培育通信专业研究生

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计算机仿真是一门以计算机为基础的多学科综合技术,它依赖计算机的信息处理能力构建数学模型,并通过仿真实验来验证模型的正确性。计算机仿真已经成为通信领域的重要研究手段,其价值体现在如下几个方面。首先,可以减少课题研究对昂贵实验设备的依赖性。一些通信课题研究需要专用实验设备,而搭建实验平台的成本往往太高。譬如,为从事网络路由方面的课题研究,实验室需要花费一大笔经费购置路由设备。对于科研经费不足的高校,科研设备昂贵而科研经费不足导致实验平台的缺乏,使得一些前沿课题无法开展。这一方面限制了学校自身的学科发展,另一方面也限制了研究生的培养。其实,很多课题不一定需要在实际设备上开展,计算机仿真平台同样能满足课题研究的需要。另外,许多仿真软件的购置费用并不高,尤其是开源仿真工具。因此,实验室建设过程中,引入仿真平台不仅能减少研究的实验成本,还能扩展研究领域。其次,可以优化系统的设计和规划。在规划设计一些通信系统时,工程人员往往需要对方案进行评估。计算机仿真平台能帮助设计人员分析将要部署的系统结构,及时发现可能遇到的问题。譬如,设计网络结构时,为验证并初步评估设计方案,可以在网络仿真平台上模拟网络结构和业务。

通过分析仿真结果评估网络设计,尽早发现方案的不足并予以改进,优化设计方案。最后,适应通信研究快速发展。通信领域发展迅速,技术更新很快。一些新涌现的课题需要新的研究工具跟进。而实验设备的开发和部署周期比较长,不能尽快的适应新领域的研究需要。引入仿真平台,根据新内容增加新的软件模块,就能使仿真平台尽快地满足新研究需要。从通信专业研究生的培养需要出发,本文提出构建综合仿真实验平台来改善科研环境,锻炼研究生从事课题研究的能力。在平台建设中,仿真软件实验平台能很好地满足新课题研究的需要,它是综合仿真实验平台的基础。为解决仿真环境可能跟实际系统脱节的问题,平台方案采用计算机实验设备来搭建一些实验原型的方法。

1综合仿真实验平台

1.1建立仿真软件实验平台在建立仿真软件实验平台时,必须考虑软件是否支持二次开发。导师应着重培养研究生改进现有软件、甚至自主开发仿真软件的能力。现有的仿真软件,特别是商业软件,存在如下缺陷。首先,很难满足新课题的研究需求。很多商业仿真软件面向实验教学,旨在提高教学效率。其功能大多模拟已经很成熟的系统和模型,适合已经存在的工程应用。对于一些新领域、新课题的研究,由于理论模型需要不断更新和完善,其内容很难得到仿真软件的同步支持。新领域和新课题的支持欠缺导致这些软件不能很好地满足科研需要。其次,大部分商业软件不提供开源代码或者深入开发的接口。当面临新课题时,研究人员无法有效扩展这些软件,使之应用于新的研究领域。通过引入仿真软件,研究生可在导师的指导下改进仿真软件或自主设计仿真软件。最后,形成以仿真软件为平台的科研环境。这不仅弥补了科研资源的匮乏,而且拓展了课题研究领域,研究生可以根据自己的兴趣方向开展专题研究。根据研究方向和参与项目的分工,导师应该为学生指定合适的仿真软件。譬如,从事网络协议研究的学生,导师可为其安排Matlab和NS2等仿真软件;从事无线通信系统设计的学生,导师可为其安排Matlab和GloMoSim等仿真软件。

1.2构建综合仿真实验平台

仿真软件为课题研究提供了便利,降低了成本。但是,软件仿真过程往往基于很多假设,忽略实际工程设计中必须考虑的环节。因此,仿真的结果可能与工程实际脱节,不能完全还原实际工程场景。在培养环节上,研究成果不能只停留在软件仿真层次,而应在工程设计中进一步完善。鉴于上述考虑,需要在仿真软件实验平台的基础上构建综合仿真实验平台:包括仿真软件与计算机实验设备;在利用软件方法进行仿真设计后,再利用计算机实验设备来搭建一些实验原型,近似模拟最后的实际系统。组建这样的原型系统既充实了科研资源又锻炼了学生的工程实践能力。图1说明了本研究的思路。通信领域的很多课题都是开放的,研究生可以选择自己感兴趣的方向。但是,由于学校自身客观条件限制,某个方向和领域的科研基础比较薄弱,不具备开展新课题、新热点研究的条件。首先,科研基础不足。由于缺乏指导教师和工作积累,很难在某研究领域开展工作,打开局面。其次,科研经费不足。经费已经成为一般院校发展学科、拓展专业研究的一个瓶颈。很多通信课题研究需要借助昂贵的实验设备,而经费又无法支持实验室购买这些设备,最后导致课题无法开展。

在基础薄弱的科研环境下,可引入仿真软件,并搭建计算机实验平台,形成一种综合仿真实验平台的科研环境。这样的仿真实验平台跟实验设备还有差距,该环境下的成果可能无法直接应用到实际系统。但是,该平台为研究生开展更多的课题研究提供了可能,弥补了科研资源的匮乏,拓展了课题研究领域。这种综合仿真实验平台可以在一般院校推广,对于培养通信专业研究生的科研能力,丰富学校的科研基础,发展学科方向有很大的帮助(图1)。