ТИПОВОЙ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ ТРЕНАЖЕР ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
STANDARD HARDWARE-SOFTWARE SIMULATOR OF DIGITAL TRANSMISSION SYSTEMS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области технических средств обучения, построенных на базе ЭВМ, и периферийного оборудования, построенного на электронных компонентах, и может быть применено для разработки конкретных программно-аппаратных тренажеров и последующего обучения специалистов связи работе на средствах связи цифровых систем передачи, а также для обеспечения совместной работы с другими программно-аппаратными тренажерами.
Уровень техники
Известен «Тренажер для обучения эксплуатации станции спутниковой связи», описанный в патенте Российской Федерации №96438, МПК G09B 7/07 (опубликован 27.07.2010, бюл. №21), состоящий из персонального компьютера, дисплея, мультимедийного проектора, блока сопряжения с компьютером, блока сопряжения с индивидуальными устройствами тестирования, программно управляемого коммутатора, устройств тестирования, электрически перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства и коммутационной панели.
Недостатком указанного устройства является несовместимость с другим имитационным цифровым транспортным оборудованием и оборудованием абонентского доступа. Это обусловлено тем, что тренажер предназначен для обучения работе на конкретной станции спутниковой связи, в тренажере отсутствует возможность подключения к коммутационной панели комплектов абонентских соединительных линий, а также линейного тракта цифровых транспортных линий связи.
Известен «Программно-аппаратный тренажер радиостанции Р-168-5УН-2», предназначенный для обучения принципам работы с радиостанцией Р-168-5УН-2 и обеспечения совместной работы с комплексом учебно-тренировочных средств (КУТС) в части речевого обмена, описанный в патенте Российской Федерации №152894, МПК G09B 9/00 (опубликован 20.06.2015, бюл. №17), состоящий из одноплатного компьютера, модуля сопряжения пульта управления Р-168-5УН и одноплатного компьютера, источника питания и корпуса реальной радиостанции Р-168-5УН-2 с разъемами и пультом управления, отличающийся тем, что в корпус реальной радиостанции Р-168-5УН-2 с разъемами и пультом управления введены одноплатный компьютер, модуль сопряжения пульта управления Р-168-5УН-2 и одноплатного компьютера, модуль Wi-Fi, преобразователь напряжения и источник питания, выход преобразователя напряжения соединен с входом модуля сопряжения, а вход преобразователя напряжения и одноплатного компьютера с внешними разъемами для подключения питания радиостанции и подключения аккумулятора; выход модуля сопряжения соединен с пультом управления Р-168-5УН, модуль Wi-Fi встроен в одноплатный компьютер.
Основным недостатком «Программно-аппаратного тренажера радиостанции Р-168-5УН-2» является неприспособленность для имитации транспортных сигналов и сигналов доступа аппаратуры цифровых систем передачи и несовместимость с другими программно-аппаратными тренажерами.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой системе является «Устройство тренажера-имитатора системы связи с использованием программных средств моделирования системы связи», описанное в патенте Российской Федерации №107872, МПК G06N 7/00 (опубликован 27.08.2011, бюл. №24), принятое за прототип. Данное устройство содержит устройство управления и решения задач, устройство построения формализованного запроса, базу данных (БД) образцов поведения, устройство применения образцов поведения, устройство ввода-вывода и визуализации информации, устройство хранения информации, устройство моделирования, вычислитель. Устройство осуществляет автоматическую проверку корректности разрабатываемой телекоммуникационной системы на основе вводимых исходных данных о структуре системы с выдачей результата проверки, а также рекомендаций по исправлению некорректно составленной схемы или элемента схемы.
Недостатком устройства является то, что оно не приспособлено для обучения специалистов связи работе на средствах связи цифровых систем передачи и отсутствует возможность разработки конкретных программно-аппаратных тренажеров для последующего обучения специалистов основам применения и порядку работы на средствах связи цифровых систем передачи.
Раскрытие изобретения
Технический результат - возможность разработки конкретных программно-аппаратных тренажеров для последующего обучения специалистов основам применения и порядку работы на средствах связи цифровых систем передачи, возможность совместной работы разработанных конкретных программно-аппаратных тренажеров с другими программно-аппаратными тренажерами в составе программно-аппаратного комплекса в качестве средства имитации абонентских и линейных сигналов аппаратуры цифровых систем передачи, при ее эксплуатации на сетях связи с коммутацией каналов различных топологий с возможностью проверки прохождения информационного обмена при правильной настройке программной части, путем приема/передачи контрольных управляющих сигналов посредством линейной части.
