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通信與信息系統實(shí)驗教學(xué)示范中心建設研究論文
電子科技大學(xué)“通信與信息系統實(shí)驗教學(xué)示范中心”是2008年獲教育部批準的國家級本科專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)示范建設單位。實(shí)驗中心依托學(xué)�！巴ㄐ趴垢蓴_國家級重點(diǎn)實(shí)驗室”、“光纖傳感與通信教育部重點(diǎn)實(shí)驗室”，在“211工程”、“985工程”持續投入的支持下，通過(guò)整合通信、信息、網(wǎng)絡(luò )等方向原有的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室，形成涵蓋通信、網(wǎng)絡(luò )、信息、數字信號處理、通信集成電路、射頻無(wú)線(xiàn)電、光通信等學(xué)科專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的本科及研究生實(shí)驗教學(xué)基地。
實(shí)驗中心以學(xué)科發(fā)展方向為牽引，以實(shí)驗課程建設和實(shí)驗教學(xué)改革為動(dòng)力，以系統性、綜合性和實(shí)戰性為基點(diǎn)，推動(dòng)實(shí)驗教學(xué)平臺建設和資源整合，通過(guò)對實(shí)驗中心整體架構進(jìn)行詳細規劃和設計，構建了集傳輸、交換、接入、信息處理于一體的大型綜合通信網(wǎng)絡(luò )系統，建立了一批與現代技術(shù)同步的高水平實(shí)驗室，形成了基礎、系統、綜合的多層次實(shí)驗教學(xué)平臺[1<，為高水平創(chuàng )新人才培養提供了一流的實(shí)驗教學(xué)環(huán)境。
為了加強對學(xué)生專(zhuān)業(yè)能力、工程素養和創(chuàng )新能力的培養，實(shí)驗中心進(jìn)一步實(shí)施了實(shí)驗教學(xué)體系的建設和改革，既保留和規范了傳統的專(zhuān)業(yè)基礎訓練的實(shí)驗項目，又增添和完善了系統級和多系統綜合的應用性、設計性和工程性訓練的實(shí)驗項目，提高學(xué)生理論到實(shí)踐的應用能力及建立全局的系統性觀(guān)念。同時(shí)，在多系統綜合平臺上開(kāi)設了綜合性、創(chuàng )新性和工程性實(shí)驗內容，構建了“基礎型、應用型、綜合型、設計型、創(chuàng )新型”的分層次、循序漸進(jìn)的實(shí)驗教學(xué)體系[4_5]。
本文介紹了實(shí)驗中心結合“循序漸進(jìn)、逐步深人”專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)的特點(diǎn)，制定的實(shí)驗教學(xué)體系規劃和建設工作，分析了通信與信息系統專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺建設需求，提出了實(shí)驗平臺與技術(shù)同步的可持續發(fā)展建設思路，并用新建實(shí)驗室的實(shí)例對該建設思路進(jìn)行了說(shuō)明。
1實(shí)驗中心定位與實(shí)驗教學(xué)體系改革
我校通信與信息系統國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心是教育部批準的為數不多以專(zhuān)業(yè)命名的示范中心。其知識體系有專(zhuān)業(yè)主線(xiàn)貫穿于專(zhuān)業(yè)基礎、專(zhuān)業(yè)技術(shù)、專(zhuān)業(yè)系統、綜合應用和工程實(shí)踐中，學(xué)生由人門(mén)開(kāi)始，循序漸進(jìn)、逐步深人學(xué)習，最終達到對知識體系融會(huì )貫通和靈活運用的目的X。
1.1實(shí)驗中心定位
實(shí)驗中心以我校通信與信息系統優(yōu)勢學(xué)科為依托、以國內外先進(jìn)技術(shù)為引導、培養學(xué)生工程實(shí)戰能力，建設專(zhuān)業(yè)能力和掌握國際先進(jìn)技術(shù)的能力;培養學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)思維方法、探索知識與勇于創(chuàng )新的精神;促進(jìn)學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識、能力與素質(zhì)的協(xié)調發(fā)展;培養專(zhuān)業(yè)能力強、工程素質(zhì)高、創(chuàng )新意識好的通信與信息技術(shù)優(yōu)秀人才。
1.2實(shí)驗教學(xué)規劃設計
