新建本科院校通信工程實驗室建設的研究

劉光燦，張剛林，黃飛江，陳威兵

(長沙學院 電子與通信工程系，湖南 長沙 410022)

隨著互聯(lián)網和電信業(yè)務通信網的高速發(fā)展，市場亟需網絡技術人才和通信網設備安裝、調試、維護和運營管理的技術人才[1]。這給新建本科院校通信工程專業(yè)的發(fā)展提供了絕好的機會。為培養(yǎng)合格的通信工程專業(yè)人才，需要加強通信工程實驗室的建設，加強實踐教學和工程教育，培養(yǎng)學生的實踐動手能力、綜合能力和創(chuàng)新能力[2-3]。

1 實驗室建設方案設計原則

通信工程實驗室總體建設目標是建設一個能培養(yǎng)學生工程能力和綜合創(chuàng)新能力的實用型通信實驗平臺，使學生能較好地掌握通信技術原理，達到對整體專業(yè)技術的綜合理解，并具備一般通信系統(tǒng)的上崗工作能力[4]。為達此目標，設計實驗室建設方案時應考慮如下設計原則[5]。

(1) 先進性、可靠性和標準化原則。大學作為學科和技術前沿研究場所，要求通信工程實驗室配備最先進的網絡設備，能夠滿足師生開展最新技術的科研、教學和實踐活動。網絡設備的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)正常運行的關鍵，在方案設計中要選用高可靠性網絡產品，且網絡接口全部采用標準協(xié)議接口。

(2) 靈活性及可擴展性原則。根據(jù)通信技術的發(fā)展和新增業(yè)務的需求，通信網絡可以平滑地擴充和升級，最大程度地減少對網絡架構和現(xiàn)有設備的調整。

(3) 模塊化和系統(tǒng)化原則。通信工程實驗室采用整體規(guī)劃、模塊化設計的構建思想。每個模塊單獨成網，不同的網絡通過相關接口進行互聯(lián)互通。模塊化還要體現(xiàn)在軟件的設計上，網管軟件要全部采用模塊化設計和分層的結構。

(4) 便于管理、維護和安全使用原則。實驗室要能夠對網絡實行集中監(jiān)測、分權管理、統(tǒng)一分配網絡資源；有統(tǒng)一的網管軟件，當出現(xiàn)混亂時，系統(tǒng)有恢復能力，可實施對網管誤操作和軟件死循環(huán)等重大故障的數(shù)據(jù)恢復；對于合法的用戶通過認證能進行設備的操作，而非法用戶沒有權限對設備進行操作；網絡軟件符合人們的操作習慣，操作界面清晰。

(5) 經濟性、規(guī)模性和層次性原則。從設備的選型上盡量做到花最少的錢建符合學校要求的最好的實驗室；實驗室至少要滿足20組學生同時實驗的需求。實驗室可以滿足不同層次專業(yè)教學的需求，可完成實驗、實習、課程設計和綜合實訓任務。

2 數(shù)據(jù)通信實驗室方案

數(shù)據(jù)通信實驗室是長沙學院與思科公司共建的實驗室。思科網絡技術學院是思科公司在全球推廣的網絡技術教育項目[6]。與思科公司合作就是引進該項目，包括教材、E-learning的教學方式、E-Learning實驗室和支撐理論教學的思科數(shù)據(jù)通信實驗室方案等。思科公司對于網絡技術教育開展得好的學校一般會給予部分軟硬件設備捐贈或優(yōu)惠。2006年5月，長沙學院思科網絡技術學院正式成立，2007年我校成為Cisco網絡通信設備在湖南地區(qū)的首家獲贈高校[7]，并著手建設數(shù)據(jù)通信實驗室。

2.1 實驗室設備構成方案

將實驗室分成4個分實驗室建設。從學生的數(shù)量、實驗效果和資金3個方面考慮，每次實驗人數(shù)為半個班(16～20人)，實驗設備每套為4～5人使用，所以每種設備都需要4套。4個實驗分室的設備構成情況是[8]：