Этот результат достигается тем, что в предложенное «Устройство тренажера-имитатора системы связи с использованием программных средств моделирования системы связи», содержащее устройство ввода-вывода и визуализации информации, один из информационных выходов которого с помощью информационной шины соединен с соответствующим информационным входом устройства хранения информации, а другой выход - с соответствующим информационным входом устройства моделирования, шина данных которого подключена к вычислителю, информационный выход которого подключен к соответствующему входу устройства построения формализованного запроса, подключенного через информационную шину к базе данных образцов поведения, которая подключена к устройству применения образца поведения, управляющий выход которого через шину управления подключен к устройству хранения информации, которое через информационную шину подключено к соответствующим информационным входам устройства моделирования, устройства ввода-вывода и визуализации информации, один из информационных выходов которого с помощью информационной шины соединен с информационным входом устройства хранения информации, а другой выход - с информационным входом вычислителя, информационный выход которого через устройство хранения информации подключен к устройству ввода-вывода и визуализации информации, согласно изобретению дополнительно введены блок линейных окончаний, блок абонентских устройств, блок индикации, устройство хранения информации, информационные входы/выходы которых подключены к устройству ввода-вывода и визуализации информации, центральное процессорное устройство, информационные линии которого подключены к интерфейсному модулю типового программного тренажера цифровых систем передачи, устройству ввода-вывода и визуализации информации, модули управления процессом обучения, выбора заданий, интерактивный, интерфейсный, взаимодействия с базой данных, сравнения параметров введены в состав типового программного тренажера цифровых систем передачи.
Краткое описание чертежа
На чертеже представлена функциональная схема типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи, где обозначено:
1 - модуль управления процессом обучения и взаимодействия;
2 - модуль выбора заданий;
3 - интерактивный модуль;
4 - модуль взаимодействия с базой данных;
5 - модуль сравнения параметров;
6 - интерфейсный модуль;
7 - центральное процессорное устройство;
8 - устройство хранения информации;
9 - устройство ввода-вывода и визуализации информации;
10 - блок абонентских устройств;
11 - блок линейных окончаний;
12 - блок индикации.
Осуществление изобретения
Устройство содержит модуль управления процессом обучения и взаимодействия 1, модуль выбора заданий 2, интерактивный модуль 3, модуль взаимодействия с базой данных 4, модуль сравнения параметров 5, интерфейсный модуль 6, центральное процессорное устройство 7, устройство хранения информации 8, устройство ввода-вывода и визуализации информации 9, блок абонентских устройств 10, блок линейных окончаний 11, блок индикации 12.
Модуль управления процессом обучения и взаимодействия 1 предназначен для формирования управляющих сигналов на модуль выбора заданий 2, передачи сигналов визуального взаимодействия на интерактивный модуль 3, приема интерпретированных управляющих команд обучающегося от интерактивного модуля 3.
Модуль выбора заданий 2 передает сигналы визуального взаимодействия на интерактивный модуль 3, формируя обучающемуся запрос на выбор задания, принимает интерпретированные управляющие команды обучающегося от интерактивного модуля 3 с целью принятия решения о выборе задания, на основе принятого решения о выборе задания формирует управляющий сигнал на модуль взаимодействия с базой данных 4.
Модуль взаимодействия с базой данных 4 на основе управляющего сигнала от модуля выбора заданий 2 и от модуля управления процессом обучения и взаимодействия 1 обеспечивает формирование структурированного запроса и разбор структурированного ответа при взаимодействии с внешней базой данных, на основе разобранного структурированного ответа осуществляет передачу информационных данных в модуль сравнения параметров 5 и модуль управления процессом обучения и взаимодействия 1.
Модуль сравнения параметров 5 производит сравнение эталонных параметров, принятых в информационных данных от модуля взаимодействия с базой данных 4, с текущими параметрами, введенными обучающимися, принятыми в информационных данных от модуля управления процессом обучения и взаимодействия 1.
Интерфейсный модуль 6 после аутентификации проводит согласование интерфейсов и осуществляет трансляцию управляющих и информационных сигналов от модуля управления процессом обучения и взаимодействия 1 на центральное процессорное устройство 7 типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи и трансляцию управляющих и информационных сигналов от центрального процессорного устройства 7 типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи на модуль управления процессом обучения и взаимодействия 1.