電子科技大學(xué)長(cháng)期堅持“基礎理論與工程實(shí)踐并重”的人才培養理念，規劃設計了學(xué)校的實(shí)驗教學(xué)系統平臺結構：“公共基礎實(shí)驗平臺+多個(gè)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺”[8]。公共基礎實(shí)驗平臺提供全校公共基礎課程的教學(xué)實(shí)驗平臺，專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺提供按專(zhuān)業(yè)方向進(jìn)行整合的專(zhuān)業(yè)基礎和專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺。按照學(xué)校實(shí)驗教學(xué)的總體規劃，依據基礎理論與工程實(shí)踐的人才培養理念[9]，實(shí)驗中心從以下4方面入手，著(zhù)重打造通信與信息系統學(xué)科的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)平臺和實(shí)驗教學(xué)體系：
1)構建與國內外一流企業(yè)合作的聯(lián)合培養模式：建立一批國內外一流企業(yè)密切合作的聯(lián)合實(shí)驗室，不斷引進(jìn)新技術(shù)和新設備，保持實(shí)驗設備與技術(shù)同步發(fā)展的實(shí)驗條件和手段。
2)科研成果向實(shí)驗項目轉化：利用學(xué)科科研團隊的技術(shù)力量和科研環(huán)境，實(shí)現科研成果向實(shí)驗項目的轉化，為學(xué)生營(yíng)造探索、創(chuàng )新實(shí)驗環(huán)境。
3)建設一流的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)平臺：構筑一個(gè)集現代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、信息處理技術(shù)為一體的，技術(shù)先進(jìn)、功能比較齊全的國內一流的“通信與信息系統實(shí)驗平臺”;配置品質(zhì)精良、結構合理、數量充足的儀器設備，滿(mǎn)足本學(xué)科通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、信息技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗教學(xué)需要。
4)多層次人才培養的實(shí)驗體系：強調綜合性、設計性、開(kāi)放性實(shí)驗教學(xué)，加強學(xué)生實(shí)踐能力、設計能力、創(chuàng )新能力和創(chuàng )業(yè)能力培養;促進(jìn)學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)綜合協(xié)調發(fā)展的實(shí)驗教學(xué)體系。
1.3實(shí)驗教學(xué)體系建設
實(shí)驗中心根據本科專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)循序漸進(jìn)、逐步深入的特點(diǎn)，對實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行總體設計，把四年的實(shí)驗教學(xué)作為一個(gè)整體來(lái)統一考慮，著(zhù)力打造了“三種實(shí)驗平臺、四類(lèi)教學(xué)形式、五層次實(shí)驗內容”的實(shí)驗教學(xué)體系。
1)三種實(shí)驗平臺：專(zhuān)業(yè)基礎實(shí)驗平臺、專(zhuān)業(yè)系統實(shí)驗平臺、工程與創(chuàng )新實(shí)驗平臺。
2)四類(lèi)教學(xué)形式：課程實(shí)驗、實(shí)驗課程、專(zhuān)項實(shí)驗、科技制作。
3)五層次實(shí)驗內容：基礎型、應用型、綜合型、設計型、創(chuàng )新型。
為配合學(xué)生逐步深人學(xué)習專(zhuān)業(yè)知識，實(shí)驗中心提供了與之相適應的從原理驗證性實(shí)驗到系統性、綜合性和創(chuàng )新性實(shí)驗。通信射頻電路、通信ASIC、通信信號處理、嵌人式系統、通信與交換系統、通信網(wǎng)技術(shù)、接入網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)與路由技術(shù)等一系列的實(shí)驗成為實(shí)驗中心的核心實(shí)驗內容。
整體實(shí)驗體系改變了一門(mén)課一個(gè)實(shí)驗、缺少整體匹配、教學(xué)內容既交錯重疊又有空隙的問(wèn)題。對實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行了總體設計，把四年的實(shí)驗教學(xué)作為一個(gè)整體來(lái)統一考慮。