(1) 路由和二層交換實驗室主要由4臺路由器、4臺二層交換機組成；

(2) 語音和三層交換實驗室主要設備包括：語音交換機8臺、語音路由器8臺、三層交換機8臺、VOIP電話系統(tǒng)1套、語音編碼器2個，語音視頻管理軟件和硬件1組、IP電話8個、模擬電話12個、視頻套件1套、語音轉換卡5塊；

(3) 安全實驗室主要由8個安全路由器、4個防火墻、4個安全自適應設備、4個入侵檢測器組成；

(4) 無線實驗室主要設備包括：路由器4個、無線路由器4個、無線AP4個、無線局域網控制器1臺，無線管理軟件與硬件1套，室內和室外天線各2個，PC內置無線網卡24個，無線網橋2個。

2.2 實驗室可開出的實驗

數(shù)據(jù)通信實驗室可開出以下實驗[8]：

(1) 數(shù)據(jù)通信課程實驗6個：IOS基本操作實驗、IP地址配置實驗、數(shù)據(jù)路由實驗、無線網橋的配置實驗、無線路由通信實驗和數(shù)據(jù)安全通信實驗；

(2) 現(xiàn)代交換原理課程實驗3個：基于OSI協(xié)議的VOIP系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)實驗、MPLS交換實驗、FR分組交換數(shù)據(jù)報方式實驗；

(3) 多媒體通信實驗5個：自動帶寬選擇的編碼器-譯碼器實驗(內含G.711 mu-law、a-law，G.723.1，G.729A/B，GSM-EFR、FR寬帶音頻——專用16位分辨率、16 kHz采樣音頻實驗)、IP電話路由設定實驗、自動接聽和語音提示實驗、IP電話與模擬電話互通測試、視頻通信實驗；

(4) 無線網絡通信實驗6個：無線用戶接入認證實驗、無線用戶的漫游實驗、無線網絡Qos研究實驗、無線IP語音通信實驗、無線網絡管理實驗、Cisco無線兼容實驗；

(5) Cisco通信安全實驗6個：防火墻冗余備份及故障切換實驗、防火墻其他安全功能測試實驗、入侵檢測與防御設備安全性測試實驗、入侵檢測與防御攻擊應對策略測試實驗、點對點IPSEC VPN實驗、多點動態(tài)VPN實驗；

(6) 遠程實驗：為提高實驗室利用率和加強課程教學的效果，支持實驗室24小時開放，購置了遠程實驗設備1套，主要包括CISCO2801路由器1臺、NM-16A 16端口的異步通信模塊1塊、CAB-OCTAL-ASYNC轉換線2根。

2.3 實驗室的其他教學服務功能

實驗室除可開出上述實驗外，還可進行以下幾個方面的工作：

(1) 課程設計、畢業(yè)設計和綜合實訓：如校園網絡設計與實現(xiàn)、企業(yè)網絡設計與實踐、小型IP電話網絡實現(xiàn)和服務器安全環(huán)境設計等；

(2) 認知實習：由于實驗室的設備與電信企業(yè)的在網運行設備相同，所以實驗室在滿足本專業(yè)實驗教學的同時，還可以為全校師生提供IT技術實驗環(huán)境，可承擔全校理工科學生的認知實習，使學生能夠了解數(shù)據(jù)通信網的最新技術，增加對現(xiàn)有實際運行網絡的感性認識；

(3) 職業(yè)資格認證教育：在教學計劃中引入職業(yè)認證模塊，教學中直接采用思科公司的認證課程，鼓勵學生參加思科公司職業(yè)資格認證考試，還可以面向社會招生，為社會培養(yǎng)更多的網絡技術人才[7,9]。