Центральное процессорное устройство 7 производит передачу контролируемых и управляющих информационных сигналов от интерфейсного модуля 6 на устройство ввода-вывода и визуализации информации 9, передачу контролируемых и управляющих информационных сигналов от устройства ввода-вывода и визуализации информации 9 на интерфейсный модуль 6, прием/передачу управляющих информационных сигналов в блок хранения информации 8 посредством устройства ввода-вывода и визуализации информации 9.
Устройства хранения информации 8 осуществляет запись и хранение в долговременной памяти управляющих информационных сигналов, поступивших от центрального процессорного устройства 7 посредством устройства ввода-вывода и визуализации информации 9, считывание и передачу управляющих информационных сигналов из долговременной памяти в центральное процессорное устройство 7 посредством устройства ввода-вывода и визуализации информации 9.
Устройство ввода-вывода и визуализации информации 9 предназначено для обработки и передачи управляющих сигналов от центрального процессорного устройства 7 на блок абонентских устройств 10, блок линейных окончаний 11, блок индикации 12, приема и обработки управляющих сигналов от блока абонентских устройств 10, блока линейных окончаний 11 на центральное процессорное устройство 7, приема, обработки и передачи информационных сигналов между блоком абонентских устройств 10 и блоком линейных окончаний 11, транзит управляющих сигналов от центрального процессорного устройства 7 в устройство хранения информации 8.
Блок абонентских устройств 10 осуществляет прямое и обратное преобразование информационных и управляющих сигналов от абонентских терминалов и прием/передачу информационных и управляющих сигналов на устройство ввода-вывода и визуализации информации 9.
Блок линейных окончаний 11 производит согласование интерфейсов встречно работающих типовых программно-аппаратных тренажеров цифровых систем передачи для приема/передачи информационного потока из линейного тракта на устройство ввода-вывода и визуализации информации 9.
Блок индикации 12 осуществляет прием управляющих сигналов от устройства ввода-вывода и визуализации информации 9 и отображение индикации о текущем состоянии типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи, его входных и выходных интерфейсов.
Изобретение работает следующим образом.
При запуске типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи модуль управления процессом обучения и взаимодействия 1 формирует управляющий сигнал на модуль выбора заданий 2. Модуль выбора заданий 2 на основе принятого управляющего сигнала от модуля управления процессом обучения и взаимодействия 1 посредством интерактивного модуля 3 формирует обучающемуся запрос на выбор задания и режима работы типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи.
Существует 2 режима работы типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи: практическое обучение и контроль. В режиме практического обучения обучающийся пошагово выполняет задания, формируемые модулем управления процессом обучения и взаимодействия 1 с детализированным описанием порядка настройки цифровых систем передачи, с отсутствием возможности перейти к следующему шагу не выполнив задания, предписанные к осуществлению на текущем шаге. В режиме контроля обучающийся выполняет задание, сформированное модулем управления процессом обучения и взаимодействия 1 без детализированного описания порядка настройки средств связи цифровых систем передачи, в полном объеме и по окончании получает оценку, соответствующую уровню умений по настройке и работе на средствах связи цифровых систем передачи.
После выбора задания и режима работы типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи модуль выбора заданий 2 подает на вход модуля взаимодействия с базой данных 4 команду на запрос эталонных параметров и описания задания из базы данных. На основе команды от модуля выбора заданий 2 модуль взаимодействия с базой данных 4 осуществляет построение структурированного запроса в подключенную внешнюю базу данных. После приема структурированного ответа от базы данных модуль взаимодействия с базой данных 4 формирует в модуль сравнения параметров 5 информационное сообщение с эталонными параметрами и заданием, соответствующими выбранному заданию и режиму работы типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи.
Обучающийся производит настройку и конфигурирование параметров средств связи цифровых систем передачи с использованием устройств ввода в графическом пользовательском интерфейсе, сформированном модулем управления процессом обучения и взаимодействия 1 посредством интерактивного модуля 3. По окончании настройки и конфигурирования параметров типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи модуль управления процессом обучения и взаимодействия 1 формирует управляющий сигнал с текущими параметрами, введенными обучающимся на модуль сравнения параметров 5. Модуль сравнения параметров 5 сравнивает эталонные параметры, принятые в информационных данных от модуля взаимодействия с базой данных 4, с текущими параметрами, введенными обучающимися, принятыми в информационных данных от модуля управления процессом обучения и взаимодействия 1.
