基于虛擬儀器的綜合通信網教學平臺研究

張青鋒+邴爍+王陽春

摘要：本文通過分析武警部隊綜合通信網的現狀和發展趨勢，提出了利用虛擬的實驗環境模擬綜合通信網實際搭建過程的思想，該平臺增強了學員的實際操作能力，將院校的培訓延伸到基層部隊，對提高部隊的通信保障的能力具有重要的意義。

關鍵詞：虛擬儀器；綜合通信網；教學平臺

中圖分類號：G712 文獻標志碼：B 文章編號：1674-9324（2014）39-0078-02

引言：

綜合通信網是武警部隊信息系統的基礎和支撐，網絡的正常運行對部隊查勤管理、執勤戰備、教育訓練等各項工作都具有重要的意義，因此，提高網絡維護人員的技術水平，對保障網絡的正常運行具有重要的作用。

目前，通信專業士官的培訓工作大多是通過課堂學習，并以實際操作、掛圖、錄像等方式作為輔助手段。對通信專業士官的培訓要求具有很強的實踐操作能力，但這種常規的培訓模式受到經費、物理條件、培訓時間等條件的限制，大大制約了通信專業士官實際操作能力的提高。而且，由于現有的教學設備使用頻繁，多次重復連接插拔容易造成接口的磨損，甚至會導致整臺設備不能正常使用，因此建立設備之間仿真的連接環境，通過模擬設備之間的真實連接關系，能夠在很大程度上減少設備的損壞，增強了學員的學習興趣，提高了教學效果。

一、虛擬教學的國內外研究現狀

虛擬教學是繼多媒體教學之后出現的一種新的教學手段，它綜合運用計算機技術、軟件技術、傳感器技術及信息技術等，將物理實體的儀器設備虛擬化，即軟件就是設備。目前，虛擬教學在發達國家已取得一定成效。美國作為當今的科技強國，為繼續保持其在科學技術領域的領先地位，尤其重視信息技術的研究，并已將虛擬實驗室列入其科研發展的戰略規劃。代表性的成果主要有：美國Illinois大學的Nmrscope系統；印地安那州立大學的MBL化學實驗室等等；在國內，虛擬實驗室的建設也得到了應有的重視。目前，已有部分高校初步建立了虛擬實驗室。例如：清華大學利用虛擬儀器構建了汽車發動機檢測系統；同濟大學建筑學院的虛擬現實實驗室等等。綜上所述，我國現今還沒有針對武警部隊的綜合通信網虛擬教學軟件，因此，研究開發一種相關虛擬教學軟件平臺勢在必行。基于圖形化的LabVIEW軟件是通過連線來完成程序的開發，能夠更形象化地表示出綜合通信網網架構的搭建過程，能為該研究提供良好的開發環境。用虛擬教學手段來代替實際操作的教學過程，該方法具有較強的交互功能，能夠及時反饋仿真實驗的結果，學員可以重復多次實驗直到正確的結論，提升了學員的實際操作能力，該方法是傳統教學手段的有益補充，能有效提高教學質量。

二、基于虛擬儀器的綜合通信網教學平臺的研究內容

本教學平臺基于圖形化的LabVIEW軟件開發了綜合通信網中主要設備的虛擬模塊，各設備的接口及接口的連接關系。具體研究內容為：

1.建立了電視會議系統中各設備的仿真模塊，及各設備之間的物理連接關系。主要包括云臺攝像機、麥克風、顯示設備、電視會議終端等。以實際設備為標準，開發了各模塊的接口并與實際設備的接口相對應，以及各設備之間、接口之間的連接關系。利用這些模塊，使學員系統掌握電視電話會議設備的連接方式及操作過程，大大提升電視電話會議維護員的技術保障水平。