層次化實(shí)驗從基礎性的驗證型實(shí)驗到綜合性、創(chuàng )新性的研究型實(shí)驗，構建了層次多樣的實(shí)驗體系，達到了對學(xué)生基礎研究、專(zhuān)業(yè)技能、工程素養三方面均衡能力培養的目的。
為適應新技術(shù)的發(fā)展需要，讓學(xué)生了解和掌握當前最先進(jìn)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，中心借助先進(jìn)的軟硬件基礎設施，依托高水平的科研項目，根據實(shí)際需要不斷對實(shí)驗內容和實(shí)驗項目從以下3個(gè)方面進(jìn)行調整和更新。
1)加大設計型實(shí)驗比例：在確�；A型、應用型實(shí)驗質(zhì)量的同時(shí)，通過(guò)各種方式增加綜合型、設計型、創(chuàng )新型實(shí)驗的比例。學(xué)生通過(guò)參加各級各類(lèi)比賽或提交實(shí)驗報告和實(shí)驗成果的方式完成創(chuàng )新實(shí)驗。
2)增加學(xué)科發(fā)展方向的新實(shí)驗：減少驗證性實(shí)驗項目，借助科研成果，增加反映學(xué)科發(fā)展方向的新實(shí)驗和融研究、創(chuàng )新、實(shí)踐于一體的實(shí)驗項目。
3)利用科研成果豐富實(shí)驗內容：加大科研成果向實(shí)驗轉化的力度，研制高水平實(shí)驗設備，設計高水平實(shí)驗內容。
2科學(xué)規劃，建設一流的實(shí)驗教學(xué)環(huán)境
1994年電子科技大學(xué)集中了通信、信息和網(wǎng)絡(luò )等方向的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室，正式成立了通信與信息系統實(shí)驗中心。實(shí)驗中心包括了通信工程實(shí)驗室、計算機通信網(wǎng)實(shí)驗室、信號與系統實(shí)驗室、廣播電視工程實(shí)驗室、無(wú)線(xiàn)電技術(shù)實(shí)驗室以及微機原理實(shí)驗室。2.1把握學(xué)科發(fā)展方向，樹(shù)立可持續性發(fā)展的建設思路
從2000年開(kāi)始，我們重新整理實(shí)驗中心的建設思路，重點(diǎn)關(guān)注如何更好地保持實(shí)驗中心的實(shí)驗系統環(huán)境與技術(shù)發(fā)展同步?如何加強學(xué)生在系統性和工程性方面的訓練等問(wèn)題?各個(gè)獨立的實(shí)驗平臺難以在技術(shù)發(fā)展中持續發(fā)揮作用，也難以提供多系統綜合的實(shí)驗環(huán)境和工程實(shí)踐環(huán)境。為此，我們提出了“規范基礎實(shí)驗訓練、統一實(shí)驗系統架構、保障可持續發(fā)展”的實(shí)驗中心建設思路。經(jīng)過(guò)充分論證和和詳細設計，我們確定了實(shí)驗中心通過(guò)建設一個(gè)實(shí)驗系統共享平臺，以此平臺為基礎，將多個(gè)獨立的實(shí)驗系統有機整合為大型綜合性系統實(shí)驗平臺，形成可持續性發(fā)展的實(shí)驗系統架構的建設規劃。
通信與信息系統學(xué)科各專(zhuān)業(yè)的一個(gè)共同點(diǎn)是：幾乎所有的專(zhuān)業(yè)技術(shù)都與通信信道有直接或間接的關(guān)系，實(shí)驗條件也幾乎都涉及一種或多種信道。信道資源是該學(xué)科各專(zhuān)業(yè)的共性資源，并且是學(xué)科技術(shù)持續發(fā)展不可或缺的資源〇因此，我們設計了一種集傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)、IP網(wǎng)、接入網(wǎng)為一體的大型綜合通信系統——骨干傳輸系統，作為實(shí)驗中心的共享實(shí)驗平臺，提供模擬信道、數字信道、電路交換與分組交換網(wǎng)等多種類(lèi)型的信道和網(wǎng)絡(luò )資源，實(shí)現實(shí)驗平臺的整合，所構成的以骨干傳輸系統為基礎的實(shí)驗系統架構如圖1所7K。
該共享平臺需要具備如下特點(diǎn)：
1)資源共享性。為各實(shí)驗系統平臺提供基礎'資源共享的能力。
2)平臺組合性。各個(gè)系統既是獨立的實(shí)驗平臺，又是綜合實(shí)驗平臺的組成部分。
3)持續發(fā)展性。較強的擴展能力，為實(shí)驗系統架構可持續發(fā)展需要提供保證。
4)系統整合性。能實(shí)現多系統的有機整合，構成反映現代技術(shù)的大型綜合性系統。
5)發(fā)展繼承性。共享平臺的擴展能力使得在新建或擴建實(shí)驗平臺時(shí)，能充分利用共享平臺和其他原有平臺的實(shí)驗資源。
