基于虚拟仪器的综合通信网教学平台研究

张青锋+邴烁+王阳春

摘要：本文通过分析武警部队综合通信网的现状和发展趋势，提出了利用虚拟的实验环境模拟综合通信网实际搭建过程的思想，该平台增强了学员的实际操作能力，将院校的培训延伸到基层部队，对提高部队的通信保障的能力具有重要的意义。

关键词：虚拟仪器；综合通信网；教学平台

中图分类号：G712 文献标志码：B 文章编号：1674-9324（2014）39-0078-02

引言：

综合通信网是武警部队信息系统的基础和支撑，网络的正常运行对部队查勤管理、执勤战备、教育训练等各项工作都具有重要的意义，因此，提高网络维护人员的技术水平，对保障网络的正常运行具有重要的作用。

目前，通信专业士官的培训工作大多是通过课堂学习，并以实际操作、挂图、录像等方式作为辅助手段。对通信专业士官的培训要求具有很强的实践操作能力，但这种常规的培训模式受到经费、物理条件、培训时间等条件的限制，大大制约了通信专业士官实际操作能力的提高。而且，由于现有的教学设备使用频繁，多次重复连接插拔容易造成接口的磨损，甚至会导致整台设备不能正常使用，因此建立设备之间仿真的连接环境，通过模拟设备之间的真实连接关系，能够在很大程度上减少设备的损坏，增强了学员的学习兴趣，提高了教学效果。

一、虚拟教学的国内外研究现状

虚拟教学是继多媒体教学之后出现的一种新的教学手段，它综合运用计算机技术、软件技术、传感器技术及信息技术等，将物理实体的仪器设备虚拟化，即软件就是设备。目前，虚拟教学在发达国家已取得一定成效。美国作为当今的科技强国，为继续保持其在科学技术领域的领先地位，尤其重视信息技术的研究，并已将虚拟实验室列入其科研发展的战略规划。代表性的成果主要有：美国Illinois大学的Nmrscope系统；印地安那州立大学的MBL化学实验室等等；在国内，虚拟实验室的建设也得到了应有的重视。目前，已有部分高校初步建立了虚拟实验室。例如：清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；同济大学建筑学院的虚拟现实实验室等等。综上所述，我国现今还没有针对武警部队的综合通信网虚拟教学软件，因此，研究开发一种相关虚拟教学软件平台势在必行。基于图形化的LabVIEW软件是通过连线来完成程序的开发，能够更形象化地表示出综合通信网网架构的搭建过程，能为该研究提供良好的开发环境。用虚拟教学手段来代替实际操作的教学过程，该方法具有较强的交互功能，能够及时反馈仿真实验的结果，学员可以重复多次实验直到正确的结论，提升了学员的实际操作能力，该方法是传统教学手段的有益补充，能有效提高教学质量。

二、基于虚拟仪器的综合通信网教学平台的研究内容

本教学平台基于图形化的LabVIEW软件开发了综合通信网中主要设备的虚拟模块，各设备的接口及接口的连接关系。具体研究内容为：

1.建立了电视会议系统中各设备的仿真模块，及各设备之间的物理连接关系。主要包括云台摄像机、麦克风、显示设备、电视会议终端等。以实际设备为标准，开发了各模块的接口并与实际设备的接口相对应，以及各设备之间、接口之间的连接关系。利用这些模块，使学员系统掌握电视电话会议设备的连接方式及操作过程，大大提升电视电话会议维护员的技术保障水平。

2.针对移动式网上训练集成箱中的各个设备建立仿真模块。主要包括无线麦克接收器、有线麦克、摄像机、DVD、音视频矩阵、功放、音箱、电视等模块。通过对各模块的连接关系来仿真实际设备的连接，进而使学员掌握移动式网上集成训练箱中各设备的连接关系。利用这些模块仿真模拟设备之间的连接，学员可以掌握训练集成箱的操作方法，为实际应用奠定技术基础。

3.监控设备仿真模块的建立。主要包括摄像机、伺服器、视频分配器、画面分割器、监视器、网络交换机等。可通过对该部分的仿真练习，使学员掌握监控设备之间的连接关系。监控是哨位设备的重要组成部分，利用该仿真模块，学员能够掌握监控设备的组成及各部分之间的连接及应用，提高对实际监控设备的应用及维护能力。

4.机房中各设备的仿真模块。主要有光端机、协议转换器、MS4460、路由器、网络交换机等。在理论授课中通过该部分模块的连接可给学员更形象的理解过程，使学员能够更深刻地理解机房设备之间的连接关系。

5.通用设备的仿真模块。主要包括显示设备、网络交换机、VGA分频器、路由器、电话机等在各种系统中经常用到的一些常用设备。通用设备是综合通信网中应用最广的设备，通过这些通用设备模块的仿真练习，能使学员尽快具备对通用设备的基本操作能力。

三、基于虚拟仪器的综合通信网教学平台的主要功能

1.教学演示功能。在综合通信网中各种设备的连接关系较为复杂，目前在课堂讲授环节中，主要是利用课件通过设备的图片来讲述设备之间的连接关系，这种简单的纯讲授，学员不易掌握和理解。利用该仿真系统，边讲述边演示，学员会有更直观的认识，利用交互式的界面，强调各设备接口的连接关系，能够实时判断连接关系的正确与否，同时更能强化学员对设备接口的理解，提高学员对所学知识的掌握。

2.学员练习功能。学员练习有两种方式：第一种方式是给出设备的仿真模块，由学员完成各设备的连接，用此过程来仿真实际的物理连接功能，这就要求学员必须对设备的接口非常熟悉，因此通过该软件进行仿真练习，相比实际的操作的难度还要大，完全能够达到教学要求学员练习的第二种方式是，要求学员组建一个系统，让学员自己从中选择设备，然后连接好各设备。这种方式比第一种方式难度更大，更能够加强学员对各设备的掌控及应用，大幅提升学员的实际组网能力。

3.仿真系统的组建功能。在组建新的系统前，可通过该软件首先仿真要组建的系统，模拟在实际的组建过程中所需要的设备及各种设备的连接方式，减少在实际操作中的盲目性，提高效率。

四、基于虚拟仪器的综合通信网教学平台的主要特点

1.实现虚拟的教学方式和实验手段。在综合通信网的教学过程中，实践环节对提高学员的学习效果具有重要的意义，利用该虚拟的教学平台，能够使教学内容形象化、直观化，同时通过利用该软件系统，实现虚拟的教学方式和实验手段，对学员进行强化训练，使学员更好地掌握所学的知识，提高实践操作的能力与水平。

2.采用交互式的操作方式。能够实时反映各连接是否正确，通过形象的连接方式，使学员能够掌握在实际操作中各设备之间的连接关系，掌握各设备接口之间的连接。

3.对不同的接口进行定义。利用该教学平台可以对不同的接口进行定义，使不同接口之间具有不同的属性。若接口属性不同则两接口不能相连，该系统能实时反映操作的正确与否，强化学员对设备接口的掌握。

4.各模块与实际的设备一一对应。在软件的开发中采用与实际完全对应的方式，每一个实际设备都具有一个虚拟模块，并且模块的接口与实际接口完全一致，便于学员认识和掌握该实际设备。

利用虚拟仪器软件（LabVIEW），开发一个具有交互功能的软件系统来模拟综合通信网架构的搭建过程，利用虚拟的实验环境模拟实际操作的过程，进而提高学员实际操作的能力，同时为学员提供一个自主学习的软件环境。但是，由于软件等方面的制约，该平台还存在图形不够形象，缺少对网络故障的诊断与排除的模拟等问题，这些都是下一步需解决的问题。

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