林曉燕

摘 要 近年來，通信領(lǐng)域人才需求缺口越來越大，尤其移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)、終端接入側(cè)技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域的綜合型人才的缺口還會(huì)進(jìn)一步增大。通信工程教學(xué)改革最重要的方面是加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置以及注重實(shí)訓(xùn)效果。實(shí)訓(xùn)平臺(tái)一直是通信類學(xué)校學(xué)生培養(yǎng)工作中不可缺少的重要教學(xué)工具，完善的平臺(tái)功能能培養(yǎng)出學(xué)生的工程操作能力和工程創(chuàng)造能力。目前，通信領(lǐng)域?qū)嵱?xùn)基地投入巨大而效果甚微是最主要的問題。

關(guān)鍵詞 4G全網(wǎng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)；實(shí)訓(xùn)；教學(xué)改革；通信

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）12-0036-03

1 引言

4G全網(wǎng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)工作堅(jiān)持“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，以全面提高在校學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為宗旨，推動(dòng)中、高等學(xué)校實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革與創(chuàng)新。

2 4G全網(wǎng)虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的技術(shù)基礎(chǔ)

4G對(duì)3G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，取消RNC節(jié)點(diǎn)，接入網(wǎng)側(cè)僅包含eNode B一種實(shí)體。這簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，降低了后期維護(hù)的難度，實(shí)現(xiàn)了全I(xiàn)P路由，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨近于IP寬帶網(wǎng)絡(luò)。

4G通信網(wǎng)絡(luò)由接入網(wǎng)E-UTRAN、傳輸網(wǎng)PTN和核心網(wǎng)EPC組成，下面就這三部分的主要結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行說明。

接入網(wǎng)E-UTRAN LTE采用與2G/3G不同的空中接口技術(shù)，即基于OFDM技術(shù)的空中接口技術(shù)；對(duì)傳統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即接入網(wǎng)E-UTRAN不再包含BSC/RNC，僅包含eNode B，提供E-UTRAN用戶面PDCP/RLC/MAC/物理層協(xié)議的功能和控制面RRC協(xié)議的功能。eNode B之間由X2接口互連，每個(gè)eNode B又和演進(jìn)型分組核心網(wǎng)EPC通過S1接口相連。

傳輸網(wǎng)PTN PTN是一種光傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：在IP業(yè)務(wù)和物理層傳輸介質(zhì)之間設(shè)置一個(gè)層面，它以分組業(yè)務(wù)為核心，針對(duì)分組業(yè)務(wù)流量的突發(fā)性和統(tǒng)計(jì)復(fù)用傳送的要求而設(shè)計(jì)，支持多業(yè)務(wù)提供。

PTN具有完善的OAM機(jī)制，精確故障定位和嚴(yán)格的業(yè)務(wù)隔離功能，最大限度地管理和利用光纖資源。PTN具有適合各種粗細(xì)顆粒業(yè)務(wù)、端到端的組網(wǎng)能力，提供了更加適合于IP業(yè)務(wù)特性的“柔性”傳輸管道；同時(shí)，它保證了業(yè)務(wù)安全性，可實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)配置及網(wǎng)狀網(wǎng)的高生存性。

1）PTN950設(shè)備。OptiX PTN 950主要應(yīng)用于傳送網(wǎng)絡(luò)的接入層，采用各種類型的鏈路接口接入終端用戶設(shè)備的業(yè)務(wù)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。

2）PTN960設(shè)備。OptiX PTN 960可以放在基站側(cè)做基站業(yè)務(wù)接入，支持多種業(yè)務(wù)類型，并提供豐富的功能特性；也可以放置在匯聚節(jié)點(diǎn)做業(yè)務(wù)匯聚設(shè)備，將其他盒式設(shè)備接入的業(yè)務(wù)經(jīng)過整合后傳送到更高層次的設(shè)備中。

核心網(wǎng)EPC 核心網(wǎng)位于網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)，主要作用是把A接口上的呼叫請(qǐng)求或數(shù)據(jù)請(qǐng)求接續(xù)到不同的網(wǎng)絡(luò)上，主要涉及呼叫的接續(xù)、計(jì)費(fèi)，移動(dòng)性管理，補(bǔ)充業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)。

