虛擬仿真在寬帶通信網(wǎng)教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：論文首先概述了虛擬仿真在研究生寬帶通信網(wǎng)教學(xué)中應(yīng)用的意義，然后闡述了虛擬仿真在寬帶通信網(wǎng)教學(xué)中具體實(shí)施內(nèi)容，其中包括在寬帶光傳輸網(wǎng)、4G寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)、寬帶數(shù)據(jù)通信網(wǎng)以及VOIP電話網(wǎng)的操作內(nèi)容。最后說明通過該實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠使抽象理論與實(shí)際應(yīng)用有機(jī)的結(jié)合起來，對學(xué)生工程能力的培養(yǎng)具有積極意義。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 MSTP IP數(shù)據(jù)網(wǎng) VOIP

一、虛擬仿真在寬帶通信網(wǎng)教學(xué)中應(yīng)用意義

目前虛擬仿真技術(shù)在高校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中越來越被廣泛關(guān)注和使用，虛擬仿真技術(shù)可以模擬實(shí)際環(huán)境完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。尤其在實(shí)際條件不具備的情況下，虛擬仿真可以讓學(xué)習(xí)者或研究人員在更多的、更復(fù)雜的情況下學(xué)習(xí)研究掌握更多的相關(guān)內(nèi)容。

寬帶通信網(wǎng)是我院研究生通信與信息系統(tǒng)專業(yè)、電子與信息工程專業(yè)的一門知識面廣、綜合性強(qiáng)、技術(shù)含量高、實(shí)踐性強(qiáng)的課程。因此要上好這門課，除了完整、系統(tǒng)地講授通信基礎(chǔ)理論，如寬帶交換原理、寬帶數(shù)據(jù)通信協(xié)議、寬帶傳輸技術(shù)、寬帶移動(dòng)通信技術(shù)外，還需強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)。實(shí)踐環(huán)節(jié)可以結(jié)合虛擬仿真軟件，讓學(xué)生在仿真環(huán)境下進(jìn)行寬帶網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。從而使學(xué)生能更好地理解理論知識，提高實(shí)踐能力。

二、虛擬仿真在寬帶通信網(wǎng)教學(xué)中實(shí)施內(nèi)容

1.虛擬仿真在寬帶傳輸網(wǎng)中實(shí)施內(nèi)容

ZXONM-E300是中興光網(wǎng)絡(luò)MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺）設(shè)備虛擬仿真平臺，支持中興ZXMP S360、ZXMP S385、ZXMP S380/S390、ZXMPWM-32（V1）等多種型號的光網(wǎng)絡(luò)MSTP設(shè)備及WDM波分復(fù)用設(shè)備的設(shè)計(jì)管理，可以聯(lián)機(jī)使用，也可以脫機(jī)使用。其中ZXMP385、ZXMP380/390是中興MSTP系列產(chǎn)品較高型號的設(shè)備，可以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)10Gb/s的光網(wǎng)絡(luò)傳輸，適合大容量信息傳輸系統(tǒng)。ZXMPWM-32（V1）可以實(shí)現(xiàn)32波的波分復(fù)用系統(tǒng)。所以利用ZXONM-E300虛擬仿真軟件可以實(shí)現(xiàn)高速率，大容量的光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

具體實(shí)施內(nèi)容有：光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的建立。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫枰鶕?jù)IP地址的不同，選擇節(jié)點(diǎn)設(shè)備型號，可以靈活設(shè)置多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

光傳輸設(shè)備單板的安裝。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)或傳輸鏈速率的要求，選擇安裝設(shè)備單板。如ZXMP390設(shè)備，OL64單板可提供10Gb/s的光接口，OL16可提供2.5Gb/s的光接口。

光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)鐘的建立。將中心局設(shè)成主時(shí)鐘源，其他局所設(shè)置成從時(shí)鐘源，主時(shí)鐘源的時(shí)鐘設(shè)置有外時(shí)鐘和內(nèi)時(shí)鐘，從時(shí)鐘源可設(shè)置線路提取時(shí)鐘和內(nèi)時(shí)鐘，從時(shí)鐘源跟蹤主時(shí)鐘源。

光網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)勤務(wù)電話的實(shí)現(xiàn)。選擇中心局為勤務(wù)電話控制點(diǎn)，每個(gè)光節(jié)點(diǎn)配以不同的電話號碼，方便工程師進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開通和調(diào)試時(shí)通信使用。

光網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)間業(yè)務(wù)連接實(shí)現(xiàn)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量需求，配置節(jié)點(diǎn)間業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)端到端的電路連接。

光網(wǎng)絡(luò)自愈環(huán)網(wǎng)的建立。可設(shè)置通道保護(hù)環(huán)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間業(yè)務(wù)保護(hù)。也可設(shè)置復(fù)用段保護(hù)環(huán)，實(shí)現(xiàn)路徑及線路保護(hù)。

