李海濤　賴敏　董莉

摘要：隨著三大運營商LTE的大規(guī)模部署和應用，國內(nèi)各職業(yè)院校通信專業(yè)紛紛開設LTE課程。然而LTE設備在規(guī)模教學中存在種種不便。在高職院校中，虛擬仿真技術和實體設備配合使用，不僅提高了教學效率、質量，豐富了教學形式、內(nèi)容，也使學生能夠在接近實際的工作場景中得到訓練。文章介紹了虛擬仿真技術在高等職業(yè)教育LTE課程教學中的一些研究和實踐。

關鍵詞：虛擬仿真；LTE；職業(yè)教育

1.研究的背景

工信部于2013年12月4日正式向三大運營商發(fā)放首批TD-LTE牌照，2014年2月27日向中國電信和中國聯(lián)通發(fā)放FDD-LTE牌照。我國通信行業(yè)進入4G時代。

三大運營商2016年12月公布了運營數(shù)據(jù)，中國移動4G用戶數(shù)達到5.35億戶，中國聯(lián)通1.046億戶，中國電信1.22億戶，中國4G用戶總數(shù)超過了5.5億。我國4G用戶數(shù)已突破7億大關。

隨著LTE網(wǎng)絡的發(fā)展，電信行業(yè)對LTE建設、維護、優(yōu)化人才的需求一直增加。面對發(fā)展得4G，國內(nèi)各高等職業(yè)院校紛紛開設LTE課程。

2.教學中為什么會增加虛擬仿真技術

職業(yè)教育以“培養(yǎng)生產(chǎn)、建設、服務和管理第一線高素質技能型專門人才”為目標，在真實的崗位環(huán)境學習和練習是職教學生掌握技能的最佳途徑。

由于LTE技術商用不久，實際設備價格高昂，并且需要專業(yè)人員維護；通常一般院校配備的eNodeB，EPC、承載網(wǎng)設備種類和數(shù)量都比較少，網(wǎng)絡不成規(guī)模，跟真正的電信網(wǎng)絡實際環(huán)境存在很大的差距。一般教學內(nèi)容以無線網(wǎng)絡為主，無法滿足4G全網(wǎng)建設的教學要求，難以開展大型網(wǎng)絡的規(guī)劃、安裝、配置、測試等內(nèi)容的實驗實訓，用真實設備安裝調(diào)試、參數(shù)設置的教學中，系統(tǒng)只允許一個操作賬戶加載數(shù)據(jù)，不能多人同時操作，教學效率比較低；而且真實設備規(guī)模很小，難以支持按照不同人口、規(guī)模的城市，對應不同網(wǎng)絡的規(guī)模、類型，對LTE網(wǎng)絡的無線網(wǎng)接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)進行網(wǎng)絡拓撲設計、容量規(guī)劃、機房配置、設備配置、數(shù)據(jù)配置、業(yè)務驗證等實驗實習教學內(nèi)容，更無法進行多城市大規(guī)模復雜網(wǎng)絡的教學活動。虛擬仿真教學打破時空限制，具有靈活性。

4G移動通信理論知識繁雜、枯燥，學生往往缺乏學習興趣。模擬仿真系統(tǒng)呈現(xiàn)的場景貼近實際網(wǎng)絡和設備，內(nèi)容和種類豐富，知識內(nèi)容和實際操作相結合，具有直觀的形象，學習、實驗進程畫面精美，猶如網(wǎng)絡游戲，還可以進行組隊競賽，可以生成學習成績分數(shù)，容易激起學生的學習興趣。

3.虛擬仿真技術在LTE課程教學中的探索和實踐

職業(yè)教育強調(diào)貼近企業(yè)，貼近實際工作場景，LTE網(wǎng)絡的建設不僅涉及無線網(wǎng)絡，也涉及核心網(wǎng)、承載網(wǎng)，包括無線接入、交換、IP網(wǎng)絡、傳輸、光纖通信等內(nèi)容。

在教學實踐中，人們在已有的LTE實驗室真實設備以外，按照虛實結合、能實不虛的原則，建設了LTE全網(wǎng)仿真實驗室，其中實際設備主要有NodeB包括RRU，BBU，天饋，核心網(wǎng)EPC包括統(tǒng)一移動接入控制網(wǎng)元（MME設備）、用戶數(shù)據(jù)網(wǎng)元（HSS設備）、融合分組網(wǎng)關網(wǎng)元（PGW，sGW設備）、服務器等設備。另外還有各網(wǎng)元之間的光纖及傳輸設備等承載網(wǎng)部分。虛擬仿真系統(tǒng)主要由軟件、終端及服務器等組成。