為支持LTE接入，3GPP定義了新的EPC網(wǎng)絡(luò)，平臺(tái)將包括MME、SGW、PGW和HSS四個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

3 4G全網(wǎng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在教學(xué)中應(yīng)用的方案概述

為了最大限度模擬現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行，該虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)中三大運(yùn)營(yíng)商使用的主流產(chǎn)品，如基站、PTN、核心網(wǎng)中涉及的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過一種基于Web技術(shù)構(gòu)建的開放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)，為開設(shè)各種虛擬實(shí)訓(xùn)課程提供全新的教學(xué)環(huán)境，可供學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)通過接近真實(shí)的人機(jī)交互界面完成實(shí)訓(xùn)。

4G全網(wǎng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，可兼容各版本W(wǎng)indows系統(tǒng)、蘋果OSX系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)所有4G-LTE全網(wǎng)規(guī)劃部署的學(xué)習(xí)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)、測(cè)評(píng)等多種學(xué)習(xí)模式；多組實(shí)訓(xùn)可并發(fā)進(jìn)行，不限客戶端數(shù)，支持同時(shí)在線人數(shù)10 000人以上。

4G全網(wǎng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是基于目前通信網(wǎng)絡(luò)中主流的“基站—PTN—核心網(wǎng)”設(shè)備架構(gòu)建設(shè)的虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容包括基站、PTN、核心網(wǎng)中涉及的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。實(shí)訓(xùn)模塊包括LTE仿真基站、仿真核心網(wǎng)、仿真PTN和全網(wǎng)業(yè)務(wù)驗(yàn)證四個(gè)部分，包括LTE仿真基站BBU、RRU及終端部分等，仿真核心網(wǎng)MME、HSS、SGW、PGW等，仿真PTN設(shè)備PTN950、PTN960、PTN1900等。各模塊涵蓋設(shè)備介紹、硬件選配、硬件安裝、數(shù)據(jù)配置、網(wǎng)絡(luò)調(diào)測(cè)和操作維護(hù)。

4G全網(wǎng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用個(gè)性化定制服務(wù)，針對(duì)學(xué)生端（包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)基站基于各種場(chǎng)景模式下的相關(guān)規(guī)劃，以及在該規(guī)劃下相關(guān)設(shè)備型號(hào)的選取方案和基本信息配置，以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的形式模擬出當(dāng)前方案下各個(gè)設(shè)備間線纜連接形式和全網(wǎng)下設(shè)備搭配的設(shè)計(jì)與展現(xiàn)，以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)配置，配置的形式包括圖形界面操作和配置MML命令）和教師端（包括各種個(gè)性化定制實(shí)訓(xùn)任務(wù)分發(fā)、對(duì)實(shí)訓(xùn)過程的監(jiān)控、針對(duì)實(shí)訓(xùn)輸出的評(píng)分管理，在此流程上提供系統(tǒng)用戶信息以及實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的相關(guān)資源的統(tǒng)一化管理）提供不同的系統(tǒng)管理服務(wù)。

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)具體工程項(xiàng)目的實(shí)施流程結(jié)合教學(xué)需求，從設(shè)備介紹、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、硬件選配、硬件安裝、數(shù)據(jù)配置、網(wǎng)絡(luò)調(diào)測(cè)、操作維護(hù)和概預(yù)算這八大模塊進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。這八個(gè)模塊也對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)中通行行業(yè)相關(guān)崗位，如網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)工程師、硬件安裝工程師、軟件調(diào)測(cè)工程師、運(yùn)維工程師、概預(yù)算工程師等職位，為學(xué)生成功就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4G虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)教師端 利用教師端，教師可以通過后臺(tái)同步當(dāng)前教務(wù)的基本信息，包括班級(jí)、學(xué)生、教師的相關(guān)基礎(chǔ)信息，達(dá)到教務(wù)基礎(chǔ)信息的無(wú)縫對(duì)接；可以管理4G網(wǎng)絡(luò)各模塊實(shí)訓(xùn)資源的相關(guān)信息，在個(gè)性化定制實(shí)訓(xùn)任務(wù)的時(shí)候可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)資源庫(kù)去分發(fā)實(shí)訓(xùn)，包括實(shí)訓(xùn)的指導(dǎo)書、實(shí)訓(xùn)對(duì)應(yīng)的模塊資源；可以根據(jù)任務(wù)需要，定制化分發(fā)學(xué)生需要配置的4G網(wǎng)絡(luò)模塊（包括基站、PTN、核心網(wǎng)），最終可對(duì)任務(wù)進(jìn)行評(píng)分，任務(wù)可支持單人、分組進(jìn)行，具體配置在任務(wù)分配時(shí)選擇。