2.虛擬仿真在寬帶移動(dòng)網(wǎng)中實(shí)施內(nèi)容

深圳市艾優(yōu)威科技有限公司（IUV）開發(fā)的IUV-4G 全網(wǎng)規(guī)劃仿真軟件內(nèi)容覆蓋無線接入、PTN網(wǎng)絡(luò)承載、OTN網(wǎng)傳送、核心網(wǎng)設(shè)計(jì)四個(gè)知識模塊，是研究生學(xué)習(xí)寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)很好的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)仿真平臺。學(xué)生通過模擬實(shí)際的用戶容量需求，無線接入環(huán)境背景，計(jì)算信號傳輸功率衰減情況，設(shè)計(jì)基站資源。再根據(jù)基站容量設(shè)計(jì)PTN分組傳送網(wǎng)、OTN網(wǎng)及核心網(wǎng)設(shè)計(jì)，最終完成全4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

具體項(xiàng)目實(shí)施內(nèi)容有：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。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃根據(jù)4G網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為接入層、匯聚層、和核心層部分。無線基站通過接入層PTN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到匯聚層，匯聚層主要通過PTN和OTN連接至核心層，核心層由省骨干網(wǎng)和核心層移動(dòng)交換設(shè)備組成。

容量規(guī)劃分為無線接入網(wǎng)容量規(guī)劃，核心網(wǎng)容量規(guī)劃和IP承載網(wǎng)容量規(guī)劃。

無線接入網(wǎng)容量規(guī)劃：根據(jù)本地話務(wù)模型的選擇，分別計(jì)算出單用戶移動(dòng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)忙時(shí)平均流量（kbps），本地4G總移動(dòng)用戶數(shù)，本地規(guī)劃區(qū)域總吞吐量（Mbps），單基站點(diǎn)吞吐量（Mbps），最后根據(jù)容量估算需要部署的站點(diǎn)數(shù)。同時(shí)要兼顧覆蓋估算，根據(jù)覆蓋區(qū)域特點(diǎn)選擇站型，獲得相應(yīng)小區(qū)覆蓋半徑，從而計(jì)算單站最大覆蓋面積，根據(jù)規(guī)劃區(qū)域面積除以單站最大覆蓋面積，得到滿足覆蓋的站點(diǎn)數(shù)。最后從兩種站點(diǎn)數(shù)中選擇最大值為規(guī)劃的基站站點(diǎn)數(shù)量。

核心網(wǎng)容量規(guī)劃：包括建立核心網(wǎng)的話務(wù)模型，MME設(shè)備容量估算，SGW容量估算，PGW容量估算。核心網(wǎng)話務(wù)模型參數(shù)有線用戶比、附著激活比、SI-MME接口每用戶忙時(shí)平均信令流量（kbps）、S11接口每用戶忙時(shí)平均信令流量（kbps）、S6a接口每用戶忙時(shí)平均信令流量（kbps）、本地單用戶忙時(shí)業(yè)務(wù)平均吞吐量（kbps）、本地4G總用戶數(shù)。MME容量估算：與MME連接主要有三種接口SI-MME、S11、S6a接口。MME容量等于三個(gè)接口忙時(shí)信令流量之和。每一接口忙時(shí)容量等于該接口每用戶忙時(shí)平均信令流量×SAU用戶數(shù)。SAU附著用戶數(shù)等于本地總用戶數(shù)×在線用戶比。SGW容量估算主要由SGW支持的EPS上下報(bào)文數(shù)、系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理能力以及系統(tǒng)吞吐量決定。EPS承載的上下報(bào)文數(shù)=SAU數(shù)/附著激活比;SGW系統(tǒng)處理能力即SGW系統(tǒng)處理的所有流量=單用戶忙時(shí)業(yè)務(wù)平均吞吐量×SAU數(shù);SGW系統(tǒng)進(jìn)/出吞吐量=1/2（S1-U接口流量+S5接口流量），兩個(gè)接口流量=該接口單用戶忙時(shí)業(yè)務(wù)平均吞吐量×SAU數(shù)。同理PGW容量估算主要由SGW支持的EPS上下報(bào)文數(shù)、系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理能力以及系統(tǒng)吞吐量決定。

