基于IUV-VR的虛擬現(xiàn)實(shí)通信實(shí)訓(xùn)平臺(tái)仿真設(shè)計(jì)

孫捷　楊歡

摘要：相對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在著實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新慢、實(shí)驗(yàn)操作過程風(fēng)險(xiǎn)高、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式滯后而制約教學(xué)創(chuàng)新等問題。IUV-VR是利用VR技術(shù)來實(shí)現(xiàn)WLAN與PON接入工程的體驗(yàn)式實(shí)訓(xùn)教學(xué)仿真軟件， 通過計(jì)算機(jī)多媒體虛擬現(xiàn)實(shí)的方式來模擬工作場(chǎng)景，提供在線的虛擬仿真環(huán)境和交互式體驗(yàn)的教學(xué)服務(wù)，解決高校專業(yè)實(shí)訓(xùn)難，成本高的教學(xué)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(hào)：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）25-0293-02

隨著應(yīng)用型高校在全國(guó)的不斷推進(jìn)[1]，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校的教育工作中充當(dāng)著越來越重要的角色。在實(shí)際中由于學(xué)生不能直接去操作正在使用的運(yùn)營(yíng)商的接入網(wǎng)設(shè)備[2]，而通過IUV-VR系統(tǒng)，使用者可以進(jìn)入步行街的WLAN及PON系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括街道、商場(chǎng)和弱電井機(jī)房三種典型的站點(diǎn)場(chǎng)景，充分體驗(yàn)交互式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如站點(diǎn)勘察、AP、箱體、分光器、ONU、交換機(jī)安裝、線纜連線等操作。通過將實(shí)驗(yàn)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(shí)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)概述

1.1 WLAN+PON接入工程

當(dāng)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(jī)、匯聚交換機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)。雖然這些傳輸方式具有技術(shù)成熟、可靠性高的特點(diǎn)，但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量大，每個(gè)用戶可用帶寬低，綜合造價(jià)高。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、有源/無源、可用帶寬和綜合造價(jià)等角度分析，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(diǎn)。目前采用的GPON的方式進(jìn)行WLAN組網(wǎng)中，采用的是在ONU中加入POE供電模塊，由OLT自動(dòng)發(fā)現(xiàn)ONU進(jìn)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(shí)際設(shè)備[4][5]， 還能模擬出實(shí)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(duì)象進(jìn)行交互， 使用戶最大限度地貼近實(shí)際操作， 提高實(shí)操能力和處理實(shí)際問題的技能。這種創(chuàng)新的實(shí)訓(xùn)方式不僅使用戶能夠模塊化地觀察設(shè)備， 更好地應(yīng)用于復(fù)雜設(shè)備和危險(xiǎn)性系數(shù)較高的操作訓(xùn)練， 有效地克服實(shí)際裝備訓(xùn)練受時(shí)間和場(chǎng)地限制、訓(xùn)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(shí)環(huán)境中， 大大提高了互動(dòng)性與參與性。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容

實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)是對(duì)WLAN+PON接入工程通過VR技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的一種虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）系統(tǒng)操作光纜交接箱、分光器、光纖管道入戶等。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參照運(yùn)營(yíng)商在光纖接入網(wǎng)中的真實(shí)建設(shè)場(chǎng)景，提供典型站點(diǎn)建設(shè)所需相關(guān)設(shè)備和線纜資源。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括熟悉通信設(shè)備的結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)站點(diǎn)內(nèi)設(shè)備的安裝操作規(guī)范。通過在線虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以使學(xué)生掌握WLAN+PON接入工程在實(shí)際中的設(shè)備部署和線纜連接，培養(yǎng)學(xué)生日后在實(shí)際的通信工程項(xiàng)目工作中擁有一定的系統(tǒng)操作基礎(chǔ)。對(duì)于探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式、培養(yǎng)電子信息人才具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要通過教師引導(dǎo)、師生互動(dòng)、學(xué)生探究以及虛實(shí)相輔的實(shí)踐教學(xué)方式[6][7]。一方面，學(xué)生不用外出參觀運(yùn)營(yíng)商的光纖接入站點(diǎn)，可以在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中對(duì)通信設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)掌握的通信設(shè)備基本工作原理知識(shí)進(jìn)行鞏固訓(xùn)練[8];另一方面，通過互動(dòng)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，學(xué)生可以使用VR設(shè)備進(jìn)行人機(jī)交互操作，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示出通信設(shè)備安裝的詳細(xì)過程。實(shí)驗(yàn)前學(xué)生可以通過閱讀《光纖接入工程VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)使用手冊(cè)》熟悉設(shè)備的正規(guī)操作方法，讓學(xué)生在進(jìn)行機(jī)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(xué)生體會(huì)到真實(shí)的安裝過程。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

