发展历程_重庆邮电大学 信息通信技术与网络虚拟仿真实验中心
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1.虚拟实验发展历程

实验中心在注重实体实验设备建设的同时,一直高度重视虚拟仿真实验的建设,实验中心最早于1995年开始自行开发虚实结合的交换仿真实验平台,并获得重庆市教学成果二等奖1项,获授权专利1项。该虚拟仿真实验系统自1997年正式投入大规模使用至今,使用人数达到6000人。该平台成功推广到全国其他多个高校。

信息通信系统本身具有封闭性、瞬时性、随机性、不可及、抽象的特点,学生在学习过程中普遍反映通信难学,主要原因是学习内容太抽象,通信设备和实验系统不能直观反映通信技术的工作过程。另一方面实物通信设备组成的实验系统不能同时支持多人进行实验,对实验场地、实验时间、实验教师等各个方面都提出了新的挑战。基于这些原因,实验中心于1996年开始自行研发开放性虚实结合的仿真实验系统,使通信内部的工作过程开放出来,展现出来,从看不见、摸不着到可看、可及、可控。随着技术的发展,2005年开始研制虚拟仿真实验系统,2006年研制成功Swlab-PS分组交换虚拟仿真实验系统、2010年研制成功Swlab-SS软交换交换虚拟仿真实验系统,2013年研制移动通信虚拟仿真实验系统。

在通信基础课程实践教学中,大量采用主流商业级虚拟软件,如MatlabProteus等虚拟仿真软件,与企业合作开发了“通信原理虚拟仿真实验系统”。在通信网络和通信技术课程实践教学方面,建成了程控交换实验仿真教学软件、TD-SCDMA RNS实验仿真教学软件、TDD-LTE无线侧规划配置仿真软件、WLAN室内规划软件、网优虚拟仿真实训平台等虚拟仿真实验系统平台。

通信虚拟仿真实验系统的建设,提高了学生的学习效率和效果,也提高了实验中心的实验教学适应能力。

2.信息通信技术虚拟实验平台总体规划与设计

实验中心经过了多年的虚拟实验建设,但其系统性和完备性,以及网络化程度还有待进一步加强。随着近几年国家对虚拟仿真实验的高度重视,我校将虚拟仿真实验的系统性建设提高到了新的高度。从系统性、完备性、科学性和前瞻性,以及网络化、管理信息化等多方面对整个虚拟仿真实验平台和管理平台进行了重新规划和顶层设计,并已进入建设实施阶段。

【建设原则】

虚拟仿真实验教学的建设遵从以下原则:

1)以提高学生学习效率和效果为目标,切实解决实验教学中存在的一些矛盾。

2)虚实结合、相互补充。

3)具有系统性、创新性、前瞻性、开放性,能突出专业特色。

【建设目标】

目标:建设成ICT领域可运营的开放式共享虚拟仿真实验教学平台。

其含义如下:

ICT领域:指实验平台所涉及的范围,限于通信与信息领域。

可运营:可运营是指本实验平台除了为重邮的学生服务外,还具备供其他院校使用的能力。可运营的前提是:符合当前教育的发展趋势(网络化、虚拟化)、有竞争力、有吸引力、有盈利能力。这三种能力需体现在教学资源、实验平台和管理平台中,重邮有长期的虚拟仿真实验基础,同时具有稀缺且有竞争力的全程全网实验平台,通过大型设备共享和远程网络化的方式,可将这些稀缺资源向全社会提供服务。

运营的商业模式:校内通过课酬和实验经费来运行,校外用户通过付费进行实验。为了吸引更多的资源和力量来持续完善虚拟实验建设和资源建设,对科研转化为教学的系统提供者给予一定的收益分成,收益与学生的使用次数挂钩。运营平台类似“京东运营模式和“苹果手机APP商店”模式,为虚拟仿真实验资源开发者和使用者之间搭建了一个互动平台,既提高开发者的积极性,又为虚拟实验平台的持续更新提供一种长效机制。

【建设思路

信息通信技术与网络系统的特点是信号流程不可及,大型设备的运行成本高。根据其特点确定虚拟仿真实验教学平台的建设思路如下:

(1)开放封闭的通信系统,分步实现“可及、可控、可管、环保”的通信实验系统

通信技术的第一个特点是集成度高、工作过程高度封闭,学生在学习过程中,对学习的内容看不见、摸不着;采用大型通信设备做实验,只能做一些外围的参数配置实验,难于涉及到具体的工作流程和工作原理。

通信技术的第二个特点是系统性强、综合范围广。学生在零散学习完各个部分后,难于建立通信的整体架构,对通信系统各个部分之间的协调配合、信号流程的先后关系等,掌握程度不高。

借用虚拟仿真的实验技术和手段,正好可以解决以上问题。因此本次虚拟实验平台建设的首要思路就是让通信技术中封闭的内容开放出来,让看不见、摸不着的东西,变得看得见、摸得着,还控制得住(能根据要求来控制),最终让学生学得懂。其次,通过虚拟仿真手段让学生看到具体的全程全网结构和流程,帮助学生树立通信全程全网的整体架构。

移动通信基站的辐射问题是当前社会的热点问题,青少年的健康问题更是全社会关注的重点。通过虚拟仿真方式,可避免实验系统中的辐射问题,使实验变得安全、健康、环保。使实验的范围更广,以前实体基站不敢发射的大功率,在虚拟仿真实验中都可以进行。

2)构建先虚后实、虚实结合的实验系统

在虚拟仿真实验教学平台的基础上,让学生触摸和感受真实的通信设备也是十分重要的环节。本实验中心具有完备的实际通信系统,特别是我们的全程全网大型电信级设备,少有学校建设,且即使建设了也难于维护。本次建设中,通过虚实结合的方式实现远程使用,既可让学生接触实际的设备,又可充分利用好这些设备,可达到设备共享和扩大使用范围的目的,属于“独特大型设备群共享”

3)整体规划、分步实施、持续更新

由于通信系统的复杂性和系统性,实验内容较多,技术更新较快,难于一步建成。因此采用整体规划、分步实施的方式进行建设,先做出总体的规划设计,然后分步进行建设,并且根据课程变化和技术发展进行持续进行完善和更新。

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