光傳輸站交互式模擬訓練系統(tǒng)的設計與應用

吳 佳,陳 暉

(陸軍工程大學通信工程學院 江蘇 南京 211100)

0 引言

隨著科學技術(shù)的發(fā)展,光纖通信已成為各種高速網(wǎng)絡、控制平臺和大容量通信的基礎支撐。光傳輸站也成為連接各單位的“大動脈”,從開始的話音、低速率通信和點對點的通信,向各種網(wǎng)絡通信、平臺控制和各種高速率應用領域發(fā)展[1]。由于光纖通信技術(shù)專業(yè)性強,涉及設備與系統(tǒng)復雜,對操作人員和技術(shù)保障人員的要求高。初學光纖的業(yè)務員往往需要經(jīng)過幾個月甚至更長的時間學習才可以獨立完成值勤。而且,現(xiàn)實中使用光傳輸設備訓練成本高昂、過程繁雜,在教學過程中會占用大量資源造成浪費。不僅如此,錯誤的操作還有可能造成設備的損壞。因此在教學實踐中光傳輸設備難以得到大量配備。為提高光傳輸站訓練水平,研究開發(fā)了一套光纖傳輸站交互式模擬訓練系統(tǒng)。通過使用該模擬訓練軟件,可以快速熟悉光纖通信技術(shù)與系統(tǒng),掌握其操作使用、維護及常見故障排除方法,對促進工作人員迅速掌握光傳輸站設備提供良好訓練環(huán)境。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 分層與模擬設計

系統(tǒng)采用學習互動、邏輯控制和數(shù)據(jù)支撐3個層級。各層之間相互支撐,功能卻各不相同,這樣的設計劃分降低各功能模塊的耦合度,便于后期系統(tǒng)功能的升級和改造。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

模擬訓練系統(tǒng)大多采用先進的計算機和網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn),具有很多成熟的技術(shù)方案。但是考慮到用戶需求,跨平臺、移植性好、輕量級的技術(shù)以及視頻和音頻的回放功能,可以作為一個應用獨立運行或者在瀏覽器中運行,決定選擇采用Java FX技術(shù)實現(xiàn)。Java FX技術(shù)是Java 在編寫圖形界面程序方面的最新技術(shù)。Java 具有簡單、可分布式、安全性高、動態(tài)性好、平臺獨立和移植性好等特點[2]。

本系統(tǒng)采用流線的MVC(Model-View-Controller)架構(gòu)進行設計,分為單機版和B/S版。系統(tǒng)由3類核心部件組成:模型(Model)、視圖(View)、控制器(Controller)。其中,模型主要負責應用數(shù)據(jù)邏輯,當模型的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時,會將信息發(fā)送給相關(guān)的視圖。視圖是模型的外表,也是用戶與應用程序交互的平臺?？刂破饔糜诙x用戶界面對用戶輸入的響應能力,控制應用程序流程[3-4]。

2 系統(tǒng)模塊設計

光傳輸站日常業(yè)務處理主要圍繞脈沖編碼調(diào)制(pulse code modulation, PCM)設備與準同步數(shù)字體系(synchronous digital hierarchy, SDH)光端機設備展開,根據(jù)模擬訓練軟件的教學目的,將教學內(nèi)容分為PCM設備、SDH設備、儀器儀表3個主要方面。其中,PCM設備和SDH設備是整個光傳輸站的核心設備,主要包括原理、各廠家設備和故障排查3個模塊;儀器儀表主要介紹光時域反射儀(optical time-domain reflectometer,OTDR)、熔接機、光功率計、2M誤碼儀、萬用表、巡線儀和地阻儀,這樣設計涵蓋了通信執(zhí)勤中常用的儀器儀表,學習針對性強。其系統(tǒng)理論結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 光傳輸站交互式模擬訓練系統(tǒng)理論結(jié)構(gòu)

2.1 基礎教學模塊

這個模塊的設計主要是把繁瑣不易查找的基礎知識進行整理歸納,功能主要用于靜態(tài)展示基本原理和基礎知識。主要內(nèi)容包括PCM原理知識、SDH原理知識、儀器儀表原理知識(如OTDR背向散射原理等)。

2.2 設備操作演示性模塊

在本系統(tǒng)中,結(jié)合設備使用操作說明和日常工作處置規(guī)范。全流程在設備驗貨、安裝、開局、入網(wǎng)配置和檢修等環(huán)節(jié)進行展示,配套錄制了大量教學操作視頻,并添加了配音和字幕。相對于書本教學和示范教學的方式,學習者更感興趣,涵蓋知識點更全面,也更易直觀進行對照式學習。