2.針對移動式網上訓練集成箱中的各個設備建立仿真模塊。主要包括無線麥克接收器、有線麥克、攝像機、DVD、音視頻矩陣、功放、音箱、電視等模塊。通過對各模塊的連接關系來仿真實際設備的連接，進而使學員掌握移動式網上集成訓練箱中各設備的連接關系。利用這些模塊仿真模擬設備之間的連接，學員可以掌握訓練集成箱的操作方法，為實際應用奠定技術基礎。

3.監控設備仿真模塊的建立。主要包括攝像機、伺服器、視頻分配器、畫面分割器、監視器、網絡交換機等。可通過對該部分的仿真練習，使學員掌握監控設備之間的連接關系。監控是哨位設備的重要組成部分，利用該仿真模塊，學員能夠掌握監控設備的組成及各部分之間的連接及應用，提高對實際監控設備的應用及維護能力。

4.機房中各設備的仿真模塊。主要有光端機、協議轉換器、MS4460、路由器、網絡交換機等。在理論授課中通過該部分模塊的連接可給學員更形象的理解過程，使學員能夠更深刻地理解機房設備之間的連接關系。

5.通用設備的仿真模塊。主要包括顯示設備、網絡交換機、VGA分頻器、路由器、電話機等在各種系統中經常用到的一些常用設備。通用設備是綜合通信網中應用最廣的設備，通過這些通用設備模塊的仿真練習，能使學員盡快具備對通用設備的基本操作能力。

三、基于虛擬儀器的綜合通信網教學平臺的主要功能

1.教學演示功能。在綜合通信網中各種設備的連接關系較為復雜，目前在課堂講授環節中，主要是利用課件通過設備的圖片來講述設備之間的連接關系，這種簡單的純講授，學員不易掌握和理解。利用該仿真系統，邊講述邊演示，學員會有更直觀的認識，利用交互式的界面，強調各設備接口的連接關系，能夠實時判斷連接關系的正確與否，同時更能強化學員對設備接口的理解，提高學員對所學知識的掌握。

2.學員練習功能。學員練習有兩種方式：第一種方式是給出設備的仿真模塊，由學員完成各設備的連接，用此過程來仿真實際的物理連接功能，這就要求學員必須對設備的接口非常熟悉，因此通過該軟件進行仿真練習，相比實際的操作的難度還要大，完全能夠達到教學要求學員練習的第二種方式是，要求學員組建一個系統，讓學員自己從中選擇設備，然后連接好各設備。這種方式比第一種方式難度更大，更能夠加強學員對各設備的掌控及應用，大幅提升學員的實際組網能力。

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

四、基于虛擬儀器的綜合通信網教學平臺的主要特點

1.實現虛擬的教學方式和實驗手段。在綜合通信網的教學過程中，實踐環節對提高學員的學習效果具有重要的意義，利用該虛擬的教學平臺，能夠使教學內容形象化、直觀化，同時通過利用該軟件系統，實現虛擬的教學方式和實驗手段，對學員進行強化訓練，使學員更好地掌握所學的知識，提高實踐操作的能力與水平。

2.采用交互式的操作方式。能夠實時反映各連接是否正確，通過形象的連接方式，使學員能夠掌握在實際操作中各設備之間的連接關系，掌握各設備接口之間的連接。

3.對不同的接口進行定義。利用該教學平臺可以對不同的接口進行定義，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，該系統能實時反映操作的正確與否，強化學員對設備接口的掌握。

4.各模塊與實際的設備一一對應。在軟件的開發中采用與實際完全對應的方式，每一個實際設備都具有一個虛擬模塊，并且模塊的接口與實際接口完全一致，便于學員認識和掌握該實際設備。

利用虛擬儀器軟件（LabVIEW），開發一個具有交互功能的軟件系統來模擬綜合通信網架構的搭建過程，利用虛擬的實驗環境模擬實際操作的過程，進而提高學員實際操作的能力，同時為學員提供一個自主學習的軟件環境。但是，由于軟件等方面的制約，該平臺還存在圖形不夠形象，缺少對網絡故障的診斷與排除的模擬等問題，這些都是下一步需解決的問題。

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