光纖接入網實訓平臺建設與項目式教學改革

黃艷華， 曹 艷

(武漢職業技術學院 電信學院，湖北 武漢 430073)

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光纖接入網實訓平臺建設與項目式教學改革

黃艷華， 曹 艷

(武漢職業技術學院 電信學院，湖北 武漢 430073)

傳統的基于學科體系的課程教學模式以及以實驗箱為主的實驗平臺，已不能滿足當今通信市場對技能型人才的需求。構建全真式實訓平臺，模擬真實的通信網絡環境，并基于此開展項目式教學，對培養高職學生工程實踐能力，有著十分重要的作用。論文以光纖接入網課程為例，介紹了光纖接入網實訓平臺建設，基于該平臺的實訓內容以及實驗教學改革情況。論文著重介紹了如何以實際的光接入網器件和商用接入設備搭建全真式光接入網實訓平臺，并輔以項目式實驗教學，以學生為主導，讓學生在項目實施過程中獨立分析問題并解決問題，從而有效提高了學生的職業技能和工程應用能力。

光纖接入網； 實訓平臺； 項目式教學

0 引 言

受三網融合、移動互聯網等新型應用對于帶寬需求的推動，在國家“寬帶中國”政策推動和網絡建設成本降低的有利條件下，各大運營商都在加速推進光纖接入網絡的建設。基于無源光網絡的光纖接入是當前主流的接入方式，原來基于銅纜的DSL接入逐步被替代。光纖接入網采用無源光網絡(PON)技術，PON網絡由光線路終端(OLT)、光網絡單元(ONU)和光分配網絡(ODN)組成，其本質特征為ODN全部由無源器件組成，無源的特性使得網絡布放更加靈活，共享光纖的特性可以節省大量的光纖資源；而且PON技術可以提供足夠的帶寬以滿足未來各種寬帶業務的需求[1-3]。

光纖接入網市場的開發和競爭，需要大量從事網絡設計、建設和維護的專業人才，針對社會對接入網技術人才的需求，很多高校開設了“光纖接入網”課程。這是一門注重實踐操作和培養實際應用能力的特色專業課程，需要通過實訓教學，讓學生在理解和掌握PON網絡知識的基礎上，對光接入網進行規劃設計、建設開通、業務配置；具有一定的業務故障分析、排除能力。本文將針對光纖接入網課程在實訓平臺搭建、實訓項目開設、實訓教學改革等方面進行研究與探討。

1 課程設計的思路和實訓內容安排

改變傳統的學科體系“就教學而教學，理論和實踐割裂”的做法，采用“項目制”及“任務驅動”模式構建課程體系，按照電信企業的真實工作過程來制定教學內容，劃分實訓項目，把知識點的學習與專業技能的訓練有機結合[4]。

根據接入網技術的發展和企業的應用情況來看，現在及未來的一段時間內，PON接入是主要的接入方式。因此在教學內容選擇上，主要以PON無源光接入為主。光纖接入網課程內容主要包括：光纖接入網網絡結構、光接入網用光纖和器件、無源光網絡技術主要類型和工作原理、無源光接入設備配置和業務開通、光接入網設備性能測試、光纖接入網的若干新技術等等。

從光纖接入網課程內容來看，既有理論教學部分，又有設備配置維護的實踐，也有光纖器件工程應用和工程測量的內容，實踐操作的內容占有很大比重。實訓項目按照電信業務開通、運行維護的工作過程來劃分，可分為接入網工程建設、接入網設備維護、接入設備組網及應用三大類型。教學內容以項目形式展開，通過項目的完成達到教學目標。

實訓平臺的建設要與課程內容相協調，光纖接入網的實訓體系應包含兩大部分：①光接入工程實訓子系統，供學生進行接入網工程施工、業務開通和測試的訓練。②光接入設備實訓子系統，學生可進行光接入網絡設備組網、配置和故障處理的訓練。

