摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高職院校培養(yǎng)高素質(zhì)合格人才的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，通過(guò)信息化手段結(jié)合學(xué)科特色，打造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)成為當(dāng)下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的熱點(diǎn)。IUV通過(guò)計(jì)算機(jī)3D多媒體技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度融合，依托虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，為通信技術(shù)專業(yè)建設(shè)提供一套實(shí)訓(xùn)教學(xué)解決方案，有效培養(yǎng)符合行業(yè)、市場(chǎng)需要的應(yīng)用型、技能型的通信技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞：IUV-4G;虛擬仿真;通信技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）29-0062-03

1 移動(dòng)寬帶技術(shù)的發(fā)展

近年來(lái)，通信技術(shù)突飛猛進(jìn)，通信行業(yè)已經(jīng)成為增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一。工信部運(yùn)行監(jiān)測(cè)協(xié)調(diào)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2020年6月，我國(guó)4G用戶數(shù)已至128271.6萬(wàn)戶，2019年底我國(guó)的移動(dòng)通信基站這一數(shù)字已達(dá)到841萬(wàn)個(gè)，其中4G移動(dòng)基站數(shù)目占比達(dá)到70%。2019年9月20日，中國(guó)工信部部長(zhǎng)表示：中國(guó)4G基站數(shù)量占全球一半以上。

伴隨著國(guó)家推進(jìn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，傳統(tǒng)行業(yè)不斷向“互聯(lián)網(wǎng)+”進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，移動(dòng)寬帶技術(shù)的大力發(fā)展，4G移動(dòng)通信的規(guī)模化，5G移動(dòng)通信試運(yùn)營(yíng)，通信產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)前所未有的發(fā)展。目前，中國(guó)已經(jīng)建成了世界上規(guī)模最大的光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)，光纖用戶占寬帶用戶比例超過(guò)了93%，4G用戶也達(dá)到了80%。為疫情期間上千萬(wàn)家的企事業(yè)單位、家庭線上辦公、涉及上億學(xué)生的“停課不停學(xué)”順利進(jìn)行提供了保障。未來(lái)十年，4G與5G二者互為補(bǔ)充并將長(zhǎng)期共存，為用戶提供服務(wù)。

產(chǎn)業(yè)規(guī)模的急劇擴(kuò)大，基站建設(shè)、通信網(wǎng)絡(luò)工程和維護(hù)行業(yè)中工程設(shè)計(jì)施工、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化和維護(hù)崗位[1]需求量很大，必然帶來(lái)高素質(zhì)技能型人才的強(qiáng)勢(shì)需求。這既對(duì)通信技術(shù)專業(yè)學(xué)生提供了良好的發(fā)展前景和就業(yè)環(huán)境，同時(shí)也對(duì)通信技術(shù)專業(yè)的建設(shè)提出了挑戰(zhàn)。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

教育信息化的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)下的教學(xué)需求，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)，順應(yīng)了時(shí)代的要求。尤其對(duì)于STEM學(xué)科（S是科學(xué)（Science），T是技術(shù)（Technology），E是丁程（Engineering），M是數(shù)學(xué)（Mathematics））而言尤為必要。

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室概念

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是一種基于Web、VR虛擬現(xiàn)實(shí)等前沿技術(shù)構(gòu)建的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng).是現(xiàn)有教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化和虛擬化[2]。在這個(gè)平臺(tái)上，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)既可進(jìn)行真實(shí)的模擬仿真，還可自主設(shè)計(jì)探索，利用虛擬的網(wǎng)元自由搭建任意合理的實(shí)驗(yàn)。相對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)模式，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室還有安全陛高、更新便捷等優(yōu)點(diǎn)，不需要任何的裝修、安裝、上電調(diào)測(cè)等過(guò)程，有一些實(shí)驗(yàn)比較危險(xiǎn)、極具破壞性，但通過(guò)虛擬平臺(tái)可完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法實(shí)現(xiàn)的操作和練習(xí)。

2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室優(yōu)勢(shì)

從2G到3G、4G到5G，通信技術(shù)升級(jí)換代快，通信專業(yè)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備往往較為昂貴，每一次更新?lián)Q代就意味著換購(gòu)新的設(shè)備，資金壓力大，投入收益低。虛擬仿真軟件初次購(gòu)置看似投入大，但可伴隨技術(shù)的更新進(jìn)行軟件的升級(jí)。搭建這樣的仿真平臺(tái)，讓同學(xué)們以教學(xué)任務(wù)書(shū)的形式在實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)完成相應(yīng)的任務(wù)，在與工程實(shí)際相結(jié)合，充分體驗(yàn)虛擬仿真軟件的交互性、真實(shí)性、直觀性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐操作能力，是一種物美價(jià)廉的實(shí)訓(xùn)方式。

2.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室支持在線遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)

除此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室還支持遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)不受時(shí)空限制地利用通信網(wǎng)元設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)，教師通過(guò)直播平臺(tái)提供在線幫助和學(xué)習(xí)指導(dǎo)，學(xué)生之間共享資源、合作實(shí)驗(yàn)、直播實(shí)驗(yàn)過(guò)程等激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)提供強(qiáng)有利地支持。