В процессе настройки и конфигурирования средств связи цифровых систем передачи и по их завершении модуль управления процессом обучения и взаимодействия 1 формирует управляющие сигналы на интерфейсный модуль 6. Интерфейсный модуль 6 проводит процедуру аутентификации и интерпретирует управляющие сигналы, принятые от модуля управления процессом обучения и взаимодействия 1, в формат, предназначенный для передачи в центральное процессорное устройство 7. После приема управляющих сигналов от интерфейсного модуля 6 центральное процессорное устройство 7 осуществляет передачу управляющей информации в устройство хранения информации 8 для осуществления ее долговременного хранения. Центральное процессорное устройство 7 формирует управляющие сигналы индикации для вывода на блок индикации 12 посредством устройства ввода-вывода и визуализации информации 9, управляющие сигналы для вызова и обработки вызовов от абонентских терминалов на блок абонентских устройств 10, управляющие сигналы для передачи их по линейному тракту через блок линейных окончаний 11 посредством устройства ввода-вывода и визуализации информации 9.
В то же время в процессе настройки и конфигурирования средств связи цифровых систем передачи и по их завершении центральное процессорное устройство 7 формирует информационные и управляющие сигналы от блока абонентских устройств 10 и блока линейных окончаний 11 в интерфейсный модуль 6 посредством устройства ввода-вывода и визуализации информации 9. В зависимости от введенных параметров устройство ввода-вывода и визуализации информации 9 позволяет осуществить транзитную передачу информационных и управляющих сигналов от блока абонентских устройств 10 на блок линейных окончаний 11 и обратно.
Органы управления типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи, визуальная и акустическая индикация, реакция на воздействие со стороны обучающегося приближены к реальному изделию.
Типовой программно-аппаратный тренажер цифровых систем передачи позволяет изучить порядок настройки и эксплуатации цифровых систем передачи в различных режимах. С рабочего места преподавателя возможно внесение аппаратных и программных неисправностей, которые обучающийся должен устранить. К типовому программно-аппаратному тренажеру цифровых систем передачи возможно подключение оконечных абонентских устройств (телефонный аппарат аналоговый, телефонный аппарат цифровой, телеграфный аппарат, персональный компьютер, компьютерная сеть стандарта Ethernet, и д.р.) с имитацией и эмуляцией различных режимов работы. Возможно подключение встречного типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи по различным цифровым стыкам, с различными способами кодирования цифрового сигнала для его передачи как по медному электрическому кабелю, так и по волоконно-оптическому.
Разработанные задания к типовому программно-аппаратному тренажеру цифровых систем передачи хранятся на сервере во внешней базе данных и могут быть изменены, добавлены или удалены.
Например, при обучении обучающийся должен произвести монтаж и настройку двух средств связи цифровых систем передачи, соединить их по цифровому стыку, подключить аналоговые телефонные аппараты, организовать услугу «удаленный абонент». Для выполнения этого задания обучающийся производит распайку разъемов блоков цифровых систем передачи, подключает аналоговые телефонные аппараты к блоку абонентских устройств, подключает блоки цифровых систем передачи для встречной работы по цифровому стыку, производит настройку средств связи цифровых систем передачи в системе сетевого управления. По завершении работ типовой программно-аппаратный тренажер цифровых систем передачи в зависимости от режима работы (обучение, контроль) предоставляет преподавателю отчет о проделанной работе, а обучающимся рекомендации по устранению неисправностей и/или оценку, при этом обучающиеся имеют возможность осуществить вызов на встречный аналоговый телефонный аппарат с контролем прохождения сигнала и индикации.
«Типовой программно-аппаратный тренажер цифровых систем передачи» может быть использован для разработки конкретных программно-аппаратных тренажеров, которые позволят работать совместно в составе программно-аппаратного комплекса в качестве средства имитации абонентских и линейных сигналов цифровых систем передачи. При этом все сигналы, входящие и исходящие от реального изделия, имитируются в полном объеме.
Таким образом, использование предлагаемого типового программно-аппаратного тренажера цифровых систем передачи в образовательном процессе позволит увеличить эффективность обучения за счет отработки практических заданий с контролем верности их выполнения, применением подсказок и информативной имитацией информационных абонентских и линейных сигналов, что затруднено при использовании реальных изделий.