基于IUV-VR的虛擬現(xiàn)實通信實訓平臺仿真設(shè)計

孫捷　楊歡

摘要：相對于傳統(tǒng)的實驗教學過程中存在著實驗設(shè)備更新慢、實驗操作過程風險高、實驗教學模式滯后而制約教學創(chuàng)新等問題。IUV-VR是利用VR技術(shù)來實現(xiàn)WLAN與PON接入工程的體驗式實訓教學仿真軟件， 通過計算機多媒體虛擬現(xiàn)實的方式來模擬工作場景，提供在線的虛擬仿真環(huán)境和交互式體驗的教學服務，解決高校專業(yè)實訓難，成本高的教學現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);虛擬仿真;WLAN+PON接入網(wǎng)

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）25-0293-02

隨著應用型高校在全國的不斷推進[1]，實驗教學在高校的教育工作中充當著越來越重要的角色。在實際中由于學生不能直接去操作正在使用的運營商的接入網(wǎng)設(shè)備[2]，而通過IUV-VR系統(tǒng)，使用者可以進入步行街的WLAN及PON系統(tǒng)，實驗平臺包括街道、商場和弱電井機房三種典型的站點場景，充分體驗交互式的實驗教學，如站點勘察、AP、箱體、分光器、ONU、交換機安裝、線纜連線等操作。通過將實驗設(shè)備虛擬化，使教育資源便利化和可持續(xù)化[3]。

1虛擬現(xiàn)實仿真實訓教學概述

1.1 WLAN+PON接入工程

當前傳統(tǒng)的WLAN承載主要通過SDH （同步數(shù)字體系） 疊加多層樓道交換機、匯聚交換機的方式實現(xiàn)。雖然這些傳輸方式具有技術(shù)成熟、可靠性高的特點，但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復雜，維護工作量大，每個用戶可用帶寬低，綜合造價高。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、有源/無源、可用帶寬和綜合造價等角度分析，點對多點的PON （無源光網(wǎng)絡(luò)） 技術(shù)與其他的接入技術(shù)如SDH、DSL、LAN等相比，具有成本低、部署靈活等優(yōu)點。目前采用的GPON的方式進行WLAN組網(wǎng)中，采用的是在ONU中加入POE供電模塊，由OLT自動發(fā)現(xiàn)ONU進行數(shù)據(jù)配置，降低通信組網(wǎng)的成本。

1.2 VR技術(shù)

VR技術(shù)不僅能模擬實際設(shè)備[4][5]， 還能模擬出實際設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。用戶借助VR頭盔等， 以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互， 使用戶最大限度地貼近實際操作， 提高實操能力和處理實際問題的技能。這種創(chuàng)新的實訓方式不僅使用戶能夠模塊化地觀察設(shè)備， 更好地應用于復雜設(shè)備和危險性系數(shù)較高的操作訓練， 有效地克服實際裝備訓練受時間和場地限制、訓練成本高、易損壞裝備等弊端， 并且使用戶置身于虛擬現(xiàn)實環(huán)境中， 大大提高了互動性與參與性。

2 虛擬現(xiàn)實仿真實訓教學內(nèi)容

實訓仿真平臺是對WLAN+PON接入工程通過VR技術(shù)來實現(xiàn)的一種虛擬仿真實驗教學項目，利用虛擬現(xiàn)實（VR）系統(tǒng)操作光纜交接箱、分光器、光纖管道入戶等。實驗平臺參照運營商在光纖接入網(wǎng)中的真實建設(shè)場景，提供典型站點建設(shè)所需相關(guān)設(shè)備和線纜資源。虛擬仿真實驗內(nèi)容包括熟悉通信設(shè)備的結(jié)構(gòu)、學習站點內(nèi)設(shè)備的安裝操作規(guī)范。通過在線虛擬現(xiàn)實的實驗教學，可以使學生掌握WLAN+PON接入工程在實際中的設(shè)備部署和線纜連接，培養(yǎng)學生日后在實際的通信工程項目工作中擁有一定的系統(tǒng)操作基礎(chǔ)。對于探索實驗教學新模式、培養(yǎng)電子信息人才具有重要而深遠的意義。

