光传输站交互式模拟训练系统的设计与应用

吴 佳,陈 晖

(陆军工程大学通信工程学院 江苏 南京 211100)

0 引言

随着科学技术的发展,光纤通信已成为各种高速网络、控制平台和大容量通信的基础支撑。光传输站也成为连接各单位的“大动脉”,从开始的话音、低速率通信和点对点的通信,向各种网络通信、平台控制和各种高速率应用领域发展[1]。由于光纤通信技术专业性强,涉及设备与系统复杂,对操作人员和技术保障人员的要求高。初学光纤的业务员往往需要经过几个月甚至更长的时间学习才可以独立完成值勤。而且,现实中使用光传输设备训练成本高昂、过程繁杂,在教学过程中会占用大量资源造成浪费。不仅如此,错误的操作还有可能造成设备的损坏。因此在教学实践中光传输设备难以得到大量配备。为提高光传输站训练水平,研究开发了一套光纤传输站交互式模拟训练系统。通过使用该模拟训练软件,可以快速熟悉光纤通信技术与系统,掌握其操作使用、维护及常见故障排除方法,对促进工作人员迅速掌握光传输站设备提供良好训练环境。

1 系统架构

1.1 分层与模拟设计

系统采用学习互动、逻辑控制和数据支撑3个层级。各层之间相互支撑,功能却各不相同,这样的设计划分降低各功能模块的耦合度,便于后期系统功能的升级和改造。

1.2 技术架构

模拟训练系统大多采用先进的计算机和网络技术实现,具有很多成熟的技术方案。但是考虑到用户需求,跨平台、移植性好、轻量级的技术以及视频和音频的回放功能,可以作为一个应用独立运行或者在浏览器中运行,决定选择采用Java FX技术实现。Java FX技术是Java 在编写图形界面程序方面的最新技术。Java 具有简单、可分布式、安全性高、动态性好、平台独立和移植性好等特点[2]。

本系统采用流线的MVC(Model-View-Controller)架构进行设计,分为单机版和B/S版。系统由3类核心部件组成:模型(Model)、视图(View)、控制器(Controller)。其中,模型主要负责应用数据逻辑,当模型的数据发生变化时,会将信息发送给相关的视图。视图是模型的外表,也是用户与应用程序交互的平台。控制器用于定义用户界面对用户输入的响应能力,控制应用程序流程[3-4]。

2 系统模块设计

光传输站日常业务处理主要围绕脉冲编码调制(pulse code modulation, PCM)设备与准同步数字体系(synchronous digital hierarchy, SDH)光端机设备展开,根据模拟训练软件的教学目的,将教学内容分为PCM设备、SDH设备、仪器仪表3个主要方面。其中,PCM设备和SDH设备是整个光传输站的核心设备,主要包括原理、各厂家设备和故障排查3个模块;仪器仪表主要介绍光时域反射仪(optical time-domain reflectometer,OTDR)、熔接机、光功率计、2M误码仪、万用表、巡线仪和地阻仪,这样设计涵盖了通信执勤中常用的仪器仪表,学习针对性强。其系统理论结构如图1所示。

图1 光传输站交互式模拟训练系统理论结构

2.1 基础教学模块

这个模块的设计主要是把繁琐不易查找的基础知识进行整理归纳,功能主要用于静态展示基本原理和基础知识。主要内容包括PCM原理知识、SDH原理知识、仪器仪表原理知识(如OTDR背向散射原理等)。

2.2 设备操作演示性模块

在本系统中,结合设备使用操作说明和日常工作处置规范。全流程在设备验货、安装、开局、入网配置和检修等环节进行展示,配套录制了大量教学操作视频,并添加了配音和字幕。相对于书本教学和示范教学的方式,学习者更感兴趣,涵盖知识点更全面,也更易直观进行对照式学习。

演示性板块主要包括民兴和瑞斯康达PCM设备操作、华为和中兴SDH设备的操作、仪器仪表的使用等,这些都是光传输站最常见、应用最广泛的设备,也是教学重点和难点。由于篇幅所限,这里以民兴PCM设备为例,介绍模拟系统演示性学习部分。

2.2.1 设备概述

主要以文字和框图为主,配有部分设备界面图片,主要包括详细介绍设备硬件、设备功能、系统总体结构、总体功能等。

2.2.2 设备安装

内容包括安装流程、开箱验货、安装位置、螺母安装、安装托盘、安装机柜、单板拔插、电缆布放、设备加电、设备入网等。

2.2.3 设备开局

设备开局的作用是初始化设备,将设置上级分配的ID与IP写入设备,连接至网管系统。

2.2.4 设备网管

设备网管的内容主要包括:网元创建、安装单板、建立连接、业务配置等。具体到民兴PCM设备,包括网管系统的登录与退出、单位管理、台站管理、号码管理、子网管理、节点管理、连接管理、64K交换配置、64K点对点交换数据的配置、删除、查看通路资料、2 M链路的调整、64K交换数据的保存、清空与提取、网管路由通道设置等。