2 實訓平臺的構建

2.1 總體拓撲結構

由于資金投入和師資技能的限制，很多高職院校的實驗實訓條件還是以實驗箱為主，開設的實驗主要是驗證性實驗。有些學校以軟件仿真網絡實驗，但是仿真實驗與真實的通信設備實驗仍然存在差距，過多依賴仿真實驗會使學生缺乏對真實硬件的客觀感受，會減弱學生對突發故障處理的能力[5]。

實驗箱或者仿真實訓已經不能滿足當今通信市場對技能型人才的需求，全真式現代通信綜合實訓平臺將是通信專業實驗室建設的趨勢。實訓平臺模擬真實的職業環境，以項目或任務形式，讓學生運用通信相關的知識去規劃和配置網絡業務，調測網絡設備，處理網絡故障，在做中學，在學中做，在工作任務完成中獲得技能，領會知識[6-7]。

整個通信網絡實訓平臺主要由數據網絡、EPON光接入設備、軟交換、光傳輸、光接入工程實訓5個子系統組成，完成了固網通信系統的全真模擬，主體設備采用中興通信的產品。具體拓撲圖如圖1所示。其中，EPON光接入設備實訓子系統和光接入工程實訓子系統皆屬于光接入網實訓體系。

2.2 光接入工程實訓子系統

PON是一種采用點到多點結構的單纖雙向光接入網絡，PON系統由局端的光線路終端(OLT)、光分配網絡(ODN)和用戶側的光網絡單元(ONU)組成，系統結構如圖2所示[8]。

OLT位于網絡側，相當于一個二層交換機或三層路由器，提供網絡集中和接入，完成光/電轉換，帶寬分配和控制各信道的連接，并有實時監控、管理及維護功能)。ONU位于用戶側，實現各種電信號的處理與維護管理，為終端用戶提供話音、數據或視頻接口[9]。ODN的作用是為OLT與ONU之間提供光傳輸通道。組成ODN的無源器件有：OLT和ONU之間的所有光纜、連接器、光分路器、光纜接頭、光交接設備。

在整個PON系統中，ODN光分配網是最為關鍵的組成部分，是運營商為用戶提供語音/數據/視頻綜合業務，實現國家三網融合戰略的網絡基礎設施。光接入工程子系統模擬運營商光分配網建設，從主設備機柜至終端用戶配線柜以橋架走線布放光纜，實現了光信號“機房→主干光纜→配線光纜→光接入點”的接入過程，并再現了三種典型的光接入網工程場景：①FTTH光纖到戶：光纖到用戶終端，用戶獨享ONU端口帶寬；②FTTB光纖到大樓：采用光纖到樓，再通過局域網LAN網線到戶，樓棟用戶共享ONU端口帶寬的接入方式；③WIFI無線接入，通過ONU下接無線接入點AP實現。

光接入工程子系統能提供的實訓：①接入網光纜配線實訓；②光鏈路逐段測試；③光鏈路全程測試；④ONU相關接口檢查；⑤業務驗證測試。

2.3 光接入設備實訓子系統

目前已經成熟并且規模商用的PON技術主要有EPON和GPON。EPON采用以太網協議，上下行速率對稱，最高速率可達1.25 Gb/s，最高光分路比為1∶64。

圖1 現代通信網絡實訓平臺拓撲圖

圖2 PON系統參考結構

GPON采用通用成幀協議，可支持上下行速率對稱或不對稱，下行最高速率為2.5 Gb/s，上行最高速率1.25 Gb/s或2.5 Gb/s，最高光分路比為1∶128。GPON較EPON開發較晚，標準較復雜，成本更高，兩種技術目前是競爭模式。現網完工的接入網項目中，多數是使用EPON設備，綜合考慮成本和運維，我們實訓室采用的是EPON。

光接入設備實訓室采用一臺中興OLT光線路終端設備ZXA10 C220作為局端，配置4路EPON光接口，通過4臺光分路器，以星型結構下掛ONU設備ZXA10 F460。一共配置23臺ONU，4臺8路分光器，電話和PC機各40臺，滿足至少40組學生同時進行現場組網實驗的要求。ONU終端F460具有以太網接口、語音POTS接口以及WiFi接口，可滿足多業務接入的需要。