通過(guò)與國內外著(zhù)名通信和網(wǎng)絡(luò )設備廠(chǎng)商如CISCO、Motorola、TI、ALTERA、華為、中興、邁普等共建實(shí)驗室的方式，實(shí)驗中心建設了骨干傳輸系統共享實(shí)驗平臺[圖1(a)]。平臺采用成熟的商用系統，按照電信工程規范設計建設，提供了與運營(yíng)商真實(shí)系統完全一致的實(shí)驗教學(xué)環(huán)境。在實(shí)驗室環(huán)境中為學(xué)生提供了接觸、研究和操作真實(shí)系統的工作體驗和工程實(shí)踐條件[圖1(b)]。該平臺傳輸網(wǎng)采用三節點(diǎn)的SDH構成，提供豐富的多種速率的傳輸信道;電路交換網(wǎng)采用兩臺商用程控交換機通過(guò)SDH系統構成，提供豐富的電路交換的模擬信道資源;IP網(wǎng)絡(luò )采用多個(gè)廠(chǎng)商的路由器以太網(wǎng)交換機和無(wú)線(xiàn)AP接人點(diǎn)，在SDH上分別構建了廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)系統;接人網(wǎng)采用撥號Modem和ADSL接入通過(guò)程控交換網(wǎng)構成。為學(xué)生提供了語(yǔ)音、數據、因特網(wǎng)、接人網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)的多系統綜合多功能實(shí)驗環(huán)境和工程實(shí)踐環(huán)境覆蓋了通信與信息系統的絕大部分的主流應用系統，是實(shí)驗中心提供信道和網(wǎng)絡(luò )通信資源的共享平臺。在該共享平臺基礎上，實(shí)驗中心對各專(zhuān)業(yè)實(shí)驗骨干傳輸系統具備的“便于平臺整合、易于系統擴充，共享通信資源、統一實(shí)驗架構、可持續發(fā)展能力”的特點(diǎn)，在其后實(shí)驗中心的建設發(fā)展過(guò)程中得到印證。2008年以來(lái)新建和計劃建設的實(shí)驗平臺，同時(shí)需要考慮與原有平臺的有效整合時(shí)，骨干傳輸系統起到了重要支撐作用。
實(shí)驗中心的共享實(shí)驗系統架構的建設思路，成為國內多所高校通信與信息系統實(shí)驗室建設的仿效對象。深圳訊方公司以此系統架構為藍本，推出了高校通信與網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗系統產(chǎn)品。據訊方公司統計，國內已有近百所高校及高專(zhuān)的通信與網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗室的建設采用該系統產(chǎn)品。
2.2緊跟技術(shù)發(fā)展，建設先進(jìn)的實(shí)驗教學(xué)環(huán)境
科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，要求實(shí)驗中心的實(shí)驗環(huán)境能跟上技術(shù)發(fā)展的步伐，為實(shí)驗教學(xué)提供與技術(shù)發(fā)展先進(jìn)水平相適應的實(shí)驗教學(xué)平臺，讓學(xué)生能不斷接觸先進(jìn)技術(shù)的前沿領(lǐng)域，開(kāi)展研究分析，實(shí)現創(chuàng )新探索。
實(shí)驗中心要及時(shí)將先進(jìn)技術(shù)的最新成果和系統納入到中心的共享平臺架構中，不斷發(fā)展、更新和整合實(shí)驗教學(xué)平臺，在新建和擴建實(shí)驗平臺時(shí)，為使實(shí)驗平臺能發(fā)揮最大效用和充分利用原有實(shí)驗平臺的資源，應把握和遵循了以下4個(gè)原則：
1)與學(xué)科發(fā)展方向和趨勢保持一致;
2)能反映當代技術(shù)最新發(fā)展的特征;
3)能提供多功能多層次的實(shí)現環(huán)境;
4)能與實(shí)驗中心的現有平臺進(jìn)行有效整合。2008年以來(lái)，針對通信與信息系統學(xué)科在通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、DSP技術(shù)、嵌人式技術(shù)方向的室平臺系統進(jìn)行整合，互聯(lián)與路由、計算機通信和程控交換三個(gè)實(shí)驗平臺歸并到骨干傳輸系統實(shí)驗室中。所形成的統一實(shí)驗系統架構如圖2所示。
發(fā)展現狀，實(shí)驗中心陸續新建和擴建了“網(wǎng)絡(luò )工程”、“通信系統”，“綜合接入網(wǎng)”和“微處理器與嵌入式設計”等實(shí)驗平臺，保持了實(shí)驗中心的實(shí)驗環(huán)境能及時(shí)反映當前最新技術(shù)發(fā)展的現狀。
限于篇幅，在此僅簡(jiǎn)要介紹新建的“網(wǎng)絡(luò )工程”和“綜合接人網(wǎng)”兩個(gè)實(shí)驗平臺整合到實(shí)驗中心共享平臺實(shí)驗體系架構中的建設思路。
1)網(wǎng)絡(luò )工程實(shí)驗平臺建設思路
