基于虛擬儀器的綜合通信網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)研究

張青鋒+邴爍+王陽(yáng)春

摘要：本文通過(guò)分析武警部隊(duì)綜合通信網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，提出了利用虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬綜合通信網(wǎng)實(shí)際搭建過(guò)程的思想，該平臺(tái)增強(qiáng)了學(xué)員的實(shí)際操作能力，將院校的培訓(xùn)延伸到基層部隊(duì)，對(duì)提高部隊(duì)的通信保障的能力具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；綜合通信網(wǎng)；教學(xué)平臺(tái)

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1674-9324（2014）39-0078-02

引言：

綜合通信網(wǎng)是武警部隊(duì)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)和支撐，網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行對(duì)部隊(duì)查勤管理、執(zhí)勤戰(zhàn)備、教育訓(xùn)練等各項(xiàng)工作都具有重要的意義，因此，提高網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員的技術(shù)水平，對(duì)保障網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行具有重要的作用。

目前，通信專(zhuān)業(yè)士官的培訓(xùn)工作大多是通過(guò)課堂學(xué)習(xí)，并以實(shí)際操作、掛圖、錄像等方式作為輔助手段。對(duì)通信專(zhuān)業(yè)士官的培訓(xùn)要求具有很強(qiáng)的實(shí)踐操作能力，但這種常規(guī)的培訓(xùn)模式受到經(jīng)費(fèi)、物理?xiàng)l件、培訓(xùn)時(shí)間等條件的限制，大大制約了通信專(zhuān)業(yè)士官實(shí)際操作能力的提高。而且，由于現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)備使用頻繁，多次重復(fù)連接插拔容易造成接口的磨損，甚至?xí)?dǎo)致整臺(tái)設(shè)備不能正常使用，因此建立設(shè)備之間仿真的連接環(huán)境，通過(guò)模擬設(shè)備之間的真實(shí)連接關(guān)系，能夠在很大程度上減少設(shè)備的損壞，增強(qiáng)了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果。

一、虛擬教學(xué)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

虛擬教學(xué)是繼多媒體教學(xué)之后出現(xiàn)的一種新的教學(xué)手段，它綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、傳感器技術(shù)及信息技術(shù)等，將物理實(shí)體的儀器設(shè)備虛擬化，即軟件就是設(shè)備。目前，虛擬教學(xué)在發(fā)達(dá)國(guó)家已取得一定成效。美國(guó)作為當(dāng)今的科技強(qiáng)國(guó)，為繼續(xù)保持其在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，尤其重視信息技術(shù)的研究，并已將虛擬實(shí)驗(yàn)室列入其科研發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃。代表性的成果主要有：美國(guó)Illinois大學(xué)的Nmrscope系統(tǒng)；印地安那州立大學(xué)的MBL化學(xué)實(shí)驗(yàn)室等等；在國(guó)內(nèi)，虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也得到了應(yīng)有的重視。目前，已有部分高校初步建立了虛擬實(shí)驗(yàn)室。例如：清華大學(xué)利用虛擬儀器構(gòu)建了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)；同濟(jì)大學(xué)建筑學(xué)院的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室等等。綜上所述，我國(guó)現(xiàn)今還沒(méi)有針對(duì)武警部隊(duì)的綜合通信網(wǎng)虛擬教學(xué)軟件，因此，研究開(kāi)發(fā)一種相關(guān)虛擬教學(xué)軟件平臺(tái)勢(shì)在必行。基于圖形化的LabVIEW軟件是通過(guò)連線(xiàn)來(lái)完成程序的開(kāi)發(fā)，能夠更形象化地表示出綜合通信網(wǎng)網(wǎng)架構(gòu)的搭建過(guò)程，能為該研究提供良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。用虛擬教學(xué)手段來(lái)代替實(shí)際操作的教學(xué)過(guò)程，該方法具有較強(qiáng)的交互功能，能夠及時(shí)反饋仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，學(xué)員可以重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)直到正確的結(jié)論，提升了學(xué)員的實(shí)際操作能力，該方法是傳統(tǒng)教學(xué)手段的有益補(bǔ)充，能有效提高教學(xué)質(zhì)量。

