通信与信息系统实验教学示范中心建设研究

　　电子科技大学“通信与信息系统实验教学示范中心”是2008年获教育部批准的国家级本科专业实验教学示范建设单位。实验中心依托学校“通信抗干扰国家级重点实验室”、“光纤传感与通信教育部重点实验室”，在“211工程”、“985工程”持续投入的支持下，通过整合通信、信息、网络等方向原有的专业实验室，形成涵盖通信、网络、信息、数字信号处理、通信集成电路、射频无线电、光通信等学科专业领域的本科及研究生实验教学基地。

　　实验中心以学科发展方向为牵引，以实验课程建设和实验教学改革为动力，以系统性、综合性和实战性为基点，推动实验教学平台建设和资源整合，通过对实验中心整体架构进行详细规划和设计，构建了集传输、交换、接入、信息处理于一体的大型综合通信网络系统，建立了一批与现代技术同步的高水平实验室，形成了基础、系统、综合的多层次实验教学平台[1<，为高水平创新人才培养提供了一流的实验教学环境。

　　为了加强对学生专业能力、工程素养和创新能力的培养，实验中心进一步实施了实验教学体系的建设和改革，既保留和规范了传统的专业基础训练的实验项目，又增添和完善了系统级和多系统综合的应用性、设计性和工程性训练的实验项目，提高学生理论到实践的应用能力及建立全局的系统性观念。同时，在多系统综合平台上开设了综合性、创新性和工程性实验内容，构建了“基础型、应用型、综合型、设计型、创新型”的分层次、循序渐进的实验教学体系[4_5]。

　　本文介绍了实验中心结合“循序渐进、逐步深人”专业实验教学的特点，制定的实验教学体系规划和建设工作，分析了通信与信息系统专业实验平台建设需求，提出了实验平台与技术同步的可持续发展建设思路，并用新建实验室的实例对该建设思路进行了说明。

　　1实验中心定位与实验教学体系改革

　　我校通信与信息系统国家级实验教学示范中心是教育部批准的为数不多以专业命名的示范中心。其知识体系有专业主线贯穿于专业基础、专业技术、专业系统、综合应用和工程实践中，学生由人门开始，循序渐进、逐步深人学习，最终达到对知识体系融会贯通和灵活运用的目的X。

　　1.1实验中心定位

　　实验中心以我校通信与信息系统优势学科为依托、以国内外先进技术为引导、培养学生工程实战能力，建设专业能力和掌握国际先进技术的能力;培养学生理论联系实际的科学思维方法、探索知识与勇于创新的精神;促进学生专业知识、能力与素质的协调发展;培养专业能力强、工程素质高、创新意识好的通信与信息技术优秀人才。

　　1.2实验教学规划设计

　　电子科技大学长期坚持“基础理论与工程实践并重”的人才培养理念，规划设计了学校的实验教学系统平台结构：“公共基础实验平台+多个专业实验平台”[8]。公共基础实验平台提供全校公共基础课程的教学实验平台，专业实验平台提供按专业方向进行整合的专业基础和专业实验平台。按照学校实验教学的总体规划，依据基础理论与工程实践的人才培养理念[9]，实验中心从以下4方面入手，着重打造通信与信息系统学科的专业实验教学平台和实验教学体系：

　　1)构建与国内外一流企业合作的联合培养模式：建立一批国内外一流企业密切合作的联合实验室，不断引进新技术和新设备，保持实验设备与技术同步发展的实验条件和手段。

　　2)科研成果向实验项目转化：利用学科科研团队的技术力量和科研环境，实现科研成果向实验项目的转化，为学生营造探索、创新实验环境。

　　3)建设一流的专业实验教学平台：构筑一个集现代通信技术、网络技术、信息处理技术为一体的，技术先进、功能比较齐全的国内一流的“通信与信息系统实验平台”;配置品质精良、结构合理、数量充足的仪器设备，满足本学科通信技术、网络技术、信息技术类专业的实验教学需要。

　　4)多层次人才培养的实验体系：强调综合性、设计性、开放性实验教学，加强学生实践能力、设计能力、创新能力和创业能力培养;促进学生的知识、能力、素质综合协调发展的实验教学体系。

　　1.3实验教学体系建设

　　实验中心根据本科专业实验教学循序渐进、逐步深入的特点，对实验教学进行总体设计，把四年的实验教学作为一个整体来统一考虑，着力打造了“三种实验平台、四类教学形式、五层次实验内容”的实验教学体系。

　　1)三种实验平台：专业基础实验平台、专业系统实验平台、工程与创新实验平台。

　　2)四类教学形式：课程实验、实验课程、专项实验、科技制作。

　　3)五层次实验内容：基础型、应用型、综合型、设计型、创新型。

　　为配合学生逐步深人学习专业知识，实验中心提供了与之相适应的从原理验证性实验到系统性、综合性和创新性实验。通信射频电路、通信ASIC、通信信号处理、嵌人式系统、通信与交换系统、通信网技术、接入网技术、网络互联与路由技术等一系列的实验成为实验中心的核心实验内容。

