基于IUV-VR的虚拟现实通信实训平台仿真设计

孙捷　杨欢

摘要：相对于传统的实验教学过程中存在着实验设备更新慢、实验操作过程风险高、实验教学模式滞后而制约教学创新等问题。IUV-VR是利用VR技术来实现WLAN与PON接入工程的体验式实训教学仿真软件， 通过计算机多媒体虚拟现实的方式来模拟工作场景，提供在线的虚拟仿真环境和交互式体验的教学服务，解决高校专业实训难，成本高的教学现状。

关键词：VR技术;虚拟仿真;WLAN+PON接入网

中图分类号：TP311     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）25-0293-02

随着应用型高校在全国的不断推进[1]，实验教学在高校的教育工作中充当着越来越重要的角色。在实际中由于学生不能直接去操作正在使用的运营商的接入网设备[2]，而通过IUV-VR系统，使用者可以进入步行街的WLAN及PON系统，实验平台包括街道、商场和弱电井机房三种典型的站点场景，充分体验交互式的实验教学，如站点勘察、AP、箱体、分光器、ONU、交换机安装、线缆连线等操作。通过将实验设备虚拟化，使教育资源便利化和可持续化[3]。

1虛拟现实仿真实训教学概述

1.1 WLAN+PON接入工程

当前传统的WLAN承载主要通过SDH （同步数字体系） 叠加多层楼道交换机、汇聚交换机的方式实现。虽然这些传输方式具有技术成熟、可靠性高的特点，但网络结构复杂，维护工作量大，每个用户可用带宽低，综合造价高。从网络结构、有源/无源、可用带宽和综合造价等角度分析，点对多点的PON （无源光网络） 技术与其他的接入技术如SDH、DSL、LAN等相比，具有成本低、部署灵活等优点。目前采用的GPON的方式进行WLAN组网中，采用的是在ONU中加入POE供电模块，由OLT自动发现ONU进行数据配置，降低通信组网的成本。

1.2 VR技术

VR技术不仅能模拟实际设备[4][5]， 还能模拟出实际设备内部的结构。用户借助VR头盔等， 以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互， 使用户最大限度地贴近实际操作， 提高实操能力和处理实际问题的技能。这种创新的实训方式不仅使用户能够模块化地观察设备， 更好地应用于复杂设备和危险性系数较高的操作训练， 有效地克服实际装备训练受时间和场地限制、训练成本高、易损坏装备等弊端， 并且使用户置身于虚拟现实环境中， 大大提高了互动性与参与性。

2 虚拟现实仿真实训教学内容

实训仿真平台是对WLAN+PON接入工程通过VR技术来实现的一种虚拟仿真实验教学项目，利用虚拟现实（VR）系统操作光缆交接箱、分光器、光纤管道入户等。实验平台参照运营商在光纤接入网中的真实建设场景，提供典型站点建设所需相关设备和线缆资源。虚拟仿真实验内容包括熟悉通信设备的结构、学习站点内设备的安装操作规范。通过在线虚拟现实的实验教学，可以使学生掌握WLAN+PON接入工程在实际中的设备部署和线缆连接，培养学生日后在实际的通信工程项目工作中拥有一定的系统操作基础。对于探索实验教学新模式、培养电子信息人才具有重要而深远的意义。

虚拟仿真实验教学主要通过教师引导、师生互动、学生探究以及虚实相辅的实践教学方式[6][7]。一方面，学生不用外出参观运营商的光纤接入站点，可以在虚拟仿真实验平台中对通信设备进行学习，对掌握的通信设备基本工作原理知识进行巩固训练[8];另一方面，通过互动式的实验教学方式，学生可以使用VR设备进行人机交互操作，利用虚拟现实技术展示出通信设备安装的详细过程。实验前学生可以通过阅读《光纤接入工程VR实训系统使用手册》熟悉设备的正规操作方法，让学生在进行机房建设、设备安装之前， 根据建设规范选择合适的设备、辅材、工具，然后一步步完成主设备安装、室外设备安装、天线安装、GPS天线安装、防雷箱安装， 以及设备之间的线缆走线。通过虚拟方法， 让学生体会到真实的安装过程。

3 虚拟现实仿真实训项目设计

基于WLAN+PON接入工程的虚拟现实仿真实训教学平台，是对在高校传统实验室内不易教学实现的实验项目，通过VR技术来将现实与虚拟结合，综合培养的虚拟现实仿真实训项目[9]。