3 IUV-4G通信全網(wǎng)仿真軟件

海南政法職業(yè)學(xué)院通信技術(shù)專業(yè)采購(gòu)的軟件是深圳市艾優(yōu)威科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱IUV）開(kāi)發(fā)的這套4G通信全網(wǎng)軟件[3]。IUV與中興通訊學(xué)院戰(zhàn)略合作，是一家聚焦互聯(lián)網(wǎng)在線教育的科技公司，IUV通過(guò)計(jì)算機(jī)3D多媒體技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度融合，秉承易學(xué)、尚學(xué)、樂(lè)學(xué)的教學(xué)服務(wù)理念，依托虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，為通信專業(yè)提供一整套教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)方案。該軟件采用的是大家熟知的客戶機(jī)和服務(wù)器結(jié)構(gòu)（c/s模式），由IUV負(fù)責(zé)建設(shè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)和提供高性能服務(wù)器，用戶從官網(wǎng)下載安裝客戶端，通過(guò)IUV提供的網(wǎng)絡(luò)賬號(hào)即可登錄操作[3]。

3.1 軟件介紹

該軟件的設(shè)計(jì)參照電信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)工程項(xiàng)目規(guī)劃部署過(guò)程及實(shí)際運(yùn)行維護(hù)情形，支持實(shí)驗(yàn)環(huán)境和工程環(huán)境2種模式，提供ITE、EPC、承載3大產(chǎn)品，由無(wú)線接入網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)4張網(wǎng)絡(luò)組成，可實(shí)現(xiàn)TDD和FDD兩種制式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃、容量規(guī)劃、設(shè)備配置、數(shù)據(jù)配置、業(yè)務(wù)調(diào)試5個(gè)模塊[4]，業(yè)務(wù)調(diào)試具有告警、PING、TRACE、業(yè)務(wù)驗(yàn)證（撥測(cè)）、業(yè)務(wù)觀察、切換漫游、路由表模式7種工具，涵蓋手機(jī)終端、基站（BBU+R RU/AAU）、光傳輸產(chǎn)品（RT+ PTN +OTN）、數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品及核心網(wǎng)產(chǎn)品（HSS+MME+PGW+SGW）8類單元[5]，還有3個(gè)城市中的17個(gè)實(shí)景機(jī)房：站點(diǎn)機(jī)房、核心網(wǎng)機(jī)房、承載匯聚機(jī)房、中心機(jī)房、骨干網(wǎng)機(jī)房。

3.2 三種教學(xué)模式

IUVBOX支持三種教學(xué)模式，一是實(shí)訓(xùn)模式下的日常教學(xué)，無(wú)論是實(shí)訓(xùn)環(huán)境、參數(shù)選取、連線配置、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)均可自行選取設(shè)計(jì)，能滿足多層次、多級(jí)別的教學(xué)需要。二是競(jìng)技模式，通過(guò)系統(tǒng)管理平臺(tái)可以白定義試題和任務(wù)書(shū)組織競(jìng)技比賽;三是測(cè)評(píng)模式，教師將對(duì)應(yīng)授課內(nèi)容的實(shí)訓(xùn)練習(xí)題推送給學(xué)生，教師可通過(guò)管理平臺(tái)監(jiān)控并查看學(xué)生實(shí)訓(xùn)任務(wù)的進(jìn)展。

3.3 組網(wǎng)規(guī)劃

規(guī)劃是組建通信網(wǎng)絡(luò)的第一步，也是關(guān)鍵的一步。IUV-4G全網(wǎng)規(guī)劃部署以3座城市為代表組建，根據(jù)城市的規(guī)模、人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度和地形地勢(shì)綜合考慮。萬(wàn)綠市，國(guó)內(nèi)一線大型城市，移動(dòng)用戶數(shù)1250萬(wàn)，平原地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá);千湖市，國(guó)內(nèi)二線中大型城市，移動(dòng)用戶數(shù)900萬(wàn)，湖泊地區(qū)，經(jīng)濟(jì)中等;百山市，國(guó)內(nèi)三線中小型城市，移動(dòng)用戶數(shù)500萬(wàn)，丘陵地區(qū)，經(jīng)濟(jì)一般[6]。

4G移動(dòng)通信系統(tǒng)由無(wú)線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)和光傳輸網(wǎng)組成，其中無(wú)線及核心網(wǎng)的規(guī)劃包括了：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、覆蓋規(guī)劃、容量規(guī)劃、無(wú)線參數(shù)規(guī)劃等，并保證網(wǎng)絡(luò)的暢通。

4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：采用TDD與FDD雙管齊下，隨機(jī)應(yīng)變，針對(duì)不同容量的業(yè)務(wù)需求，綜合考慮覆蓋方案。

4G核心網(wǎng)絡(luò)：核心網(wǎng)應(yīng)控制建網(wǎng)成本，避免盲目投入，只需在用戶密集的萬(wàn)綠、千湖兩市部署LTE核心設(shè)備，百山市可就近接人千湖市。

