通信與信息系統實驗教學示范中心建設研究論文
電子科技大學“通信與信息系統實驗教學示范中心”是2008年獲教育部批準的國家級本科專業實驗教學示范建設單位。實驗中心依托學�！巴ㄐ趴垢蓴_國家級重點實驗室”、“光纖傳感與通信教育部重點實驗室”，在“211工程”、“985工程”持續投入的支持下，通過整合通信、信息、網絡等方向原有的專業實驗室，形成涵蓋通信、網絡、信息、數字信號處理、通信集成電路、射頻無線電、光通信等學科專業領域的本科及研究生實驗教學基地。
實驗中心以學科發展方向為牽引，以實驗課程建設和實驗教學改革為動力，以系統性、綜合性和實戰性為基點，推動實驗教學平臺建設和資源整合，通過對實驗中心整體架構進行詳細規劃和設計，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絡系統，建立了一批與現代技術同步的高水平實驗室，形成了基礎、系統、綜合的多層次實驗教學平臺[1<，為高水平創新人才培養提供了一流的實驗教學環境。
為了加強對學生專業能力、工程素養和創新能力的培養，實驗中心進一步實施了實驗教學體系的建設和改革，既保留和規范了傳統的專業基礎訓練的實驗項目，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驗項目，提高學生理論到實踐的應用能力及建立全局的系統性觀念。同時，在多系統綜合平臺上開設了綜合性、創新性和工程性實驗內容，構建了“基礎型、應用型、綜合型、設計型、創新型”的分層次、循序漸進的實驗教學體系[4_5]。
本文介紹了實驗中心結合“循序漸進、逐步深人”專業實驗教學的特點，制定的實驗教學體系規劃和建設工作，分析了通信與信息系統專業實驗平臺建設需求，提出了實驗平臺與技術同步的可持續發展建設思路，并用新建實驗室的實例對該建設思路進行了說明。
1實驗中心定位與實驗教學體系改革
我校通信與信息系統國家級實驗教學示范中心是教育部批準的為數不多以專業命名的示范中心。其知識體系有專業主線貫穿于專業基礎、專業技術、專業系統、綜合應用和工程實踐中，學生由人門開始，循序漸進、逐步深人學習，最終達到對知識體系融會貫通和靈活運用的目的X。
1.1實驗中心定位
實驗中心以我校通信與信息系統優勢學科為依托、以國內外先進技術為引導、培養學生工程實戰能力，建設專業能力和掌握國際先進技術的能力;培養學生理論聯系實際的科學思維方法、探索知識與勇于創新的精神;促進學生專業知識、能力與素質的協調發展;培養專業能力強、工程素質高、創新意識好的通信與信息技術優秀人才。
1.2實驗教學規劃設計
電子科技大學長期堅持“基礎理論與工程實踐并重”的人才培養理念，規劃設計了學校的實驗教學系統平臺結構：“公共基礎實驗平臺+多個專業實驗平臺”[8]。公共基礎實驗平臺提供全校公共基礎課程的教學實驗平臺，專業實驗平臺提供按專業方向進行整合的專業基礎和專業實驗平臺。按照學校實驗教學的總體規劃，依據基礎理論與工程實踐的人才培養理念[9]，實驗中心從以下4方面入手，著重打造通信與信息系統學科的專業實驗教學平臺和實驗教學體系：
1)構建與國內外一流企業合作的聯合培養模式：建立一批國內外一流企業密切合作的聯合實驗室，不斷引進新技術和新設備，保持實驗設備與技術同步發展的實驗條件和手段。
2)科研成果向實驗項目轉化：利用學科科研團隊的技術力量和科研環境，實現科研成果向實驗項目的轉化，為學生營造探索、創新實驗環境。
3)建設一流的專業實驗教學平臺：構筑一個集現代通信技術、網絡技術、信息處理技術為一體的，技術先進、功能比較齊全的國內一流的“通信與信息系統實驗平臺”;配置品質精良、結構合理、數量充足的儀器設備，滿足本學科通信技術、網絡技術、信息技術類專業的實驗教學需要。
4)多層次人才培養的實驗體系：強調綜合性、設計性、開放性實驗教學，加強學生實踐能力、設計能力、創新能力和創業能力培養;促進學生的知識、能力、素質綜合協調發展的實驗教學體系。
1.3實驗教學體系建設
實驗中心根據本科專業實驗教學循序漸進、逐步深入的特點，對實驗教學進行總體設計，把四年的實驗教學作為一個整體來統一考慮，著力打造了“三種實驗平臺、四類教學形式、五層次實驗內容”的實驗教學體系。
1)三種實驗平臺：專業基礎實驗平臺、專業系統實驗平臺、工程與創新實驗平臺。
2)四類教學形式：課程實驗、實驗課程、專項實驗、科技制作。
3)五層次實驗內容：基礎型、應用型、綜合型、設計型、創新型。
為配合學生逐步深人學習專業知識，實驗中心提供了與之相適應的從原理驗證性實驗到系統性、綜合性和創新性實驗。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、通信網技術、接入網技術、網絡互聯與路由技術等一系列的實驗成為實驗中心的核心實驗內容。
