通信網(wǎng)絡(luò)仿真課程教學(xué)改革探討

摘 要：針對《通信網(wǎng)絡(luò)仿真》教學(xué)中存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容、實驗內(nèi)容和考核方式等方面提出積極的改革思路，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，注重培養(yǎng)學(xué)生實踐環(huán)節(jié)的動手能力。通過初步課程教學(xué)改革，不但增強學(xué)生對通信網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)集群課程各個知識點理解，而且提高學(xué)生的編程動手能力和團隊協(xié)作能力。為今后更好的開展《通信網(wǎng)絡(luò)仿真》教學(xué)提供了基礎(chǔ)和參考。

關(guān)鍵詞：MATLAB OPNET 網(wǎng)絡(luò)仿真 通信網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：G43 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號1674-098X（2015）10（b）-0229-02

Teaching Reform of Communications Network Simulation Course

SUN Qiang，WANG Jue，XU Chen

（School of Electronic and Information，Nantong University，Nantong Jiangsu，226019，China）

Abstract：In view of these questions that exist in teaching and learning of Communications Network Simulation，from the aspects of teaching content，experiment content and examination mode，we propose positive teaching reform to stimulate students’learning interest，and pay attention to training the students’practice ability.The preliminary course teaching reformnot only enhances students’understanding for communication network and communication system courses，but also improves the students’programming ability and team cooperation ability.It provide a basis and reference for further teaching on Communications Network Simulation better.

Key Words：MATLAB；OPNET；Network Simulation；Communication Network

隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷快速發(fā)展，為了使通信工程專業(yè)的學(xué)生更好地掌握通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)，尤其是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其仿真，該院已于2011年開設(shè)了《通信網(wǎng)絡(luò)仿真》課程。該課程是通信工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握的一項綜合性的技術(shù)。該課程的開設(shè)，有助于配合通信網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)集群課程實踐環(huán)節(jié)的開展。該課程一共32學(xué)時，其中實驗部分占16學(xué)時。課程最大的特點是能使學(xué)生在學(xué)習(xí)各專業(yè)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上掌握各種通信系統(tǒng)物理層[1]、數(shù)據(jù)鏈路層以及網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議及其仿真技術(shù)。結(jié)合多年的通信網(wǎng)絡(luò)仿真教學(xué)實踐，從教學(xué)改革的角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)存在如下一些問題：（1）搭建實際的通信網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境進行教學(xué)研究，成本很高，但效果欠佳；（2）沒有適合本科生學(xué)習(xí)的教材，多數(shù)教材只側(cè)重于一種軟件來介紹通信網(wǎng)絡(luò)仿真；（3）無法將通信網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)集群課程各個知識點之間聯(lián)系起來，難以對物理層和信道模型有深刻的認識，分析物理層對其他協(xié)議層的影響較為困難，例如：分析物理層道模型對數(shù)據(jù)鏈路層的影響。（4）大多數(shù)學(xué)生的軟件編程實踐能力有待加強。（5）學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力有待提高。為此，該文積極探索教學(xué)改革實踐，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗在教學(xué)內(nèi)容、實驗內(nèi)容和考核方式等方面提出如下的改革思路。

1 教學(xué)內(nèi)容改革

在教學(xué)過程中，筆者一直在思考如何讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握各層次通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及各個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層如何仿真驗證？在多年的通信網(wǎng)絡(luò)仿真課程教學(xué)中遇到以下一些問題：（1）傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的學(xué)習(xí)，需要高成本的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建通信系統(tǒng)，在真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下性能研究、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計不僅成本巨大， 而且分析也十分困難，實驗?zāi)Ｐ筒缓么罱ǎ虒W(xué)效果欠佳[2]。（2）一些教材只是從理論上分析通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的性能入手，展開通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的介紹，抽象的教學(xué)內(nèi)容使得學(xué)生難以理解，更不用提讓學(xué)生利用軟件編程來仿真驗證這些通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，尋找一門適合本科生學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)仿真教材也較為困難。

在實際教學(xué)中，筆者根據(jù)學(xué)生所掌握的知識結(jié)構(gòu)，采用循序漸進、由淺入深的教學(xué)方式，首先從學(xué)生們熟悉的物理層技術(shù)和信道模型[1]開始講解，每次授課充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的效率，安排一半課程時間用于協(xié)議原理介紹，一半課程時間用于仿真驗證演示，教師現(xiàn)場編程和講解可以讓學(xué)生建立良好的編程風(fēng)格與習(xí)慣，根據(jù)多年的教學(xué)總結(jié)對學(xué)生容易出錯的地方需要重點講解，還需要幫助學(xué)生學(xué)會調(diào)試程序和使用軟件的幫助文件，這些都有助于學(xué)生提高實驗效率。通過課題上與學(xué)生的提問互動，及時了解學(xué)生掌握知識的情況，可以適當(dāng)調(diào)整教學(xué)進度和安排，使絕大多數(shù)學(xué)生能夠適應(yīng)安排的教學(xué)進度。然后，將教學(xué)內(nèi)容從物理層逐步過渡到數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的介紹。重點要講解物理層與數(shù)據(jù)鏈路層之間、以及物理層與網(wǎng)絡(luò)層之間仿真的區(qū)別，以及它們之間的相互聯(lián)系。這是學(xué)生在該課程中學(xué)習(xí)的重點和難點。每堂課都要選擇典型的仿真實例進行講解，例如：在數(shù)據(jù)鏈路層可以選擇ALOHA協(xié)議，而網(wǎng)絡(luò)層則選擇AODV協(xié)議等。通過典型實例的講解，一方面便于學(xué)生理解理論知識；另一方面也有助于學(xué)生掌握編程仿真的技巧。最后，每次理論課結(jié)束，需要及時安排一堂實驗課進行鞏固練習(xí)，并要求學(xué)生做好實驗的預(yù)習(xí)工作，提高每次實驗課的效率。教材的選用需要涉及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及網(wǎng)絡(luò)層等仿真內(nèi)容，《MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真》[3]側(cè)重于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的介紹和仿真，學(xué)生較為容易掌握和理解，但是對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議內(nèi)容的介紹較少，而《OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真》[4]則主要以O(shè)PNET軟件為主介紹各種數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的仿真，但仿真編程較為復(fù)雜，短時間內(nèi)難以熟練掌握，并且對物理層做了簡化處理。筆者借助這兩本教材，將兩本教材的主要內(nèi)容相互補充，在此基礎(chǔ)上編寫了更加適合于學(xué)生掌握的《通信網(wǎng)絡(luò)仿真》的教學(xué)和實驗講義。

