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引言

計算機仿真是集系統工程、控制理論、計算技術于一體的綜合性學科，它利用計算機強大的信息處理能力構建數學模型、模擬現實系統，并通過評價仿真實驗數據來驗證模型的正確性。在信息科學領域，計算機仿真已經成為研究者從事科學研究的重要手段。另外，在實際科研條件不充分的情況下，計算機仿真也是研究者從事課題研究的有力工具。它可以幫助研究人員在一定程度上擺脫科研條件的限制，從事大量專題研究。對于科研條件相對落后的高校，培養信息類研究生的計算機仿真能力顯得尤為重要。科研設備昂貴而科研經費不足導致一些前沿的課題研究無法開展，一方面限制了學校自身的學科發展，另一方面也限制了研究生的培養。從培養通信專業研究生的科研能力出發，本文提出應用仿真軟件和計算機實驗設備構建科研仿真平臺，改善研究生從事課題研究的環境。文中提到的平臺建設方案不僅能緩解科研條件薄弱導致科研領域受限的問題，而且可解決現有仿真軟件很難滿足新課題研究需求、仿真結果跟實際系統脫節的問題。在平臺建設過程中，研究生將提升自己的計算機仿真能力，擴展課題研究的領域。

計算機仿真軟件應用現狀

計算機仿真研究始于上世紀八十年代，國外有研究組織以計算機為工具模擬復雜系統。到今天，已經出現了大量的計算機仿真軟件?，F有的仿真軟件（特別是商業軟件）存在如下缺陷：首先，很難滿足新課題的研究需求。很多商業仿真軟件面向實驗教學，旨在提高教學效率。其功能大多模擬已經很成熟的系統和模型，適合已經存在的工程應用。對于一些新領域、新課題的研究，由于理論模型需要不斷更新和完善，其內容很難得到仿真軟件的同步支持。新領域和新課題的支持欠缺導致這些軟件不能很好地滿足科研需要。其次，大部分商業軟件不提供開源代碼或者深入開發的接口。當面臨新課題時，研究人員無法有效擴展這些軟件，使之應用于新的研究領域。最后，仿真設計的系統跟所模仿的實際系統存在差距。計算機軟件的模擬過程往往忽略大量實際約束條件，更多地停留在理論設計層面，可能導致仿真結果跟實際應用脫節。

構建仿真軟件平臺培養研究生的科研能力

在培養通信專業研究生時，導師應該充分考慮到仿真軟件上述的缺陷，鍛煉學生正確使用仿真軟件從事課題研究的能力。從而擺脫已有軟件的功能限制，增強科研的靈活度。

1.建立開源的仿真軟件實驗環境從開源仿真軟件入手，摸索改進和自主設計仿真軟件的方法，建立適合課題研究的仿真軟件平臺。圖1說明了本研究的思路。通信領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。但科研基礎、科研經費、科研時間以及實驗條件的限制，最后導致科研基礎薄弱，無法為研究生提供優良的科研環境，支持其從事新課題、新熱點的專題研究。通過引入仿真軟件，研究生可在導師的指導下改進仿真軟件或自主設計仿真軟件。最后，形成以仿真軟件為平臺的科研環境。這不僅彌補了科研資源的匱乏，而且拓展了課題研究領域，研究生可以根據自己的興趣方向開展專題研究。

2.實驗環境中用到的仿真軟件根據研究方向和參與項目的分工，導師應該為學生指定合適的仿真軟件。譬如，從事網絡協議研究的學生，導師可為其安排Matlab和NS2等仿真軟件；從事無線通信系統設計的學生，導師可為其安排Matlab和GloMoSim等仿真軟件。

3.培養應用和開發仿真軟件的能力考慮到仿真軟件的缺陷，在培養研究生的計算機仿真能力時需要從兩方面入手：第一，選擇便于二次開發的仿真軟件，培養研究生改進現有軟件、甚至自主開發仿真軟件的能力；第二，仿真設計跟實際系統設計相結合，在培養研究生原理分析能力的同時增強工程實踐能力。前一個方面考慮到仿真軟件不一定滿足新課題的需要，譬如當前還沒有能很好支持認知無線電研究的軟件。因此，在指導研究生時，導師一定要考慮到所用軟件是否支持二次開發，能有效擴展現有平臺，從而支持新課題的研究。開源的仿真軟件能很好地滿足這一需要，譬如，開源的NS2軟件為通信課題提供了一個開放的研究平臺，研究者通過添加新功能模塊，能將其擴展成適應新課題的平臺。

構建計算機實驗平臺培養研究生的科研能力

在對專題進行原理性研究時，仿真軟件為研究的深入提供了很多的便利。但是，仿真軟件存在一個不可忽視的缺陷——不能完全還原實際工程場景?；诜抡娴难芯砍晒窃硇缘慕Y論，很難直接應用到工程實踐中。因此，除培養研究生的仿真能力外，還需要鍛煉其工程應用能力。本文提供了另外一種仿真思路：在利用軟件方法進行仿真設計后，再利用計算機實驗平臺來搭建一些實驗原型，近似模擬最后的實際系統。組建這樣的原型系統既充實了科研資源，又鍛煉了學生的工程實踐能力。譬如，為構建一個MPLS網絡，實驗室需要投入很高的經費購買路由器設備，這意味著經費不充足的實驗室無法從事MPLS網絡方面的研究。此時，如果在計算機上安裝Linux系統，并配置MPLS功能，即可用來充當MPLS路由器并組建一個MPLS實驗網絡。這種計算機平臺仍然是一種仿真環境，但比純粹的仿真軟件更接近工程環境了。學生可以在這樣的實驗條件下從事很多MPLS網絡方面的課題研究，這對提高學生的工程實踐能力有很大的幫助。為有效構建計算機實驗平臺，研究生應該從課題研究需要出發，有針對性地學習計算機系統結構方面的知識和技能。導師應該引導研究生學習《操作系統》、《嵌入式系統》等課程。另外，導師還應引導研究生學習Linux方面的技術，提升學生應用Linux從事系統開發的能力。

結論

在信息科學領域，計算機仿真已經成為研究者從事科學研究的重要手段。研究人員可利用合適的仿真軟件模擬系統，通過仿真實驗來分析方案設計正確性并予以優化，以減少工程實施中的問題。另外，在實際科研條件不充分的情況下，計算機仿真可幫助研究人員在一定程度上擺脫科研條件的限制，從事大量專題研究。為提高學習和科研能力，通信專業研究生應該掌握一些仿真工具。本文提出應用仿真軟件和計算機實驗設備構建科研仿真平臺，改善研究生從事課題研究的環境。這些不僅能緩解科研條件薄弱導致科研領域受限的問題，而且可解決現有仿真軟件很難滿足新課題研究需求、仿真結果跟實際系統脫節的問題。