(huán)境,訓(xùn)練學(xué)生的知識綜合運用能力和工程實踐能力。

  網(wǎng)絡(luò)工程實驗平臺由6個平臺節(jié)點組成(圖3(a))。每個節(jié)點平臺包含了4臺路由器和4臺以太網(wǎng)交換機(jī),自身就可組建一個小型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可提供小組的內(nèi)部級別的組網(wǎng)實驗。平臺節(jié)點又通過共享系統(tǒng)的SDH信道實現(xiàn)連接。利用SDH可靈活改變連接關(guān)系的特性,這6個節(jié)點組成的實驗平臺形成一種可靈活組建各種形式的廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)等實驗平臺。在此平臺上可進(jìn)行多網(wǎng)互聯(lián)、內(nèi)部/外部路由等專業(yè)技術(shù)方面的實驗,提供園區(qū)網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、運營網(wǎng)、廣域網(wǎng)等組網(wǎng)架構(gòu)和工程技術(shù)方面的實驗,還可提供大型網(wǎng)絡(luò)性能模型、流量模型等方面的理論分析的實驗驗證。圖3(b)展示了用該平臺構(gòu)建的一種企業(yè)網(wǎng)實驗環(huán)境。

  2)綜合接入網(wǎng)實驗平臺建設(shè)思路

  綜合接人網(wǎng)實驗平臺反映了當(dāng)前接入網(wǎng)技術(shù)呈現(xiàn)的多種接人方式并存、接入控制手段繁復(fù)的現(xiàn)狀。實驗平臺為學(xué)生建立多種接人方式的實驗環(huán)境’建立各種接人方式的控制以及綜合的接入控制實驗環(huán)境。

  平臺建設(shè)根據(jù)“電信接入網(wǎng)”和“IP接人網(wǎng)”在體系架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)上的發(fā)展趨勢,在原有的ADSL接入和撥號接入的基礎(chǔ)上,擴(kuò)充了新的駐地網(wǎng)、無線網(wǎng)、無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)等接入方式。自主設(shè)計實現(xiàn)了綜合接人控制系統(tǒng),構(gòu)成了一種與接人網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢相吻合的綜合接人技術(shù)實驗平臺(圖4),為學(xué)生提供了一種認(rèn)知、分析和研究探索接人網(wǎng)最新發(fā)展的實驗實踐環(huán)境。

  過整合,將骨干傳輸系統(tǒng)的資源和已有實驗平臺的部分資源納人到了綜合平臺中。綜合接人網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的匯聚網(wǎng)、核心網(wǎng)、駐地網(wǎng)、專線接人、無線接人均是原有的實驗平臺資源,僅新增了EPON接人系統(tǒng),在不影響原有系統(tǒng)平臺實驗功能的條件下,通過簡單整理組合,以較少的投資實現(xiàn)了接人手段相對齊全、接人體系結(jié)構(gòu)完整的綜合接人網(wǎng)平臺。

  3結(jié)束語

  通信與信息系統(tǒng)學(xué)科既是一個古老又是一個新興的學(xué)科。它的古老在于它的歷史悠久,它的新興在于它的新陳代謝十分活躍,使該學(xué)科的專業(yè)實驗室建設(shè)和持續(xù)發(fā)展既有機(jī)遇又有挑戰(zhàn)。本文對該學(xué)科“循序漸進(jìn)、逐步深人”的專業(yè)實驗教學(xué)體系進(jìn)行了分析,討論了實驗平臺建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的思路,提出了以共享平臺為基礎(chǔ)的實驗中心平臺建設(shè)方案。通過將多個獨立實驗平臺整合形成統(tǒng)一的綜合實驗平臺系統(tǒng)架構(gòu),在實驗平臺間形成資源共享、繼承和擴(kuò)展關(guān)系,實現(xiàn)實驗中心平臺保持與技術(shù)同步的可持續(xù)發(fā)展。

  結(jié)合實驗中心新建的“網(wǎng)絡(luò)工程”、“綜合接人系統(tǒng)”實驗平臺實例,介紹了新建實驗平臺在共享實驗平臺上的共享、繼承和擴(kuò)展的建設(shè)思路。

  參考文獻(xiàn)

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