孫強(qiáng) 王玨 徐晨

摘 要：針對(duì)《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(shí)驗(yàn)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(shí)踐環(huán)節(jié)的動(dòng)手能力。通過初步課程教學(xué)改革，不但增強(qiáng)學(xué)生對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)集群課程各個(gè)知識(shí)點(diǎn)理解，而且提高學(xué)生的編程動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)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(hào)：G43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)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 studentslearning interest，and pay attention to training the studentspractice ability.The preliminary course teaching reformnot only enhances studentsunderstanding for communication network and communication system courses，but also improves the studentsprogramming 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(xiàng)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(shí)踐環(huán)節(jié)的開展。該課程一共32學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)部分占16學(xué)時(shí)。課程最大的特點(diǎn)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(shí)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(shí)際的通信網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境進(jìn)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(gè)知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)系起來，難以對(duì)物理層和信道模型有深刻的認(rèn)識(shí)，分析物理層對(duì)其他協(xié)議層的影響較為困難，例如：分析物理層道模型對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層的影響。（4）大多數(shù)學(xué)生的軟件編程實(shí)踐能力有待加強(qiáng)。（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(shí)踐，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層如何仿真驗(yàn)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(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下性能研究、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不僅成本巨大， 而且分析也十分困難，實(shí)驗(yàn)?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(yàn)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(shí)際教學(xué)中，筆者根據(jù)學(xué)生所掌握的知識(shí)結(jié)構(gòu)，采用循序漸進(jìn)、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(shí)間用于協(xié)議原理介紹，一半課程時(shí)間用于仿真驗(yàn)證演示，教師現(xiàn)場(chǎng)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(duì)學(xué)生容易出錯(cuò)的地方需要重點(diǎn)講解，還需要幫助學(xué)生學(xué)會(huì)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(shí)驗(yàn)效率。通過課題上與學(xué)生的提問互動(dòng)，及時(shí)了解學(xué)生掌握知識(shí)的情況，可以適當(dāng)調(diào)整教學(xué)進(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)和難點(diǎn)。每堂課都要選擇典型的仿真實(shí)例進(jìn)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(shí)例的講解，一方面便于學(xué)生理解理論知識(shí)；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(shí)安排一堂實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行鞏固練習(xí)，并要求學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)工作，提高每次實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)間內(nèi)難以熟練掌握，并且對(duì)物理層做了簡(jiǎn)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(bǔ)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(shí)驗(yàn)講義。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革

筆者在長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)教學(xué)中摸索發(fā)現(xiàn)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)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(shí)的情況，借助仿真軟件對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)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(jìn)行理論和實(shí)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(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行介紹。在有限的課時(shí)內(nèi)學(xué)生很難提高動(dòng)手編程能力。在實(shí)踐中學(xué)生普遍反映與實(shí)際知識(shí)之間聯(lián)系性不強(qiáng)，不夠直觀，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革成為教學(xué)中的難點(diǎn)。如何在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)提高學(xué)生的動(dòng)手編程能力是筆者在長(zhǎng)期教學(xué)過程中一直思考的問題。

針對(duì)不同層次的學(xué)生，開展驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生更加全面深入的理解所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，由教師主導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)向?qū)W生自主性實(shí)驗(yàn)的方向發(fā)展。采用MATLAB與OPNET軟件相結(jié)合，一部分簡(jiǎn)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(jìn)行仿真驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)[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(shí)，還可以較好地掌握編程的基本技能。在有限的課時(shí)內(nèi)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排必須有側(cè)重點(diǎn)，對(duì)于大部分學(xué)生來說，需要利用MATLAB和OPNET軟件來設(shè)計(jì)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(jìn)一步體會(huì)離散事件仿真與連續(xù)時(shí)間仿真的區(qū)別，有助于學(xué)生更好的學(xué)習(xí)OPNET軟件。對(duì)于OPNET掌握較好的學(xué)生可以鼓勵(lì)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(dòng)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(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生參加老師開展的相關(guān)課題項(xiàng)目的研究，通過不斷實(shí)踐的積累，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)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(shí)實(shí)踐考核與期末實(shí)踐考核相結(jié)合的方式，最后的總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)各占50%。實(shí)踐課程是需要長(zhǎng)期積累的，不是通過期末臨時(shí)突擊就能夠掌握好的。平時(shí)實(shí)踐考核在每次實(shí)驗(yàn)課時(shí)進(jìn)行，對(duì)每位同學(xué)的預(yù)習(xí)情況、完成情況、提問情況以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行打分，充分考查學(xué)生獨(dú)立分析與思考的能力。通過加強(qiáng)平時(shí)的考核，引起學(xué)生對(duì)課程的重視程度，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，花5 min左右的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前提問，檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況，這樣有助于提高實(shí)驗(yàn)完成的效率。期末實(shí)踐考核安排基本實(shí)驗(yàn)題和綜合性實(shí)驗(yàn)題，讓學(xué)生分組完成，并且撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，主要考查學(xué)生的團(tuán)隊(duì)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(jì)任務(wù)。完成后需要演示答辯，老師對(duì)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(shí)驗(yàn)報(bào)告綜合給出分?jǐn)?shù)。期末考核中基本實(shí)驗(yàn)題是每位同學(xué)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)都要單獨(dú)完成，而綜合實(shí)驗(yàn)題可以利用課后時(shí)間由團(tuán)隊(duì)成員協(xié)作來共同完成，最后在集中驗(yàn)收?；緦?shí)驗(yàn)題分?jǐn)?shù)占60%，綜合性實(shí)驗(yàn)題分?jǐn)?shù)占40%。

4 結(jié)語

通過課程教學(xué)改革與實(shí)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(qiáng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)集群課程各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系與理解，而且有效提高了學(xué)生的編程動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為學(xué)生今后完成畢業(yè)設(shè)計(jì)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。

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