基于WLAN+PON接入工程的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，是對(duì)在高校傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不易教學(xué)實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過VR技術(shù)來將現(xiàn)實(shí)與虛擬結(jié)合，綜合培養(yǎng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目[9]。

在光纖接入工程VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，主要包括：實(shí)驗(yàn)室預(yù)約登記、設(shè)備操作學(xué)習(xí)、站點(diǎn)安裝教學(xué)演示、站點(diǎn)安裝項(xiàng)目考核等。

（1）實(shí)驗(yàn)室預(yù)約登記。作為開放式、拓展式的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，在實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)之前，需要提前登記預(yù)約，熟悉實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，這一部分是確保實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目的順利開設(shè)，有利于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)管理[10]。

（2）設(shè)備操作學(xué)習(xí)。閱讀《光纖接入工程VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)使用手冊(cè)》中的圖文配置說明，熟悉實(shí)訓(xùn)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(shí)要點(diǎn)和行業(yè)操作規(guī)范。

（3）站點(diǎn)安裝教學(xué)演示。演示在街道、商場(chǎng)和弱電井機(jī)房三種典型的站點(diǎn)場(chǎng)景的VR操作，對(duì)站點(diǎn)的設(shè)備進(jìn)行放置、連線等細(xì)節(jié)的操作。

（4）站點(diǎn)安裝項(xiàng)目考核。實(shí)訓(xùn)考核不僅僅是對(duì)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)操作過程中的表現(xiàn)進(jìn)行量化的考核，主要是關(guān)注學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中的問題反饋，目的是來觀察學(xué)生對(duì)虛擬仿真平臺(tái)的掌握情況。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)訓(xùn)操作過程

對(duì)于IUV光纖接入工程VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，登錄界面簡(jiǎn)單，操作方便。虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的登錄采用賬號(hào)+密碼的身份認(rèn)證方式，這種方式可以為實(shí)訓(xùn)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(xué)生的實(shí)訓(xùn)中就可以對(duì)各類操作進(jìn)行存檔保存。

IUV光纖接入工程虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的燈柱場(chǎng)景：可實(shí)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(shí)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的掛壁箱/光交箱場(chǎng)景：可實(shí)現(xiàn) ONU、交換機(jī)、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(dòng)評(píng)測(cè)功能需結(jié)合 IUV 管理平臺(tái)操作。VR 仿真配置表可輔助老師完成學(xué)員WLAN+PON 實(shí)操綜合測(cè)試，選中項(xiàng)為用戶需要完成的任務(wù)，測(cè)試結(jié)果可自動(dòng)在 VR 客戶端得出成績(jī)。

5 結(jié)語

本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)于在WLAN+PON接入工程中無法在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的一些功能采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行彌補(bǔ)，通過VR技術(shù)虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方式，使學(xué)生深入的學(xué)習(xí)光纖接入工程的站點(diǎn)布局，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目中的工程實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李海濤，等. 虛擬仿真技術(shù)在高等職業(yè)教育LTE課程教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐研究[J].無線互聯(lián)科技，2017（2）：98-99.

[2] 張玉清， 鄭新奇， 管健， 等.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的改革與探索[J].中國(guó)地質(zhì)教育， 2016， 25 （3） ：60-62.

[3] 屈泳，阮小軍，王三華. 計(jì)算機(jī)硬件虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)與設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018（12）：116-119.

[4] 袁小平.電工電子虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的研究與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2017， 36 （12） ：164-167.

[5] 劉亞豐， 余龍江.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)理念及發(fā)展模式探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2016， 33 （4） ：108-110， 114.

[6] 馬學(xué)條， 陳龍.基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2016， 33 （10） ：127-129.

[7] 王曉迪.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)中八項(xiàng)關(guān)系的理解與探討[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2014， 31 （8） ：9-11.

[8] 張茜， 雷勇.基于虛擬儀器技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2013 （9） ：90-93.

[9] 金魁.開放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建[J].黑龍江科技信息， 2017 （17） ：146.

[10] 廖潔丹， 婁華， 冼瓊珍， 等.構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].教育教學(xué)論壇， 2017 （35） ：276-278.

[11] 胡今鴻， 李鴻飛， 黃濤.高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放共享機(jī)制探究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2015， 34 （2） ：140-144， 201.

[12] 鄭春龍， 邵紅艷.以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的高校實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)施[J].中國(guó)高教研究， 2007 （4） ：85-86.

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