IP承載網(wǎng)絡(luò)：承載網(wǎng)使用高性能路由器和PTN連接核心網(wǎng)和無(wú)線基站。

光傳輸網(wǎng)：遠(yuǎn)距離光傳輸由大容量的OTN設(shè)備負(fù)責(zé)。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)整體三城市網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu);

容量規(guī)劃：根據(jù)三市用戶數(shù)目及特征，規(guī)劃網(wǎng)路與設(shè)備容量。

設(shè)備配置：根據(jù)容量規(guī)劃結(jié)果，完成設(shè)備工程安裝和對(duì)接;

數(shù)據(jù)配置：按照設(shè)備部署安裝的情況，配置對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù);

業(yè)務(wù)調(diào)試：通過(guò)多種預(yù)設(shè)工具和調(diào)測(cè)方法，排查故障，保證網(wǎng)路正常運(yùn)行。

3.4 業(yè)務(wù)綜合調(diào)試

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署完成后，當(dāng)設(shè)備安裝、數(shù)據(jù)配置過(guò)程中存在故障導(dǎo)致用戶無(wú)法接人時(shí)，可利用系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)調(diào)試的七種工具進(jìn)行快速有效的故障定位和排查，保證網(wǎng)絡(luò)的暢通。

告警工具是用來(lái)檢測(cè)所有機(jī)房現(xiàn)有的設(shè)備中，是否存在相關(guān)的連線故障、接口通信故障、鏈路故障等物理故障。其檢測(cè)信息來(lái)源于目前的“設(shè)備配置”的物理檢測(cè)，以及和該設(shè)備相關(guān)的“數(shù)據(jù)配置”中接口類、鏈路類配置檢測(cè)。從圖3可看出，三市的物理連接沒(méi)有出現(xiàn)紅色告警信息。如果出現(xiàn)紅色告警則需進(jìn)行故障的定位和排查。

告警信息是業(yè)務(wù)驗(yàn)證的基礎(chǔ)，如果業(yè)務(wù)驗(yàn)證小區(qū)相關(guān)的設(shè)備存在告警作息，將不能通過(guò)業(yè)務(wù)驗(yàn)證。從圖4可看出，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署完成后，因設(shè)備安裝、數(shù)據(jù)配置無(wú)誤，業(yè)務(wù)驗(yàn)證中數(shù)據(jù)的上行和下行良好，意味著網(wǎng)絡(luò)暢通。

4 IUV-4G仿真管理平臺(tái)

IUV仿真平臺(tái)的另一優(yōu)勢(shì)是為用戶搭建多功能平臺(tái)管理，既提供多樣化的教學(xué)資源又提供完備的實(shí)驗(yàn)管理與維護(hù)，可滿足不同層次使用者的要求，幫助教師安排課程，完成優(yōu)質(zhì)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)自我能力的提升。校園的平臺(tái)管理主要功能有：用戶管理和教學(xué)管理。

用戶管理有：①賬戶管理可支持添加刪除賬戶、批量導(dǎo)入導(dǎo)出賬戶;②群組管理可實(shí)現(xiàn)用戶賬號(hào)按組（班級(jí)）分配功能;③群組授權(quán)可支持設(shè)置群組使用權(quán)限三大功能。

教學(xué)管理有：①賽事向?qū)Э芍笇?dǎo)新用戶操作實(shí)現(xiàn)添加賽事、組建戰(zhàn)隊(duì)、下發(fā)試題的流程，幫助和簡(jiǎn)化了新用戶熟悉教學(xué)管理操作應(yīng)用;②賽事管理可支持編輯賽事任務(wù)書(shū)添加賽事;③戰(zhàn)隊(duì)管理可實(shí)現(xiàn)批量導(dǎo)入戰(zhàn)隊(duì)、添加戰(zhàn)隊(duì)、編輯功能，同一戰(zhàn)隊(duì)多人共享一份數(shù)據(jù)，協(xié)同作戰(zhàn);④試題管理可實(shí)現(xiàn)試題下發(fā)、排錯(cuò)答案錄入、編輯功能;⑤賽事監(jiān)控支持監(jiān)控賽事情況，顯示業(yè)務(wù)配置結(jié)果五大功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

為促進(jìn)我國(guó)高等學(xué)校信息通信相關(guān)專業(yè)建設(shè)、提高學(xué)生對(duì)信息通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)部署及優(yōu)化方面的綜合能力，教育部高等學(xué)校電子信息類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)聯(lián)合中國(guó)通信學(xué)會(huì)共同組織開(kāi)展全國(guó)大學(xué)生電子信息類專業(yè)大賽一通信工程應(yīng)用競(jìng)賽，其中2015、2016、2019舉辦的4G全網(wǎng)建設(shè)技術(shù)賽項(xiàng)采用的是IUV-4G作為專用平臺(tái)，真正做到了以賽促學(xué)、以賽促教，為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)技能型通信專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】

作者簡(jiǎn)介：桑峻（1976-），男，安徽鳳陽(yáng)人，講師，碩士，主要研究方向：通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用。