演示性板塊主要包括民興和瑞斯康達PCM設備操作、華為和中興SDH設備的操作、儀器儀表的使用等,這些都是光傳輸站最常見、應用最廣泛的設備,也是教學重點和難點。由于篇幅所限,這里以民興PCM設備為例,介紹模擬系統(tǒng)演示性學習部分。

2.2.1 設備概述

主要以文字和框圖為主,配有部分設備界面圖片,主要包括詳細介紹設備硬件、設備功能、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、總體功能等。

2.2.2 設備安裝

內(nèi)容包括安裝流程、開箱驗貨、安裝位置、螺母安裝、安裝托盤、安裝機柜、單板拔插、電纜布放、設備加電、設備入網(wǎng)等。

2.2.3 設備開局

設備開局的作用是初始化設備,將設置上級分配的ID與IP寫入設備,連接至網(wǎng)管系統(tǒng)。

2.2.4 設備網(wǎng)管

設備網(wǎng)管的內(nèi)容主要包括:網(wǎng)元創(chuàng)建、安裝單板、建立連接、業(yè)務配置等。具體到民興PCM設備,包括網(wǎng)管系統(tǒng)的登錄與退出、單位管理、臺站管理、號碼管理、子網(wǎng)管理、節(jié)點管理、連接管理、64K交換配置、64K點對點交換數(shù)據(jù)的配置、刪除、查看通路資料、2 M鏈路的調(diào)整、64K交換數(shù)據(jù)的保存、清空與提取、網(wǎng)管路由通道設置等。

2.3 交互式故障排查模塊

光傳輸站在運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的故障,因此故障排查是日常運維一個重要的訓練內(nèi)容。模擬排查故障訓練也是交互式模擬訓練系統(tǒng)的一個重點。但是由于實際工作中故障原因復雜多變、故障現(xiàn)象難以重現(xiàn)、故障排查難以模擬、故障步驟難以理清等原因,故障排查模塊也是模擬訓練中一個設計的難點。因此這個模塊的設計重點針對不同故障現(xiàn)象,將故障本身的邏輯層次和原因關(guān)系一一對應,編寫交互式的邏輯層次。

所以這部分軟件在開發(fā)的過程中,首先遴選了一批典型的故障排查科目,搞清故障原理和故障之間的相互關(guān)系,然后梳理這些故障科目的排查步驟,編寫了詳細的腳本,最后按照腳本開發(fā)了故障排查的過程。遴選故障主要包括:音頻電路故障、2M電路故障、光路故障等。具體內(nèi)容如表1所示。

表1 主要故障排查

人機交互式故障排查練習功能是一種自由式的、開放性的交互性訓練模式。雖然在排查故障的過程中系統(tǒng)會及時給出必要的提示,但本質(zhì)上,學習者的排查行為(包括判斷類型和順序等)、排查界面的狀態(tài)、排查過程的數(shù)據(jù)等都是不設限的。正是由于學習者這種基于自身判斷隨機的故障動作,使得這部分內(nèi)容難度較大,需要學習者有良好的技術(shù)理論基礎并在對光傳輸站設備有系統(tǒng)認識的基礎上才能進行這項內(nèi)容的訓練。

以排查“某一64K電路不能正常收鈴或不能正常通話故障”為例,其處理流程如圖2所示。

圖2 排查故障流程

以系統(tǒng)框圖的形式呈現(xiàn)了網(wǎng)絡中相關(guān)設備和鏈路的結(jié)構(gòu),并作為各設備線路操作的入口。

某一64K電路不能正常收鈴或不能正常通話故障點可能是:學習者設備故障、學習者至VDF架跳線問題、VDF架模塊松動、設備至VDF架跳線問題、磁石單機故障、電源板故障、磁石接口故障。故障排查主界面包括了全部的故障點,系統(tǒng)會從中隨機抽取故障,待學習者進行排查。學習者排查過程中系統(tǒng)會模擬實際情況,給出相應的排查結(jié)果,學習者根據(jù)排查結(jié)果決定下一步的排查內(nèi)容。系統(tǒng)具體的排查界面如圖3所示。

