通信网络仿真课程教学改革探讨

摘 要：针对《通信网络仿真》教学中存在的问题，从教学内容、实验内容和考核方式等方面提出积极的改革思路，激发学生的学习兴趣，注重培养学生实践环节的动手能力。通过初步课程教学改革，不但增强学生对通信网络和通信系统集群课程各个知识点理解，而且提高学生的编程动手能力和团队协作能力。为今后更好的开展《通信网络仿真》教学提供了基础和参考。

关键词：MATLAB OPNET 网络仿真 通信网络

中图分类号：G43 文献标识码：A 文章编号1674-098X（2015）10（b）-0229-02

Teaching Reform of Communications Network Simulation Course

SUN Qiang，WANG Jue，XU Chen

（School of Electronic and Information，Nantong University，Nantong Jiangsu，226019，China）

Abstract：In view of these questions that exist in teaching and learning of Communications Network Simulation，from the aspects of teaching content，experiment content and examination mode，we propose positive teaching reform to stimulate students’learning interest，and pay attention to training the students’practice ability.The preliminary course teaching reformnot only enhances students’understanding for communication network and communication system courses，but also improves the students’programming ability and team cooperation ability.It provide a basis and reference for further teaching on Communications Network Simulation better.

Key Words：MATLAB；OPNET；Network Simulation；Communication Network

随着通信网络技术不断快速发展，为了使通信工程专业的学生更好地掌握通信网络关键技术，尤其是网络协议及其仿真，该院已于2011年开设了《通信网络仿真》课程。该课程是通信工程专业学生应掌握的一项综合性的技术。该课程的开设，有助于配合通信网络和通信系统集群课程实践环节的开展。该课程一共32学时，其中实验部分占16学时。课程最大的特点是能使学生在学习各专业通信技术的基础上掌握各种通信系统物理层[1]、数据链路层以及网络层协议及其仿真技术。结合多年的通信网络仿真教学实践，从教学改革的角度出发，发现存在如下一些问题：（1）搭建实际的通信网络仿真环境进行教学研究，成本很高，但效果欠佳；（2）没有适合本科生学习的教材，多数教材只侧重于一种软件来介绍通信网络仿真；（3）无法将通信网络和通信系统集群课程各个知识点之间联系起来，难以对物理层和信道模型有深刻的认识，分析物理层对其他协议层的影响较为困难，例如：分析物理层道模型对数据链路层的影响。（4）大多数学生的软件编程实践能力有待加强。（5）学生的学习兴趣和创新能力有待提高。为此，该文积极探索教学改革实践，结合多年的教学经验在教学内容、实验内容和考核方式等方面提出如下的改革思路。

1 教学内容改革

在教学过程中，笔者一直在思考如何让学生系统地掌握各层次通信网络协议，以及各个网络协议层如何仿真验证？在多年的通信网络仿真课程教学中遇到以下一些问题：（1）传统的通信网络协议的学习，需要高成本的通信网络设备搭建通信系统，在真实的网络环境下性能研究、网络设计不仅成本巨大， 而且分析也十分困难，实验模型不好搭建，教学效果欠佳[2]。（2）一些教材只是从理论上分析通信网络协议的性能入手，展开通信网络协议的介绍，抽象的教学内容使得学生难以理解，更不用提让学生利用软件编程来仿真验证这些通信网络协议，寻找一门适合本科生学习的网络仿真教材也较为困难。

在实际教学中，笔者根据学生所掌握的知识结构，采用循序渐进、由浅入深的教学方式，首先从学生们熟悉的物理层技术和信道模型[1]开始讲解，每次授课充分发挥多媒体教学的效率，安排一半课程时间用于协议原理介绍，一半课程时间用于仿真验证演示，教师现场编程和讲解可以让学生建立良好的编程风格与习惯，根据多年的教学总结对学生容易出错的地方需要重点讲解，还需要帮助学生学会调试程序和使用软件的帮助文件，这些都有助于学生提高实验效率。通过课题上与学生的提问互动，及时了解学生掌握知识的情况，可以适当调整教学进度和安排，使绝大多数学生能够适应安排的教学进度。然后，将教学内容从物理层逐步过渡到数据链路层和网络层的介绍。重点要讲解物理层与数据链路层之间、以及物理层与网络层之间仿真的区别，以及它们之间的相互联系。这是学生在该课程中学习的重点和难点。每堂课都要选择典型的仿真实例进行讲解，例如：在数据链路层可以选择ALOHA协议，而网络层则选择AODV协议等。通过典型实例的讲解，一方面便于学生理解理论知识；另一方面也有助于学生掌握编程仿真的技巧。最后，每次理论课结束，需要及时安排一堂实验课进行巩固练习，并要求学生做好实验的预习工作，提高每次实验课的效率。教材的选用需要涉及物理层、数据链路层以及网络层等仿真内容，《MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真》[3]侧重于物理层和数据链路层的介绍和仿真，学生较为容易掌握和理解，但是对于网络协议内容的介绍较少，而《OPNET网络仿真》[4]则主要以OPNET软件为主介绍各种数据链路层和网络层协议的仿真，但仿真编程较为复杂，短时间内难以熟练掌握，并且对物理层做了简化处理。笔者借助这两本教材，将两本教材的主要内容相互补充，在此基础上编写了更加适合于学生掌握的《通信网络仿真》的教学和实验讲义。