2.3 交互式故障排查模块

光传输站在运行过程中经常会出现各种各样的故障,因此故障排查是日常运维一个重要的训练内容。模拟排查故障训练也是交互式模拟训练系统的一个重点。但是由于实际工作中故障原因复杂多变、故障现象难以重现、故障排查难以模拟、故障步骤难以理清等原因,故障排查模块也是模拟训练中一个设计的难点。因此这个模块的设计重点针对不同故障现象,将故障本身的逻辑层次和原因关系一一对应,编写交互式的逻辑层次。

所以这部分软件在开发的过程中,首先遴选了一批典型的故障排查科目,搞清故障原理和故障之间的相互关系,然后梳理这些故障科目的排查步骤,编写了详细的脚本,最后按照脚本开发了故障排查的过程。遴选故障主要包括:音频电路故障、2M电路故障、光路故障等。具体内容如表1所示。

表1 主要故障排查

人机交互式故障排查练习功能是一种自由式的、开放性的交互性训练模式。虽然在排查故障的过程中系统会及时给出必要的提示,但本质上,学习者的排查行为(包括判断类型和顺序等)、排查界面的状态、排查过程的数据等都是不设限的。正是由于学习者这种基于自身判断随机的故障动作,使得这部分内容难度较大,需要学习者有良好的技术理论基础并在对光传输站设备有系统认识的基础上才能进行这项内容的训练。

以排查“某一64K电路不能正常收铃或不能正常通话故障”为例,其处理流程如图2所示。

图2 排查故障流程

以系统框图的形式呈现了网络中相关设备和链路的结构,并作为各设备线路操作的入口。

某一64K电路不能正常收铃或不能正常通话故障点可能是:学习者设备故障、学习者至VDF架跳线问题、VDF架模块松动、设备至VDF架跳线问题、磁石单机故障、电源板故障、磁石接口故障。故障排查主界面包括了全部的故障点,系统会从中随机抽取故障,待学习者进行排查。学习者排查过程中系统会模拟实际情况,给出相应的排查结果,学习者根据排查结果决定下一步的排查内容。系统具体的排查界面如图3所示。

图3 排查故障的主界面

以A端PCM设备端口故障为例,介绍系统如何实现交互式故障排查。

第1个步骤是搜集和了解故障信息,系统在实现时采用对话框作为一种系统提示告知学习者,界面如图4所示。

图4 故障提示信息

第2个步骤是分析网管数据,详细了解出现故障的电路所涉及的设备、端口和线路,以便按图索骥,分段排查故障。

第3个步骤是连接磁石电话与VDF架上的学习者端口,并打铃测试,打铃后会弹出排查结果。

第4个步骤可以查看弹出的PCM设备学习者界面,查看PCM对应端口是否亮灯,就可判断VDF架端口、音频跳线和PCM设备端口是否正常。根据亮灯情况,学习者再进行下一步的故障排查。由于篇幅限制,中间过程就不全部展示,经过排查最后定位为PCM端口故障。这时需要更换PCM设备端口,其界面如图5所示。

图5 更换PCM设备端口

更换端口后磁石单机打铃,会有提示信息显示A线路与B线路通畅,故障排查结束,其界面与第1个步骤类似。

2.4 审核考核与管理模块

为了便于训练过程管理与监控,通过用户管理系统,可实现对用户的统一管理,记录监控用户登录后的训练流程,并可以统一组织训练考核及成绩评定。对训练过程中人员操作设备准确度、检测流程科学性、读取数据合理性进行评估打分。对参训的人员进行数据分析、进度对比,能够追溯所有操作过程并提供改进措施,为组训者提供依据[5]。

(1)人员管理:实现训练人员基本信息的维护管理。

(2)权限管理:实现训练人员学习模块权限、经验交流权限的管理。

(3)系统日志:记载用户在登录系统后每个模块的学习时间,便于管理员掌握用户学习情况。

(4)发布审核:实现经验共享模块中发布信息的审核功能,防止出现敏感或违规内容,如图6所示。

图6 发布审核功能

(5)数据维护:利用Java CMS(内容管理系统)实现栏目内容的修改、删除和增加,管理员可以根据设备的更新换代同步完善系统学习内容,而不需要编写代码,节省了时间和人力。

3 系统应用与技术指标

3.1 系统版本

根据实际用户需求,本系统设计了2种版本。B/S架构的网络版本适用于固定台站日常训练和在线交流,单机版适合外出时使用。

3.2 系统应用情况

系统在某站进行了系统的搭建与测试,B/S版本系统具体性能需求与指标如表2所示。

表2 B/S版本系统性能需求与指标

由于受设备和网络信道资源限制,系统应用测试规模限制在1台服务器和18台客户端。经过统计,传统学习培训时间约为5～6个月,出班学习时长约为600课时;通过使用本系统,应用单位共23名零基础学习者平均出班学习时长350课时,岗前培训时间少于3个月,平均缩短3个月。

4 结语

综上所述,光传输站交互式模拟训练系统是面向光传输专业一线,内容涵盖设备安装、开局、网管操作、日常维护使用、故障处置等实际执勤维护操作的系统。系统内容由浅入深、循序渐进,界面直观友好,促进了教育资源的共享和发展。通过使用该交互式模拟训练系统,可以快速熟悉光纤通信技术与系统,掌握其操作使用、维护及常见故障排除方法,对促进相关工作人员迅速形成战斗力具有很强的现实意义。