整體實驗體系改變了一門課一個實驗、缺少整體匹配、教學內容既交錯重疊又有空隙的問題。對實驗教學進行了總體設計，把四年的實驗教學作為一個整體來統一考慮。
層次化實驗從基礎性的驗證型實驗到綜合性、創新性的研究型實驗，構建了層次多樣的實驗體系，達到了對學生基礎研究、專業技能、工程素養三方面均衡能力培養的目的。
為適應新技術的發展需要，讓學生了解和掌握當前最先進的專業技術，中心借助先進的軟硬件基礎設施，依托高水平的科研項目，根據實際需要不斷對實驗內容和實驗項目從以下3個方面進行調整和更新。
1)加大設計型實驗比例：在確�；A型、應用型實驗質量的同時，通過各種方式增加綜合型、設計型、創新型實驗的比例。學生通過參加各級各類比賽或提交實驗報告和實驗成果的方式完成創新實驗。
2)增加學科發展方向的新實驗：減少驗證性實驗項目，借助科研成果，增加反映學科發展方向的新實驗和融研究、創新、實踐于一體的實驗項目。
3)利用科研成果豐富實驗內容：加大科研成果向實驗轉化的力度，研制高水平實驗設備，設計高水平實驗內容。
2科學規劃，建設一流的實驗教學環境
1994年電子科技大學集中了通信、信息和網絡等方向的專業實驗室，正式成立了通信與信息系統實驗中心。實驗中心包括了通信工程實驗室、計算機通信網實驗室、信號與系統實驗室、廣播電視工程實驗室、無線電技術實驗室以及微機原理實驗室。2.1把握學科發展方向，樹立可持續性發展的.建設思路
從2000年開始，我們重新整理實驗中心的建設思路，重點關注如何更好地保持實驗中心的實驗系統環境與技術發展同步?如何加強學生在系統性和工程性方面的訓練等問題?各個獨立的實驗平臺難以在技術發展中持續發揮作用，也難以提供多系統綜合的實驗環境和工程實踐環境。為此，我們提出了“規范基礎實驗訓練、統一實驗系統架構、保障可持續發展”的實驗中心建設思路。經過充分論證和和詳細設計，我們確定了實驗中心通過建設一個實驗系統共享平臺，以此平臺為基礎，將多個獨立的實驗系統有機整合為大型綜合性系統實驗平臺，形成可持續性發展的實驗系統架構的建設規劃。
通信與信息系統學科各專業的一個共同點是：幾乎所有的專業技術都與通信信道有直接或間接的關系，實驗條件也幾乎都涉及一種或多種信道。信道資源是該學科各專業的共性資源，并且是學科技術持續發展不可或缺的資源〇因此，我們設計了一種集傳輸網、交換網、IP網、接入網為一體的大型綜合通信系統——骨干傳輸系統，作為實驗中心的共享實驗平臺，提供模擬信道、數字信道、電路交換與分組交換網等多種類型的信道和網絡資源，實現實驗平臺的整合，所構成的以骨干傳輸系統為基礎的實驗系統架構如圖1所7K。
該共享平臺需要具備如下特點：
1)資源共享性。為各實驗系統平臺提供基礎'資源共享的能力。
2)平臺組合性。各個系統既是獨立的實驗平臺，又是綜合實驗平臺的組成部分。
3)持續發展性。較強的擴展能力，為實驗系統架構可持續發展需要提供保證。
4)系統整合性。能實現多系統的有機整合，構成反映現代技術的大型綜合性系統。
5)發展繼承性。共享平臺的擴展能力使得在新建或擴建實驗平臺時，能充分利用共享平臺和其他原有平臺的實驗資源。
通過與國內外著名通信和網絡設備廠商如CISCO、Motorola、TI、ALTERA、華為、中興、邁普等共建實驗室的方式，實驗中心建設了骨干傳輸系統共享實驗平臺[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，提供了與運營商真實系統完全一致的實驗教學環境。在實驗室環境中為學生提供了接觸、研究和操作真實系統的工作體驗和工程實踐條件[圖1(b)]。該平臺傳輸網采用三節點的SDH構成，提供豐富的多種速率的傳輸信道;電路交換網采用兩臺商用程控交換機通過SDH系統構成，提供豐富的電路交換的模擬信道資源;IP網絡采用多個廠商的路由器以太網交換機和無線AP接人點，在SDH上分別構建了廣域網、局域網和無線局域網系統;接人網采用撥號Modem和ADSL接入通過程控交換網構成。為學生提供了語音、數據、因特網、接人網、無線網等多種業務的多系統綜合多功能實驗環境和工程實踐環境覆蓋了通信與信息系統的絕大部分的主流應用系統，是實驗中心提供信道和網絡通信資源的共享平臺。在該共享平臺基礎上，實驗中心對各專業實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、統一實驗架構、可持續發展能力”的特點，在其后實驗中心的建設發展過程中得到印證。2008年以來新建和計劃建設的實驗平臺，同時需要考慮與原有平臺的有效整合時，骨干傳輸系統起到了重要支撐作用。
