优化设计方法在光纤光缆课程教学中的应用

摘要：光缆线路设计是光纤光缆课程的重要内容。阐述了在光缆线路设计课堂教学中引入优化设计方法进行计算机辅助教学的可行性，结合课程内容给出光缆最短路由和光缆网络物理规划的优化设计方法，并以具体操作实例予以说明。把优化设计应用到光缆线路设计的课程教学增加了学生的学习兴趣，有利于学生对光缆线路设计及相关知识的理解，提高了教学的质量和效率。

关键词：光缆线路设计，优化设计方法，计算机辅助教学

中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)22-5393-03

Application of Network Optimization Methods to the Course of Optical Fiber Cable Line Design

LIU Feng-qing1, KANG Wen-jun1, MA Ding2

(1. College of Optoelectronic engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210046, China; 2. School of Electronics and Information Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

Abstract: Optical fiber cable line design is an important part of the course of optical fiber technology and its application. The feasibility of introducing computer assisted instruction into optical fiber cable line design course is presented. Combining with the course contents, optimization design methods are given for shortest cable path routing and physical topology design of optical fiber cable networks. Two examples are given. The application of optimization design to optical fiber cable line design arouses students’interest, and help students understand how optical fiber cable line design is implemented. It also improves the teaching quality and efficiency.

Key words: optical fiber cable Line design; optimization design methods; computer assisted instruction

21世纪是信息科学与技术高速发展的时代，而光纤是信息获取和大容量信息传输的重要媒介，由于光纤媒质所具有的传输带宽大、传输损耗低等特点，使光纤通信技术在信息网络建设中始终占据着主导地位，并承载着信息网络中80%以上的信息流量。在光纤对信息的实际传输过程中，通常采用光纤成缆的方式进行传输，以实现对光纤的保护、便于施工和提高线路的传输容量。为了构建光纤传输网络，需要对光缆进行线路设计，光缆的线路设计（光缆路由）是光纤在通信网络和未来光纤传感网络中应用的一个必不可少和非常重要的内容[1]。

在“光电信息工程”、“光信息科学与技术”和“电子科学与技术”等专业中，光纤技术及应用课程是很重要的专业基础和专业特色课程。而光缆线路设计是光纤技术与应用课程的重要内容。在教学过程中，我们在光缆的线路设计中结合优化设计方法，以实际案例来讲解光缆的线路设计。案例教学是教学相长的有效模式，它能够激发教师转变教学理念，探索教学内容与教学方法的改革与创新，也能够激发学生浓厚的兴趣，不断地汲取营养和探索研究[2]。在实际教学中，我们也发现，采用网络优化设计的方法为示例网络进行光缆自动路由，对光缆网络寻找最优物理拓扑能极大地引起学生的兴趣，使学生对光缆线路设计的相关内容理解得更加透彻。为此，我们尝试在课程中引入网络优化设计方法进行计算机辅助教学，采用线性规划方法写出寻找光缆最短路由和对光缆拓扑进行规划设计的线性表达式，并采用线性规划软件Lingo求解。这种方法强调了寻找实际问题的解决方案，有利于培养学生分析和解决问题的能力，提高教学的质量和效率。

1光缆线路设计课程教学分析

本课程的教学对象是光电信息工程、光信息科学与技术和电子科学与技术专业的大四学生，已经学了较多的专业基础课，此时在学习态度上缺乏主动性和积极性，对课程的学习上喜欢死记硬背，以通过考试为目标。同时又面临着毕业找工作，迫切需求在工作中能实际应用的知识和技能，鉴于我校每年都有相当一部分毕业学生进入运营商和邮电规划设计院，对网络规划和优化设计技术比较感兴趣，因此在光缆线路设计的课程教学中采用网络优化设计具体案例的方法来进行辅助教学。

光缆线路设计的教学基本要求是了解光缆线路工程设计的原则和内容，理解线路设计和传输设计的方法；难点是光缆的线路设计；对难点的解决办法是多举实例，通过网络优化设计方法对具体实例的求解加深学生对知识点的理解，培养学生分析和解决问题的能力。

2利用优化设计方法进行光缆线路设计辅助教学的实例

这里以光缆最短路由和光缆网络的物理规划为例，说明如何采用优化设计方法，对光缆线路设计进行辅助教学。

2.1光缆最短路由

光缆有三种敷设方式：直埋、管道和架空。光缆线路路由的载体是地井管道架杆等基础资源，光缆线路设计的一项内容是为光缆在地井管道架杆上的布放设计出一条最优化（最短）的路由[3]。为实现光缆的自动路由，首先需要将光缆网络拓扑抽象化，建立网络优化模型，然后提出合适的优化算法进行计算。为此把管线网络看成一个无向图，地井架杆在图中视为无差别节点，而直埋路段、管段或杆路段视为链路，即图中的边，边的权值为对应设施的长度。

常见求最短路径的方法有Dijkstra和Floyd算法，这些算法求解速度快，但对实现者要求较高，要求具有较强的算法设计和编程能力，能对数据存储和算法进行较好的掌控。这里我们采用线性规划算法，提出优化目标和约束条件后，采用优化软件的模型编程语言进行描述，最后由优化软件直接求解，对设计者要求较低，且掌握这一方法后易应用于其它优化问题。

光缆最短路由的线性规划公式如下：

3结束语

通过光缆最短路由和光缆网络的物理规划这两个应用可知，把优化设计方法应用到光缆线路设计的课程教学中，能够直观形象地讲述光缆线路设计，激起学生的学习兴趣，使学生更容易领会教学内容，掌握教学难点和网络优化设计的方法。这种采用案例，强调实际问题解决方法的教学，将提高学生分析和解决问题的能力，从而培养具有综合素质和能力的信息人才，特别是复合型、具有创新思想和创新能力，能将理论和实际相结合的信息人才。

参考文献

[1]胡先志,邹林森,刘有信.光缆及工程应用[M].北京:人民邮电出版社,1998.239-247.

[2]陈明.案例教学是教学相长的有效模式[J].教育艺术,2007(6):21-22.

[3]李楠.网络优化技术在光缆路由自动设计中的应用[D].北京:北京邮电大学硕士论文,2011.11-12.

[4]熊锦华,杨旭,梁熊健.传输网络光缆物理路由的规划[J].现代传输,2005(1):70-73.

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