教師端支持對(duì)4G全網(wǎng)任務(wù)分成多個(gè)小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)不同的仿真模塊的任務(wù)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)模塊的設(shè)備數(shù)據(jù)配置和場(chǎng)景下的拓?fù)溥B線，最終根據(jù)任務(wù)搭配，選擇對(duì)應(yīng)的任務(wù)數(shù)據(jù)源做4G全網(wǎng)的業(yè)務(wù)驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)該任務(wù)作結(jié)果評(píng)判。

教師端支持以下三大模式化管理：

1）軟件支持在線團(tuán)隊(duì)合作模式，共同完成各種各樣以及定制化的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，包括組建網(wǎng)絡(luò)、規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)、部署網(wǎng)絡(luò)、配置網(wǎng)絡(luò)及調(diào)試網(wǎng)絡(luò)等單元；

2）支持對(duì)任務(wù)生命周期化的管理，支持對(duì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)設(shè)置生命周期，周期開始之前，用戶可按需更改周期，以確保實(shí)訓(xùn)正常準(zhǔn)時(shí)完成；

3）支持實(shí)訓(xùn)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，可監(jiān)控當(dāng)前在線的學(xué)生的基本信息（包括學(xué)號(hào)、姓名、終端IP以及登錄時(shí)間），提供對(duì)在線學(xué)生下發(fā)文件的操作。

4G虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)學(xué)生端 4G虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)學(xué)生端，學(xué)生可根據(jù)任務(wù)描述進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃。通過網(wǎng)元部署及連線完成核心網(wǎng)及承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃拓?fù)湓O(shè)計(jì)，并且能夠結(jié)合拓?fù)渫瓿蒊P規(guī)劃、對(duì)接參數(shù)等相關(guān)規(guī)劃，方便指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)部署階段的設(shè)備配置及數(shù)據(jù)配置。

1）單站規(guī)劃。LTE基站單站規(guī)劃配置，規(guī)劃好之后可進(jìn)行基站的配置，即對(duì)硬件安裝的設(shè)備和MML進(jìn)行配置，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)LTE基站的運(yùn)行效果。

2）覆蓋規(guī)劃。覆蓋規(guī)劃中可以針對(duì)不同場(chǎng)景進(jìn)行選擇，規(guī)劃不同場(chǎng)景下無(wú)線基站站點(diǎn)的位置，進(jìn)而選擇配置扇區(qū)，使之滿足不同場(chǎng)景的限制，及進(jìn)行基本的下傾角等基礎(chǔ)信息的配置等。

市區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是根據(jù)市區(qū)人員密集、建筑密集的特點(diǎn)來進(jìn)行無(wú)線基站的布站；道路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是根據(jù)道路人員稀少、建筑稀少的特點(diǎn)來規(guī)劃覆蓋場(chǎng)景，沿著道路進(jìn)行無(wú)線基站的布站；農(nóng)郊規(guī)劃則是根據(jù)農(nóng)郊人員稀少、建筑稀少的特點(diǎn)來規(guī)劃覆蓋場(chǎng)景；近海、山區(qū)的規(guī)劃是根據(jù)近海、山區(qū)人員稀少、建筑稀少、山地眾多的特點(diǎn)來進(jìn)行無(wú)線基站的布站；室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是根據(jù)室內(nèi)阻擋物多、信號(hào)易反射的特點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線基站的布站。各種覆蓋場(chǎng)景下均可進(jìn)行基站基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)定。