虛擬仿真實驗教學主要通過教師引導、師生互動、學生探究以及虛實相輔的實踐教學方式[6][7]。一方面，學生不用外出參觀運營商的光纖接入站點，可以在虛擬仿真實驗平臺中對通信設(shè)備進行學習，對掌握的通信設(shè)備基本工作原理知識進行鞏固訓練[8];另一方面，通過互動式的實驗教學方式，學生可以使用VR設(shè)備進行人機交互操作，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)展示出通信設(shè)備安裝的詳細過程。實驗前學生可以通過閱讀《光纖接入工程VR實訓系統(tǒng)使用手冊》熟悉設(shè)備的正規(guī)操作方法，讓學生在進行機房建設(shè)、設(shè)備安裝之前， 根據(jù)建設(shè)規(guī)范選擇合適的設(shè)備、輔材、工具，然后一步步完成主設(shè)備安裝、室外設(shè)備安裝、天線安裝、GPS天線安裝、防雷箱安裝， 以及設(shè)備之間的線纜走線。通過虛擬方法， 讓學生體會到真實的安裝過程。

3 虛擬現(xiàn)實仿真實訓項目設(shè)計

基于WLAN+PON接入工程的虛擬現(xiàn)實仿真實訓教學平臺，是對在高校傳統(tǒng)實驗室內(nèi)不易教學實現(xiàn)的實驗項目，通過VR技術(shù)來將現(xiàn)實與虛擬結(jié)合，綜合培養(yǎng)的虛擬現(xiàn)實仿真實訓項目[9]。

在光纖接入工程VR實訓系統(tǒng)中，主要包括：實驗室預約登記、設(shè)備操作學習、站點安裝教學演示、站點安裝項目考核等。

（1）實驗室預約登記。作為開放式、拓展式的實訓平臺，在實訓學習之前，需要提前登記預約，熟悉實驗室環(huán)境，這一部分是確保實訓教學項目的順利開設(shè)，有利于教師對實驗室的系統(tǒng)管理[10]。

（2）設(shè)備操作學習。閱讀《光纖接入工程VR實訓系統(tǒng)使用手冊》中的圖文配置說明，熟悉實訓過程中的設(shè)備構(gòu)造，數(shù)據(jù)配置等安裝操作，掌握光纖接入工程的知識要點和行業(yè)操作規(guī)范。

（3）站點安裝教學演示。演示在街道、商場和弱電井機房三種典型的站點場景的VR操作，對站點的設(shè)備進行放置、連線等細節(jié)的操作。

（4）站點安裝項目考核。實訓考核不僅僅是對學生在實訓操作過程中的表現(xiàn)進行量化的考核，主要是關(guān)注學生在實訓中的問題反饋，目的是來觀察學生對虛擬仿真平臺的掌握情況。

4 虛擬現(xiàn)實仿真實訓操作過程

對于IUV光纖接入工程VR實訓系統(tǒng)，登錄界面簡單，操作方便。虛擬現(xiàn)實仿真實訓平臺的登錄采用賬號+密碼的身份認證方式，這種方式可以為實訓系統(tǒng)提供完整的資源調(diào)用和數(shù)據(jù)管理[11][12]，這樣在學生的實訓中就可以對各類操作進行存檔保存。

IUV光纖接入工程虛擬現(xiàn)實仿真實訓系統(tǒng)的燈柱場景：可實現(xiàn)天線、室外 AP、避雷器及線纜的安裝與連接。

IUV光纖接入工程虛擬現(xiàn)實仿真實訓系統(tǒng)的掛壁箱/光交箱場景：可實現(xiàn) ONU、交換機、Splitter、POE 供電設(shè)備及線纜的安裝與連接。

IUV光纖接入工程VR 自動評測功能需結(jié)合 IUV 管理平臺操作。VR 仿真配置表可輔助老師完成學員WLAN+PON 實操綜合測試，選中項為用戶需要完成的任務，測試結(jié)果可自動在 VR 客戶端得出成績。

5 結(jié)語

本實訓系統(tǒng)平臺對于在WLAN+PON接入工程中無法在實驗室實現(xiàn)的一些功能采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行彌補，通過VR技術(shù)虛實結(jié)合的教學方式，使學生深入的學習光纖接入工程的站點布局，培養(yǎng)學生在實際項目中的工程實踐能力。

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【通聯(lián)編輯：梁書】