3 光傳輸實驗室

3.1 實驗室的構成

光傳輸實驗室是長沙學院與中興通訊股份有限公司共建的實驗室。2006年6月，中興通訊學院成立了近30人的NC教育項目組，開展了促進高校通信工程專業(yè)改革的NC教育研究探索，專門面向高校通信專業(yè)的學生進行“中興通訊NC工程教育”[10]。中興推出的在局運行通信網實驗平臺選擇了大規(guī)模的程控交換機和GSM、3G移動通信設備，SDH光網絡傳輸設備，智能網系統(tǒng)等。根據(jù)實驗室建設方案，我們先期構建了光傳輸和程控交換實驗室，獲得中興通訊NC聯(lián)合教育授權[7]。

光傳輸實驗平臺由下列硬件設備和軟件組成[11]：ZXMP330 SDH光傳輸系統(tǒng)設備1套、ZXMP320 SDH光傳輸系統(tǒng)設備2套、ZXMP200 SDH光傳輸系統(tǒng)設備2套、通信電源ZXDU150組合電源系統(tǒng)1套、E300(EMS)應用軟件1套、NC實驗管理和資源自動分配系統(tǒng)1套。

3.2 光傳輸實驗室實驗目的

傳輸實驗室實驗目的是：

(1) 通過對在線實際光傳輸設備的操作，更透徹地了解光通信、SDH等概念；

(2) 對在線光傳輸通信設備及其原理和實用技術有較系統(tǒng)的認識；

(3) 熟練使用光傳輸技術原理配置光傳輸設備，滿足運營商網絡典型應用需求。

3.3 光傳輸實驗室支撐的實驗項目

(1) 基礎配置實驗：SDH光傳輸點對點組網實驗，SDH鏈型、環(huán)網組網實驗，SDH相切環(huán)相交環(huán)的組網實驗；

(2) 業(yè)務配置實驗：E1信號、以太網信號雙向傳輸實驗，命令行配置、光傳輸平臺網管實驗；

(3) 業(yè)務性能測試實驗：SDH 開銷驗證實驗；

(4) 業(yè)務保護配置實驗：二纖單向通道保護環(huán)實驗、二纖雙向復用段保護環(huán)實驗、1+1/1:1/1:N復用段保護環(huán)實驗；

(5) 子網連接保護實驗：共享光纖虛擬路徑保護實驗、子網雙節(jié)點互聯(lián)保護實驗。

為了給高年級學生及教師提供科研平臺，實驗室開放一定的設備接口和后臺數(shù)據(jù)庫(例如網管軟件、路由協(xié)議等)，提供二次開發(fā)環(huán)境。

4 程控交換實驗室

4.1 實驗室的組成

程控交換實驗室也是長沙學院與中興通訊股份有限公司共建的實驗室。程控交換實驗室由1套數(shù)字程控交換設備ZXJ10組成，交換容量為8K*8K。具體硬件包括控制模塊、交換網及接口、時鐘模塊、數(shù)字中繼、資源模塊、用戶模塊、電源模塊等部分。系統(tǒng)軟件配置有系統(tǒng)基本軟件、信令軟件、業(yè)務功能軟件和維護管理軟件等[12]。

4.2 實驗目的

程控交換室的實驗目的是：

(1) 通過對在線實際程控交換設備的操作，更透徹了解通信、電路交換等概念；

(2) 對在線通信設備程控交換機及其原理和實用技術有較系統(tǒng)的認識；

(3) 熟練使用通信技術原理配置程控交換設備，滿足運營商網絡典型應用需求。

4.3 程控交換實驗室開出的實驗項目

(1) 驗證性實驗：信號音觀察實驗、交換機硬件配置模塊實驗、時分數(shù)字交換和用戶電路實驗、中繼電路測試實驗、消息跟蹤實驗、狀態(tài)查詢及監(jiān)控實驗、本局通話調測、網管計費信息查詢、網管告警信息查詢、網管性能數(shù)據(jù)查詢、模擬用戶內外線及單板測試實驗；