二、基于虛擬儀器的綜合通信網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)的研究?jī)?nèi)容

本教學(xué)平臺(tái)基于圖形化的LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)了綜合通信網(wǎng)中主要設(shè)備的虛擬模塊，各設(shè)備的接口及接口的連接關(guān)系。具體研究?jī)?nèi)容為：

1.建立了電視會(huì)議系統(tǒng)中各設(shè)備的仿真模塊，及各設(shè)備之間的物理連接關(guān)系。主要包括云臺(tái)攝像機(jī)、麥克風(fēng)、顯示設(shè)備、電視會(huì)議終端等。以實(shí)際設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)了各模塊的接口并與實(shí)際設(shè)備的接口相對(duì)應(yīng)，以及各設(shè)備之間、接口之間的連接關(guān)系。利用這些模塊，使學(xué)員系統(tǒng)掌握電視電話(huà)會(huì)議設(shè)備的連接方式及操作過(guò)程，大大提升電視電話(huà)會(huì)議維護(hù)員的技術(shù)保障水平。

2.針對(duì)移動(dòng)式網(wǎng)上訓(xùn)練集成箱中的各個(gè)設(shè)備建立仿真模塊。主要包括無(wú)線(xiàn)麥克接收器、有線(xiàn)麥克、攝像機(jī)、DVD、音視頻矩陣、功放、音箱、電視等模塊。通過(guò)對(duì)各模塊的連接關(guān)系來(lái)仿真實(shí)際設(shè)備的連接，進(jìn)而使學(xué)員掌握移動(dòng)式網(wǎng)上集成訓(xùn)練箱中各設(shè)備的連接關(guān)系。利用這些模塊仿真模擬設(shè)備之間的連接，學(xué)員可以掌握訓(xùn)練集成箱的操作方法，為實(shí)際應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

3.監(jiān)控設(shè)備仿真模塊的建立。主要包括攝像機(jī)、伺服器、視頻分配器、畫(huà)面分割器、監(jiān)視器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等?？赏ㄟ^(guò)對(duì)該部分的仿真練習(xí)，使學(xué)員掌握監(jiān)控設(shè)備之間的連接關(guān)系。監(jiān)控是哨位設(shè)備的重要組成部分，利用該仿真模塊，學(xué)員能夠掌握監(jiān)控設(shè)備的組成及各部分之間的連接及應(yīng)用，提高對(duì)實(shí)際監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用及維護(hù)能力。

4.機(jī)房中各設(shè)備的仿真模塊。主要有光端機(jī)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、MS4460、路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等。在理論授課中通過(guò)該部分模塊的連接可給學(xué)員更形象的理解過(guò)程，使學(xué)員能夠更深刻地理解機(jī)房設(shè)備之間的連接關(guān)系。

5.通用設(shè)備的仿真模塊。主要包括顯示設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、VGA分頻器、路由器、電話(huà)機(jī)等在各種系統(tǒng)中經(jīng)常用到的一些常用設(shè)備。通用設(shè)備是綜合通信網(wǎng)中應(yīng)用最廣的設(shè)備，通過(guò)這些通用設(shè)備模塊的仿真練習(xí)，能使學(xué)員盡快具備對(duì)通用設(shè)備的基本操作能力。

三、基于虛擬儀器的綜合通信網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)的主要功能

1.教學(xué)演示功能。在綜合通信網(wǎng)中各種設(shè)備的連接關(guān)系較為復(fù)雜，目前在課堂講授環(huán)節(jié)中，主要是利用課件通過(guò)設(shè)備的圖片來(lái)講述設(shè)備之間的連接關(guān)系，這種簡(jiǎn)單的純講授，學(xué)員不易掌握和理解。利用該仿真系統(tǒng)，邊講述邊演示，學(xué)員會(huì)有更直觀的認(rèn)識(shí)，利用交互式的界面，強(qiáng)調(diào)各設(shè)備接口的連接關(guān)系，能夠?qū)崟r(shí)判斷連接關(guān)系的正確與否，同時(shí)更能強(qiáng)化學(xué)員對(duì)設(shè)備接口的理解，提高學(xué)員對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握。