F460下連用戶，eth_0/1以太網端口直接連接用戶PC終端，eth_0/2連接機頂盒，支持IPTV業務，兩個POTS端口直接接電話。F460通過EPON光口上連，接入C220設備1號槽位(EPFC單板)的一個端口，寬帶上網和VoIP業務通過9號槽位的EIGM單板的3號端口上行，設備的具體連接關系如圖3所示。為完成上網業務以及IPTV業務開通實驗，配置了Web服務器和組播服務器。

圖3 光接入設備組網拓撲

在實際工作中，維護人員在用網管或命令行對設備進行操作時，一般是專人負責，不會出現多人同時操作的情況，而且一旦設備上已經配置好業務，在維護工作中應盡可能避免對其進行頻繁的操作以免引起業務的中斷。而實驗室里的實驗設備則需要反復的讓學生操作練習[10]，且實驗室設備臺數有限，往往出現多個學生同時操作一臺設備的狀況。實驗平臺中的CCS2000教學管理系統用來實現對學生操作的排隊和緩沖，目的是讓多個學生能對同一臺主設備進行并發操作。

光接入設備實訓子系統能提供的實訓：①網絡認知性類： EPON設備硬件總體介紹、EPON基本配置實驗；②網絡管理類：NetNum綜合接入網管實訓、Telnet方式調試EPON設備實訓、ACL配置、VLAN配置；③網絡綜合應用類：VLAN間路由、數據業務開通、語音業務開通、組播業務開通、網絡故障分析及處理。

3 依托實訓平臺進行項目式教學改革

依托光接入網實訓平臺，既能完成光接入配線網施工、測試等工程實踐，也能進行網絡設備配置、業務開通等網絡管理及綜合應用類實訓，還可以開展一些開放性實驗，如由教師提出一種接入場景，學生設計綜合解決方案，完成網絡規劃、設備選型及配置，最終達到項目建設要求。那么如何組織這些實驗呢？根據高職學生理論基礎薄弱但形象思維較強，喜歡動手操作的特點，項目式教學法是一種比較好的方法，既符合高職學生認知規律，也體現了高職教育的職業崗位工作特征[11-12]。

項目教學法是一種以學生為本的教學方法，師生通過共同實施一個完整的或設計的項目工作而進行的教學活動[13]。項目式實驗教學法已經成為實驗教學研究的熱點，其核心是將實驗內容視為一個項目。該方法的特點：①具有系統性、整體性和相互關聯的特點。②與現實生活或工程實際緊密相關。③融合了問題教學法和探究教學法，老師設計項目，學生在完成項目的過程中，發現問題、探索問題并最終解決問題[13-14]。

項目式實驗教學通常包括項目提出、項目分析、項目方案制定、項目實施和項目評價等環節，下面以“組播業務開通”為例，逐一介紹。

3.1 項目提出

實訓項目不能太小也不能過于龐大。若太小則知識點單一，知識點間的關聯性小; 若太大，學生沒法在有限的時間內完成。另外，項目本身要緊密結合工程中的實際問題[14]。

教師充當“客戶”角色，向學生提出項目需求，學生被分成若干個項目組，以項目組為單位進行學習與實踐。在本例中，客戶需求是ONU下掛的用戶PC需要接收組播服務器上的視頻節目，即模擬互聯網協議電視IPTV，在基于IP協議的網絡上向用戶提供組播方式的視頻業務。要求學生畫出網絡拓撲圖，做好IP地址和VLAN規劃，搭建組播服務器，開通OLT和ONU上的組播業務等等。從該項目可以看出，其規模不大不小，項目融合了VLAN劃分、VLAN間路由、IGMP組播協議、IPTV、OLT/ONU上組播業務配置等諸多內容。