3）組網(wǎng)規(guī)劃。學(xué)生還可進(jìn)行組網(wǎng)規(guī)劃，組網(wǎng)規(guī)劃包含基站組網(wǎng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、IP網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、核心網(wǎng)組網(wǎng)、網(wǎng)管組網(wǎng)和綜合組網(wǎng)。

基站組網(wǎng)是選擇基站之間的組網(wǎng)方式，選用普通的鏈?zhǔn)竭B接或星型鏈接等組網(wǎng)方式；傳輸網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)是傳輸網(wǎng)絡(luò)之間的組網(wǎng)方式，包括PTN、光傳輸?shù)冉M網(wǎng)方式；核心網(wǎng)組網(wǎng)是核心網(wǎng)之間的組網(wǎng)方式，包括集群網(wǎng)組網(wǎng)；網(wǎng)管組網(wǎng)是網(wǎng)管的組網(wǎng)方式，包括網(wǎng)管級(jí)聯(lián)方式等；綜合組網(wǎng)是將綜合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)的組網(wǎng)方式。

4）硬件選配。硬件選配部分包括對(duì)基站、終端、PTN、

核心網(wǎng)及線材的選型?；具x型是針對(duì)基站的主要部件根據(jù)組網(wǎng)規(guī)劃中選擇的場(chǎng)景進(jìn)行基站的BBU選型、天線選型、RRU選型及所需線材的選型，被選中的設(shè)備及材料會(huì)進(jìn)入選型池中，為后續(xù)硬件安裝做好準(zhǔn)備；終端選型包含TDD和FDD兩種，為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)測(cè)做好終端調(diào)測(cè)的準(zhǔn)備；PTN的選型包括PTN型號(hào)的選擇，可供備選的主要包括PTN950、PTN960和PTN1900等型號(hào)；核心網(wǎng)選型包括兩種核心網(wǎng)的選型，即ATCA機(jī)架式服務(wù)器的選型和服務(wù)器版本的核心網(wǎng)設(shè)備的選型。

5）全網(wǎng)調(diào)測(cè)。網(wǎng)絡(luò)調(diào)測(cè)是對(duì)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中設(shè)置的配置及參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，也就是驗(yàn)證前期的數(shù)據(jù)配置和選型是否正確的一個(gè)過程。網(wǎng)絡(luò)調(diào)測(cè)部分可進(jìn)行Ping調(diào)測(cè)、SIM卡調(diào)測(cè)、UE入網(wǎng)調(diào)測(cè)、Service流程調(diào)測(cè)、VOLTE流程調(diào)測(cè)、關(guān)機(jī)流程調(diào)測(cè)。在此部分可以驗(yàn)證兩個(gè)相鄰設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接是否正常，形成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D；也可以對(duì)SIM卡數(shù)據(jù)配置的燒卡信息進(jìn)行驗(yàn)證，以及對(duì)鑒權(quán)數(shù)據(jù)配置一致性進(jìn)行驗(yàn)證，在驗(yàn)證的主界面會(huì)顯示該SIM卡燒卡信息；還可以對(duì)學(xué)生設(shè)定的終端數(shù)據(jù)配置進(jìn)行驗(yàn)證，以及對(duì)信令建立過程中重要參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)Service業(yè)務(wù)流程信令的重要參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

整個(gè)4G全網(wǎng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)包括仿真基站、仿真PTN、模擬核心網(wǎng)，這三個(gè)實(shí)訓(xùn)可以單獨(dú)驗(yàn)證，也可以整合一體驗(yàn)證。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，以共享優(yōu)質(zhì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源為核心，以建設(shè)信息化實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源為重點(diǎn)，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。4G全網(wǎng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)對(duì)通信專業(yè)學(xué)科教學(xué)中學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)發(fā)揮著重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]李欣.虛擬現(xiàn)實(shí)及其教育應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[2]徐輝，馬秀峰.虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用探析[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（S1）：95-97.