2.學(xué)員練習(xí)功能。學(xué)員練習(xí)有兩種方式：第一種方式是給出設(shè)備的仿真模塊，由學(xué)員完成各設(shè)備的連接，用此過(guò)程來(lái)仿真實(shí)際的物理連接功能，這就要求學(xué)員必須對(duì)設(shè)備的接口非常熟悉，因此通過(guò)該軟件進(jìn)行仿真練習(xí)，相比實(shí)際的操作的難度還要大，完全能夠達(dá)到教學(xué)要求學(xué)員練習(xí)的第二種方式是，要求學(xué)員組建一個(gè)系統(tǒng)，讓學(xué)員自己從中選擇設(shè)備，然后連接好各設(shè)備。這種方式比第一種方式難度更大，更能夠加強(qiáng)學(xué)員對(duì)各設(shè)備的掌控及應(yīng)用，大幅提升學(xué)員的實(shí)際組網(wǎng)能力。

3.仿真系統(tǒng)的組建功能。在組建新的系統(tǒng)前，可通過(guò)該軟件首先仿真要組建的系統(tǒng)，模擬在實(shí)際的組建過(guò)程中所需要的設(shè)備及各種設(shè)備的連接方式，減少在實(shí)際操作中的盲目性，提高效率。

四、基于虛擬儀器的綜合通信網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)的主要特點(diǎn)

1.實(shí)現(xiàn)虛擬的教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)手段。在綜合通信網(wǎng)的教學(xué)過(guò)程中，實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)提高學(xué)員的學(xué)習(xí)效果具有重要的意義，利用該虛擬的教學(xué)平臺(tái)，能夠使教學(xué)內(nèi)容形象化、直觀化，同時(shí)通過(guò)利用該軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)虛擬的教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)學(xué)員進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，使學(xué)員更好地掌握所學(xué)的知識(shí)，提高實(shí)踐操作的能力與水平。

2.采用交互式的操作方式。能夠?qū)崟r(shí)反映各連接是否正確，通過(guò)形象的連接方式，使學(xué)員能夠掌握在實(shí)際操作中各設(shè)備之間的連接關(guān)系，掌握各設(shè)備接口之間的連接。

3.對(duì)不同的接口進(jìn)行定義。利用該教學(xué)平臺(tái)可以對(duì)不同的接口進(jìn)行定義，使不同接口之間具有不同的屬性。若接口屬性不同則兩接口不能相連，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)反映操作的正確與否，強(qiáng)化學(xué)員對(duì)設(shè)備接口的掌握。

4.各模塊與實(shí)際的設(shè)備一一對(duì)應(yīng)。在軟件的開(kāi)發(fā)中采用與實(shí)際完全對(duì)應(yīng)的方式，每一個(gè)實(shí)際設(shè)備都具有一個(gè)虛擬模塊，并且模塊的接口與實(shí)際接口完全一致，便于學(xué)員認(rèn)識(shí)和掌握該實(shí)際設(shè)備。

利用虛擬儀器軟件（LabVIEW），開(kāi)發(fā)一個(gè)具有交互功能的軟件系統(tǒng)來(lái)模擬綜合通信網(wǎng)架構(gòu)的搭建過(guò)程，利用虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬實(shí)際操作的過(guò)程，進(jìn)而提高學(xué)員實(shí)際操作的能力，同時(shí)為學(xué)員提供一個(gè)自主學(xué)習(xí)的軟件環(huán)境。但是，由于軟件等方面的制約，該平臺(tái)還存在圖形不夠形象，缺少對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障的診斷與排除的模擬等問(wèn)題，這些都是下一步需解決的問(wèn)題。

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