項目組根據項目需求，了解網絡結構、網絡設備類型、互聯接口等，確定工作目標和工作任務，制定“需求分析報告”。

3.2 制定項目方案

項目組成員根據需求分析報告，按事先分工，查閱相關工程資料和技術手冊，對方案進行討論修改并完善，確定網絡拓撲結構和設備端口連接，制定項目實施方案，包括實訓目標、設備連接、端口分配、網絡拓撲圖、業務規劃數據(IP地址規劃、VLAN規劃)、項目實施步驟及要求等。根據項目實施方案，小組成員間進行工作任務分工，各成員根據工作要求，完成各自負責的工作內容。

在學生制定項目方案的過程中，教師作為一個監督者，并不指定使用某種方案，在必要時給予意見和指導，以確保項目方案順利完成。

3.3 項目實施

項目實施以學生為主體，教師只起輔導、幫助作用，以培養學生獨立分析問題和解決問題的能力。但教師應準確把握項目涉及的知識點以及重難點，在關鍵環節進行知識講授或操作演示。特別在項目初期應為學生提供必要的知識幫助，可幫助學生理清思路，抓住基本內容，避免學生因無法下手而完不成項目。

項目組長負責分配任務、監督實施項目。項目組成員根據各自分工，按照制訂的項目方案，運用已有知識和技能，在規定時間內完成各階段的任務，并提供項目實施記錄。本項目實施步驟為：①網絡硬件連接；②搭建組播服務器；③OLT命令行配置，認證注冊ONU；④OLT命令行配置，創建組播業務VLAN，并啟用組播相關參數；⑤設置ONU組播端口；⑥業務測試。

3.4 項目評價

對項目的評價一般有三種形式：項目組自評、組間互評、教師評價[15]。

各項目組在完成項目后，向全班展示本組的最終成果，從需求分析、方案設計、實驗步驟、實驗結果等所有環節進行項目組自評和組間互評，這樣可以調動學生的積極性，取長補短，拓展思維。

教師根據每個學生在項目組中所起作用、完成質量、積極程度以及團隊協作等進行綜合評價。最終項目組組長根據項目組自評、組間互評、教師評價，填寫項目活動評價表，并對本組完成的情況做最終總結。

4 結 語

實驗教學水平的提高，建立在對實驗實訓條件的改革完善和教學方式的不斷探索革新基礎上。本文著重以實際的光接入網器件和商用接入設備搭建微型全真式光接入網實訓平臺，并以項目式教學為核心，以學生為主，讓學生在項目實施過程中，發揮主動性和創造性，獨立分析問題和解決問題，從而提高了他們適應崗位的能力。

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Construction of Practical Platform and Project-oriented Teaching Reform on Optical Access Network

HUANGYan-hua，CAOYan

(School of telecommunication Engineering， Wuhan Institute of Technology College， Wuhan 430073， China)

The traditional course teaching mode based on subject system and experimental platform based on experiment box, have been unable to meet the current communication market demand for skilled talents. To cultivate students’ engineering practice ability of higher vocational education, project-oriented experimental teaching, which is based on the construction of the simulation training platform, plays a very important role．Taking the optical fiber access network experiment as an example, this paper introduces the construction of optical access network training platform, the content of training based on the platform and the experimental teaching reform. This paper mainly introduces how to use the actual access network devices and commercial access equipment to build the whole type optical access network training platform, supplemented by project-oriented experiments and student-centered strategies. In the project implementation process, students analyze and solve problems independently, thus, it effectively improves the students’ vocational skills and the engineering application ability.

optical fiber access network； training platform； project-oriented teaching

2014-08-18

湖北省教育廳科學研究項目(B2014219)，2011年中央財政支持高等職業學校專業建設項目資助

黃艷華(1974-)，女，湖南邵陽人，碩士，副教授，主要從事光纖通信、接入網技術等課程的教學和科研工作。

Tel．:13407100868；E-mail:1109669841@qq.com

G 642.423

A

1006-7167(2015)08-0209-04