基于IUV-VR的虛擬現實通信實訓平臺仿真設計

孫捷　楊歡

摘要：相對于傳統的實驗教學過程中存在著實驗設備更新慢、實驗操作過程風險高、實驗教學模式滯后而制約教學創新等問題。IUV-VR是利用VR技術來實現WLAN與PON接入工程的體驗式實訓教學仿真軟件， 通過計算機多媒體虛擬現實的方式來模擬工作場景，提供在線的虛擬仿真環境和交互式體驗的教學服務，解決高校專業實訓難，成本高的教學現狀。

關鍵詞：VR技術;虛擬仿真;WLAN+PON接入網

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）25-0293-02

隨著應用型高校在全國的不斷推進[1]，實驗教學在高校的教育工作中充當著越來越重要的角色。在實際中由于學生不能直接去操作正在使用的運營商的接入網設備[2]，而通過IUV-VR系統，使用者可以進入步行街的WLAN及PON系統，實驗平臺包括街道、商場和弱電井機房三種典型的站點場景，充分體驗交互式的實驗教學，如站點勘察、AP、箱體、分光器、ONU、交換機安裝、線纜連線等操作。通過將實驗設備虛擬化，使教育資源便利化和可持續化[3]。

1虛擬現實仿真實訓教學概述

1.1 WLAN+PON接入工程

當前傳統的WLAN承載主要通過SDH （同步數字體系） 疊加多層樓道交換機、匯聚交換機的方式實現。雖然這些傳輸方式具有技術成熟、可靠性高的特點，但網絡結構復雜，維護工作量大，每個用戶可用帶寬低，綜合造價高。從網絡結構、有源/無源、可用帶寬和綜合造價等角度分析，點對多點的PON （無源光網絡） 技術與其他的接入技術如SDH、DSL、LAN等相比，具有成本低、部署靈活等優點。目前采用的GPON的方式進行WLAN組網中，采用的是在ONU中加入POE供電模塊，由OLT自動發現ONU進行數據配置，降低通信組網的成本。

1.2 VR技術

VR技術不僅能模擬實際設備[4][5]， 還能模擬出實際設備內部的結構。用戶借助VR頭盔等， 以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互， 使用戶最大限度地貼近實際操作， 提高實操能力和處理實際問題的技能。這種創新的實訓方式不僅使用戶能夠模塊化地觀察設備， 更好地應用于復雜設備和危險性系數較高的操作訓練， 有效地克服實際裝備訓練受時間和場地限制、訓練成本高、易損壞裝備等弊端， 并且使用戶置身于虛擬現實環境中， 大大提高了互動性與參與性。

2 虛擬現實仿真實訓教學內容

實訓仿真平臺是對WLAN+PON接入工程通過VR技術來實現的一種虛擬仿真實驗教學項目，利用虛擬現實（VR）系統操作光纜交接箱、分光器、光纖管道入戶等。實驗平臺參照運營商在光纖接入網中的真實建設場景，提供典型站點建設所需相關設備和線纜資源。虛擬仿真實驗內容包括熟悉通信設備的結構、學習站點內設備的安裝操作規范。通過在線虛擬現實的實驗教學，可以使學生掌握WLAN+PON接入工程在實際中的設備部署和線纜連接，培養學生日后在實際的通信工程項目工作中擁有一定的系統操作基礎。對于探索實驗教學新模式、培養電子信息人才具有重要而深遠的意義。

虛擬仿真實驗教學主要通過教師引導、師生互動、學生探究以及虛實相輔的實踐教學方式[6][7]。一方面，學生不用外出參觀運營商的光纖接入站點，可以在虛擬仿真實驗平臺中對通信設備進行學習，對掌握的通信設備基本工作原理知識進行鞏固訓練[8];另一方面，通過互動式的實驗教學方式，學生可以使用VR設備進行人機交互操作，利用虛擬現實技術展示出通信設備安裝的詳細過程。實驗前學生可以通過閱讀《光纖接入工程VR實訓系統使用手冊》熟悉設備的正規操作方法，讓學生在進行機房建設、設備安裝之前， 根據建設規范選擇合適的設備、輔材、工具，然后一步步完成主設備安裝、室外設備安裝、天線安裝、GPS天線安裝、防雷箱安裝， 以及設備之間的線纜走線。通過虛擬方法， 讓學生體會到真實的安裝過程。

3 虛擬現實仿真實訓項目設計

基于WLAN+PON接入工程的虛擬現實仿真實訓教學平臺，是對在高校傳統實驗室內不易教學實現的實驗項目，通過VR技術來將現實與虛擬結合，綜合培養的虛擬現實仿真實訓項目[9]。

在光纖接入工程VR實訓系統中，主要包括：實驗室預約登記、設備操作學習、站點安裝教學演示、站點安裝項目考核等。

（1）實驗室預約登記。作為開放式、拓展式的實訓平臺，在實訓學習之前，需要提前登記預約，熟悉實驗室環境，這一部分是確保實訓教學項目的順利開設，有利于教師對實驗室的系統管理[10]。

（2）設備操作學習。閱讀《光纖接入工程VR實訓系統使用手冊》中的圖文配置說明，熟悉實訓過程中的設備構造，數據配置等安裝操作，掌握光纖接入工程的知識要點和行業操作規范。

（3）站點安裝教學演示。演示在街道、商場和弱電井機房三種典型的站點場景的VR操作，對站點的設備進行放置、連線等細節的操作。

（4）站點安裝項目考核。實訓考核不僅僅是對學生在實訓操作過程中的表現進行量化的考核，主要是關注學生在實訓中的問題反饋，目的是來觀察學生對虛擬仿真平臺的掌握情況。

4 虛擬現實仿真實訓操作過程

對于IUV光纖接入工程VR實訓系統，登錄界面簡單，操作方便。虛擬現實仿真實訓平臺的登錄采用賬號+密碼的身份認證方式，這種方式可以為實訓系統提供完整的資源調用和數據管理[11][12]，這樣在學生的實訓中就可以對各類操作進行存檔保存。

IUV光纖接入工程虛擬現實仿真實訓系統的燈柱場景：可實現天線、室外 AP、避雷器及線纜的安裝與連接。

IUV光纖接入工程虛擬現實仿真實訓系統的掛壁箱/光交箱場景：可實現 ONU、交換機、Splitter、POE 供電設備及線纜的安裝與連接。

IUV光纖接入工程VR 自動評測功能需結合 IUV 管理平臺操作。VR 仿真配置表可輔助老師完成學員WLAN+PON 實操綜合測試，選中項為用戶需要完成的任務，測試結果可自動在 VR 客戶端得出成績。

5 結語

本實訓系統平臺對于在WLAN+PON接入工程中無法在實驗室實現的一些功能采用虛擬現實技術進行彌補，通過VR技術虛實結合的教學方式，使學生深入的學習光纖接入工程的站點布局，培養學生在實際項目中的工程實踐能力。

參考文獻：

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【通聯編輯：梁書】