　　整体实验体系改变了一门课一个实验、缺少整体匹配、教学内容既交错重叠又有空隙的问题。对实验教学进行了总体设计，把四年的实验教学作为一个整体来统一考虑。

　　层次化实验从基础性的验证型实验到综合性、创新性的研究型实验，构建了层次多样的实验体系，达到了对学生基础研究、专业技能、工程素养三方面均衡能力培养的目的。

　　为适应新技术的发展需要，让学生了解和掌握当前最先进的专业技术，中心借助先进的软硬件基础设施，依托高水平的科研项目，根据实际需要不断对实验内容和实验项目从以下3个方面进行调整和更新。

　　1)加大设计型实验比例：在确保基础型、应用型实验质量的同时，通过各种方式增加综合型、设计型、创新型实验的比例。学生通过参加各级各类比赛或提交实验报告和实验成果的方式完成创新实验。

　　2)增加学科发展方向的新实验：减少验证性实验项目，借助科研成果，增加反映学科发展方向的新实验和融研究、创新、实践于一体的实验项目。

　　3)利用科研成果丰富实验内容：加大科研成果向实验转化的力度，研制高水平实验设备，设计高水平实验内容。

　　2科学规划，建设一流的实验教学环境

　　1994年电子科技大学集中了通信、信息和网络等方向的专业实验室，正式成立了通信与信息系统实验中心。实验中心包括了通信工程实验室、计算机通信网实验室、信号与系统实验室、广播电视工程实验室、无线电技术实验室以及微机原理实验室。2.1把握学科发展方向，树立可持续性发展的建设思路

　　从2000年开始，我们重新整理实验中心的建设思路，重点关注如何更好地保持实验中心的实验系统环境与技术发展同步?如何加强学生在系统性和工程性方面的训练等问题?各个独立的实验平台难以在技术发展中持续发挥作用，也难以提供多系统综合的实验环境和工程实践环境。为此，我们提出了“规范基础实验训练、统一实验系统架构、保障可持续发展”的实验中心建设思路。经过充分论证和和详细设计，我们确定了实验中心通过建设一个实验系统共享平台，以此平台为基础，将多个独立的实验系统有机整合为大型综合性系统实验平台，形成可持续性发展的实验系统架构的建设规划。

　　通信与信息系统学科各专业的一个共同点是：几乎所有的专业技术都与通信信道有直接或间接的关系，实验条件也几乎都涉及一种或多种信道。信道资源是该学科各专业的共性资源，并且是学科技术持续发展不可或缺的资源〇因此，我们设计了一种集传输网、交换网、IP网、接入网为一体的大型综合通信系统——骨干传输系统，作为实验中心的共享实验平台，提供模拟信道、数字信道、电路交换与分组交换网等多种类型的信道和网络资源，实现实验平台的整合，所构成的以骨干传输系统为基础的实验系统架构如图1所7K。

　　该共享平台需要具备如下特点：

　　1)资源共享性。为各实验系统平台提供基础'资源共享的能力。

　　2)平台组合性。各个系统既是独立的实验平台，又是综合实验平台的组成部分。

　　3)持续发展性。较强的扩展能力，为实验系统架构可持续发展需要提供保证。

　　4)系统整合性。能实现多系统的有机整合，构成反映现代技术的大型综合性系统。

　　5)发展继承性。共享平台的扩展能力使得在新建或扩建实验平台时，能充分利用共享平台和其他原有平台的实验资源。

　　通过与国内外著名通信和网络设备厂商如CISCO、Motorola、TI、ALTERA、华为、中兴、迈普等共建实验室的方式，实验中心建设了骨干传输系统共享实验平台[图1(a)]。平台采用成熟的商用系统，按照电信工程规范设计建设，提供了与运营商真实系统完全一致的实验教学环境。在实验室环境中为学生提供了接触、研究和操作真实系统的工作体验和工程实践条件[图1(b)]。该平台传输网采用三节点的SDH构成，提供丰富的多种速率的传输信道;电路交换网采用两台商用程控交换机通过SDH系统构成，提供丰富的电路交换的模拟信道资源;IP网络采用多个厂商的路由器以太网交换机和无线AP接人点，在SDH上分别构建了广域网、局域网和无线局域网系统;接人网采用拨号Modem和ADSL接入通过程控交换网构成。为学生提供了语音、数据、因特网、接人网、无线网等多种业务的多系统综合多功能实验环境和工程实践环境覆盖了通信与信息系统的绝大部分的主流应用系统，是实验中心提供信道和网络通信资源的共享平台。在该共享平台基础上，实验中心对各专业实验骨干传输系统具备的“便于平台整合、易于系统扩充，共享通信资源、统一实验架构、可持续发展能力”的特点，在其后实验中心的建设发展过程中得到印证。2008年以来新建和计划建设的实验平台，同时需要考虑与原有平台的有效整合时，骨干传输系统起到了重要支撑作用。