2 實驗內(nèi)容改革

筆者在長期實驗教學(xué)中摸索發(fā)現(xiàn)，上機實驗也是本課程最為重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到學(xué)生掌握理論知識的情況，借助仿真軟件對通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真可以加深學(xué)生對理論知識的理解。傳統(tǒng)教學(xué)中采用專用的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件OPNET[4]進行理論和實踐教學(xué)，但是OPNET較為復(fù)雜，學(xué)生難以在短期內(nèi)熟練掌握，因此，只能安排較為簡單的驗證性實驗進行介紹。在有限的課時內(nèi)學(xué)生很難提高動手編程能力。在實踐中學(xué)生普遍反映與實際知識之間聯(lián)系性不強，不夠直觀，實驗教學(xué)的改革成為教學(xué)中的難點。如何在有限的實驗課時內(nèi)提高學(xué)生的動手編程能力是筆者在長期教學(xué)過程中一直思考的問題。

針對不同層次的學(xué)生，開展驗證性、設(shè)計性與創(chuàng)新性實驗，使學(xué)生更加全面深入的理解所學(xué)的專業(yè)知識，由教師主導(dǎo)進行實驗向?qū)W生自主性實驗的方向發(fā)展。采用MATLAB與OPNET軟件相結(jié)合，一部分簡單的協(xié)議以及物理層技術(shù)可以采用學(xué)生較為熟悉的MATLAB軟件進行仿真驗證性實驗[5]，既可以讓學(xué)生鞏固前面所學(xué)的關(guān)于通信原理和通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)理論知識，還可以較好地掌握編程的基本技能。在有限的課時內(nèi)，實驗內(nèi)容安排必須有側(cè)重點，對于大部分學(xué)生來說，需要利用MATLAB和OPNET軟件來設(shè)計仿真ALOHA、CSMA以及CSMA/CA等協(xié)議[6]。通過利用兩種不同軟件仿真相同的協(xié)議，從中進一步體會離散事件仿真與連續(xù)時間仿真的區(qū)別，有助于學(xué)生更好的學(xué)習(xí)OPNET軟件。對于OPNET掌握較好的學(xué)生可以鼓勵他們研究網(wǎng)絡(luò)層更為復(fù)雜的DSR和AODV等協(xié)議。通過深入研究各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，調(diào)動一部分學(xué)生研究的積極性，引導(dǎo)部分學(xué)生開展一些創(chuàng)新性實驗，鼓勵學(xué)生參加老師開展的相關(guān)課題項目的研究，通過不斷實踐的積累，為今后的畢業(yè)設(shè)計和科學(xué)研究打下堅實的基礎(chǔ)，也為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)創(chuàng)造有利條件。

3 考核方式改革

該課程的考核方式采用平時實踐考核與期末實踐考核相結(jié)合的方式，最后的總評成績由平時成績和期末成績各占50%。實踐課程是需要長期積累的，不是通過期末臨時突擊就能夠掌握好的。平時實踐考核在每次實驗課時進行，對每位同學(xué)的預(yù)習(xí)情況、完成情況、提問情況以及實驗報告進行打分，充分考查學(xué)生獨立分析與思考的能力。通過加強平時的考核，引起學(xué)生對課程的重視程度，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。在進行實驗前，花5 min左右的時間進行實驗前提問，檢查學(xué)生實驗預(yù)習(xí)情況，這樣有助于提高實驗完成的效率。期末實踐考核安排基本實驗題和綜合性實驗題，讓學(xué)生分組完成，并且撰寫實驗報告，主要考查學(xué)生的團隊協(xié)作能力。每組安排4人左右，每位同學(xué)需要承擔(dān)部分設(shè)計任務(wù)。完成后需要演示答辯，老師對該組每位同學(xué)所承擔(dān)的任務(wù)分別提問。最后根據(jù)完成情況、答辯情況和實驗報告綜合給出分數(shù)。期末考核中基本實驗題是每位同學(xué)在規(guī)定時間內(nèi)都要單獨完成，而綜合實驗題可以利用課后時間由團隊成員協(xié)作來共同完成，最后在集中驗收。基本實驗題分數(shù)占60%，綜合性實驗題分數(shù)占40%。

4 結(jié)語

通過課程教學(xué)改革與實踐，近年來我院通信工程專業(yè)學(xué)生通過《通信網(wǎng)絡(luò)仿真》課程的學(xué)習(xí)，不但增強對通信網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)集群課程各個知識點的聯(lián)系與理解，而且有效提高了學(xué)生的編程動手能力和團隊協(xié)作能力，為學(xué)生今后完成畢業(yè)設(shè)計以及相關(guān)課題研究打下良好的基礎(chǔ)。但教學(xué)探索改革還有很多工作需要做，所以《通信網(wǎng)絡(luò)仿真》課程教學(xué)改革還要不斷深入的研究探討。

參考文獻

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