在光纤接入工程VR实训系统中，主要包括：实验室预约登记、设备操作学习、站点安装教学演示、站点安装项目考核等。

（1）实验室预约登记。作为开放式、拓展式的实训平台，在实训学习之前，需要提前登记预约，熟悉实验室环境，这一部分是确保实训教学项目的顺利开设，有利于教师对实验室的系统管理[10]。

（2）设备操作学习。阅读《光纤接入工程VR实训系统使用手册》中的图文配置说明，熟悉实训过程中的设备构造，数据配置等安装操作，掌握光纤接入工程的知识要点和行业操作规范。

（3）站点安装教学演示。演示在街道、商场和弱电井机房三种典型的站点场景的VR操作，对站点的设备进行放置、连线等细节的操作。

（4）站点安装项目考核。实训考核不仅仅是对学生在实训操作过程中的表现进行量化的考核，主要是关注学生在实训中的问题反馈，目的是来观察学生对虚拟仿真平台的掌握情况。

4 虚拟现实仿真实训操作过程

对于IUV光纤接入工程VR实训系统，登录界面简单，操作方便。虚拟现实仿真实训平台的登录采用账号+密码的身份认证方式，这种方式可以为实训系统提供完整的资源调用和数据管理[11][12]，这样在学生的实训中就可以对各类操作进行存档保存。

IUV光纤接入工程虚拟现实仿真实训系统的灯柱场景：可实现天线、室外 AP、避雷器及线缆的安装与连接。

IUV光纤接入工程虚拟现实仿真实训系统的挂壁箱/光交箱场景：可实现 ONU、交换机、Splitter、POE 供电设备及线缆的安装与连接。

IUV光纤接入工程VR 自动评测功能需结合 IUV 管理平台操作。VR 仿真配置表可辅助老师完成学员WLAN+PON 实操综合测试，选中项为用户需要完成的任务，测试结果可自动在 VR 客户端得出成绩。

5 结语

本实训系统平台对于在WLAN+PON接入工程中无法在实验室实现的一些功能采用虚拟现实技术进行弥补，通过VR技术虚实结合的教学方式，使学生深入的学习光纤接入工程的站点布局，培养学生在实际项目中的工程实践能力。

参考文献：

[1] 李海涛，等. 虚拟仿真技术在高等职业教育LTE课程教学中的应用实践研究[J].无线互联科技，2017（2）：98-99.

[2] 张玉清， 郑新奇， 管健， 等.虚拟仿真实验教学工作的改革与探索[J].中国地质教育， 2016， 25 （3） ：60-62.

[3] 屈泳，阮小军，王三华. 计算机硬件虚拟仿真实验平台的建设与设计[J].实验室研究与探索，2018（12）：116-119.

[4] 袁小平.电工电子虚拟仿真实验教学中心建设的研究与探索[J].实验室研究与探索， 2017， 36 （12） ：164-167.

[5] 刘亚丰， 余龙江.虚拟仿真实验教学中心建设理念及发展模式探索[J].实验技术与管理， 2016， 33 （4） ：108-110， 114.

[6] 马学条， 陈龙.基于虚拟仿真技术的数字电路实验教學探索[J].实验技术与管理， 2016， 33 （10） ：127-129.

[7] 王晓迪.虚拟仿真实验教学中心建设中八项关系的理解与探讨[J].实验技术与管理， 2014， 31 （8） ：9-11.

[8] 张茜， 雷勇.基于虚拟仪器技术的网络化远程实验室系统[J].实验室研究与探索， 2013 （9） ：90-93.

[9] 金魁.开放式虚拟仿真实验教学平台构建[J].黑龙江科技信息， 2017 （17） ：146.

[10] 廖洁丹， 娄华， 冼琼珍， 等.构建虚拟仿真实验教学中心促进实践教学创新人才培养[J].教育教学论坛， 2017 （35） ：276-278.

[11] 胡今鸿， 李鸿飞， 黄涛.高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机制探究[J].实验室研究与探索， 2015， 34 （2） ：140-144， 201.

[12] 郑春龙， 邵红艳.以创新实践能力培养为目标的高校实践教学体系的构建与实施[J].中国高教研究， 2007 （4） ：85-86.

【通联编辑：梁书】