2 实验内容改革

笔者在长期实验教学中摸索发现，上机实验也是本课程最为重要的教学环节，直接关系到学生掌握理论知识的情况，借助仿真软件对通信网络协议仿真可以加深学生对理论知识的理解。传统教学中采用专用的网络仿真软件OPNET[4]进行理论和实践教学，但是OPNET较为复杂，学生难以在短期内熟练掌握，因此，只能安排较为简单的验证性实验进行介绍。在有限的课时内学生很难提高动手编程能力。在实践中学生普遍反映与实际知识之间联系性不强，不够直观，实验教学的改革成为教学中的难点。如何在有限的实验课时内提高学生的动手编程能力是笔者在长期教学过程中一直思考的问题。

针对不同层次的学生，开展验证性、设计性与创新性实验，使学生更加全面深入的理解所学的专业知识，由教师主导进行实验向学生自主性实验的方向发展。采用MATLAB与OPNET软件相结合，一部分简单的协议以及物理层技术可以采用学生较为熟悉的MATLAB软件进行仿真验证性实验[5]，既可以让学生巩固前面所学的关于通信原理和通信网络相关理论知识，还可以较好地掌握编程的基本技能。在有限的课时内，实验内容安排必须有侧重点，对于大部分学生来说，需要利用MATLAB和OPNET软件来设计仿真ALOHA、CSMA以及CSMA/CA等协议[6]。通过利用两种不同软件仿真相同的协议，从中进一步体会离散事件仿真与连续时间仿真的区别，有助于学生更好的学习OPNET软件。对于OPNET掌握较好的学生可以鼓励他们研究网络层更为复杂的DSR和AODV等协议。通过深入研究各种网络协议，调动一部分学生研究的积极性，引导部分学生开展一些创新性实验，鼓励学生参加老师开展的相关课题项目的研究，通过不断实践的积累，为今后的毕业设计和科学研究打下坚实的基础，也为学生创新能力的培养创造有利条件。

3 考核方式改革

该课程的考核方式采用平时实践考核与期末实践考核相结合的方式，最后的总评成绩由平时成绩和期末成绩各占50%。实践课程是需要长期积累的，不是通过期末临时突击就能够掌握好的。平时实践考核在每次实验课时进行，对每位同学的预习情况、完成情况、提问情况以及实验报告进行打分，充分考查学生独立分析与思考的能力。通过加强平时的考核，引起学生对课程的重视程度，调动学生学习的主动性。在进行实验前，花5 min左右的时间进行实验前提问，检查学生实验预习情况，这样有助于提高实验完成的效率。期末实践考核安排基本实验题和综合性实验题，让学生分组完成，并且撰写实验报告，主要考查学生的团队协作能力。每组安排4人左右，每位同学需要承担部分设计任务。完成后需要演示答辩，老师对该组每位同学所承担的任务分别提问。最后根据完成情况、答辩情况和实验报告综合给出分数。期末考核中基本实验题是每位同学在规定时间内都要单独完成，而综合实验题可以利用课后时间由团队成员协作来共同完成，最后在集中验收。基本实验题分数占60%，综合性实验题分数占40%。

4 结语

通过课程教学改革与实践，近年来我院通信工程专业学生通过《通信网络仿真》课程的学习，不但增强对通信网络和通信系统集群课程各个知识点的联系与理解，而且有效提高了学生的编程动手能力和团队协作能力，为学生今后完成毕业设计以及相关课题研究打下良好的基础。但教学探索改革还有很多工作需要做，所以《通信网络仿真》课程教学改革还要不断深入的研究探讨。

参考文献

[1]张士兵，章国安.“通信原理”课程教学改革与实践[J].电气电子教学学报，2006（4）：10-13.

[2]孙强，徐晨，黄勋.“现代通信网”课程实验教学研究[J].电气电子教学学报，2009，31（6）：66-68.

[3]刘学勇.MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].北京：电子工业出版社，2012.

[4]陈敏.OPNET网络仿真[M].北京：清华大学出版社，2004.

[5]邵佳，董辰辉.MATLAB/仿真通信系统建模仿真实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2009.

[6]江汉，王呈贵，沈良.基于Matlab仿真的信道接入协议教学设计[J].电气电子教学学报，2015，37（1）：106-110.

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