圖3 排查故障的主界面

以A端PCM設備端口故障為例,介紹系統(tǒng)如何實現(xiàn)交互式故障排查。

第1個步驟是搜集和了解故障信息,系統(tǒng)在實現(xiàn)時采用對話框作為一種系統(tǒng)提示告知學習者,界面如圖4所示。

圖4 故障提示信息

第2個步驟是分析網(wǎng)管數(shù)據(jù),詳細了解出現(xiàn)故障的電路所涉及的設備、端口和線路,以便按圖索驥,分段排查故障。

第3個步驟是連接磁石電話與VDF架上的學習者端口,并打鈴測試,打鈴后會彈出排查結(jié)果。

第4個步驟可以查看彈出的PCM設備學習者界面,查看PCM對應端口是否亮燈,就可判斷VDF架端口、音頻跳線和PCM設備端口是否正常。根據(jù)亮燈情況,學習者再進行下一步的故障排查。由于篇幅限制,中間過程就不全部展示,經(jīng)過排查最后定位為PCM端口故障。這時需要更換PCM設備端口,其界面如圖5所示。

圖5 更換PCM設備端口

更換端口后磁石單機打鈴,會有提示信息顯示A線路與B線路通暢,故障排查結(jié)束,其界面與第1個步驟類似。

2.4 審核考核與管理模塊

為了便于訓練過程管理與監(jiān)控,通過用戶管理系統(tǒng),可實現(xiàn)對用戶的統(tǒng)一管理,記錄監(jiān)控用戶登錄后的訓練流程,并可以統(tǒng)一組織訓練考核及成績評定。對訓練過程中人員操作設備準確度、檢測流程科學性、讀取數(shù)據(jù)合理性進行評估打分。對參訓的人員進行數(shù)據(jù)分析、進度對比,能夠追溯所有操作過程并提供改進措施,為組訓者提供依據(jù)[5]。

(1)人員管理:實現(xiàn)訓練人員基本信息的維護管理。

(2)權(quán)限管理:實現(xiàn)訓練人員學習模塊權(quán)限、經(jīng)驗交流權(quán)限的管理。

(3)系統(tǒng)日志:記載用戶在登錄系統(tǒng)后每個模塊的學習時間,便于管理員掌握用戶學習情況。

(4)發(fā)布審核:實現(xiàn)經(jīng)驗共享模塊中發(fā)布信息的審核功能,防止出現(xiàn)敏感或違規(guī)內(nèi)容,如圖6所示。

圖6 發(fā)布審核功能

(5)數(shù)據(jù)維護:利用Java CMS(內(nèi)容管理系統(tǒng))實現(xiàn)欄目內(nèi)容的修改、刪除和增加,管理員可以根據(jù)設備的更新?lián)Q代同步完善系統(tǒng)學習內(nèi)容,而不需要編寫代碼,節(jié)省了時間和人力。

3 系統(tǒng)應用與技術(shù)指標

3.1 系統(tǒng)版本

根據(jù)實際用戶需求,本系統(tǒng)設計了2種版本。B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡版本適用于固定臺站日常訓練和在線交流,單機版適合外出時使用。

3.2 系統(tǒng)應用情況

系統(tǒng)在某站進行了系統(tǒng)的搭建與測試,B/S版本系統(tǒng)具體性能需求與指標如表2所示。

表2 B/S版本系統(tǒng)性能需求與指標

由于受設備和網(wǎng)絡信道資源限制,系統(tǒng)應用測試規(guī)模限制在1臺服務器和18臺客戶端。經(jīng)過統(tǒng)計,傳統(tǒng)學習培訓時間約為5～6個月,出班學習時長約為600課時;通過使用本系統(tǒng),應用單位共23名零基礎學習者平均出班學習時長350課時,崗前培訓時間少于3個月,平均縮短3個月。

4 結(jié)語

綜上所述,光傳輸站交互式模擬訓練系統(tǒng)是面向光傳輸專業(yè)一線,內(nèi)容涵蓋設備安裝、開局、網(wǎng)管操作、日常維護使用、故障處置等實際執(zhí)勤維護操作的系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)容由淺入深、循序漸進,界面直觀友好,促進了教育資源的共享和發(fā)展。通過使用該交互式模擬訓練系統(tǒng),可以快速熟悉光纖通信技術(shù)與系統(tǒng),掌握其操作使用、維護及常見故障排除方法,對促進相關(guān)工作人員迅速形成戰(zhàn)斗力具有很強的現(xiàn)實意義。