實驗中心的共享實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絡實驗系統產品。據訊方公司統計，國內已有近百所高校及高專的通信與網絡實驗室的建設采用該系統產品。
2.2緊跟技術發展，建設先進的實驗教學環境
科學技術的不斷發展，要求實驗中心的實驗環境能跟上技術發展的步伐，為實驗教學提供與技術發展先進水平相適應的實驗教學平臺，讓學生能不斷接觸先進技術的前沿領域，開展研究分析，實現創新探索。
實驗中心要及時將先進技術的最新成果和系統納入到中心的共享平臺架構中，不斷發展、更新和整合實驗教學平臺，在新建和擴建實驗平臺時，為使實驗平臺能發揮最大效用和充分利用原有實驗平臺的資源，應把握和遵循了以下4個原則：
1)與學科發展方向和趨勢保持一致;
2)能反映當代技術最新發展的特征;
3)能提供多功能多層次的實現環境;
4)能與實驗中心的現有平臺進行有效整合。2008年以來，針對通信與信息系統學科在通信技術、網絡技術、DSP技術、嵌人式技術方向的室平臺系統進行整合，互聯與路由、計算機通信和程控交換三個實驗平臺歸并到骨干傳輸系統實驗室中。所形成的統一實驗系統架構如圖2所示。
發展現狀，實驗中心陸續新建和擴建了“網絡工程”、“通信系統”，“綜合接入網”和“微處理器與嵌入式設計”等實驗平臺，保持了實驗中心的實驗環境能及時反映當前最新技術發展的現狀。
限于篇幅，在此僅簡要介紹新建的“網絡工程”和“綜合接人網”兩個實驗平臺整合到實驗中心共享平臺實驗體系架構中的建設思路。
1)網絡工程實驗平臺建設思路
網絡工程實驗平臺(圖3)應為學生展現當前多種網絡技術相互滲透、相互融合的技術和發展趨勢。實驗平臺應能夠靈活實現多種類型組網形態，為學生提供組網的規劃、設計、建設、測試、評價等多方位的綜合設計和實驗環境，訓練學生的知識綜合運用能力和工程實踐能力。
網絡工程實驗平臺由6個平臺節點組成(圖3(a))。每個節點平臺包含了4臺路由器和4臺以太網交換機，自身就可組建一個小型網絡系統，可提供小組的內部級別的組網實驗。平臺節點又通過共享系統的SDH信道實現連接。利用SDH可靈活改變連接關系的特性，這6個節點組成的實驗平臺形成一種可靈活組建各種形式的廣域網、城域網、園區網等實驗平臺。在此平臺上可進行多網互聯、內部/外部路由等專業技術方面的實驗，提供園區網、企業網、運營網、廣域網等組網架構和工程技術方面的實驗，還可提供大型網絡性能模型、流量模型等方面的理論分析的實驗驗證。圖3(b)展示了用該平臺構建的一種企業網實驗環境。
2)綜合接入網實驗平臺建設思路
綜合接人網實驗平臺反映了當前接入網技術呈現的多種接人方式并存、接入控制手段繁復的現狀。實驗平臺為學生建立多種接人方式的實驗環境’建立各種接人方式的控制以及綜合的接入控制實驗環境。
平臺建設根據“電信接入網”和“IP接人網”在體系架構標準上的發展趨勢，在原有的ADSL接入和撥號接入的基礎上，擴充了新的駐地網、無線網、無源光網絡(EPON)等接入方式。自主設計實現了綜合接人控制系統，構成了一種與接人網標準發展趨勢相吻合的綜合接人技術實驗平臺(圖4)，為學生提供了一種認知、分析和研究探索接人網最新發展的實驗實踐環境。
過整合，將骨干傳輸系統的資源和已有實驗平臺的部分資源納人到了綜合平臺中。綜合接人網結構中的匯聚網、核心網、駐地網、專線接人、無線接人均是原有的實驗平臺資源，僅新增了EPON接人系統，在不影響原有系統平臺實驗功能的條件下，通過簡單整理組合，以較少的投資實現了接人手段相對齊全、接人體系結構完整的綜合接人網平臺。
3結束語
通信與信息系統學科既是一個古老又是一個新興的學科。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，使該學科的專業實驗室建設和持續發展既有機遇又有挑戰。本文對該學科“循序漸進、逐步深人”的專業實驗教學體系進行了分析，討論了實驗平臺建設可持續發展的思路，提出了以共享平臺為基礎的實驗中心平臺建設方案。通過將多個獨立實驗平臺整合形成統一的綜合實驗平臺系統架構，在實驗平臺間形成資源共享、繼承和擴展關系，實現實驗中心平臺保持與技術同步的可持續發展。
結合實驗中心新建的“網絡工程”、“綜合接人系統”實驗平臺實例，介紹了新建實驗平臺在共享實驗平臺上的共享、繼承和擴展的建設思路。
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