　　实验中心的共享实验系统架构的建设思路，成为国内多所高校通信与信息系统实验室建设的仿效对象。深圳讯方公司以此系统架构为蓝本，推出了高校通信与网络实验系统产品。据讯方公司统计，国内已有近百所高校及高专的通信与网络实验室的建设采用该系统产品。

　　2.2紧跟技术发展，建设先进的实验教学环境

　　科学技术的不断发展，要求实验中心的实验环境能跟上技术发展的步伐，为实验教学提供与技术发展先进水平相适应的实验教学平台，让学生能不断接触先进技术的前沿领域，开展研究分析，实现创新探索。

　　实验中心要及时将先进技术的最新成果和系统纳入到中心的共享平台架构中，不断发展、更新和整合实验教学平台，在新建和扩建实验平台时，为使实验平台能发挥最大效用和充分利用原有实验平台的资源，应把握和遵循了以下4个原则：

　　1)与学科发展方向和趋势保持一致;

　　2)能反映当代技术最新发展的特征;

　　3)能提供多功能多层次的实现环境;

　　4)能与实验中心的现有平台进行有效整合。2008年以来，针对通信与信息系统学科在通信技术、网络技术、DSP技术、嵌人式技术方向的室平台系统进行整合，互联与路由、计算机通信和程控交换三个实验平台归并到骨干传输系统实验室中。所形成的统一实验系统架构如图2所示。

　　发展现状，实验中心陆续新建和扩建了“网络工程”、“通信系统”，“综合接入网”和“微处理器与嵌入式设计”等实验平台，保持了实验中心的实验环境能及时反映当前最新技术发展的现状。

　　限于篇幅，在此仅简要介绍新建的“网络工程”和“综合接人网”两个实验平台整合到实验中心共享平台实验体系架构中的建设思路。

　　1)网络工程实验平台建设思路

　　网络工程实验平台(图3)应为学生展现当前多种网络技术相互渗透、相互融合的技术和发展趋势。实验平台应能够灵活实现多种类型组网形态，为学生提供组网的规划、设计、建设、测试、评价等多方位的综合设计和实验环境，训练学生的知识综合运用能力和工程实践能力。

　　网络工程实验平台由6个平台节点组成(图3(a))。每个节点平台包含了4台路由器和4台以太网交换机，自身就可组建一个小型网络系统，可提供小组的内部级别的组网实验。平台节点又通过共享系统的SDH信道实现连接。利用SDH可灵活改变连接关系的特性，这6个节点组成的实验平台形成一种可灵活组建各种形式的广域网、城域网、园区网等实验平台。在此平台上可进行多网互联、内部/外部路由等专业技术方面的实验，提供园区网、企业网、运营网、广域网等组网架构和工程技术方面的实验，还可提供大型网络性能模型、流量模型等方面的理论分析的实验验证。图3(b)展示了用该平台构建的一种企业网实验环境。

　　2)综合接入网实验平台建设思路

　　综合接人网实验平台反映了当前接入网技术呈现的多种接人方式并存、接入控制手段繁复的现状。实验平台为学生建立多种接人方式的实验环境’建立各种接人方式的控制以及综合的接入控制实验环境。

　　平台建设根据“电信接入网”和“IP接人网”在体系架构标准上的发展趋势，在原有的ADSL接入和拨号接入的基础上，扩充了新的驻地网、无线网、无源光网络(EPON)等接入方式。自主设计实现了综合接人控制系统，构成了一种与接人网标准发展趋势相吻合的综合接人技术实验平台(图4)，为学生提供了一种认知、分析和研究探索接人网最新发展的实验实践环境。

　　过整合，将骨干传输系统的资源和已有实验平台的部分资源纳人到了综合平台中。综合接人网结构中的汇聚网、核心网、驻地网、专线接人、无线接人均是原有的实验平台资源，仅新增了EPON接人系统，在不影响原有系统平台实验功能的条件下，通过简单整理组合，以较少的投资实现了接人手段相对齐全、接人体系结构完整的综合接人网平台。

　　3结束语

　　通信与信息系统学科既是一个古老又是一个新兴的学科。它的古老在于它的历史悠久，它的新兴在于它的新陈代谢十分活跃，使该学科的专业实验室建设和持续发展既有机遇又有挑战。本文对该学科“循序渐进、逐步深人”的专业实验教学体系进行了分析，讨论了实验平台建设可持续发展的思路，提出了以共享平台为基础的实验中心平台建设方案。通过将多个独立实验平台整合形成统一的综合实验平台系统架构，在实验平台间形成资源共享、继承和扩展关系，实现实验中心平台保持与技术同步的可持续发展。

　　结合实验中心新建的“网络工程”、“综合接人系统”实验平台实例，介绍了新建实验平台在共享实验平台上的共享、继承和扩展的建设思路。

　　参考文献

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