培育通信專業(yè)研究生

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計(jì)算機(jī)仿真是一門以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的多學(xué)科綜合技術(shù),它依賴計(jì)算機(jī)的信息處理能力構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,并通過仿真實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證模型的正確性。計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為通信領(lǐng)域的重要研究手段,其價(jià)值體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。首先,可以減少課題研究對(duì)昂貴實(shí)驗(yàn)設(shè)備的依賴性。一些通信課題研究需要專用實(shí)驗(yàn)設(shè)備,而搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的成本往往太高。譬如,為從事網(wǎng)絡(luò)路由方面的課題研究,實(shí)驗(yàn)室需要花費(fèi)一大筆經(jīng)費(fèi)購置路由設(shè)備。對(duì)于科研經(jīng)費(fèi)不足的高校,科研設(shè)備昂貴而科研經(jīng)費(fèi)不足導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的缺乏,使得一些前沿課題無法開展。這一方面限制了學(xué)校自身的學(xué)科發(fā)展,另一方面也限制了研究生的培養(yǎng)。其實(shí),很多課題不一定需要在實(shí)際設(shè)備上開展,計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)同樣能滿足課題研究的需要。另外,許多仿真軟件的購置費(fèi)用并不高,尤其是開源仿真工具。因此,實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程中,引入仿真平臺(tái)不僅能減少研究的實(shí)驗(yàn)成本,還能擴(kuò)展研究領(lǐng)域。其次,可以優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃。在規(guī)劃設(shè)計(jì)一些通信系統(tǒng)時(shí),工程人員往往需要對(duì)方案進(jìn)行評(píng)估。計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)能幫助設(shè)計(jì)人員分析將要部署的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能遇到的問題。譬如,設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí),為驗(yàn)證并初步評(píng)估設(shè)計(jì)方案,可以在網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)上模擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)。

通過分析仿真結(jié)果評(píng)估網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),盡早發(fā)現(xiàn)方案的不足并予以改進(jìn),優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。最后,適應(yīng)通信研究快速發(fā)展。通信領(lǐng)域發(fā)展迅速,技術(shù)更新很快。一些新涌現(xiàn)的課題需要新的研究工具跟進(jìn)。而實(shí)驗(yàn)設(shè)備的開發(fā)和部署周期比較長(zhǎng),不能盡快的適應(yīng)新領(lǐng)域的研究需要。引入仿真平臺(tái),根據(jù)新內(nèi)容增加新的軟件模塊,就能使仿真平臺(tái)盡快地滿足新研究需要。從通信專業(yè)研究生的培養(yǎng)需要出發(fā),本文提出構(gòu)建綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來改善科研環(huán)境,鍛煉研究生從事課題研究的能力。在平臺(tái)建設(shè)中,仿真軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能很好地滿足新課題研究的需要,它是綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)。為解決仿真環(huán)境可能跟實(shí)際系統(tǒng)脫節(jié)的問題,平臺(tái)方案采用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備來搭建一些實(shí)驗(yàn)原型的方法。

1綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

1.1建立仿真軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在建立仿真軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí),必須考慮軟件是否支持二次開發(fā)。導(dǎo)師應(yīng)著重培養(yǎng)研究生改進(jìn)現(xiàn)有軟件、甚至自主開發(fā)仿真軟件的能力。現(xiàn)有的仿真軟件,特別是商業(yè)軟件,存在如下缺陷。首先,很難滿足新課題的研究需求。很多商業(yè)仿真軟件面向?qū)嶒?yàn)教學(xué),旨在提高教學(xué)效率。其功能大多模擬已經(jīng)很成熟的系統(tǒng)和模型,適合已經(jīng)存在的工程應(yīng)用。對(duì)于一些新領(lǐng)域、新課題的研究,由于理論模型需要不斷更新和完善,其內(nèi)容很難得到仿真軟件的同步支持。新領(lǐng)域和新課題的支持欠缺導(dǎo)致這些軟件不能很好地滿足科研需要。其次,大部分商業(yè)軟件不提供開源代碼或者深入開發(fā)的接口。當(dāng)面臨新課題時(shí),研究人員無法有效擴(kuò)展這些軟件,使之應(yīng)用于新的研究領(lǐng)域。通過引入仿真軟件,研究生可在導(dǎo)師的指導(dǎo)下改進(jìn)仿真軟件或自主設(shè)計(jì)仿真軟件。最后,形成以仿真軟件為平臺(tái)的科研環(huán)境。這不僅彌補(bǔ)了科研資源的匱乏,而且拓展了課題研究領(lǐng)域,研究生可以根據(jù)自己的興趣方向開展專題研究。根據(jù)研究方向和參與項(xiàng)目的分工,導(dǎo)師應(yīng)該為學(xué)生指定合適的仿真軟件。譬如,從事網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究的學(xué)生,導(dǎo)師可為其安排Matlab和NS2等仿真軟件;從事無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的學(xué)生,導(dǎo)師可為其安排Matlab和GloMoSim等仿真軟件。

1.2構(gòu)建綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

仿真軟件為課題研究提供了便利,降低了成本。但是,軟件仿真過程往往基于很多假設(shè),忽略實(shí)際工程設(shè)計(jì)中必須考慮的環(huán)節(jié)。因此,仿真的結(jié)果可能與工程實(shí)際脫節(jié),不能完全還原實(shí)際工程場(chǎng)景。在培養(yǎng)環(huán)節(jié)上,研究成果不能只停留在軟件仿真層次,而應(yīng)在工程設(shè)計(jì)中進(jìn)一步完善。鑒于上述考慮,需要在仿真軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上構(gòu)建綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái):包括仿真軟件與計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備;在利用軟件方法進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)后,再利用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備來搭建一些實(shí)驗(yàn)原型,近似模擬最后的實(shí)際系統(tǒng)。組建這樣的原型系統(tǒng)既充實(shí)了科研資源又鍛煉了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。圖1說明了本研究的思路。通信領(lǐng)域的很多課題都是開放的,研究生可以選擇自己感興趣的方向。但是,由于學(xué)校自身客觀條件限制,某個(gè)方向和領(lǐng)域的科研基礎(chǔ)比較薄弱,不具備開展新課題、新熱點(diǎn)研究的條件。首先,科研基礎(chǔ)不足。由于缺乏指導(dǎo)教師和工作積累,很難在某研究領(lǐng)域開展工作,打開局面。其次,科研經(jīng)費(fèi)不足。經(jīng)費(fèi)已經(jīng)成為一般院校發(fā)展學(xué)科、拓展專業(yè)研究的一個(gè)瓶頸。很多通信課題研究需要借助昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,而經(jīng)費(fèi)又無法支持實(shí)驗(yàn)室購買這些設(shè)備,最后導(dǎo)致課題無法開展。

在基礎(chǔ)薄弱的科研環(huán)境下,可引入仿真軟件,并搭建計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),形成一種綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的科研環(huán)境。這樣的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)跟實(shí)驗(yàn)設(shè)備還有差距,該環(huán)境下的成果可能無法直接應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)。但是,該平臺(tái)為研究生開展更多的課題研究提供了可能,彌補(bǔ)了科研資源的匱乏,拓展了課題研究領(lǐng)域。這種綜合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以在一般院校推廣,對(duì)于培養(yǎng)通信專業(yè)研究生的科研能力,豐富學(xué)校的科研基礎(chǔ),發(fā)展學(xué)科方向有很大的幫助(圖1)。