IP承載網(wǎng)容量規(guī)劃：包括參數(shù)規(guī)劃，接入層容量計(jì)算，匯聚層容量計(jì)算和核心層容量計(jì)算。參數(shù)規(guī)劃有：單站平均吞吐量，MIMO單站三扇區(qū)吞吐量，基站數(shù)，基站帶寬預(yù)留比，鏈路工作帶寬占比。核心、接入帶寬收斂比，匯聚、接入層帶寬收斂比，匯聚環(huán)上匯聚設(shè)備數(shù)，接入環(huán)上接入設(shè)備數(shù)。大型、中型、中小型網(wǎng)絡(luò)單匯聚設(shè)備所帶基站數(shù)。接入層容量計(jì)算：基站預(yù)留帶寬=單站平均吞吐量/基站帶寬預(yù)留比;接入設(shè)備數(shù)量=基站數(shù);選擇接入層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（一般星形）;接入設(shè)備上行鏈路帶寬=MIMO單站三扇區(qū)吞吐量/鏈路工作帶寬。匯聚層容量計(jì)算：匯聚層設(shè)備數(shù)量=基站數(shù)/單匯聚設(shè)備帶基站數(shù);選擇匯聚層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（一般環(huán)形）;匯聚鏈路工作帶寬=單匯聚設(shè)備帶基站數(shù)×匯聚環(huán)上匯聚設(shè)備數(shù)×基站預(yù)留帶寬×匯聚、接入層帶寬收斂比;匯聚鏈路帶寬=匯聚鏈路工作帶寬/鏈路工作帶寬比;匯聚環(huán)數(shù)量=匯聚層設(shè)備數(shù)量/匯聚環(huán)上匯聚設(shè)備數(shù)。核心層容量計(jì)算：核心層設(shè)備吞吐量=基站數(shù)×基站預(yù)留帶寬×核心、接入層帶寬收斂比。

根據(jù)4G網(wǎng)絡(luò)各層容量規(guī)劃進(jìn)行設(shè)備配置和數(shù)據(jù)配置，最后用虛擬仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。這樣有效的鍛煉了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，將學(xué)到的理論知識與工程實(shí)踐做到了有機(jī)結(jié)合。

3.虛擬仿真在寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)施內(nèi)容

基于中興數(shù)據(jù)通信設(shè)備ZXR10路由器，S3228、S3298三層交換機(jī)等實(shí)現(xiàn)靜態(tài)路由配置，VLAN配置，PVLAN網(wǎng)絡(luò)配置。基于中興軟交換IBX1000和VOIP IAD I508C 綜合接入網(wǎng)關(guān)設(shè)備網(wǎng)管，實(shí)現(xiàn)VOIP電話網(wǎng)絡(luò)通信。

具體項(xiàng)目實(shí)施內(nèi)容有：

虛擬仿真在寬帶數(shù)據(jù)通信網(wǎng)實(shí)施內(nèi)容：常用IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)操作，組建小型局域網(wǎng)，VLAN的建立，路由網(wǎng)絡(luò)的路由配置，訪問控制列表管理操作，網(wǎng)絡(luò)交換和路由設(shè)計(jì)。學(xué)生通過數(shù)據(jù)通信路由器的使用，路由配置，可以實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)和專用虛擬局域網(wǎng)的建立。

虛擬仿真在寬帶VOIP交換中實(shí)施內(nèi)容：軟交換及VoIP網(wǎng)絡(luò)電話實(shí)現(xiàn)技術(shù)分析。通過實(shí)際的硬件設(shè)備組成，軟交換網(wǎng)管參數(shù)配置，使同學(xué)掌握軟交換技術(shù)實(shí)質(zhì)，VoIP網(wǎng)絡(luò)電話實(shí)現(xiàn)原理，為設(shè)計(jì)開發(fā)打下良好基礎(chǔ)。語音網(wǎng)關(guān)基本應(yīng)用。配置語音網(wǎng)關(guān)，掌握IP電話SIP協(xié)議。端到端的VoIP網(wǎng)絡(luò)電話實(shí)現(xiàn)。進(jìn)行撥號策略配置，路由設(shè)定，信令配置，實(shí)現(xiàn)端到端的VoIP網(wǎng)絡(luò)電話通信。學(xué)生通過電信級設(shè)備網(wǎng)管軟件的操作和使用，可以掌握軟交換工作原理，掌握VOIP網(wǎng)絡(luò)電話的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程，為成為卓越工程師夯實(shí)了基礎(chǔ)。

結(jié)語

虛擬仿真在研究生寬帶通信網(wǎng)課程教學(xué)中，用電信網(wǎng)虛擬仿真軟件代替昂貴的通信設(shè)備，即節(jié)省了設(shè)備投資、損耗，又能夠方便靈活、功能齊全地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。即符合通信生產(chǎn)的需要，又能很好的跟蹤前沿技術(shù)，且易操作性強(qiáng)，每人可獨(dú)立進(jìn)行，隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。一方面可以強(qiáng)化學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識，另一方面可以有效提高學(xué)生科學(xué)實(shí)踐應(yīng)用能力，同時(shí)也能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及潛在的科技開發(fā)能力。所以在研究生寬帶通信網(wǎng)課程教學(xué)中，通過虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，有助于提高教學(xué)效果。對通信與信息系統(tǒng)、電子與通信工程領(lǐng)域人才的培養(yǎng)具有的積極意義。

參考文獻(xiàn)

[1]成建平，李飛，沈建華.虛擬仿真技術(shù)及其在《光纖通信》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的探索與實(shí)踐[J].課程教育研究，2016，（25）：254-255.

[2]王瓊，王冬霞，牛芳琳.卓越通信工程師人才培養(yǎng)模式的思考與探索[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2014，98-101.

[3]薛小平，張芳，郭愛煌，徐娟.研究生課程“寬帶無線通信”教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2014（45）：128-130.