真實設備教學的時候，由于機房場地限制，設備已經(jīng)安裝好，硬件安裝教學時，只能讓學生觀看，無法進行設備硬件安裝的操作；由于安全原因，也無法進行天饋的安裝操作；由于實際設備只能由一個賬戶設置、加載數(shù)據(jù)，因此不能讓學生同時進行數(shù)據(jù)調(diào)試和配置練習，教學效率低；另外，整個系統(tǒng)跨多個機房，學生不容易掌握整個網(wǎng)絡結構。而實際運行的網(wǎng)絡規(guī)模很大，結構復雜，有各種不同的構型和組合，實際設備并不能一一反映。

因此，需要虛擬仿真系統(tǒng)的補充，虛擬仿真系統(tǒng)可以提供各種設備的硬件結構安裝、天饋、線纜的安裝連接，能夠供所有學生同時進行數(shù)據(jù)配置和調(diào)試；能夠在實驗室每個學生同時進行網(wǎng)絡測試，能提供近乎真實的省級復雜網(wǎng)絡，按照城市規(guī)模、用戶數(shù)量、業(yè)務模型、設備規(guī)模反映各種不同結構和規(guī)模的網(wǎng)絡。

通過真實設備和虛擬仿真技術結合，整個教學系統(tǒng)包含LTE網(wǎng)絡建設、維護的全部環(huán)節(jié)和主要設備，以LTE建設、維護各個階段的內(nèi)容為主線，劃為5個學習情境：網(wǎng)絡拓撲規(guī)劃、容量規(guī)劃、設備配置、數(shù)據(jù)配置、業(yè)務調(diào)測；每個學習情境包含若干個學習任務，以任務為導向，學習相應的知識點和技能點，在教學實踐中，充分利用真實設備和虛擬仿真系統(tǒng)，虛實結合，揚長避短。擺脫通信設備實操環(huán)境制約，快速掌握設備的組網(wǎng)、硬件結構、軟硬件工程安裝、開通調(diào)試等過程。通過建立一個以高仿真商用設備機房為背景的虛擬4G網(wǎng)絡，即包含無線接入、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)，TD，F(xiàn)DD混合組網(wǎng)，省級規(guī)模自成體系的LTE仿真網(wǎng)絡，可以進行無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)的拓撲設計、容量規(guī)劃、設備選型、硬件配置、線纜連接、數(shù)據(jù)配置、開通調(diào)試、故障排查、實現(xiàn)業(yè)務驗證，涵蓋4G全網(wǎng)規(guī)劃、建設、維護各階段。

虛擬仿真技術的使用改變以往專業(yè)學習以縱向知識為主線，各個專業(yè)課程之間銜接不緊密，橫向知識難以融會貫通的弊病。例如：移動網(wǎng)絡的學習只涉及移動網(wǎng)絡的理論和實訓，光纖通信只涉及光纖通信理論和實訓，交換機技術只涉及交換機理論和實訓。

把不同專業(yè)知識按照工程項目串聯(lián)起來，以工程為主線，實現(xiàn)知識縱向、橫向銜接，把無線接入、核心網(wǎng)、IP網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)知識在LTE建設中有機地關聯(lián)起來，以工程應用為目的，訓練學生的LTE網(wǎng)絡全局思維，建立全網(wǎng)全通的概念。

讓學生在學校就能掌握行業(yè)領先的全網(wǎng)全套移動通信技術。同時，促進教師融會貫通，移動、交換、傳輸知識，全面掌握LTE網(wǎng)絡全網(wǎng)拓撲規(guī)劃、容量規(guī)劃、設備配置、數(shù)據(jù)配置、業(yè)務驗證等專業(yè)技能，提高綜合能力。

通過一個多學期的教學實踐，不僅順利完成了LTE課程的教學任務，學生得到了接近實際電信網(wǎng)絡的訓練，取得了較好的學習效果，而且部分優(yōu)秀學生在省級職業(yè)技能競賽中取得了優(yōu)異的成績。

4.結語

虛擬仿真系統(tǒng)是當前職業(yè)教育改革的重要方向。教育部指出職業(yè)教育要“大力推動仿真、多媒體課件等數(shù)字化教學資源開發(fā)”“要充分利用現(xiàn)代信息技術，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗”；并提出“遴選和開發(fā)1500套虛擬仿真實訓實驗系統(tǒng)”“創(chuàng)新仿真實訓資源應用模式，提高使用效益”。

虛擬仿真用于4G移動通信教學可以實現(xiàn)實際設備難以完成的教學內(nèi)容，減小設備采購和維護成本，多人同時使用提高教學效率，避免危險性實踐內(nèi)容，另外也可以提高學生的學習興趣，豐富教學形式和內(nèi)容。

虛擬仿真系統(tǒng)的使用要以實際設備為基礎，實際設備上的操作技能和虛擬系統(tǒng)的學習互相補充，虛實結合，能實不虛，才能多快好省地達到職業(yè)教育工學結合的教學目的。