網(wǎng)絡(luò )工程實(shí)驗平臺(圖3)應為學(xué)生展現當前多種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相互滲透、相互融合的技術(shù)和發(fā)展趨勢。實(shí)驗平臺應能夠靈活實(shí)現多種類(lèi)型組網(wǎng)形態(tài)，為學(xué)生提供組網(wǎng)的規劃、設計、建設、測試、評價(jià)等多方位的綜合設計和實(shí)驗環(huán)境，訓練學(xué)生的知識綜合運用能力和工程實(shí)踐能力。
網(wǎng)絡(luò )工程實(shí)驗平臺由6個(gè)平臺節點(diǎn)組成(圖3(a))。每個(gè)節點(diǎn)平臺包含了4臺路由器和4臺以太網(wǎng)交換機，自身就可組建一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò )系統，可提供小組的內部級別的組網(wǎng)實(shí)驗。平臺節點(diǎn)又通過(guò)共享系統的SDH信道實(shí)現連接。利用SDH可靈活改變連接關(guān)系的特性，這6個(gè)節點(diǎn)組成的實(shí)驗平臺形成一種可靈活組建各種形式的廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、園區網(wǎng)等實(shí)驗平臺。在此平臺上可進(jìn)行多網(wǎng)互聯(lián)、內部/外部路由等專(zhuān)業(yè)技術(shù)方面的實(shí)驗，提供園區網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、運營(yíng)網(wǎng)、廣域網(wǎng)等組網(wǎng)架構和工程技術(shù)方面的實(shí)驗，還可提供大型網(wǎng)絡(luò )性能模型、流量模型等方面的理論分析的實(shí)驗驗證。圖3(b)展示了用該平臺構建的一種企業(yè)網(wǎng)實(shí)驗環(huán)境。
2)綜合接入網(wǎng)實(shí)驗平臺建設思路
綜合接人網(wǎng)實(shí)驗平臺反映了當前接入網(wǎng)技術(shù)呈現的多種接人方式并存、接入控制手段繁復的現狀。實(shí)驗平臺為學(xué)生建立多種接人方式的實(shí)驗環(huán)境’建立各種接人方式的控制以及綜合的接入控制實(shí)驗環(huán)境。
平臺建設根據“電信接入網(wǎng)”和“IP接人網(wǎng)”在體系架構標準上的發(fā)展趨勢，在原有的ADSL接入和撥號接入的基礎上，擴充了新的駐地網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(EPON)等接入方式。自主設計實(shí)現了綜合接人控制系統，構成了一種與接人網(wǎng)標準發(fā)展趨勢相吻合的綜合接人技術(shù)實(shí)驗平臺(圖4)，為學(xué)生提供了一種認知、分析和研究探索接人網(wǎng)最新發(fā)展的實(shí)驗實(shí)踐環(huán)境。
過(guò)整合，將骨干傳輸系統的資源和已有實(shí)驗平臺的部分資源納人到了綜合平臺中。綜合接人網(wǎng)結構中的匯聚網(wǎng)、核心網(wǎng)、駐地網(wǎng)、專(zhuān)線(xiàn)接人、無(wú)線(xiàn)接人均是原有的實(shí)驗平臺資源，僅新增了EPON接人系統，在不影響原有系統平臺實(shí)驗功能的條件下，通過(guò)簡(jiǎn)單整理組合，以較少的投資實(shí)現了接人手段相對齊全、接人體系結構完整的綜合接人網(wǎng)平臺。
3結束語(yǔ)
通信與信息系統學(xué)科既是一個(gè)古老又是一個(gè)新興的學(xué)科。它的古老在于它的歷史悠久，它的新興在于它的新陳代謝十分活躍，使該學(xué)科的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室建設和持續發(fā)展既有機遇又有挑戰。本文對該學(xué)科“循序漸進(jìn)、逐步深人”的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)體系進(jìn)行了分析，討論了實(shí)驗平臺建設可持續發(fā)展的思路，提出了以共享平臺為基礎的實(shí)驗中心平臺建設方案。通過(guò)將多個(gè)獨立實(shí)驗平臺整合形成統一的綜合實(shí)驗平臺系統架構，在實(shí)驗平臺間形成資源共享、繼承和擴展關(guān)系，實(shí)現實(shí)驗中心平臺保持與技術(shù)同步的可持續發(fā)展。
結合實(shí)驗中心新建的“網(wǎng)絡(luò )工程”、“綜合接人系統”實(shí)驗平臺實(shí)例，介紹了新建實(shí)驗平臺在共享實(shí)驗平臺上的共享、繼承和擴展的建設思路。
參考文獻
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