(2) 系統(tǒng)性實驗：電話撥測輔助分析實驗、NO.7的自環(huán)實驗、程控交換機商務群實驗、程控交換機測試系統(tǒng)實驗、鑒權系統(tǒng)實驗、廣域群實驗、終端系統(tǒng)操作與維護實驗、數(shù)據(jù)備份與恢復實驗、告警系統(tǒng)分析實驗；

(3) 綜合性實驗：電話撥測分析實驗、話務統(tǒng)計實驗、中繼路由數(shù)據(jù)設定和查詢實驗、本局用戶基本呼叫聯(lián)機實驗、程控交換機新業(yè)務設定及演示實驗、故障處理實驗。

為了給高年級學生及教師提供科研平臺，開放一定的設備接口和后臺數(shù)據(jù)庫(例如網管軟件、話單結構)，提供二次開發(fā)環(huán)境。

5 結束語

目前我校與中興通訊股份有限公司合作，建立了光傳輸和程控交換等綜合實驗系統(tǒng)，與思科公司合作，建立了思科網絡實驗室。這些設備充分結合了當前主流通信技術及典型工程應用，模擬了真實的在局運行環(huán)境，能夠真正實現(xiàn)以就業(yè)為導向的通信專業(yè)工程教育。幾年來的教學實踐證明：通過以上實驗室的建立，可以在硬件開發(fā)、軟件開發(fā)和通信設備實際維護等幾個方面培養(yǎng)學生的動手能力，大幅度提高了學生對就業(yè)崗位的適應能力。通過在局運行通信網絡實驗平臺的實習，學生綜合運用所學習的知識，實踐能力逐步提高，最終達到了對整體專業(yè)技術的綜合理解，并具備了通信類系統(tǒng)的上崗工作能力。長沙學院將進一步建設智能網實驗平臺和移動通信實驗平臺，以提高實驗室的實驗技術水平。

[1] 周海燕，李天松，符杰林，等.關于通信網絡實驗室建設的探索與思考[J].桂林電子科技大學學報，2009,29(2):181-184.

[2] 章曙光，郭樂深，孫巧云.引進現(xiàn)網通信設備構建通信實驗室[J].實驗技術與管理，2012,29(6)：109-111.

[3] 李志軍，張智勇，陳麗娟.通信工程專業(yè)實訓基地建設與實踐[J].實驗室研究與探索，2009,28(6)：146-149.

[4] 吳建偉，張瑞芹，桑林.全程全網通信專業(yè)實驗的開發(fā)與建設[J].實驗技術與管理，2005,22(10):124-126.

[5] 趙利，田克純，符杰林，等.工科院校通信網絡實驗室規(guī)劃與建設[J].高教論壇，2005,6:122-125.

[6] 梁廣民，韓江.校企合作模式下實驗室建設和互聯(lián)網絡專家(CCIE)培養(yǎng)[J].計算機教育，2008(1)：70-72.

[7] 劉光燦，張剛林，黃飛江，等.新建本科院校通信工程專業(yè)校企合作模式的研究與實踐[J].中國大學教學，2011(4):38-40.

[8] 劉易斯.思科網絡技術學院教程CCNAExploration：LAN交換和無線[M].思科系統(tǒng)公司，譯.北京：人民郵電出版社，2009.

[9] 黃飛江，劉光燦，陳威兵.應用型本科通信工程專業(yè)實踐教學研究：以長沙學院電子與通信工程專業(yè)為例[J].教育理論與實踐，2011,31(5)：6-8.

[10] 李俊杰.從中興通訊的人力資源戰(zhàn)略談IT通信專業(yè)人才培養(yǎng)模式[J].計算機教育，2009(9)：50-54.

[11] 許圳彬，王田甜，胡佳，等.SDH光傳輸技術與應用[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[12] 中興通訊NC教育管理中心.現(xiàn)代程控交換技術原理與應用：原理、設備、仿真實踐[M].北京：人民郵電出版社，2009.